О комплексном мониторинге состояния пожаровзрывоопасного объекта

УДК 614.8

Д.И. Матюшкин, А.В. Рыбаков

О КОМПЛЕКСНОМ МОНИТОРИНГЕ СОСТОЯНИЯ ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОГО ОБЪЕКТА

В статье изложен новый подход для осуществления мониторинга состояния потенциально опасного объекта, основанный на методах теории возможности путём построения нечетких лингвистических переменных. Приведена концепция вычисления комплексного показателя состояния объекта, который позволяет ранжировать потенциально опасные объекты по степени безопасности для населения, зданий и сооружений, находящихся в возможных зонах поражения таких объектов.

Ключевые слова: мониторинг; безопасность; потенциально опасный объект; теория возможности; нечеткая логика; лингвистические переменные.

D. Matyushkin, А. Rybakov ON INTEGRATED MONITORING OF THE STATE OF THE FIRE AND EXPLOSION

DANGEROUS OBJECT

This article shows the new approach to carry out the monitoring of condition of potentially hazardous facility based on the methods of the theory of possibility by construction of fuzzy linguistic variables. It is shown the conception of computing of complex figures of facility condition that allows ranging potentially hazardous facilities on degree of safety for population, buildings and constructions located within the possible effective zones of such facilities.

Key words: monitoring; safety; potentially hazardous facility; theory of possibility; fuzzy logic; linguistic variables.

Вопрос обеспечения безопасности на опасных производственных объектах всегда являлся одним из важнейших при организации производства.

В настоящее время большое внимание уделяется обеспечению безопасности потенциально опасных производственных объектов (ОПО) Перечень ОПО любой индустриально развитой страны исчисляется тысячами единиц.

Одним из видов ОПО объектов являются пожаровзрывоопасные объекты, к которым относятся магистральные газо-, нефте- и продуктопроводы, газокомпрессорные и нефтеперерабатывающие станции, а также хранилища сжиженных газов и нефти, крупные предприятия по производству и переработке жидкофазных или твёрдых взрывоопасных материалов.

Количество используемого оборудования на таких объектах очень велико, в связи с чем, мониторинг правильности их работы, а как следствие и безопасности всего объекта, представляется очень сложным процессом. Процесс этот осложняется еще и тем, что различное оборудование обеспечивающее показания работы отдельных узлов объекта, выдает данные в своих единицах измерения [1].

Рассмотрим работу автоматизированной системы мониторинга и управления объектом на примере возникновения такой чрезвычайной ситуации, как пожар или взрыв на газокомпрессорной станции.

Для пожара, как неконтролируемого процесса горения, существуют необходимые и достаточные условия. Так необходимыми условиями является: наличие горючего вещества, окислителя и источника зажигания. Однако соблюдение этих условий не означает, что горение

возникнет. Достаточные условия - это одновременное совмещение горючего вещества, источника зажигания и окислителя, а также непрерывное поступление окислителя в зону горения и удаление из неё продуктов горения. Также следствием пожара зачастую может стать образование взрыва.

Возникновение ЧС, связанных с пожаром, на пожаровзрывоопасных объектах влекут за собой такие последствия, как: поражение людей;

невосполнимые потери рабочего материала;

повреждения зданий и оборудования объекта вследствие воздействия поражающих факторов аварий - теплового излучения и воздействия воздушной ударной волны; ущерб, наносимый окружающей среде на прилегающей к объекту территории. За последние 30 лет на компрессорных станциях было зафиксировано свыше 100 аварий и инцидентов. Причины возникновения аварий могут быть условно объединены в следующие группы: разрушение (разгерметизация) трубопроводов и линейной арматуры и отказы систем противоаварийной защиты объекта;

ошибки, запаздывание, бездействие персонала в штатных и нештатных ситуациях,

несанкционированные действия персонала;

внешние воздействия природного и техногенного характера.

Для обеспечения безопасности необходима стабильная непрерывная работа системы мониторинга и управления объектом.

Согласно ГОСТ Р 22.1.12-2005, система мониторинга и управления инженерными системами объекта (СМИС) должна обеспечивать контроль следующих основных дестабилизирующих факторов [2]:

возникновение пожара;

нарушение в системе отопления, подачи горячей и холодной воды, вызванные выходом из строя инженерного оборудования на центральных тепловых пунктах, котельных а также авариями на трубопроводах и приборах отопления; нарушения в подаче газа; отказа в работе лифтового оборудования;

несанкционированного проникновения в служебные помещения;

повышенного уровня радиации, предельно допустимой концентрации аварийных химически опасных веществ; биологически опасных веществ; взрывоопасных концентраций газовоздушных смесей;

затопления помещений, дренажных систем и технологических приямков; утечки газа;

отклонений от нормативных параметров производственных процессов, способных привести к возникновению чрезвычайных ситуаций;

изменения состояния инженерно-технических конструкций (конструктивных элементов) объектов.

Существующие на данный момент методики оценки состояния объекта, системы обеспечивающие безопасность, схожи между собой тем, что рассматривают объект отдельно по каждому дестабилизирующему фактору. По этой причине, нет возможности в короткие сроки получать полную картину о состоянии объекта в каждый отдельный момент времени, а также иметь прогноз вероятных аварийных ситуаций с визуальным моделированием и выводом управляющих воздействий.

В этой связи предлагается использовать методы теории нечетких множеств, а в частности теоретико-возможностный подход, для получения логической функции, значение которой будет описывать состояние объекта.

