СПОСОБ КОНТРОЛЯ БЕЗОПАСНОСТИ НА ОБЪЕКТАХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF SAFETY CONTROL OVER FACILITIES OF THE MAIN GAS PIPELINES AND THE SYSTEM FOR EXERTING  SAFETY CONTROL

Изобретение относится к магистральным газопроводным системам транспорта газа, а более конкретно, к непрерывному контролю обеспечения взрывопожаробезопасности на отключенном и выведенном в ремонт со стравливанием газа подземном или надземном участке действующего объекта магистрального газопровода (далее - МГ).
Известна система беспроводного контроля безопасности при производстве ремонтных (огневых) работ на газовых объектах МГ СКБ-3 компании ООО «ЭльГаз» (приложение к свидетельству №58769 об утверждении типа средств измерений). Принцип действия систем СКБ-3 основан на измерении сигналов преобразователей избыточного давления и анализируемых компонентов в потоке проходящего газа, отображении измеренных значений на дисплеях, формировании сигналов управления встроенными устройствами и передаче информации на персональный компьютер. Конструктивно системы СКБ-3 выполнены в виде комплекта блоков датчиков и блоков сигнализации и оповещения. Блок датчиков имеет четыре магнитных крепления, предназначенные для установки на газопроводе или на монтажной треноге; модуль газового анализа, представляющий собой четырехканальную кювету с установленными газочувствительными инфракрасными преобразователями, насосами принудительной подачи пробы, датчиками давления для регулирования работы пробоотборных насосов и электронной платой, управляющей работой модулем и обеспечивающей связь с остальными компонентами блока датчиков; модуль измерения давления, состоящий из трех преобразователей давления с выходами для подачи сжатого воздуха/инертного газа в полость внутреннего и внешнего временно герметизирующего устройства (далее - ВГУ), а так же с отдельным преобразователем давления в полости газопровода; модуль свето-звукового оповещения; пневматическую систему, обеспечивающую возможность поддержания заданного давления в ВГУ с помощью электромагнитных клапанов, клапанов ограничения давления; обратных клапанов, датчика наличия давления на входе, фитингов и пневматических трубок; модуль цифровой индикации измеренных значений и радиосвязи, состоящий из семи OLE-дисплеев и радиоантенны, установленных на электронной плате управления и связи; модуль питания, представляющий собой комплект перезаряжаемых аккумуляторных батарей и OLE-дисплей, отображающий уровень зарядки аккумуляторов. Блок сигнализации и оповещения имеет: монтажный кронштейн для установки на монтажной треноге; модуль свето-звукового оповещения (включение/выключение оповещателей производится в автоматическом режиме в зависимости от программноустановленных порогов сигнализации); модуль питания, представляющий собой комплект перезаряжаемых аккумуляторных батарей и OLE-дисплей, отображающий уровень зарядки аккумуляторов; модуль управления работой блока сигнализации и оповещения, состоящий из электронных плат приема и передачи радиосигнала, преобразования полученного сигнала для управления включением/выключением свето-звуковых оповещателей.
Однако система контроля безопасности СКБ-3 не обеспечивает контроль всех параметров безопасности, не обладает достаточным радиусом действия, что не обеспечивает покрытия всей зоны проведения работ, сложна в эксплуатации (требует специального обучения персонала, трудоемкая замена блока питания и т.д.). Кроме того, используемые в СКБ-3 батареи могут быть источниками искры, т.е. не безопасны в использовании.
