Введение к работе
Актуальность темы. Одним из критериев, характеризующих эффективность использования ресурсов промышленного объекта, является его безаварийность. Это обусловлено тем, что с безаварийностью связаны такие экономические показатели, как длительность простоев оборудования, размер расходов на поиск и устранение причин аварийных ситуаций. Вместе с тем, в России начиная с 2004 г. возрастает доля оборудования, эксплуатируемого свыше сроков, предусмотренных при его разработке. Большая степень износа такого оборудования требует при его эксплуатации принимать во внимание различную информацию, связанную с обеспечением безаварийности производства. При этом в настоящее время получает широкое распространение система экологического менеджмента (группа мировых стандартов качества ISO 14000) и стандарт оценки системы менеджмента здоровья и безопасности (OHSAS 18001), существенно ужесточающие требования к безаварийности производств.
Анализ деклараций производств по промышленной безопасности показывает, что в большинстве случаев изучение внерегламентных ситуаций технологических процессов, построение сценариев аварий и их последствий носит неудовлетворительный характер.
В настоящее время системы обеспечения безаварийности производства опираются, как правило, на контроль параметров состояния процесса в допустимом диапазоне. Данный подход не позволяет учитывать предаварийные ситуации, определяемые сочетаниями допустимых значений нескольких параметров. Вследствие этого эксплуатация промышленного объекта характеризуется недостаточной безаварийностью и связана с нарушениями экологической безопасности. Поэтому для сложных промышленных объектов необходимо распознавание предаварийных ситуаций (ПАС), позволяющее прогнозировать возникновение аварийного режима, а затем предотвращать остановку процесса или снизить потери от возникновения аварии. Вопросы идентификации и управления сложными химико-техническими системами, непосредственно связанные с обеспечением безаварийности на промышленных объектах, рассматривались в работах таких ученых как В.В. Кафаров, И.Н. Дорохов, Д.А. Поспелов, А.Ф. Егоров, Д. Химмельблау, П.А. Обновленский и др.
Существующие методы, используемые в современной промышленности, не обеспечивают возможности достаточной информационной поддержки распознавания ПАС, поэтому идентификация последних осуществляется с обязательным участием персонала установок. Однако эффективность распознавания ПАС оператором также зависит от его квалификации, сложности установки, характеристик оборудования, и может оказаться недостаточной, что приводит к возникновению аварий на промышленном объекте.
Наибольшую эффективность при идентификации ПАС обеспечивают методы, опирающиеся либо на учет информации о вероятных отказах оборудования, либо на знания опытных операторов – экспертов по эксплуатации промышленного объекта. Отсутствие методов, совмещающих два указанных подхода, обуславливает недостаточную безаварийность промышленных объектов. Так как убытки, связанные с остановами по причине предаварийных ситуаций на промышленных объектах, достаточно велики, то создание подобного метода позволит получить значительную экономическую выгоду за счет сокращения длительности простоев оборудования и увеличение физического ресурса его эксплуатации.
Таким образом, создание эффективного метода и системы идентификации предаварийных ситуаций промышленного объекта управления, позволяющих повысить его безаварийность, является актуальной научной и практической задачей.
Нефтеперерабатывающие производства представляют собой стратегическую отрасль промышленности России, важным показателем развития которой служит доля процессов глубокой переработки нефти. Широкие возможности в этом отношении представляет каталитический риформинг (КР) низкооктановых бензинов. Удовлетворение потребностей в высокооктановых бензинах должно достигаться не только за счет расширения производственной базы нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ), но и путем максимального использования ресурсов существующих установок НПЗ, осуществляемого, в частности, повышением безаварийности последних. Это обуславливает необходимость рассмотрения предлагаемого метода идентификации ПАС в приложении к крупнотоннажной промышленной установке каталитического риформинга.
Целью настоящей работы является повышение безаварийности промышленных объектов за счет ранней идентификации предаварийных ситуаций процесса (в приложении к процессу каталитического риформинга).
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
проведен анализ процесса идентификации предаварийной ситуации на промышленных объектах;
разработан метод идентификации предаварийных ситуаций с использованием информации качественного характера и данных о вероятных отказах оборудования;
проведен анализ процесса каталитического риформинга как источника предаварийных ситуаций;
сформировано описание процесса каталитического риформинга как источника предаварийных ситуаций;
разработано программное обеспечение для составления описания промышленного объекта как источника предаварийных ситуаций;
методом имитационного моделирования проведена оценка эффективности идентификации предаварийных ситуаций каталитического риформинга с использованием разработанных метода и алгоритмов идентификации ПАС.
Методы исследования. Для решения поставленных задач применялись методы системного анализа, искусственного интеллекта, теории надежности, теории управления.
Научная новизна работы состоит в следующем:
предложен метод идентификации предаварийных ситуаций, основанный на учете информации качественного характера и данных о вероятных отказах оборудования;
разработана интеллектуальная ситуационная модель каталитического риформинга как источника предаварийных ситуаций;
разработан алгоритм адаптации интеллектуальной ситуационной модели промышленного объекта как источника предаварийных ситуаций.
Практическая ценность работы:
проведен анализ процесса каталитического риформинга как источника предаварийных ситуаций;
сформирована база данных и знаний, характеризующая процесс каталитического риформинга как источник предаварийных ситуаций;
разработано программное обеспечение, реализующее алгоритмы идентификации предаварийных ситуаций с учетом информации качественного характера и данных о вероятных отказах оборудования.
Апробация работы. Результаты диссертации докладывались и обсуждались на VI Международной технической конференции «Компьютерное моделирование-2005» (Санкт-Петербург, 2005), на Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве» (ИТНОП) (Орел, 2006), на XIX Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях MMTT-XIX» (Воронеж, 2006), на 50-й конференции профессорско-преподавательского состава ФГОУ ВПО АГТУ (Астрахань, 2006), на IV Всероссийской научно-технической конференции «Искусственный интеллект в XXI веке и решения в условиях неопределенности» (Пенза, 2006), на XX Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях MMTT-XX» (Ярославль, 2007), на Всероссийской научной конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности» (АСТИНТЕХ) (Астрахань, 2007).
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ в научных сборниках (в том числе 2 работы опубликованы в журналах, рекомендуемых ВАКом), получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 113 страницах; она состоит из введения, четырех глав, выводов по работе, списка использованной литературы и приложений.