Суть этого подхода заключается в следующем. Возможность события, в отличие от вероятности, оценивающей частоту его появления в регулярном стохастическом эксперименте, ориентирована на относительную оценку истинности данного события, его предпочтительности в сравнении с любым другим событием, причём - в ранговой (порядковой) шкале, в которой могут быть представлены и содержательно истолкованы лишь отношения «больше», «меньше» или «равно». Содержательное толкование возможности обусловлено тем, что все теоретико-возможностные рассуждения и выводы должны быть инвариантны относительно любого (строго) сохраняющего порядок преобразования шкалы значений возможности [3].

Дело в том, что в отличие от вероятности, принимающей значения в «абсолютной» шкале, возможность принимает значения в шкале £ = ([ 0 , 1 ], <, +, ° ), где сложение «+» определено как «max», а умножение « ° » - как «min», инвариантной относительно группы Г непрерывных монотонных преобразований отрезка [0, 1] в себя (шкала £ - полная дистрибутивная решетка, Г -группа всех непрерывных монотонных изоморфизмов ), оставляющих неподвижными «нейтральные элементы» 0 и 1 шкалы £ [4]. Это означает, что в то время как любые теоретико-вероятностные модели должны формулироваться в единой шкале, теоретико-возможностные модели могут формулироваться в различных шкалах, произвольно выбираемых исследователями сообразно их представлениям о моделируемых процессах и явлениях. Следовательно, содержательно истолкованы могут быть лишь такие свойства теоретико-возможностной модели, которые не зависят от выбора шкалы, т. е. инвариантны относительно группы Г преобразований шкалы и соответствующих (индуцированных Г) преобразований математических объектов, используемых в модели. В частности, не имеют содержательной интерпретации ответы на такие, например, вопросы, как: чему равно значение возможности того или иного события, на сколько или во сколько раз возможности одного события больше, чем другого, и т. д. Не зависят от выбора шкалы лишь утверждения: возможность одного события больше, меньше и равна возможности другого. Это обстоятельство обуславливает принципиальное отличие понятия возможности от понятия вероятности, шкала значений которой одна и та же для всех исследователей [4].

Вместе с тем, хотя возможность не имеет событийно-частотной интерпретации, свойственной вероятности и связывающей её с экспериментом, теория возможностей позволяет математически моделировать реальность на основе опытных фактов, знаний, гипотез и суждений исследователей; проверять адекватность построенных моделей и на их основе оптимально оценивать характеристики изучаемых процессов и явлений.

Теория возможностей позволяет проводить интерпретацию неопределённой и неточной информации и представлять её в количественном виде.

Система мониторинга должна обеспечивать постоянный сбор информации, наблюдение и контроль, включающие процедуры анализа риска, измерения параметров технологического процесса на объекте, выбросов веществ и состояния окружающей среды на прилегающих к объекту территориях.

Рис. 1 Схема мониторинга состояния объекта

116

Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2014'4

Схема описываемой системы мониторинга представлена на рис. 1, демонстрирующем основные блоки и алгоритм действия.

Для обеспечения повсеместного мониторинга объекта предлагается разделить всю систему на отдельные подсистемы:

мониторинг состояния опасных веществ на объекте;

мониторинг состояния систем жизнеобеспечения;

мониторинг состояния систем безопасности;

мониторинг природных процессов.

Данные системы в свою очередь разбиты на ряд других подсистем. С оборудования подсистем второго уровня информация о состоянии тех или иных параметров в виде цифрового кода поступает на автоматизированное рабочее место (далее - АРМ). На АРМ полученные данные обрабатываются и проходят процесс фазификации - формализации нечеткости [5]. На этом этапе происходит перевод четких переменных в лексические (нечеткие), после чего на основе базы правил вывода обеспечивается нечеткий вывод. Далее происходит процесс обратный первому - дефазификация - в соответствие нечеткому выводу ставится конкретное число.

При старой модели системы мониторинга состояния объекта, несогласованность оборудования, отвечающего за предотвращение возникновения пожара, подразумевала вероятность того, что не проследив хотя бы один дестабилизирующий фактор, являющийся необходимым условием для возникновения пожара, система могла не предвидеть возникновения аварийной ситуации. Предлагаемая система мониторинга, собирая информацию с разной аппаратуры, подводит получаемые данные, измеряемые в различных единицах к одной общей. Это позволяет вести постоянный контроль состояния всех трех составляющих необходимых условий возникновения пожара. А также, по имеющемуся значению логической функции и способности системы моделировать возможные аварийные ситуации контролировать общее состояние на объекте, и предотвращать возникновение достаточных условий.

Литература

1. Теличенко В.И., Ройтман В.М. Обеспечение комплексной безопасности зданий и сооружений - приоритетное направление технологической модернизации России // Пожары и ЧС, 2014, №3.

2. ГОСТ Р 22.1.12-2005. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Структурированная система мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений. Общие требования.

3. Рыбаков А.В., Арефьева Е.В., Матюшкин Д.И. Оценка степени разрушения конструкции зданий от взрывной нагрузки // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты, 2014, №3.

4. Пытьев Ю.П. Возможность. Элементы теории и применения. - М.: Эдиториал УРСС, 2000,

192 с.

5. Заде Л.А. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений. Перевод с английского Н.И. Ринго. Под редакцией Н.Н. Моисеева и С.А. Орловского. - М.: Издательство "МИР", 1976, 164 с.