4
3
8
4
3
8
2
Наиболее близким техническим решением к заявляемым является способ контроля безопасности при производстве ремонтных (огневых) работ на объектах магистральных трубопроводов и система для осуществления способа (патент РФ на изобретение №2484361, дата приоритета 12.12.2011 г.). Способ заключается в отключении ремонтного МГ отключающей запорной арматурой, стравливании газа, обеспечении герметичности отключающей запорной арматуры, высверливании отверстий в ремонтном МГ в месте работ, определении наличия конденсата, контроля избыточного давления в ремонтном МГ, вырезке технологических отверстий, установке внешних проходных ВГУ, накачке их воздухом или инертным газом, продувки участка между установленными внешними проходными ВГУ азотом до полного исключения загазованности, установке внутренних ВГУ, накачке их воздухом или инертным газом, и осуществлении контроля загазованности по природному газу во внутритрубном пространстве ремонтного МГ и в воздухе рабочей зоны, избыточного давления в ремонтом МГ между внешними проходными ВГУ и отключающей запорной арматурой со всех сторон от места работ, с оповещением об опасности по отдельным параметрам, выполнении сварочно-монтажных работ, вытеснении газовоздушной смеси из отремонтированного участка трубопровода, выставлении в нем избыточного давления 100-500 Па (10-50 мм в.ст.), заварки технологических отверстий. Дополнительно в месте проведения ремонтных работ и во внутритрубном пространстве ремонтного МГ через технологические отверстия замеряют загазованность по тяжелым углеводородным газам, рабочее давление во всех ВГУ, избыточное давление в ремонтном МГ между внешними проходными ВГУ и отключающей запорной арматурой со всех сторон от места проведения ремонтных работ. При этом информация поступает в программное обеспечение, в котором по пороговым значениям величин рабочего давления во всех внешних проходных и внутренних ВГУ, избыточного давления между внешними проходными ВГУ и отключающей запорной арматурой, пороговых значений по объемной доле концентрации газов в пределах 0,5-1% для природного газа (метана СН), 0-0,1% для тяжелых углеводородных газов (пропана СН) во внутритрубном пространстве ремонтного МГ и воздуха рабочей зоны сварочно-монтажных работ, значений наличия кислорода не более 2% его содержания в газе на этапе вытеснения газовоздушной смеси, осуществляют непрерывный контроль указанных значений, влияющих на взрывопожаробезопасность и, в случае отклонения от пороговых значений, передают сигнал оповещения для незамедлительной приостановки работ и вывода людей из опасной зоны до устранения причин возникновения аварийной ситуации. Система по вышеуказанному патенту состоит из взрывозащищенных датчиков загазованности по природному газу, приборов замера давления и светозвукового оповещателя. Данная система дополнительно снабжена беспроводными взрывозащищенными датчиками непрерывного контроля загазованности по тяжелым углеводородным газам и кислороду. В качестве приборов замера давления используют датчики непрерывного измерения давления. При этом система обеспечена программным обеспечением контроля параметров, влияющих на взрывопожароопасность ремонтных работ, в котором устанавливают пороговые значения по объемной доле концентрации газов (0,5% и не более 1% для СH, не более 0,1% для СН), как во внутритрубном пространстве ремонтного МГ, так и в месте непосредственного проведения работ, по содержанию кислорода (О) в газовоздушной смеси не более 2% при вытеснении ее из МГ после ремонта, величинам рабочих давлений во внутренних и внешних проходных ВГУ расположенных внутри ремонтного МГ, избыточного давления 100-500 Па (10-50 мм в.ст.) в отключенном ремонтном МГ в период вырезки и заварки технологических отверстий и избыточных давлений между внешними проходными ВГУ и отключающей запорной арматурой на ремонтном МГ со всех сторон от места проведения ремонтных работ. Передачу данных от беспроводных взрывозащищенных датчиков осуществляют в самоорганизующейся беспроводной сети по протоколу WirelessHART, к которой через шлюз подключен промышленный ноутбук с программным обеспечением для мониторинга и управления работами, а при получении информации о превышении пороговых значений указанных параметров, для включения беспроводных светозвуковых оповещателей в рабочей зоне ремонтных работ.
Недостатком прототипа является то, что данный способ контроля безопасности и система для осуществления способа не предполагают контроль соблюдения требований охраны труда и промышленной безопасности в зоне проведения работ, а именно допуск работников к ремонтным (огневым) работам, их идентификацию и определение местоположения в зоне проведения работ, а также наличие необходимых для проведения работ средств индивидуальной защиты (далее - СИЗ). Кроме того, данное технологическое решение не подразумевает контроль смещения ВГУ.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение технологической безопасности на объектах МГ.
