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

Наиболее целесообразной будет стратегия «не менее двух», при которой факт пожара считается установленным, если сработало не менее двух каналов из трех. В этом случае вероятность того, что пожар на самом деле имеет место, практически равна единице, вероятность правильного обнаружения пожара – равна 0,967, а вероятность ложной тревоги – 0,001. Обобщая эти результаты, приходим к следующим выводам. При использовании логической схемы "И" обработки сигналов в комбинированном пожарном извещателе можно значительно повысить его помехозащищенность. Например, при комбинации светового и дымового оптического каналов извещатель становится устойчивым к дестабилизирующим факторам, приведенным в таблице 4.

Проведенный анализ показывает, что в случае мажоритарной логики за счет увеличения количества анализируемых признаков может быть достигнут существенный эффект увеличения обнаруживающей способности и (или) снижения вероятности ложного сигнала тревоги).

При дальнейшем проведении исследований был разработан и запатентован автоматический пожарный видеоизвещатель (рис.9) [11]. Задачей, реализованной в данном устройстве является автоматическое обнаружения пожара по нескольким информационным признакам на основе анализа сигнала, получаемого от телекамеры.

Данное устройство является программно-аппаратным комплексом и позволяет повысить достоверность обнаружение пожара с автоматическим формированием тревожного извещения в систему пожарной сигнализации и одновременной архивацией соответствующего видеоизображения для его последующего анализа. Повышение достоверности обнаружения пожара достигается тем, что в процессе функционирования устройства обеспечивается одновременно обнаружение и идентификация таких факторов пожара, как пламя, дым, обрушение строительных конструкций, с учетом различных условий освещенности и внешних искажений.

Рис. 9. Структурная схема пожарного видеоизвещателя: 1 – телекамера; 2 – фильтр искажений; 3 – блок распознавания искажений; 4 – блок анализа фона; 5 – блок обнаружения пожара; 6 – модуль принятия решений; 7 – детектор пламени; 8 – детектор дыма; 9 – детектор активности; 10 – блок логический; 11 – блок формирования извещений; 12 – блок архивации.

Разработанное устройство предназначено главным образом для использования в системах пожарной сигнализации и пожаротушения резервуарных парков хранения нефтепродуктов, сложных и крупногабаритных технологических установок на предприятиях нефтепереработки.

В главе 4 «Основы концептуального проектирования автоматизированной системы противопожарной защиты с применением видеотехнологий на примере нефтеперерабатывающего завода» приводится структура построения, алгоритм функционирования и методика создания интегрированной автоматизированной системы противопожарной защиты с использованием видеотехнологий на примере нового нефтеперерабатывающего завода.

Принцип концептуального построения системы противопожарной защиты необходимо производить с учетом технико-экономеческих параметров системы, при этом должно соблюдаться действующее законодательство [32].

Экономическую стратегию анализа управляемости обобщенных рисков, связанных с противопожарным состоянием как нефтеперерабатывающего завода в целом, так и конкретных объектов защиты в частности можно выразить в виде:

R = f {Y, P}

где Y - вероятный ущерб; P - вероятность возникновения пожаров; ER – затраты на снижение рисков и последствий пожаров; AE – коэффициент эффективности затрат.

Техническая стратегия предусматривает основные требования по обеспечению пожарной безопасности к различным разделам проекта, таким как:

• генеральный план;
• технологические решения;
• архитектурно-строительные решения;
• инженерные решения противопожарной защиты.

Основными моментами, которые должны учитываться при расчете и проектировании автоматизированных систем противопожарной защиты нефтеперерабатывающих предприятий являются следующие:

• обеспечение безопасности людей, занятых на обслуживании технологических объектов, в случае пожара или возникновения других аварийных ситуаций;
• не нанесение ущерба третьим лицам – людям и имуществу за территорией завода;
• защита дорогостоящего технологического оборудования, сырья, промежуточных и конечных продуктов производства от гибели или порче при пожаре;
• сохранение работоспособности завода в период пожара и после его окончания;
• обеспечение экологической безопасности в случае возникновения пожара, либо аварийной ситуации на объекте.

Эффективность систем противопожарной защиты с применением видеотехнологий должна достигаться путем интеграцией на всех уровнях согласно следующим положениям :

• применением современных методов обнаружения и тушения пожара;
• применение многоуровневой распределенной системы управления технологическим процессом, установками пожаротушения, сигнализацией и оповещения людей о пожаре;
• применением систем противопожарной защиты особо опасных технологических процессов с двойным резервированием.

После определения основных принципов, производится классификация и типизация всех объектов по функциональной пожарной опасности на следующие виды:

• резервуары с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями;
• закрытые продуктовые насосные по перекачке пожароопасных жидкостей;
• открытые продуктовые насосные по перекачке горячих и холодных пожароопасных жидкостей и сжиженных углеводородных газов;
• компрессорные станции, размещаемые в помещениях;
• технологические колонны и аппараты с пожароопасными жидкостями и газами;
• аппараты автоматического воздушного охлаждения;
• многофункциональные технологические эстакады и этажерки;
• помещения и здания контроллерных, аппаратных, операторных;
• электропомещения, лаборатории и прочие сооружения.

