СИСТЕМА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ОЦЕНКИ БЕЗОПАСНОСТИ ОПАСНОГО ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ОБЪЕКТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСНОЙ МОДЕЛИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
SYSTEM FOR PREDICTING AND EVALUATING SAFETY OF HAZARDOUS PRODUCTION FACILITY USING INTEGRATED SAFETY MODEL

Изобретение относится к области автоматизированных систем управления безопасностью опасного производственного объекта и может быть использовано на всех этапах жизненного цикла объекта, а именно при проектировании, строительстве, эксплуатации и ликвидации опасного производственного объекта.
Известны способ и система анализа и оценки безопасности технологического процесса [Заявка на изобретение №2005116169, МПК G21C 17/017], включающие сбор и анализ исходной информации, определение критериев безопасности, моделирование и проведение качественного и количественного анализа безопасности, при этом в качестве критериев безопасности технологического процесса выбирают превышения допустимых воздействий; выявляют на основе анализа технологического процесса в качестве источников опасности такие нарушения технологического процесса и условий эксплуатации, которые могут привести к превышению указанных допустимых воздействий; проводят анализ распределения зон действия выявленных источников опасности по различным частям технологического процесса и определяют в качестве интервалов безопасности технологического процесса такие части, для которых остаются неизменными условия безопасности технологического процесса; проводят анализ перехода нарушений технологического процесса из одного интервала безопасности в другой с учетом причинно-следственных связей; строят детерминистские модели безопасности с учетом возможных сценариев перехода нарушений технологического процесса на последующие интервалы безопасности. Способ позволяет провести анализ нарушений технологического процесса и разработать список нарушений технологического процесса, приводящих к превышению допустимых воздействий, однако не дает возможности оценить потенциальную опасность технологической системы на этапе проектирования, выявить ненадежные элементы разрабатываемой системы, а следовательно, не позволяет принять превентивных мер по повышению показателей надежности и безотказного функционирования данной системы.
Известная автоматизированная система мониторинга технического состояния и поддержки принятия управляющих решений по повышению безопасности и надежности комплексов гидротехнических сооружений гидроэлектростанций и иных объектов [Патент №2460127, МПК G06F 17/00, оп. 2011 г. ] включает в себя блок мониторинга и диагностики технического состояния ГТС, блок оценки состояния и уровня безопасности ГТС, блок планирования воздействий на ГТС, блок управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС, базу данных портфеля ГТС ГЭС корпорации и связи указанных блоков с участниками системы, привлекаемыми для выполнения оценок состояния ГТС, уровня их надежности и безопасности, при этом результаты наблюдений за техническим состоянием, оценок состояния и уровня безопасности ГТС всех ГЭС, принадлежащих одной корпорации, собираются и хранятся в единой базе данных портфеля ГТС ГЭС, а обработка данных и планирование управляющих воздействий на ГТС осуществляются в автоматизированном режиме с привлечением групп экспертов. Автоматизированная система мониторинга технического состояния и поддержки принятия управляющих решений по повышению безопасности и надежности комплексов гидротехнических сооружений ГЭС относится к средствам мониторинга технического состояния сложных многокомпонентных объектов, преимущественно таких, как гидротехнические сооружения (ГТС). Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей системы за счет автоматизации всех процессов управления безопасностью и надежностью ГТС.
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.
Недостатком прототипа является то, что оценка уровня безопасности и надежности осуществляется группами экспертов по оценке состояния ГТС, по анализу и оценке риска аварий ГТС, по декларированию безопасности ГТС, что требует привлечения большого количества специалистов, обладающих высокой квалификацией, в то время как в заявляемом изобретении такая оценка осуществляется в автоматическом режиме, так же как и пересчет показателей надежности и безотказного функционирования при внесении изменений в структуру системы или подсистемы.
Предлагаемое изобретение направлено на решение задач повышения надежности и безопасности функционирования опасного производственного объекта.