Технический результат достигается тем, что способ контроля безопасности на объектах МГ заключается в отключении МГ отключающей запорной арматурой, стравливании газа, обеспечении герметичности отключающей запорной арматуры, высверливании отверстий в МГ в месте работ, определении наличия конденсата, контроля избыточного давления в МГ, вырезке технологических отверстий, установке внешних проходных ВГУ, накачке их воздухом или инертным газом, продувки участка между установленными внешними проходными ВГУ азотом до полного исключения загазованности, установке внутренних ВГУ, накачке их воздухом или инертным газом, и осуществлении контроля загазованности по природному газу во внутритрубном пространстве МГ и в воздухе рабочей зоны, по тяжелым углеводородным газам во внутритрубном пространстве МГ и в воздухе рабочей зоны, рабочего давления во всех ВГУ, избыточного давления в МГ между внешними проходными ВГУ и отключающей запорной арматурой со всех сторон от места работ, с оповещением об опасности по отдельным параметрам, выполнении сварочно-монтажных работ, вытеснении газовоздушной смеси из участка газопровода, выставлении в нем избыточного давления 100-500 Па (10-50 мм в.ст.), поступлении информации в программное обеспечение, в котором по пороговым значениям величин рабочего давления во всех внешних проходных и внутренних ВГУ, избыточного давления между внешними проходными ВГУ и отключающей запорной арматурой, пороговых значений по объемной доле концентрации газов во внутритрубном пространстве МГ и воздуха рабочей зоны работ, значений наличия кислорода на этапе вытеснения газовоздушной смеси, осуществлении непрерывного контроля указанных значений, влияющих на взрывопожаробезопасность и, в случае отклонения от пороговых значений, передачи сигнала оповещения для незамедлительной приостановки работ и вывода людей из опасной зоны до устранения причин возникновения аварийной ситуации, а также заварки технологических отверстий. Дополнительно осуществляют идентификацию работников, находящихся в зоне проведения работ, непрерывно фиксируют их местоположение в зоне проведения работ, перед началом проведения работ проверяют наличие необходимых документов и допусков, которое является необходимым условием для принятия решения о начале работ, а также средств индивидуальной защиты, и, в случае отсутствия какого-либо из элементов, передают сигнал оповещения на центральный пульт для предупреждения рисков в области производственной безопасности. Дополнительно в месте проведения работ непрерывно замеряют смещение ВГУ. Информация о биофизических параметрах здоровья работников поступает в программное обеспечение, в котором по пороговым значениям соответствующих величин осуществляют контроль указанных значений, влияющих на допуск конкретного работника к проведению работ, и, в случае отклонения от пороговых значений, передают сигнал оповещения на центральный пульт для незамедлительной приостановки работ данным работником, а также его эвакуации из зоны проведения работ при необходимости. Персонализация носимого блока может осуществляться посредством идентификации пользователя блока путем считывания его персональных данных со смартфона через беспроводной канал связи.
Система контроля безопасности на объектах МГ включает датчики загазованности по природному газу, тяжелым углеводородным газам и кислороду, приборы замера давления, световые и звуковые оповещатели, персональный компьютер с установленным программным обеспечением для мониторинга параметров безопасности и технологических устройств в зоне работ, влияющих на взрывопожароопасность, и предупреждающая о наступлении опасной/предаварийной ситуации посредством включения световых и звуковых оповещателей. Система имеет модульную структуру, предусматривающую подключение датчиков контроля параметров безопасности через унифицированные блоки сопряжения, обеспечивающие подключение датчиков по беспроводному каналу, а также индивидуальные носимые блоки, идентифицирующие работников с помощью устройств персонифицированного доступа с электронным чипом. Носимые блоки снабжены трекерами спутниковой системы навигации. Также в систему входят СИЗ работников, снабженные чипами. В рабочей зоне ремонтных работ установлен датчик линейного перемещения, реагирующий на смещение ВГУ. Кроме того, индивидуальные носимые блоки оснащены считывателями, посредством которых взаимодействуют со смартфонами рабочих, поддерживающих технологию беспроводной передачи данных. Также в рабочей зоне ремонтных работ установлен видеорегистратор во взрывозащищенном корпусе. Индивидуальные носимые блоки могут содержать датчики контроля биофизических параметров здоровья работников. В качестве датчиков контроля биофизических параметров здоровья могут быть использованы индивидуальные носимые блоки, поддерживающие соответствующий протокол обмена данными или считывающие биофизические параметры здоровья владельца с персональных носимых устройств.
