Методологические основы совершенствования автоматизированных систем противопожарной защиты предприятий нефтеперерабатывающего комплекса с применением видеоте

На правах рукописи

Демехин Феликс Владимирович

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ЗАЩИТЫ ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО КОМПЛЕКСА С ПРИМЕНЕНИЕМ ВИДЕОТЕХНОЛОГИЙ

05.26.03 – пожарная и промышленная безопасность

(нефтегазовая отрасль)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Санкт-Петербург - 2008

Работа выполнена в Академии Государственной противопожарной службы МЧС России

Научный консультант:		доктор технических наук, профессор Членов Анатолий Николаевич
Официальные оппоненты:		доктор технических наук, профессор Шебеко Юрий Николаевич
		доктор технических наук, профессор Таранцев Александр Алексеевич
		доктор технических наук, профессор Куватов Валерий Ильич
Ведущая организация:		Институт по проектированию предприятий нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности «Ленгипронефтехим»

Защита состоится 27 марта 2009 года в 14:00 на заседании диссертационного совета Д 205.003.01 в Санкт-Петербургском университете Государственной противопожарной службы МЧС России по адресу: 196105, Санкт-Петербург, Московский пр., 149.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России.

Автореферат разослан "___" ____________2009 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук,

доцент Хорошилов О.А.

ВВЕДЕНИЕ

Пожаровзрывоопасность нефтеперерабатывающих производств определяется содержанием на технологических установках и в емкостном оборудовании большого количества пожароопасных веществ, которыми являются сырье, промежуточные и конечные продукты производства. К осложняющим факторам относятся вертикальная и горизонтальная уплотнительные застройки территории предприятий, увеличение мощностей применяемых установок и аппаратов, приближение технологических параметров проведения процессов к критическим по пожарной опасности. Уровень пожарной безопасности указанных объектов неразрывно связан с комплексным решением рассматриваемых проблем всей нефтеперерабатывающей отрасли, включая следующие основные направления:

• анализ опасности и оценка пожарного риска объектов нефтепереработки;
• разработка методов, технологий и технических средств, позволяющих вести процесс в области допустимого пожарного риска;
• совершенствование существующих и разработка новых принципов построения систем противопожарной защиты;
• построение автоматизированных систем управления процессом производства и процессом обеспечения пожарной безопасности с использованием последних достижений в области микроэлектроники и вычислительной техники.

Основные работы в рассматриваемых направлениях проводились Ю.Н. Шебеко, Н.Г. Топольским, А.А. Абросимовым, В.А. Федоровым и другими учеными России.

За последние 10 лет существенное развитие в информационных технологиях получило направление автоматизации с применением программируемых логических контроллеров и промышленных компьютеров. Данная техника позволяет максимально автоматизировать процесс управления, прогнозировать и своевременно предотвращать аварийные ситуации, взрывы и пожары. При достаточно сложной аппаратной и программной структуре современная автоматизированная система управления противопожарной защитой для конечного пользователя является вполне простой и наглядной. Кроме этого в последнее время существует четкая тенденция к автоматизации и взаимной интеграции технологических, инженерных и охранно-пожарных систем на предприятиях нефтепереработки, однако четкие методики по интеграции, а также законодательная база по данному направлению отсутствует.

Учитывая рост производительности отдельных микропроцессорных устройств и компьютерных систем в целом, существенное удешевление компонентов ввода/вывода информации, модернизацию и применение перспективных физических интерфейсов обмена данными, становится возможным передача и обработка большого объема данных, которым является видеоинформация, имеющая незаменимый эффект при ее применении в автоматизированных системах противопожарной защиты. Актуальность данного направления особенно остро строит в области защиты крупных наружных технологических установок и резервуаров с нефтепродуктами на современных нефтеперерабатывающих заводах, где применение традиционных средств пожарной автоматики либо не достаточно оправдывают себя с экономической точки зрения, либо приводят к нагромождению системы и уменьшению надежности ее функционирования.

Приведенные вопросы в комплексе составляют основу серьезной проблемы и определяют новое направление научных исследований по созданию современной и эффективной автоматизированной системы противопожарной защиты с использованием видеотехнологий, которая при применении на предприятиях нефтеперерабатывающего комплекса внесет значительный вклад в развитие экономики страны.

Процесс исследования рассматриваемой научно-технической проблемы позволит установить закономерности проявления и развития, методы и средства превентивного и текущего управления техногенными явлениями разрушительного и пожароопасного характера, которые могут сопровождаться значительным ущербом, социальной и экологической опасностью на предприятиях нефтеперерабатывающей отрасли, а также других отраслях промышленности, гражданского строительства и транспорта. Решение данной проблемы необходимо для разработки нормативной базы и вывода автоматизированных систем противопожарной защиты рассматриваемых объектов на качественно новый уровень, который обеспечит существенное сокращения времени обнаружения пожара средствами пожарной сигнализации, позволит реализовать новые технологии управления пожаротушением и обеспечением безопасности людей при пожаре, а также будет являться незаменимым средством для предотвращения террористических актов, заметно участившихся в последнее время.

