CC BY
8
Труды Кольского научного центра РАН. Информационные технологии. Вып. 12. 2021. Т. 12, № 5. С. 183-186.
Transactions of the Ко1а Science Centre. Information technologies. Series 12. 2021. Vol. 12, no. 5. P. 183-186.
Тезисы УДК 004.94
DOI: 10.37614/2307-5252.2021.5.12.019
ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ АНАЛИЗА РИСКОВ ДЛЯ СОСУДОВ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
А.В. Шестаков1, А.С. Шемякин2В, С.Ю. Яковлев3
1 2 3 Институт информатики и математического моделирования ФИЦ КНЦ РАН, Апатиты, Россия
1 shestakov@iimm.ru, https://orcid.org/0000-0002-9052-2579
2 shemyakin@iimm.ruB, https://orcid.org/0000-0001-5308-5456
3 yakovlev@iimm.ru, https://orcid.org/0000-0001-6433-2096
Аннотация
Неотъемлемой частью любого производства является обеспечение промышленной и природной безопасности. Одним из потенциальных решений задач подобного рода можно считать моделирование и визуализацию аварийных ситуаций, а также их анализ. Авторами статьи предлагается использовать технологии геоинформационных систем с целью проведения первичной оценки рисков, посредством моделирования распространения взрывной ударной волны при чрезвычайных ситуациях связанных с разрывом сосудов, находящихся под высоким давлением. Ключевые слова:
ГИС, QGIS, промышленная безопасность, расчёты риска Финансирование
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ (тема НИР № 0226-2019-0035).
Для цитирования: Шестаков А. В., Шемякин А. С., Яковлев С. Ю. Информационная технология анализа рисков для сосудов под давлением // Труды Кольского научного центра РАН. Информационные технологии. Вып. 12. 2021. Т. 12, № 5. С. 183-186. http://dx/doi.org/10.37614/2307-5252.2021.5.12.019.
Theses
INFORMATION TECHNOLOGY FOR RISK ANALYSIS OF PRESSURE VESSELS A.V. Shestakov1, A.S. Shemyakin2B, S.Yu. Yakovlev3
12,3 Institute for Informatics and Mathematical Modeling Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences, Apatity, Russia
1 shestakov@iimm.ru, https://orcid.org/0000-0002-9052-2579
2 shemyakin@iimm.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5308-5456
3 yakovlev@iimm.ru, https://orcid.org/0000-0001-6433-2096
Abstract
An integral part of any production is to ensure industrial and natural safety. One of the potential solutions to such problems can be considered as modeling and visualization of emergency situations, as well as their analysis. The authors of the article propose to use geographic information system technologies in order to conduct primary risk assessment by simulating the propagation of an explosive shock wave in emergencies associated with the rupture of vessels under high pressure.
Keywords:
GIS, QGIS, industrial safety, risk calculations
Funding
The research is carried out within the frames of the state task of the Ministry of Science
and Higher Education of RF (Research theme N 0226-2019-0035).
For citation: Shestakov A. V., Shemyakin A. S., Yakovlev S. Yu. Information technology for risk analysis of pressure vessels // Transactions of the Kola Science Centre. Information technologies. Series 12. 2021. Vol. 12, no. 5. P. 183-186. http://dx/doi.org/10.37614/2307-5252.2021.5.12.019.
Введение
На сегодняшний день, серьёзной проблемой в мире является обеспечение промышленной и природной безопасности. Повышение актуальности этой проблемы вызвано увеличением числа производственных комплексов. Одни из главных источников опасности, связанные с промышленностью - это сосуды, находящиеся под высоким давлением.
Для анализа и предотвращения возникновения опасных ситуаций широко используются информационные технологии. Визуализация и воспроизведение обстановки чрезвычайной ситуации помогает дать оценку возможным последствиям аварии и, следовательно, данные для её предупреждения. Мощным инструментом для моделирования таких ситуаций служат геоинформационные системы.
В настоящий момент уровень развития ГИС-технологий таков, что реализовать модель возникновения и развития чрезвычайных ситуаций можно средствами единой геоинформационной системы, имея при этом возможность использовать множество функций, заложенных в систему, и обращаясь к пространственным данным через API-интерфейс. В геоинформационной системе Quantum GIS расширения, включающие в себя плагины и модули, являют собой мощный программный инструмент, который динамично развивается и позволяет подстроить среду под выполнение задач разного характера, связанных с картографическими данными. То, что QGIS относится к свободным кроссплатформенным геоинформационным системам, даёт возможность разрабатывать и добавлять плагины любому пользователю.
1. Методология расчётов параметров для анализа рисков
Разрабатываемый модуль расширения для геоинформационной системы Quantum GIS построен на основе методики руководства по анализу опасности аварийных взрывов и определению параметров их механического действия РБ Г-05-039-96. Функциональная часть плагина служит для расчёта и оценки параметров взрывной ударной волны разрушения сосудов со сжатыми или сжиженными газами, (воздух, азот и т.п.), находящимися под высоким давлением, а также случая дефлаграционного взрыва газо- или паровоздушных смесей в емкостях, не рассчитанных на повышенное внутреннее давление (например, емкости для хранения бензина, мазута и т.п.), а также отображения зон поражения взрывной ударной волной.
2. Используемые программные средства для проведения расчётов
Разработка модуля расширения велась на языке программирования Python c использованием фреймворка Qt, а также следующих плагинов QGIS: Plugin Builder и Plugin Reloader.