Дополнительное электропитание блоков сопряжения осуществляют с помощью блока питания. Блоки сопряжения могут содержать разъемы для подключения блоков питания посредством кабеля. Кроме того, блоки сопряжения, а также блоки питания могут содержать индуктивную систему заряда.
На фигуре представлена схема расстановки средств системы контроля безопасности на объекте в зоне работ и взаимодействие между ними. Цифрами обозначено следующее:
1 - датчики загазованности;
2 - датчики измерения давления;
3 - датчики линейного перемещения ВГУ;
4 - световой и звуковой оповещатели;
5 - центральный пульт;
6 - радиомодем;
7 - блок сопряжения;
8 - носимый блок;
9 - блок питания;
10 - видеорегистратор;
11 - СИЗ.
Беспроводные взрывозащищенные датчики загазованности 1 по метану, пропану и кислороду по одному установлены известным способом на поверхности МГ с одной и другой стороны от места проведения работ для контроля загазованности в рабочем пространстве. Четыре датчика измерения давления 2 подсоединены к двум внешним проходным ВГУ, накачанным воздухом или азотом, для непрерывного контроля рабочего давления в них. Датчики линейного перемещения ВГУ (энкодеры) 3 установлены на поверхности трубопровода. Вышеуказанные датчики могут быть с любыми пределами измерения, в зависимости от назначения. Кроме того, состав датчиков может быть расширен до 20 шт., в том числе посредством введения в систему датчиков загазованности по углекислому газу и/или азоту. Световой и звуковой оповещатели 4 установлены известным способом (например, поверх самой трубы или на треногу) вблизи места проведения работ на ремонтном МГ. Центральный пульт 5 представляет собой персональную электронно-вычислительную машину (например, компьютер, ноутбук, планшет и т.п.) с комплексом программно-технических средств и подключен через радиомодем 6 к самоорганизующейся беспроводной сети, объединяющей датчики загазованности 1, датчики измерения давления 2, датчики линейного перемещения 3, световые и звуковые оповещатели 4. Комплекс программно-технических средств включает в себя блоки сопряжения 7, носимые блоки 8 и блок питания 9.
Блоки сопряжения 7 осуществляют подключение любых датчиков загазованности 1 и измерения давления 2, линейного перемещения 3 с унифицированным сигналом 4/20 мА и блок световых и звуковых оповещателей 4. Блоки сопряжения прописаны в системе программно, т.е. указана позиция прибора, измеряемая среда в физических величинах, порог срабатывания системы. Блоки сопряжения 7 представляет собой электронные устройства - печатные платы с размещенными на них электронными компонентами и источником питания (аккумуляторной батареей), смонтированными в сертифицированный взрывобезопасный корпус. Блоки сопряжения 7 оснащены антенной, разъемом для подключения датчиков 1, или 2, или 3, или световых и звуковых оповещателей 4, сальниковым разъемом для подключения дополнительного питания от блока питания 9. На корпусах блоков сопряжения 7 имеется кнопка сигнала «СТОП» и светозвуковой индикатор оповещения «Авария», сигнализирующий об экстренной эвакуации и прекращении работ. Питание блоков сопряжения 7 осуществляется от встроенного аккумулятора, выполненного с возможностью замены, уровень заряда которого определяется программно. Время непрерывной работы системы контроля безопасности может быть увеличено посредством подключения блока питания к блоку сопряжения посредством установленных в них индуктивных систем заряда. Кроме того, блок сопряжения может включать в себя сальниковый разъем для подключения блока питания с помощью кабеля, при этом возможно одновременно использовать индуктивную систему заряда для параллельного подключения еще одного блока питания по принципу электромагнитной индукции.