Основным критерием по противопожарной защите данных типизированных объектов будет являться минимальная инерционность систем автоматического обнаружения и тушения пожара. При правильных расчетах и принятых технических решениях технологической части систем противопожарной защиты снижение инерционности в целом будет зависеть от времени обнаружения пожара и подачи сигнала на запуск системы пожаротушения. В данном случае определяющим будет являться структура автоматизированной системы управления системой противопожарной защиты.

Общий алгоритм работы автоматизированной системы противопожарной защиты с использованием тепловых и пожарных видеоизвещателей на примере защиты резервуара с нефтепродуктом можно представить в следующем виде (рис. 10).

Автоматизированная система управления строится открытой, иерархически распределенной, с использованием стандартных протоколов межуровневого обмена. Структура построения автоматизированной системы управления запатентована [12], и представляет собой трехуровневую схему автоматизации (рис. 11):

1. Нижний уровень должен включать в себя тепловые пожарные извещатели и пожарные видеоизвещатели, контрольно-измерительные приборы, исполнительные механизмы, а также пусковые устройства дистанционного и местного запуска. В системе нижнего уровня должны предусматриваться: дистанционный запуск систем водяного орошения, пульты и модули управления конкретными задвижками, насосами и другим исполнительным оборудованием.

2. Средний уровень должен включать в себя программируемые логические контроллеры, программно-аппаратные модули управляемого оборудования. Средний уровень системы должен обеспечивать решение следующих задач:

Рис. 10. Обобщенный алгоритм системы противопожарной защиты резервуара с нефтепродуктом с применением тепловых максимально-дифференциальных извещателей и пожарных видеоизвещателей

Рис.11. Схема интегрированной автоматизированной системы управления противопожарной защитой

нефтеперерабатывающего завода

• сбор информации от преобразователей сигналов нижнего уровня;
• формирование управляющих воздействий на исполнительные механизмы оборудования систем тушения пожаров и тревожных сигналов на включение средств оповещения о пожаре;
• автоматическое управление технологическим процессом тушения пожара;
• оперативный контроль технологических параметров процесса тушения пожаров и состояния управляемого оборудования;
• передачу данных об обнаружении газов и паров на верхний уровень;
• связь с другими системами автоматизации.

3. Верхним уровнем является автоматизированная рабочая станция на базе промышленного компьютера, предусматривающая автоматизированное рабочее место оператора, систему индикации и сигнализации, передачу извещений в распределенную систему управления завода, центральную операторную и пожарное депо. Верхний уровень системы автоматизации должен обеспечивать выполнение следующих задач:

• выдачу управляющих сигналов на средний уровень;
• отображение информации о состоянии систем тушения пожара и информации о тревожных сообщениях;
• индикацию технологического процесса тушения пожара и индикацию трендов измеряемых технологических параметров;
• формирование и архивирование данных журнала событий для регистрации параметров технологического процесса тушения пожара, аварийных ситуаций и неисправностей, информации о невыполнении команд управления, с регистрацией времени возникновения события;
• выдачу необходимой видеоинформации о месте возникновения и ходе тушения пожара.

На видеомониторе автоматизированного рабочего места оператора должна быть изображена принципиальная схема системы тушения пожара со всеми защищаемыми технологическими установками и отображением следующих основных элементов:

• схемы внутренней разводки пенопроводов, линейных вводов, питающих и распределительных трубопроводов, наружных сетей противопожарного водопровода и растворопроводов с основным противопожарным оборудованием и запорной арматурой;
• пунктов приготовления рабочего раствора пенообразователя;
• насосной станции пожаротушения;
• информации о срабатывании пожарных извещателей и ходе тушения пожара;
• видеокартинка системы замкнутого телевидения, из наиболее опасных технологических секций и резервуарных парков, которые не просматриваются из окон центральной операторной;
• таймера отсчета времени с начала запуска системы пожаротушения;
• другой необходимой информации по желанию службы обслуживания.

Для обнаружения пожара каждая защищаемая зона в помещении и на открытых технологических установках должна контролироваться не менее чем двумя пожарными видеоизвещателями, либо одним тепловым извещателем максимально-дифференциального принципа действия и пожарным извещателем пламени с визуальным подтверждением. Принцип размещения пожарных видеоизвещателей для защиты резервуарного парка, состоящего из двух резервуаров РВСП-50000 в качестве примера приведен на рис. 12.