Цель диссертационной работы: разработка научно обоснованных технических и технологических решений по совершенствованию автоматизированных систем противопожарной защиты предприятий нефтеперерабатывающего комплекса с применением видеотехнологий.

Задачи исследования:

- провести комплексный анализ существующих и перспективных подходов к обеспечению пожарной безопасности предприятий нефтеперерабатывающего комплекса, эффективности применения систем автоматической противопожарной защиты на действующих и строящихся объектах отрасли, тенденций развития современных технических средств пожарной автоматики в России и за рубежом;

- определить и обосновать основные принципы совершенствования автоматизированных систем противопожарной защиты с использованием видеотехнологий;

• исследовать процессы возникновения пожара на технологических установках повышенной опасности и способы его обнаружения с помощью современных технических средств пожарной сигнализации;
• разработать способ и устройство обнаружения пожара с визуальным подтверждением факта срабатывания;
• исследовать возможность обнаружения опасных факторов пожара методами видеодетекции;
• разработать принципы построения пожарного видеоизвещателя;
• разработать основные принципы концептуального проектирования автоматизированной системы противопожарной защиты нефтеперерабатывающего завода с применением видеотехнологий;
• разработать обобщенную структуру интегрированной автоматизированной системы управления противопожарной защитой предприятия;
• разработать метод и критерии оценки эффективности применения видеотехнологий в автоматизированных системах противопожарной защиты;
• провести технико-экономическую оценку эффективности применения новых технических решений в системах противопожарной защиты объектов нефтепереработки.

Научная новизна:

- на основании проведенного экспертного анализа исследованы и обобщены причины, снижающие эффективность систем пожарной автоматики на стадиях их проектирования монтажа и эксплуатации;

- впервые определены принципы функциональной интеграции цифровых видеотехнологий в систему противопожарной защиты предприятий нефтеперерабатывающего комплекса;

- предложена новая теоретическая модель автоматического обнаружения пожара в емкостном оборудовании с пожароопасной жидкостью и наличием паровоздушного пространства, построенная на основе классических принципов теории «треугольника пожара»;

- предложен способ и устройство обнаружения пожара с визуальным подтверждением факта срабатывания (защищено патентом на полезную модель);

- на основе анализа существующих методов видеодетекции и практических проверок предложена функциональная схема алгоритмической обработки видеосигнала для целей пожарообнаружения;

- разработан способ и устройство комбинированного пожарного видеоизвещателя (защищено патентом на полезную модель);

- впервые предложен обобщенный алгоритм функциональной интеграции автоматической системы обнаружения и тушения пожара резервуарного парка с применением пожарных видеоизвещателей;

- предложена схема усовершенствованной интегрированной автоматизированной системы управления противопожарной защитой предприятия с использованием видеотехнологий (защищено патентом на полезную модель);

- на основе методов анализа иерархий предложен способ и определены критерии оценки эффективности автоматизированных систем противопожарной защиты с применением извещателей пламени с визуальным подтверждением и пожарных видеоизвещателей.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена значительным объемом аналитических и рядом экспериментальных исследований, согласованностью полученных результатов с известными данными других исследований.

Практическая ценность работы. Практическая ценность работы определяется использованием результатов исследований при проектировании новых автоматизированных систем противопожарной защиты современных объектов нефтепереработки, при разработке нормативных документов в области обеспечения пожарной безопасности, а также в учебном процессе высших учебных заведений пожарно-технического профиля, в том числе следующих разработках:

- монография «Физические модели горения в системе пожарной безопасности»;

- монография «Новые методы и технические средства обнаружения пожара»;

- ГОСТ Р «Магистральные нефтепроводы. Системы пенного пожаротушения и водяного охлаждения. Технические требования». Под общей ред. ОАО «ВНИИСТ» (в настоящее время в работе);

- НИР «Обоснование компенсирующих мероприятий в связи с вынужденными отступлениями от требований противопожарных норм нового нефтеперерабатывающего завода с выделением пускового комплекса» ООО «РН-Туапсинский НПЗ» ОАО «НК «Роснефть»;

- единая концепция проектирования систем противопожарной защиты Киришского комплекса гидрокрекинга завода глубокой переработки нефти ООО "ПО «Киришинефтеоргсинтез»" ОАО «Сургутнефтегаз»;

- специальные технические решения систем противопожарной защиты объектов 910-63, 910-65/2, 910-69 парка сырой нефти ООО "ПО «Киришинефтеоргсинтез»";

- специальные технические решения систем противопожарной защиты трех резервуаров сырой нефти РВСП-20000 с защитной стенкой ООО "РН-Туапсинский НПЗ";

- технико-экономическое обоснование системы пожарной безопасности «Таманьского нефтяного терминала";

- рекомендации по проектированию «Радиоканальная система охранно-пожарной сигнализации «Стрелец» ООО «Аргус-спектр» г.Санкт-Петербург;

- патент на полезную модель "Устройство для обнаружения пожара с визуальным подтверждением";

- патент на полезную модель "Устройство для обнаружения пожара на промышленных объектах";

- патент на полезную модель "Автоматизированная система управления противопожарной защитой";

- дополнения в курсы лекций по дисциплине «Производственная и пожарная автоматика» Академии ГПС МЧС России.