Носимые блоки 8 служат индивидуальными носимыми системами оповещения и определяются в системе по персональным данным работников (фамилия, имя, отчество). Конструктивно носимый блок представляет собой сертифицированный взрывобезопасный корпус со встроенной антенной с размещенными внутри него электронными компонентами и источником питания. Снаружи носимого блока на поверхности корпуса имеется кнопка сигнала «СТОП», допускающая нажатие через спецодежду, и светозвуковой индикатор оповещения «Авария». Кроме того, носимые блоки 8 оснащены считывателями магнитных пропусков (или иных устройств персонифицированного доступа с электронным чипом) работников, допущенных к ремонтным (огневым) работам, для их идентификации в зоне проведения этих работ, контроля сроков действия пропусков, проверки допусков к выполнению данных видов работ, и датчиками высокочастотной беспроводной связи (например, NFC-датчиками) для взаимодействия со смартфонами работников. Так же в носимые блоки 8 могут быть встроены датчики контроля биофизических параметров здоровья работников (например, датчики контроля сердечной деятельности, дыхательной и двигательной активности и т.п.) для определения нормального, порогового и критического показателей состояния здоровья и передачи измеренной информации на центральный пульт 5. Каждый носимый блок содержит трекер спутниковой системы навигации для оперативного определения местонахождения работника в случае возникновения внештатной ситуации и сокращения времени до его обнаружения. Питание носимых блоков 8 осуществляется от встроенных сменных аккумуляторов, уровень заряда которых так же определяется программно. Кроме того, в качестве датчиков контроля биофизических параметров здоровья используют индивидуальные носимые блоки, поддерживающие соответствующий протокол обмена данными или считывающие биофизические параметры здоровья владельца с персональных носимых устройств (например, смартфон, смарт-часы, фитнес-трекер и т.п.).
Блок питания 9 служит для дополнительного электропитания всех типов блоков при длительном использовании оборудования, видеорегистратора 10, стойки со световым и звуковым оповещателями 4 и ретранслятора (в случае его использования). Конструктивно блок питания 9 представляет собой сертифицированный взрывобезопасный корпус с размещенными внутри него электронными компонентами и источником питания. Блок питания имеет сальниковый разъем для подключения оборудования, а также предусматривает возможность подключения беспроводным способом, основанным на принципе электромагнитной индукции. Например, блоки сопряжения 7 и блок питания 9 оснащены индуктивными системами заряда. Также возможен вариант питания, согласно которому блок питания с индуктивной системой заряда подключен по кабелю к блоку сопряжения и дополнительно взаимодействует с другим блоком питания, также содержащим индуктивную систему заряда.
Центральный пульт 5 и радиомодем 6 установлены за пределами опасной зоны ремонтных работ. Для повышения качества сигнала радиомодем 6 может быть дополнен ретранслятором с выносной антенной. Для фиксации аварийных ситуаций система включает в себя видеорегистратор 10 во взрывозащищенном корпусе, установленном в месте, обеспечивающем наиболее полный объем визуальной информации о ходе проведения работ. Еще одной отличительной особенностью от прототипа является наличие в системе функции контроля наличия СИЗ 11 и сроков их освидетельствования. Для этого СИЗ должны быть снабжены чипами.
