CC BY
25
УПРАВЛЕНИЕ, МОДЕЛИРОВАНИЕ, АВТОМАТИЗАЦИЯ
DOI: 10.24143/2072-9502-2019-2-40-47 УДК 62-50
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПЛЕКСНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТА НА ПРИМЕРЕ БЛОКА СТАБИЛИЗАЦИИ УСТАНОВКИ КАТАЛИТИЧЕСКОГО РИФОРМИНГА
А. Н. Селиверстова, Д. В. Немчинов, Е. Ф. Райкова
Астраханский государственный технический университет, Астрахань, Российская Федерация
Безаварийность как показатель полноты использования ресурсов производственного объекта важна для характеристики технологического процесса. В большинстве современных автоматизированных систем управления технологическим процессом данный показатель реализован средствами системы противоаварийной защиты, позволяющей избежать развития аварийной ситуации. Однако в этом случае не учитывается возможность развития предаварийной и аварийной ситуаций при сочетании нескольких допустимых и близких к аварийным значениям параметров, поэтому такие меры становятся причиной простоя технологического оборудования. Для решения задачи сокращения времени простоя оборудования предложен метод определения показателя состояния объекта. Он учитывает все варианты взаимного влияния технологических параметров друг на друга и их сочетания, приводящие к развитию аварийной ситуации. Также предложенное решение позволяет установить приближение режима работы технологического оборудования к порогу аварийности, что значительно снижает риски возникновения аварии на объекте, в результате чего сокращается время простоя оборудования и уменьшаются экономические потери. Метод определения показателя состояния объекта рассмотрен на примере блока стабилизации гидрогенизата установки каталитического риформинга.
Ключевые слова: показатель технического состояния, аварийная ситуация, технологический процесс, блок стабилизации гидрогенизата, нормальные значения, опасные значения, предаварийное состояние, каталитический риформинг.
Для цитирования: Селиверстова А. Н., Немчинов Д. В., Райкова Е. Ф. Определение комплексного показателя технического состояния объекта на примере блока стабилизации установки каталитического риформинга // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. 2019. № 2. С. 40-47. DOI: 10.24143/2072-9502-2019-2-40-47.
Введение
Важнейшим критерием, характеризующим полноту использования ресурсов объекта управления, является его безаварийность. Безаварийная работа объекта снижает длительность простоев оборудования, уменьшает или позволяет избежать расходов на поиск и устранение причин аварийных ситуаций, нарушения экологической безопасности и причинения вреда жизни и здоровью людей [1].
В настоящее время обеспечение безаварийности производственного объекта осуществляется путем контроля параметров состояния технологического процесса в допустимом диапазоне. При отклонениях параметров от нормального режима работы в АСУТП срабатывают системы противоаварийной защиты и блокировок, отключающие соответствующие технологические потоки и блоки.
Однако данный подход не позволяет учитывать сочетания нескольких допустимых и близких к аварийным значениям параметров, приводящих к предаварийной и аварийной ситуациям.
С целью сокращения времени простоя оборудования в результате срабатывания систем противоаварийной защиты предложен метод определения показателя состояния объекта на примере блока стабилизации гидрогенизата установки каталитического риформинга, позволяющего учесть степень влияния каждого технологического параметра на возникновение аварийной ситуации и установить близость режима работы объекта к аварийному, тем самым способствуя снижению рисков аварийных ситуаций эксплуатируемых промышленных объектов.
Метод определения показателя состояния объекта
Для определения состояния объекта по классификационным признакам, измеряемым в реальном времени традиционным способом, нами предложено использовать показатель технического состояния объекта, который зависит от параметров технологического процесса. Под оценкой показателя технического состояния будем понимать соответствие объекта нормальному значению. Таким образом, значение объекта будет подразделяться на несколько состояний (табл. 1).
Таблица 1
Оценка состояния объекта
Состояние объекта Оценка состояния оборудования
Соответствует норме 0
Незначительное отклонение 0,1-0,4
Значительное отклонение 0,41-0,7
Критическое отклонение 0,71-1
При этом показатель состояния объекта определяется всеми учитываемыми в технологическом факторе переменными технологического процесса:
3 =(р^ р,, рп),
где З - показатель состояния объекта; р - параметр технологического процесса.
