Основные причины аварий и необходимость совершенствования систем
На всех этапах жизненного цикла химического предприятия — от проектирования и монтажа до эксплуатации и ремонта — могут возникать дефекты, нарушения норм и другие факторы, нарушающие безопасную работу. Эти нарушения часто приводят к неплановым остановкам, а в худшем случае — к серьёзным авариям: взрывам, пожарам, несчастным случаям и значительному материальному ущербу. Статистика показывает, что около 90% аварий связаны с образованием и взрывом взрывоопасных смесей как внутри оборудования, так и в рабочих зонах.
Причины аварийности многогранны. Иногда корень проблемы лежит в неудачной или ненадёжной конструкции самого оборудования (компрессоров, реакторов, сушилок и т.д.) или в недостатках его оснащения системами аварийной блокировки. Проектировщики могут ошибиться в выборе типового оборудования. Кроме того, многие опасные производства до сих пор не оснащены в достаточной мере надёжными средствами контроля, автоматическими блокировками и системами, предотвращающими образование взрывоопасных сред. Отсутствие или ненадёжность газоанализаторов и систем противоаварийной защиты также ведёт к трагическим последствиям.
Неэффективные методы контроля качества материалов и выявления дефектов аппаратуры, а также отсутствие современных средств неразрушающего контроля во время работы оборудования — ещё один серьёзный фактор риска.
Статистика аварийных ситуаций
Анализ причин возникновения опасных ситуаций даёт следующую картину:
- По типу событий: пожары и возгорания — 59%, аварийная загазованность — 18%, взрывы — 15%.
- По причинам, их вызывающим: использование неисправного оборудования — 60%, нарушения технологического режима — 26%, пуск неисправных установок — 7%, нарушения при ремонте — 5%, ошибки при остановке — 2%.
- Наиболее уязвимыми элементами открытых установок являются трубопроводы (31%), насосные и компрессорные станции (19%), ёмкостные аппараты (15%).
- Основные источники воспламенения: перегретые поверхности оборудования (37%), открытое пламя в печах (23%), электрические искры (9%).
Зарубежные данные по авариям с ущербом свыше 100 тыс. долларов также подтверждают ведущую роль нарушений технологического процесса и отказов оборудования.
Важно отметить, что интервал между возникновением аварийной ситуации и самой аварией (пожаром, взрывом) обычно составляет от 3 до 5 минут. Этого времени, как правило, достаточно для того, чтобы автоматизированная система защиты успела перевести процесс в безопасное состояние.
Важность технического обслуживания и диагностики
Из всего многообразия опасностей и причин аварий становится очевидной ключевая роль совершенствования проектирования, модернизации действующих предприятий и, что особенно важно, внедрения передовых методов технического обслуживания оборудования непосредственно во время его работы. Необходимо внедрять системы диагностики для оценки реального технического состояния, вести постоянный мониторинг статистики отказов, анализировать качество ремонтов и работу персонала. Это позволяет рассчитывать остаточный ресурс безопасной работы дорогостоящего и опасного оборудования.
Под отказом (дефектом) понимается любое отклонение характеристик системы от требуемых или ожидаемых значений. Не все отказы сразу ведут к катастрофе: некоторые (например, перегрев подшипника) являются предвестниками, а другие (разрыв трубопровода) неминуемо приводят к аварии. Задача технического обслуживания — вовремя обнаружить приближающийся отказ и принять решение о необходимости ремонта, который на современных установках чаще всего возможен только во время плановых остановок.
Современные системы мониторинга и управления
Для решения этой задачи сегодня существуют современные методы и средства различной степени автоматизации. Применяются Системы Мониторинга (СМ), обеспечивающие эксплуатационную надёжность и безопасность. В их основе — микропроцессоры и микроконтроллеры, которые в автоматическом режиме получают сигналы от сотен датчиков (температура, давление, расход и др.), сравнивают их с заданными безопасными пределами и либо сами воздействуют на исполнительные механизмы, либо выдают рекомендации оператору.
Такие локальные системы могут объединяться в многоуровневые комплексы для контроля и управления целыми технологическими линиями. Тенденция последних лет — переход от централизованных систем на больших ЭВМ к распределённым системам управления с несколькими мини-ЭВМ. Это повышает надёжность и «живучесть» системы: выход из строя одного узла не парализует весь контроль.
Современное оборудование всё чаще поставляется уже оснащённым встроенными (интегрированными) микропроцессорными системами. Это требует разработки новых, более дешёвых и надёжных «интеллектуальных» датчиков, способных предварительно обрабатывать информацию. Развитие датчиков стало ключевым направлением, определяющим уровень всей технической системы.
Микропроцессорные системы не только регистрируют параметры и сигнализируют об опасности, но и способны проводить самодиагностику, выявлять неисправности в собственных цепях и датчиках. Их применение позволяет повысить надёжность локальных систем автоматического управления до 99,5% и существенно снизить количество отказов.
Техническая диагностика: методы и средства
Техническая диагностика — это процесс определения технического состояния объекта, включающий обнаружение и поиск дефектов. Глубина диагностики может быть разной: от простого ответа «исправен/неисправен» до сложного анализа в реальном времени с прогнозом развития ситуации и выдачей конкретных предписаний оператору.
Различают функциональную диагностику (во время работы объекта) и тестовую диагностику (при остановке с помощью специальных тестовых сигналов). Для диагностики используется широкий спектр измеряемых параметров (более 200 физических величин) и методов:
- Вибродиагностика: оценка состояния машин по параметрам вибрации (скорость, ускорение) для выявления разбалансировки, износа подшипников.
- Дефектоскопия: неразрушающий контроль для обнаружения трещин, раковин в материалах и сварных швах (магнитные, ультразвуковые, вихретоковые и другие методы).
- Интроскопия (внутривидение): визуализация внутренней структуры объекта, например, с помощью рентгеновских лучей. Наиболее совершенный метод — рентгеновская компьютерная томография, позволяющая получать послойное изображение внутреннего объёма с высокой детализацией.
- Трибодиагностика и мониторинг изнашивания: контроль состояния трущихся пар (трибосистем) через анализ продуктов износа в смазочном масле, например, с помощью феррографов.
Главная цель технической диагностики — как можно более раннее выявление предвестников возможных отказов, а не констатация уже случившейся поломки. Это проактивный подход, направленный на предотвращение аварий и обеспечение безопасной, бесперебойной работы химических производств.