В Plugin Builder задаётся наиболее подходящий рабочий шаблон, из которого строится каркас из исполняемых файлов для дальнейшей разработки плагина.
В нём задаются основные положения (название плагина, название модуля, имя класса, тип плагина и т.д.) для упрощения ведения последующей работы над плагином. После заполнения данных, Plugin Builder в автоматическом режиме сформирует исполняемые файлы и соберёт их в один проект.
Plugin Reloader ещё один вспомогательный модуль, делающий разработку удобнее. Его использование позволяет изменять программный и отображать его в QGIS без перезагрузки ГИС.
Для формирования графического интерфейса плагина использовался Qt Designer, предназначенный для проектирования и создания графических пользовательских интерфейсов (GUI) из компонентов Qt. Позволяет интегрировать виджеты и формы с управляющим кодом.
Для работы с векторными слоями и взаимодействием с картами QGIS используется QgsVectorLayer, с помощью него происходит управление наборами данных на основе векторов. Методом getFeature из класса QgsVectorLayer запрашиваются слои, с которыми будет вестись работы и на которые наносятся зоны поражения addFeatures.
Далее для работы с координатами и формирования зон поражения используются классы QgsPoint и QgsPointXY. После этого с помощью addMapLayer добавляем слой с зонами.
3. Проведение расчётов с использованием разрабатываемого модуля расширения
В качестве основы для расчёта зоны поражения для амплитуды избыточного давления на фронте ВУВ был использован график из [3].
При анализе графика зависимости величина давления на фронте ВУВ, генерированной разрывом сосуда с газом, находящимся под давлением, от безразмерного состояния, были получены формулы функций гиперболических регрессий для ситуаций в случае давления в сосуде перед взрывом в 2; 3,5; 4,5; 5; 8; 10; 15 (кгс/см).
Результат выполнения программы отображается на карте в виде зон поражения, соответствующих классификации приведённой в [2], а также [3] и расстоянию до них от эпицентра.
Разработанный модуль расширения, позволяет произвести первичную оценку рисков для сосудов под давлением в случае аварийной ситуации и оценить возможные разрушающие последствия.
Список литературы
1. Яковлев С.Ю., Шемякин А.С., Шестаков А.В. Информационная технология учёта рельефа прилегающей местности при решении задач оценки промышленно-природных опасностей и рисков // Труды Кольского научного центра РАН. Информационные технологии. 2020. № 8 (11). С.202-204.
2. Козлитин A.M. Вероятностные методы анализа последствий фугасного воздействия взрыва на человека, технологическое оборудование, здания, сооружения при аварийных ситуациях на предприятиях нефтегазовой отрасли
// Управление промышленной и экологической безопасностью производственных объектов на основе риска. 2005. С.16-44. 3. Руководство по анализу опасности аварийных взрывов и определению параметров их механического действия. 1996. РБ Г-05-039-96.
References
1. Yakovlev S.Yu., Shemyakin A.S., Shestakov A.V. Informacionnaya tekhnologiya uchyota rel'efa prilegayushchej mestnosti pri reshenii zadach ocenki promyshlenno-prirodnyh opasnostej i riskov [Information technology for accounting nearby area relief when solving tasks of assessing industrial and natural hazards and risks]. Trudy Kol'skogo nauchnogo centra RAN. Informacionnye tekhnologii [Transactions of the Kola Science Centre. Information Technologies], 2020, No.8 (11), pp. 202-204. (In Russ).
2. Kozlitin A.M. Veroyatnostnye metody analiza posledstvij fugasnogo vozdejstviya vzryva na cheloveka, tekhnologicheskoe oborudovanie, zdaniya, sooruzheniya pri avarijnyh situaciyah na predpriyatiyah neftegazovoj otrasli [Probabilistic methods for analyzing the consequences of the blast impact on people, process equipment, buildings, structures in emergency situations at oil and gas enterprises]. Upravlenie promyshlennoj i ekologicheskoj bezopasnost'yu proizvodstvennyh ob"ektov na osnove riska [Risk-based management of industrial and environmental safety of production facilities], 2005, pp.16-44. (In Russ.).
3. Rukovodstvo po analizu opasnosti avarijnyh vzryvov i opredeleniyu parametrov ih mekhanicheskogo dejstviya [Guidelines for the analysis of accidental explosion hazards and the determination of their mechanical action parameters]. 1996. Safety Guidelines G-05-039-96.
Сведения об авторах
А. В. Шестаков — стажер-исследователь ИИММ КНЦ РАН;
А. С. Шемякин — младший научный сотрудник ИИММ КНЦ РАН;
C. Ю. Яковлев — кандидат технических наук, старший научный сотрудник ИИММ КНЦ
РАН.
Information about the authors
A. V. Shestakov — intern researcher of the Institute for Informatics and Mathematical Modeling Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences;
A. S. Shemyakin — Junior Research Fellow of the Institute for Informatics and Mathematical Modeling Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences;
S. Yu. Yakovlev — Candidate of Science (Tech.), Senior Research Fellow of the Institute for Informatics and Mathematical Modeling Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences.
Статья поступила в редакцию 15.11.2021; одобрена после рецензирования 20.11.2021; принята к публикации 08.12.2021.
The article was submitted 15.11.2021; approved after reviewing 20.11.2021; accepted for publication 08.12.2021.