Проведен анализ основных параметров блока стабилизации гидрогенизата. Среди них можно выделить для каждого из рассматриваемых объектов такие параметры, которые могут оказывать влияние на развитие аварийной ситуации:
1) для отпарной колонны К-1:
- температура питания - 145-200 °С;
- температура верха - 95-160 °С;
- температура низа - не менее 220 °С;
- давление - 12,0-12,9 кгс/см2;
- расход орошения - не более 42 м3/ч;
- уровень куба - 20-80 % шк. прибора;
2) для трубчатой печи П-2:
- расход продукта, поступающего в один поток змеевика печи - 56-75 м3/ч;
- температура продукта на входе в печь - не менее 220 °С;
- температура продукта на выходе из печи - не более 283 °С;
- перепад температур по замерам на входе и выходе - не более 10 °С;
- давление продукта на входе - не более 15,5 кгс/см ;
- температура дымовых газов на «перевале» - не более 750 °С;
- температура дымовых газов на выходе из печи - не более 420 °С;
- давление топливного газа перед основными горелками - 0,3-1,5 кгс/см2;
- давление топливного газа перед запальными горелками - 0,3-1,5 кгс/см2;
- давление топливного газа в трубопроводе топливного газа к запальным горелкам -не более 2,0 кгс/см2;
- разряжение дымовых газов на уровне горелок - от -20 до -35 кг/м2;
- разряжение дымовых газов под сводами радиантной камеры - от -2 до -3 кг/м2;
- содержание в дымовых газах окиси углерода - не более 0,1 % об. на влажный газ;
- содержание в дымовых газах кислорода - не более 10 % об. на влажный газ. Упрощенная функциональная схема блока стабилизации гидрогенизата представлена на рис. 1.
Верхний продукт отпарной колонны
®
Орошение отпарной колонны
Г0
Нестабильный гидрогенизат
®
ЧУ
К-1
М
п-2
©
Стабильный гидрогенизат в блок каталитического риформинга
Рис. 1. Упрощенная функциональная схема блока стабилизации гидрогенизата
Показатель 5 требует приведения его к безразмерной величине, не зависящей от размерности исходных данных. Для этого необходимо предварительно нормировать исходные данные.
Параметры технологического процесса могут лежать в зоне нормальных значений и в зоне опасных значений, что определяет показатель состояния объекта. Если все параметры технологического процесса расположены в зоне нормальных значений, показатель может считаться равным нулю. Если в зоне опасных значений лежит один или несколько параметров, что указывает на предаварийное состояние объекта, увеличивается и будет увеличиваться по мере приближения параметров к критическому состоянию.
Каждому классификационному признаку присваивается весовой коэффициент, отражающий его значимость в ходе определения 51. Для определения весового коэффициента предлагается прибегнуть к опросу экспертов [2].
При описании состояния технологического объекта количественно указывается значение всех его параметров, при этом необходимо, чтобы эти значения были указаны в соответствии с масштабом шкалы в диапазоне 0-1. Каждый параметр может иметь одну или две зоны опасных значений Н и L.
Выполняем преобразование текущего значения параметра рг, 1 < i < п, в безразмерную величину q, если он имеет одну или две зоны опасных значений:
ч, = (р> - рН ) / (рНн - рН) (1)
или
Ч, =(Р' - Р, ) / (Р - Р ), (2)
I Н II НИ
где рг - текущее значение параметра; р , р , - предупредительные значения параметра; р( , р1 -предельно допустимые значения параметра.
Из формул (1) и (2) видно, что, если несколько технологических параметров лежат в зоне опасных значений, нормированный параметр д, будет составлять значение от 0 до 1. Если же ни один из параметров не находится в зоне опасных значений, все д, = 0.
Таким образом, для всех технологических параметров р,, участвующих в определении показателя состояния объекта Зь необходимо ввести нормированные параметры д:
д1 =
1, если р1 < р1,
I I \ 11 I -Л и ^ „ /
(Р/ - Р, ) / (Р/ - Р,- ), если Р/ < Р, < Р,,
0, если р < р1 < рр,
(3)
(р, - р.) / (р? - р.), если р. < р, < рр
1, если р . > р..
Нормированные согласно формуле (3) параметры р, являются безразмерными д, и изменяются в диапазоне 0-1 (рис. 2).
Рис. 2. Нормирование параметров
Значение параметрического показателя определим по принципу логико-вероятностной оценки [3]:
3 = д + д2 (1 - д)+дз (1 - д )(1 - д2)+•••+дп (1 - д )(1 - д2) ••• (1 - д„-1).
(4)
Для „ параметров
З = д1 +Ё
д, (1 - д3)
3=1
Для обозначения влияния отдельного параметра на параметрический показатель используем весовые коэффициенты г, которые определяем при помощи метода экспертных оценок. Весовой коэффициент должен представлять собой целое число, отражающее значимость одного параметра по сравнению с другими параметрами. На основании полученных данных необходимо повторно сформировать формулу (4), включив в нее значение каждого технологического параметра столько раз, сколько того требует его весовой коэффициент.