Рис. 12. Принцип размещения тепловых пожарных извещателей максимально-дифференциального принципа действия и извещателей пламени с визуальным подтверждением для защиты резервуарного парка: РВСП – резервуар вертикальный стальной цилиндрический с понтоном

В пятой главе «Оценка эффективности автоматизированных систем противопожарной защиты предприятий нефтеперерабатывающего комплекса с использованием видеотехнологий» произведена: оценка влияния нового пожарного видеоизвещателя на эффективность системы автоматической пожарной сигнализации; оценка влияния подсистем на эффективность автоматизированной системы противопожарной защиты с применением видеотехнологий; оценка экономической эффективности автоматизированной системы противопожарной защиты с применением видеотехнологий.

Глава начинается с анализа основных положений теории эффективности сложных технических систем и специфических свойств предприятий нефтеперерабатывающего комплекса, как объектов для установки систем противопожарной защиты. В ходе этого анализа установлено, что:

• для оценки влияния пожарного видеоизвещателя на эффективность системы пожарной сигнализации в качестве показателей эффективности целесообразно использовать время срабатывания извещателя и вероятность ложной тревоги;
• для оценки влияния подсистем на эффективность автоматизированной системы противопожарной защиты с применением видеотехнологий в качестве показателя эффективности целесообразно использовать показатель, характеризующий уровень пожарной опасности;
• для оценки экономической эффективности автоматизированной системы противопожарной защиты в целом целесообразно использовать показатель, характеризующий величину предотвращенного материального ущерба.

Для оценки влияния комбинированного пожарного видеоизвещателя на эффективность системы пожарной сигнализации, в виду отсутствия аналитических моделей, использован метод анализа иерархий. Система показателей эффективности пожарной сигнализации была представлена в виде следующей структуры (рис. 13).

Рис. 13. Иерархия показателей эффективности системы автоматической пожарной сигнализации (АПС)

Для получения экспертных оценок была привлечена группа из семи экспертов. Оценка влияния производилась отдельно для каждого эксперта за три итерации. На первой итерации оценивалось влияние времени обнаружения и вероятности ложной тревоги на эффективность автоматической системы пожарной сигнализации. На второй итерации оценивалось влияние каждого из пяти типов пожарных извещателей: пожарного видеоизвещателя, пожарного извещателя пламени с визуальным подтверждением, теплового пожарного извещателем с максимально-дифференциальным принципом действия, пожарного извещателя пламени, и обычного теплового пожарного извещателя на время обнаружения пожара и вероятность ложной тревоги.

На третьей итерации оценивалось влияние каждого из указанных выше типов пожарных извещателей на эффективность системы пожарной сигнализации. Результаты оценивания представлены в таблице 5. В первых семи строках этой таблицы представлены результаты обработки оценок, полученных от каждого эксперта методом анализа иерархий. В четырех последних строках таблицы приведены: среднее значение коэффициента влияния для каждого вида извещателей, рассчитанное по формуле , где i – номер эксперта; несмещенная оценка дисперсии среднего значения коэффициента влияния, вычисленная по формуле ; параметр tИЗМ распределения Стьюдента, вычисляемый по формуле ; вероятность того, что величина влияния соответствующего извещателя на эффективность системы сигнализации отлична от нуля, определяемая по формуле распределения Стьюдента.

Анализ таблицы 3 позволил сделать следующие выводы:

1. Для стандартного уровня значимости влияние всех типов извещателей, кроме теплового, на эффективность пожарной сигнализации предприятий нефтеперерабатывающего комплекса является статистически значимым.
2. Среднее по семи экспертам значение веса пожарных видеоизвещателей в смысле влияния на эффективность системы пожарной сигнализации составляет 37%, извещателей пламени с визуальным подтверждением – 29%, тепловых максимально-дифференциальных извещателей – 18%, извещателей пламени – 1%, а обычных тепловых – практически равно нулю.
3. Пожарные видеоизвещатели в системах пожарной сигнализации на предприятиях нефтегазового комплекса являются наиболее эффективными.

Таблица 5. Результаты оценки влияния пожарных извещателей на эффективность автоматической пожарной сигнализации

№ экс-перта	Тип пожарного извещателя
	Пожарный видеоизве-щатель	Извещатель пламени с визуальным подтвержде-нием	Тепловой извещатель максимально-дифференциаль-ный	Извещатель пламени	Тепловой извещатель (традицион-ный)
1	0,407	0,275	0,158	0,069	0,091
2	0,351	0,295	0,185	0,107	0,062
3	0,435	0,252	0,15	0,11	0,053
4	0,326	0,315	0,195	0,11	0,054
5	0,42	0,265	0,154	0,095	0,066
6	0,32	0,317	0,22	0,108	0,035
7	0,35	0,305	0,17	0,123	0,052
	0,37271	0,28914	0,176	0,10314	0,059
s	0,04697	0,02547	0,02549	0,01712	0,01716
t	7,93445	11,35152	6,90506	6,02420	3,43706
	0,00021	2,8E-05	0,00046	0,00094	0,01385