Для достижения указанных задач в систему прогнозирования и оценки безопасности опасного производственного объекта с использованием комплексной модели обеспечения безопасности, включающую рабочую станцию оператора с программным обеспечением, позволяющим строить комплексную модель обеспечения безопасности, производить расчеты показателей безопасности, риска и эффективности; сервер; сеть передачи и сбора информации; контроллеры ввода - вывода информации; коммутатор; сервер АСУ ТП, подключенный к системе через локальную вычислительную сеть ОРС; а также подключенные через модули ввода - вывода инженерно-технические системы обеспечения безопасного функционирования объекта; включены блок сбора и обработки информации по проекту; блок сбора и обработки информации по режимам функционирования и параметрам технологического процесса; блок сбора и обработки информации по показателям надежности функционирования элементов РСУ, АСУ ТП, ПАЗ, технологического оборудования; блок сбора и обработки информации по опасным составляющим объекта, авариям и аварийным инцидентам; базу данных по проектным решениям; базу данных по комплексной модели обеспечения безопасности; базу данных по показателям надежности; базу данных по опасным составляющим объекта; блок моделирования, состоящий из блока разработки (корректировки) моделей безотказного функционирования систем (подсистем), блока разработки (корректировки) моделей безопасного функционирования блоков и узлов объекта, блока разработки (корректировки) моделей сценариев развития аварий, блока разработки и корректировки моделей для оценки риска; расчетный блок, состоящий из блока расчета показателей надежного и безопасного функционирования, блока расчета последствий аварий, блока расчета показателей риска; блока расчета показателей эффективности; блок визуализации результатов моделирования; блок анализа и оценки результатов моделирования и расчета показателей; блок выработки альтернативных технических решений и блок принятия решений.
Отличительными признаками предлагаемого изобретения от прототипа является то, что в его состав дополнительно включен блок моделирования, в рамках которого за счет создания на этапе проектирования компьютерных моделей обеспечения безопасности объекта производится оценка влияния проектных решений на безопасность объекта на основе расчета и анализа показателей безопасности и риска. В результате прогнозирования и оценки показателей безопасности выбирается наиболее безопасный вариант проектных решений и утверждается комплексная модель обеспечения безопасности, которая будет сопровождать объект на последующих этапах жизненного цикла. На этапе строительства и ввода в эксплуатацию объекта, путем задания возможных режимов пуска и ввода в эксплуатацию объекта параметров технологических процессов комплексная модель позволяет оценить возможные аварийные ситуации и их последствия, а также выдать необходимые рекомендации по их предотвращению, информацию для разработки планов локализации и ликвидации аварий. В процессе эксплуатации опасного производственного объекта в режиме реального времени осуществляется сбор и обработка информации о состоянии оборудования, элементов системы РСУ, ПАЗ, параметрах технологического процесса, авариях и инцидентах. Вся собранная информация вводится в базу данных, с помощью комплексной модели обеспечения безопасности производятся расчеты показателей безопасности и риска.
Техническим результатом, обеспечиваемым указанной совокупностью признаков, является оценка состояния безопасности объекта на основе анализа расчетов показателей безопасности и риска, установление наиболее «слабых» мест в системе безопасности, выработка рекомендаций по проведению мероприятий, направленных на снижение вероятности возникновения аварий и масштабов их последствий. Выработанные рекомендации вводятся в комплексную модель, производятся расчеты показателей безопасности и риска и на этой основе оценивается эффективность тех или иных мероприятий, направленных на безопасную эксплуатацию объекта.
Предлагаемая система прогнозирования и оценки безопасности ОПО с использованием комплексной модели обеспечения безопасности иллюстрируется схемами, представленными на фиг.1-2.
На этапе проектирования опасного производственного объекта с помощью блока 1.1. - сбора и обработки информации - осуществляется сбор необходимой информации для построения комплексной модели обеспечения безопасности. Информация по проекту заносится в базу данных 2.1 для проектирования объекта. На основе собранной по проекту информации в блоке моделирования 3 с помощью специального программного обеспечения строится комплексная модель обеспечения безопасности опасного производственного объекта. При этом в блоке 3.1 разрабатываются модели безотказного функционирования систем и подсистем, выполняющих определенные функции обеспечения безопасного функционирования объекта. На основе моделей безотказного функционирования систем и подсистем в блоке 3.2 разрабатываются модели безопасного функционирования блоков и узлов объекта. В блоке 3.3 разрабатываются модели возможных сценариев развития аварий при отказе функционирования систем и подсистем, смоделированных в блоках 3.1 и 3.2. В блоке 3.4 на основе моделей безопасного функционирования блоков и узлов объекта и моделей сценариев развития возможных аварии строятся модели для оценки риска. Все разработанные в блоке 3 модели заносятся в базу данных 2.2. для комплексной модели обеспечения безопасности.