Можно пересчитать значение параметра д в зависимости от его веса:
Чг = д
г—1
1+1(1 - д)
г=1
где г - вес параметра д; дг - значение параметра с учетом его веса.
На рис. 3 представлен алгоритм определения параметрического показателя Зь
,=2
Рис. 3. Алгоритм определения параметрического показателя
При реализации данного алгоритма на блоке стабилизации гидрогенизата установки каталитического риформинга были сняты параметры, указанные в табл. 2.
Таблица 2
Значения технологических параметров блока стабилизации гидрогенизата
Параметр Диапазон изменения параметров Реальное значение, pt Нормированное значение параметра, qt
Нижнее предельно допустимое значение, pa Нижнее предупредительное значение, pl Верхнее предупредительное значение, ph Верхнее предельно допустимое значение, phh
Температура питания, р1 - 145 °С 220 °С 242 °С 230 °С 0,455
Температура верха, р2 - 95 °С 160 °С 184 °С 145 °С 0,000
Температура низа, р3 198 °С 220 °С - - 222 °С 0,000
Давление верха, р4 - 12,0 кгс/см2 12,9 кгс/см2 15 кгс/см2 12,2 кгс/см2 0,000
Окончание табл. 2
Параметр Диапазон изменения параметров Реальное значение, р,■ Нормированное значение параметра, q^
Нижнее предельно допустимое значение, р" Нижнее предупредительное значение, р Верхнее предупредительное значение, рк Верхнее предельно допустимое значение, рм
Давление верха, p4 - 12,0 кгс/см2 12,9 кгс/см2 15 кгс/см2 12,2 кгс/см2 0,000
Расход орошения, p5 - - 42 м3/ч 46,2 м3/ч 45 м3/ч 0,114
Уровень куба, p6 20 % шк. прибора - 12 % шк. прибора 80 % шк. прибора 10 % шк. прибора 0,000
Расход продукта, поступающего в один поток змеевика печи, p1 35 м3/ч 56 м3/ч - 15 м3/ч 59 м3/ч 0,000
Температура продукта на входе в печь, p8 198 °С 220 °С - - 215 °С 0,221
Температура продукта на выходе, p9 - - 283 °С 310 °С 219 °С 0,000
Перепад температур по замерам на входе и выходе, plo - - 9 °С 10 °С 3 °С 0,000
Давление продукта на входе, p11 - - 15,5 кгс/см2 15,8 кгс/см2 15 кгс/см2 0,000
Температура дымовых газов на «перевале», p12 - - 150 °С 820 °С 130 °С 0,000
Температура дымовых газов на выходе печи, p13 - - 420 °С 462 °С 400 °С 0,000
Давление топливного газа перед основными горелками, p14 0,5 кгс/см2 0,1 кгс/см2 - 2,0 кгс/см2 0,65 кгс/см2 0,25
Давление топливного газа перед запальными горелками, p15 0,5 кгс/см2 0,1 кгс/см2 - 2,0 кгс/см2 0,68 кгс/см2 0,1
Давление топливного газа в трубопроводе топливного газа к запальным горелкам, p16 - - 1, 8 кгс/см2 2,0 кгс/см2 1,1 кгс/см2 0,000
Разряжение дымовых газов на уровне горелок, p11 - -42 кг/м2 -35 кг/м2 -20 кг/м2 --40 кг/м2 0,000
Разряжение дымовых газов под сводами радиантной камеры, p18 - -3,3 кг/м2 -3 кг/м2 -2 кг/м2 -3,2 кг/м2 0,000
Содержание в дымовых газах окиси углерода, p19 - - 0,1 % об. на влажный газ 0,11 % об. на влажный газ 0,092 % об. на влажный газ 0,000
Содержание в дымовых газах кислорода, p20 - - 10 % об. на влажный газ 12 % об. на влажный газ 9,2 % об. на влажный газ 0,000
За пределы нормального диапазона вышли параметры:
- температура питания (р1);
- расход орошения (^5);
- температура продукта на входе в печь (^8);
- давление топливного газа перед основными горелками (^14);
- давление топливного газа перед запальными горелками (^15).
В ходе расчета получено значение общего показателя технического состояния, равное 0,92. Несмотря на то, что данное состояние объекта является работоспособным, оно приближается к аварийному. Рассчитанный показатель является «рекомендацией (сигналом)» для лица, принимающего решения, о том, что параметры, вышедшие за пределы нормального диапазона, необходимо отрегулировать до срабатывания системы противоаварийной защиты и не допустить развития аварийной ситуации.