Способ контроля безопасности на объектах МГ и система для его осуществления работают следующим образом. Система постоянно с заданной периодичностью опрашивает датчики загазованности 1, датчики измерения давления 2 кислорода (инертного газа) внутри ВГУ и давления газа до места установки ВГУ, датчики линейного положения 3, и передает их показания на центральный пульт 5, а также обеспечивает прием сигнала «Авария» от носимых блоков 8 (по факту нажатия кнопки в реальном масштабе времени). Информирование персонала о достижении пороговых значений контролируемых параметров осуществляется немедленно. Датчики давления кислорода присоединяют к ВГУ с помощью трубки, датчики давления газа устанавливаются непосредственно на трубе. Передача сигнала от датчиков 1, 2 и 3 обеспечивается блоками сопряжения 7. Каждый датчик подключается к данному блоку по беспроводному каналу. Блоки сопряжения обеспечивают передачу данных по радиоканалу (например, с рабочей частотой 433,92 МГц, которая не требует регистрации устройств в Роскомнадзоре). Центральный пульт 5 имеет соответствующее приемопередающее устройство. У каждого сотрудника, проводящего ремонтные (огневые) работы на МГ имеется при себе носимые блок 8, который необходим для подачи сигнала с помощью кнопки «СТОП» при возникновении ситуаций угрожающих жизни и/или здоровью, а также для получения сигнала с центрального пульта 5 о прекращении работ и экстренной эвакуации, посредством световой и звуковой сигнализации. Носимые блоки 8 взаимодействуют с центральным пультом 5 аналогично блокам сопряжения 7 (по радиоканалу). В случае возникновения и развития аварийной ситуации видеорегистратор 10 фиксирует происходящие события. Блок видеорегистратора 10 устанавливается на штатив. В случае необходимости увеличения дальности связи, предусмотрено использование ретранслятора, который устанавливают на возвышенности. Световые и звуковые оповещатели 4 устанавливаются на штативы или закрепляется известным способом в любых удобных местах рядом с центральным пультом 5.
На центральный пульт 5 установлено специально разработанное программное обеспечение, которое в полевых условиях позволяет развернуть полноценную систему контроля и регистрации параметров безопасности в зоне выполнения работ. В программу вводятся пороговые значения каждого контролируемого параметра. Архив данных формируется в течение всего периода работ в виде таблицы на встроенном накопителе или облачном хранилище данных. При достижении пороговых значений контролируемых параметров, поступающих с датчиков давления 2 или датчиков загазованности 1, срабатывает сигнал «Авария», о чем сигнализирует световая индикация на экранной форме, срабатывание световых и звуковых оповещателей 4 и срабатывание индикации на каждом носимом блоке 8. При нажатии кнопки «Стоп», установленной на носимом блоке 8, генерируется сигнал «Авария», передается на центральный пульт 5, который затем отражается в экранной форме, а также срабатывает звуковой оповещатель. При необходимости, оператор может остановить все работы, нажав на кнопку «Стоп» на центральном пульте 5. Кроме того, программное обеспечение осуществляет проверку конфигурации системы путем проверки подключения всех ее элементов и, в случае отсутствия какого-либо из них (в том числе СИЗ и документов о допуске рабочих к определенным видам работ), выводит на экранную форму сообщение о соответствии или несоответствии единой системе управления охраной труда и промышленной безопасностью, принятой на конкретном предприятии, а также рекомендации по самостоятельному устранению несоответствий.
Все вышеперечисленные признаки позволяют обеспечить:
- постоянное снижение показателей производственного травматизма, профессиональных заболеваний, аварийности, минимизацию рисков возникновения пожаров и загораний;
- соблюдение требований нормативно-правовых актов, нормативных документов федерального, регионального и корпоративного уровней в области производственной безопасности;
- эффективное функционирование и непрерывное совершенствование системы управления производственной безопасностью;
оперативную оценку рисков в области производственной безопасности, управление рисками для предупреждения возникновения травм, ухудшения здоровья работников, повреждения оборудования и имущества;
- выполнение последовательных и непрерывных мероприятий, направленных на снижение рисков в области производственной безопасности;
- привлечение работников к активному участию в деятельности по обеспечению требований производственной безопасности;
- соблюдения требований нормативно-правовых актов поставщиками и подрядчиками, осуществляющих деятельность на объектах предприятия.