Для расчета показателей надежности и безопасного функционирования систем и подсистем в базу данных 2.3 через блок 1.3 вводятся статистические данные по показателям надежности функционирования элементов РСУ, АСУ ТП, ПАЗ и технологического оборудования. Для проведения расчетов последствий аварий в базу данных 2.4 по опасным составляющим объекта с помощью блока 1.4 вводятся данные по свойствам и количествам опасных веществ, участвующих в авариях, по размещению оборудования объекта и распределению персонала на объекте.
После ввода исходных данных, используя комплексную модель обеспечения безопасности, в расчетном блоке 4 осуществляются расчеты основных и частных показателей безопасности и риска эксплуатации объекта. В частности, в блоке 4.1 осуществляется расчет показателей надежности и безопасного функционирования объекта. В блоке 4.2 осуществляется расчет последствий аварий. В блоке 4.3 осуществляется расчет показателей риска.
С помощью блоке 5 - визуализации результатов моделирования оператор может отобразить на экране комплексную модель обеспечения безопасности и ее составные элементы, результаты расчетов основных и частных показателей безопасности и риска, минимальные сечения отказов для каждой выбранной аварийной ситуации, графики «значимости», «положительного и отрицательного вкладов» элементов, график зависимости вероятности безотказной работы системы, вероятности возникновения аварии в блоке или узле объекта от времени непрерывной работы объекта.
В блоке 6 осуществляется анализ и оценка результатов моделирования и расчета показателей безопасности и риска. Основные показатели безопасности и риска сравниваются с установленными в техническом задании, специальных технических условиях и других нормативных документах значениями. Частные показатели безопасности и риска ранжируются в порядке убывания. На основе анализа минимальных сечений отказов, определяются наиболее вероятные сценарии отказов элементов и оборудования систем и подсистем обеспечения безопасности, приводящие к авариям.
В случае несоответствия основных показателей безопасности и риска требуемым значениям в блоке 7 осуществляется выработка альтернативных технических решений. С этой целью в блоке 7 анализируются частные показатели безопасности и риска с наиболее высокими показателями «значимости» и «положительными и отрицательными вкладами» элементов в безопасность функционирования системы. На этой основе определяются элементы и оборудование, требующие дублирования, резервирования, перераспределения функций, а также необходимость внесения изменений в структуру системы или подсистемы.
Выработанные в блоке 7 альтернативные технические решения вносятся в комплексную модель обеспечения безопасности в подсистеме 3. В результате корректировки соответствующих моделей в блоках 3.1, 3.2, 3.3 и 3.4. В блоке 4.4 расчетного блока осуществляется расчет показателей эффективности технических решений. В блоке 6 производится оценка рассчитанных показателей эффективности и на основе анализа осуществляется выбор наиболее эффективного технического решения. Если после внесения в комплексную модель обеспечения безопасности новых технических решений основные показатели безопасности и риска стали соответствовать требуемым, то данная комплексная модель утверждается и заносится в базу данных 2.2. Если основные показатели безопасности и риска опять не соответствуют требуемым, то операции, описанные выше в блоках 7, 3, 4 и 6, повторяются до достижения требуемых значений.
После утверждения и записи в базу данных комплексной модели обеспечения безопасности в блоке 8 принимаются и утверждаются решения, направленные на обеспечение безопасности на следующих этапах жизненного цикла объекта. В частности, вырабатываются решения по содержанию разработки планов локализации и ликвидации аварий на объекте, определению необходимого объема мониторинга для СМИС объекта, обеспечения безопасности возможных режимов ввода в эксплуатацию объекта.
На этапе строительства и ввода в эксплуатацию объекта с помощью блока 1.2 сбора и обработки информации в базу данных 2.2. вводится информация по возможным режимам запуска и проверки объекта в работе, параметрам технологического процесса при запуске объекта. С помощью блока 1.4 в базу данных вводится информация по авариям, необходимым для разработки планов локализации и ликвидации аварий. В блоке 3 осуществляется разработка (корректировка) комплексной модели обеспечения безопасности для соответствующих режимов ввода объекта в действие, при необходимости корректируются модели безопасного функционирования блоков и узлов, модели сценариев аварий для разработки планов локализации и ликвидации аварий. В блоке 4 осуществляется расчет показателей безопасности и риска для режимов ввода в эксплуатацию объекта, для разработки планов локализации и ликвидации аварий. В блоке 5 осуществляется оценка и анализ полученных результатов, сравнение с установленными значениями показателей.