Заключение
С целью сокращения времени простоя оборудования в результате срабатывания систем проти-воаварийной защиты на примере блока стабилизации гидрогенизата установки каталитического
риформинга рассчитан показатель, который определяет техническое состояние объекта и является для лица, принимающего решения, основой для дальнейших действий по приведению технологического процесса в нормальное состояние.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. ГОСТ Р 51901-2002. Менеджмент риска. Анализ риска технологических систем. М.: Изд-во стандартов, 2002. 22 с.
2. Немчинов Д. В., Проталинский О. М. Система поддержки принятия управленческих решений по снижению рисков аварийных ситуаций на промышленных объектах // Автоматизация в промышленности. 2010. № 3. С. 13-16.
3. Соложенцев Е. Д. Сценарное логико-вероятностное управление риском в бизнесе и технике. СПб.: Бизнес-пресса, 2004. 432 с.
4. ГОСТ27.002-2015. Надежность в технике. Термины и определения. М.: Стандартинформ, 2016. 23 с.
Статья поступила в редакцию 25.01.2019
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Селиверстова Алена Николаевна - Россия, 414056, Астрахань; Астраханский государственный технический университет; магистрант кафедры автоматики и управления; [email protected].
Немчинов Денис Валерьевич - Россия, 414056, Астрахань; Астраханский государственный технический университет; канд. техн. наук, доцент; доцент кафедры автоматики и управления; [email protected].
Райкова Елена Федоровна - Россия, 414056, Астрахань; Астраханский государственный технический университет; канд. техн. наук, доцент; доцент кафедры автоматики и управления; [email protected].
DETERMINING A COMPLEX FACTOR OF TECHNICAL CONDITION OF THE OBJECT, USING A STABILIZING BLOCK OF CATALYTHIC REFORMING UNIT AS AN EXAMPLE
A. N. Seliverstova, D. V. Nemchinov, E. F. Raikova
Astrakhan State Technical University, Astrakhan, Russian Federation
Abstract. Fail-safety taken as a factor of completeness of using the resources of the production facility is important for characterizing the technological process. In most modern automated process control systems the above factor is implemented by means of the emergency protection system which allows to avoid the progressing emergency. However, such measures significantly increase the downtime of process equipment, since the possibility of developing pre-emergency and emergency situations when combining several permissible and close to emergency values of parameters is not taken into account. To solve the problem of reducing machinery downtime, a method for determining the object state indicator has been proposed. It takes into account all variants of the influence of technological parameters on each other as well as their combinations leading to the emergency progress. As well, the proposed solution helps to set the proximity of the operating mode of the production equipment to the threshold emergency, which greatly reduces the risk of emergency in situ, thereby reducing equipment downtime and economic losses. The method of determining the indicator of the state of the object is considered on the example of the stabilization block of hydrogenate catalytic reforming unit.
Key words: technical condition factor, emergency situation, technological process, stabilization block of hydrogenate, standard values, dangerous values, pre-emergency situation, catalytic reforming.
For citation: Seliverstova A. N., Nemchinov D. V., Raikova E. F. Determining a complex factor of technical condition of the object, using a stabilizing block of catalythic reforming unit as an example. Vestnik of Astrakhan State Technical University. Series: Management, Computer Science and Informatics. 2019;2:40-47. (In Russ.) DOI: 10.24143/2072-9502-2019-2-40-47.
1. GOST R 51901-2002. Menedzhment riska. Analiz riska tekhnologicheskikh sistem [GOST R 51901-2002.Risk management. Analysis of technological system risk]. Moscow, Izd-vo standartov, 2002. 22 p.
2. Nemchinov D. V., Protalinskii O. M. Sistema podderzhki priniatiia upravlencheskikh reshenii po snizheniiu riskov avariinykh situatsii na promyshlennykh ob"ektakh [The support system of managerial decision making on decreasing risks of emergencies at industrial enterprises]. Avtomatizatsiia vpromyshlennosti, 2010, no. 3, pp. 13-16.
3. Solozhentsev E. D. Stsenarnoe logiko-veroiatnostnoe upravlenie riskom v biznese i tekhnike [Scenario logical-probable risk management in business and technology]. Saint-Petersburg, Biznes-pressa, 2004. 432 p.
4. GOST 27.002-2015. Nadezhnost' v tekhnike. Terminy i opredeleniia [GOST 27.002-2015.Safety in technology. Terms and definitions]. Moscow, Standartinform Publ., 2016. 23 p.
Seliverstova Alena Nikolaevna — Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Master's Course Student of the Department of Automation and Control; [email protected].
Nemchinov Denis Valerievich — Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department of Automation and Control; [email protected].
Raykova Elena Fedorovna — Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department of Automation and Control; [email protected].
REFERENCES
The article submitted to the editors 25.01.2019
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
