Синтез систем противоаварийной защиты для процессов подготовки продукции нефтегазовых скважин

• Автор: Телюк, Антон Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 111 с. : ил.

Содержание
Содержание
Введение

Основные обозначения и определения

Глава 1. Особенности функционирования систем противоаварийной защиты

1.1. ПАЗ как основной предотвращающий слой защиты в составе АСУТП

1.2. Структура ПАЗ и процесс взаимодействия ПАЗ с ОПО

1.3. Задание процесса взаимодействия ПАЗ с ОПО

1.4. Процесс взаимодействия ПАЗ с ОПО с авариями

1.5. Показатели безопасности ПАЗ

Глава 2. Синтез системы противоаварийной защиты
2.1. Методы синтеза технических систем безопасности
2.2. Задача синтеза ПАЗ
2.3. Структура затрат и потерь в стоимостном функционале
2.4. Задача синтеза ПАЗ с ограничениями
Глава 3. Моделирование системы противоаварийной защиты
3.1. Оценка стоимостного функционала
3.2. Особенности процесса взаимодействия ПАЗ с ОПО
3.3. Алгоритм определения значения функционала по реализации процесса взаимодействия ПАЗ с ОПО
3.4. Алгоритм определения оценки стоимостного функционала
Глава 4. Алгоритм и программное обеспечение синтеза систем противоаварийной
защиты
4.1. Исходные данные необходимые для синтеза ПАЗ
4.2. Алгоритм синтеза ПАЗ
4.3. Программное обеспечение синтеза ПАЗ
4.4. Пример синтеза ПАЗ
Заключение
Список литературы
Приложение 1. Особенности отказов происходящих на ПАЗ
Приложение 2. Синтез ПАЗ под требуемое значение коэффициента снижения риска
Приложение 3. Упрощенная технологическая схема процесса

Введение
Актуальность темы диссертации. В соответствии с Федеральным законом №116-ФЗ «О промышленной безопасности ...» практически все производственные объекты нефтегазовой отрасли являются опасными производственными объектами (ОПО). Функционирующие ОПО обладают тем свойством, что на этих объектах возникают аварии, которые могут привести к существенным негативным последствиям: значительным
экономическим потерям; нанесению вреда производственному персоналу, окружающей среде и населению. Уровень безопасного функционирования на всем периоде эксплуатации ОПО поддерживается за счет различных организационных мероприятий и технических систем безопасности. В частности, в состав автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) в нефтегазовой отрасли входят системы противоаварийной защиты (ПАЗ), основной функцией которых является предотвращение аварий, возникающих на ОПО.
Статистические данные показывают, что только по зарегистрированным авариям за последние 5 лет потери в нефтегазовой отрасли развитых стран мира составляют около 500 млн. $ в год. При этом результаты анализа этих аварий указывают на то, что большинство из них можно было избежать, если бы технические средства, обеспечивающие безопасную эксплуатацию ОПО, обладали необходимыми защитными свойствами.
Таким образом, актуальной проблемой является повышение уровня безопасности функционирования ОПО. Одним из важных направлений решения указанной проблемы является повышение качества проектирования ПАЗ, в частности, за счет научно обоснованного синтеза ПАЗ, основанного на детальном учете взаимодействия ПАЗ и ОПО.
Целью диссертационной работы является повышение уровня безопасности функционирования ОПО за счет разработки метода и

программного обеспечения синтеза многоканальной ПАЗ на основе формализации принципа АЬАЯР, рекомендованного к применению ГОСТ Р МЭК 61508, 61511. При этом под синтезом ПАЗ понимается указание технических средств и их конфигурации, на базе которых реализуется ПАЗ (т.е. указание варианта исполнения ПАЗ), а принцип АЬАЯР, применительно к разработке технических систем безопасности, имеет следующую
формулировку: система безопасности должна обеспечивать снижение риска настолько, насколько это «практически целесообразно».
Для достижения указанной цели последовательно решаются следующие задачи:
• Разработка математической модели процесса взаимодействия
многоканальной ПАЗ и ОПО.
• Формирование стоимостного функционала, отражающего затраты на обеспечение безопасности ОПО средствами ПАЗ и потери от возникновения аварий и иных внештатных ситуаций на ОПО.
• Формирование задачи синтеза ПАЗ на основе принципа АЬАКР.
• Разработка алгоритма и программного обеспечения для
автоматизированного решения задачи синтеза ПАЗ.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
• Предложена математическая модель процесса взаимодействия
многоканальной ПАЗ с группой ОПО, которая представляет собой случайный процесс с остановкой в момент времени возникновения аварии, учитывающий основные особенности функционирования ПАЗ. При этом данный случайный процесс с авариями задается совокупностью исходных данных, включающих в себя перечень технических средств, архитектур подсистем каждого канала и иных характеристик, необходимых для синтеза ПАЗ, т.е. определяющих конкретный вариант исполнения ПАЗ.

технологическом процессе и, в этом смысле, он лишен недостатков, присущих традиционному подходу.
В последующих разделах этой главы ставится и формализуется задача синтеза многоканальной ПАЗ, в основе которой лежит минимизация предложенного стоимостного функционала на процессе (£,(7д),со) функционирования ПАЗ с авариями. При этом указывается такая структура стоимостного функционала, которая соотносит затраты на обеспечение необходимого качества функционирования ПАЗ и ожидаемого риска, связанного с эксплуатацией ОПО.
2.2. Задача синтеза ПАЗ
Синтез систем противоаварийной защиты (ПАЗ) опасных объектов в составе конкретного технологического процесса является одним из основных этапов проектирования такого рода систем. Анализ рисков [28, 74] и особенностей конфигурации рассматриваемого технологического процесса позволяет сформировать следующие сведения, являющие основными исходными данными для синтеза ПАЗ:
1. Перечень групп опасных производственных объектов (ОПО): (Г 1,...,Гк), где каждая группа объектов обслуживается конкретной многоканальной ПАЗ! со структурной схемой, представленной на рисунке 1.2, и где Г!={ОПОь...,ОПОп(!)}, п(1) > 1, п(1) - число ОПО, входящих в эту группу, 1=1,...,к, к> 1 .
2. Для каждого ]-ого объекта из группы Г* указывается перечень критических областей и для каждой э-ой критической области, где
]=1 ,П1, з=1,....пт,, приводится оценка частоты Рпр^5 и времени где Рпр
частота возникновения инцидентов на ]-ом объекте по его в-ой критической области, время от момента возникновения инцидента на ]-ом объекте по