Если полученные показатели соответствуют требуемым, то в блоке 8 осуществляется утверждение соответствующих технических решений по вводу объекта в эксплуатацию, утверждается план локализации и ликвидации аварий, утверждается объем мониторинга параметров технологического процесса для СМИС. Если показатели безопасности и риска не соответствуют требуемым, то по аналогии с этапом проектирования осуществляются соответствующие действия по выработке, моделированию и расчету эффективности альтернативных технических решений в блоках 7, 3, 4 и 6.
Кроме того, на этапе ввода в эксплуатацию объекта осуществляется сопряжение блока 1.2 - сбора и обработки информации по режимам функционирования и текущим параметрам технологического процесса и блока 1.3 - сбора и обработки информации по показателям надежного функционирования элементов РСУ, АСУ ТП, ПАЗ и технологического оборудования с ОРС сервером АСУ ТП, а через модули ввода-вывода - с инженерно-техническими системами обеспечения безопасного функционирования объекта.
На этапе эксплуатации объекта через блоки 1.2. и 1.3 осуществляется постоянный мониторинг рабочих режимов функционирования блоков и узлов объекта, необходимых для прогнозирования безопасного состояния, мониторинг параметров технологического процесса, а также состоянию технологического оборудования, элементов РСУ, АСУ ТП, ПАЗ. Изменения соответствующих параметров заносятся в соответствующие базы данных 2.2 и 2.3 и на их основе вносятся корректировки в комплексную модель обеспечения безопасности в блоке 3. В блоке 4 производится прогнозирование и расчет показателей безопасного функционирования объекта, с учетом внесенных в модель изменений. В блоке 6 производится оценка и анализ полученных результатов, сравнение показателей безопасности и риска с установленными значениями.
Если показатели безопасности и риска соответствуют требуемым значениям, то эксплуатация объекта продолжается в штатном режиме. Если полученные показатели не соответствуют требуемым, то в подсистеме 8 вырабатываются организационно - технические мероприятия по предупреждению возникновения аварии на объекте. В целях оценки эффективности предлагаемых мероприятий по нормализации ситуации из всего комплекса предлагаемых организационно-технических мероприятий в блоке 7 осуществляется выбор тех решений, которые необходимо внести в комплексную модель обеспечения безопасности. После корректировки комплексной модели в блоке 3 с учетом предлагаемых решений в блоке 4.4 расчетного блока осуществляется расчет показателей эффективности предлагаемых решений. На основе анализа и оценки полученных результатов в блоке 6 производится сравнение эффективности предложенных мер. В блоке 8 вырабатываются окончательные решения по нормализации обстановки и дальнейшей эксплуатации объекта.
На этапе ликвидации (вывода из эксплуатации и утилизации оборудования) объекта с помощью блока 1.2 сбора и обработки информации в базу данных 2.2 вводится информация по возможным режимам вывода из эксплуатации объекта, параметрам технологического процесса при выводе объекта из действия. С помощью блока 1.4 в базу данных вводится информация по возможным авариям при выводе объекта из эксплуатации. В блоке 3 осуществляется разработка (корректировка) комплексной модели обеспечения безопасности для соответствующих режимов вывода объекта из действия. В блоке 4 осуществляется расчет показателей безопасности и риска для данных режимов. В блоке 5 осуществляется оценка и анализ полученных результатов. На основе их анализа в блоке 8 осуществляется выработка и утверждение организационно - технических мероприятий по обеспечению безопасности объекта на данном этапе.
В целях оценки эффективности предлагаемых мероприятий по обеспечению безопасности из всего комплекса предлагаемых организационно-технических мероприятий в блоке 7 осуществляется выбор тех решений, которые необходимо внести в комплексную модель обеспечения безопасности. После корректировки комплексной модели в блоке 3 с учетом предлагаемых решений в блоке 4.4 осуществляется расчет показателей эффективности предлагаемых решений. Анализ и оценка полученных результатов в блоке 6 позволит сравнить эффективность предложенных мер. В блоке 8 утверждаются окончательные решения по обеспечению безопасности объекта в процессе вывода его из эксплуатации.