Реализация результатов работы. Представленные в диссертации результаты исследований нашли практическое применение на промышленных объектах, в проектных и научно-исследовательских институтах, а также в учебном процессе высших учебных заведений пожарно-технического профиля, в том числе:

• на ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез» – с целью повышения уровня взрывопожарной безопасности предприятия реализованы: методология комплексного подхода к обеспечению пожаровзрывобезопасности нефтеперерабатывающего производства; разработана и предложена концепция построения систем противопожарной защиты вновь проектируемого и строящегося завода глубокой переработки нефти на территории ООО "КИНЕФ";
• на ООО "РН-Туапсинский НПЗ" – с целью разработки комплексной системы пожарной безопасности с учетом вынужденных отступлений от действующего законадательства РФ, а также построения системы эффективного обнаружения пожара и противопожарной защиты объектов нового завода мощностью 12 млн. тонн в год;
• в ООО "Ленгипронефтехим"­ – с целью разработки эффективных проектных решений систем противопожарной защиты с применением современных методов обнаружения и тушения пожара на основе видеотехнологий для проектируемых заводов нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности;
• в ООО "ВНИПИНефть" - с целью разработки эффективных проектных решений систем противопожарной защиты завода глубокой переработки нефти ООО "КИНЕФ";
• в "СB&I-Lummus Global L.t.d" – с целью разработки основных проектных решений интегрированной автоматизированной системы управления противопожарной защитой Киришского комплекса гидрокрекинга и других заводов, в том числе за рубежом;
• в ООО "НТЦ "Пожнефтегазпроект" - с целью разработки типовых проектных решений интегрированных автоматизированных систем противопожарной защиты предприятий нефтегазовой отрасли с применением видеотехнологий;
• в ООО «Пожнефтехим» - с целью оптимизации инвестиций при проектировании и строительстве систем противопожарной защиты Таманьского нефтяного терминала с применением современных методов и средств;
• в ООО «Пожинжиниринг» - с целью разработки оптимальной структуры обеспечения пожарной безопасности новых объектов ОАО «НК «Роснефть» с учетом технико-экономических показателей на современном этапе развития России.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы отражены в выступлениях, обсуждены и получили одобрение в 2004-2007 г.г. на научно-технических конференциях различного уровня в т.ч.: на 13-ой, 14-ой и 15-ой научно-технических конференциях «Системы безопасности» (Москва АГПС МЧС России 2005-2006); Международный опыт подготовки специалистов пожарно-спасательного профиля (Санкт-Петербург, ИГПС МЧС России, 2004); Проблемы обеспечения безопасности при ЧС (Санкт-Петербург, ИГПС МЧС России, 2004); Здоровье риск и безопасность сотрудников (Санкт-Петербург, ИГПС МЧС РФ) и др., а также на совместных заседаниях кафедр пожарной автоматики, кафедры автоматизированных систем и связи в АГПС МЧС России и др.

Публикации. По результатам исследований опубликовано более 35 работ, 2 монографии, получено 3 патента на полезную модель.

Личный вклад автора. В совместных публикациях автору принадлежит: постановка и формализация задач исследования, разработка методов и конструктивных решений, теоретическое обобщение и прикладные расчеты, участие в технической реализации и внедрении разработок. В совместных публикациях и изданиях имеет место неделимое единство. Все результаты, представленные в диссертационной работе получены автором лично.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из ведения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 193 наименований, приложений. Основное содержание работы изложено на 253 листах машинописного текста, содержит 67 рисунков и 24 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе «Комплексный анализ обеспечения пожарной безопасности и определение принципов совершенствования систем противопожарной защиты объектов нефтеперерабатывающего комплекса с применением видеотехнологий» рассмотрены и проанализированы существующие подходы к применению систем пожарной автоматики вновь строящихся, реконструируемых и эксплуатируемых предприятий нефтеперерабатывающей отрасли. Проведена экспертная оценка эффективности применения систем пожарной автоматики на действующих предприятиях России, исследованы основные тенденции развития и предлагаются возможные направления использования видеотехнологий в автоматизированных системах противопожарной защиты предприятий нефтепереработки.

При проектировании систем пожарной автоматики типовых объектов различного назначения, как правило, используют стандартные способы и технические решения, порядок применения которых регламентируется действующей нормативной базой в области пожарной безопасности. На ряд технологически сложных, пожароопасных и уникальных объектов, на которые отсутствуют нормы проектирования, разрабатывают специальные технические условия по пожарной безопасности, однако, как правило, для реализации схем противопожарной защиты используют стандартные средства, предназначенные для типовых объектов.