Научная статья

Original article

УДК 622.276

doi: 10.24412/2413-046Х-2021-10573

ПОДХОДЫ К ОБЕСПЕЧЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ НА НЕФТЕГАЗОВЫХ  ПРЕДПРИЯТИЯХ

APPROACHES TO ENSURING SAFETY AT OIL AND GAS ENTERPRISES

Кравцов Александр Сергеевич, кафедра технологических машин и оборудования нефтегазового комплекса, Сибирский Федеральный Университет

Седельникова Валерия Александровна, кафедра бухгалтерского учета и статистики, Сибирский Федеральный Университет

Чижов Кирилл Алексеевич, кафедра технологических машин и оборудования нефтегазового комплекса, Сибирский Федеральный Университет

Князева Алина Эдуардовна, кафедра Авиационных горюче-смазочных материалов, Сибирский Федеральный Университет

Волков Игорь Владимирович, кафедра технологических машин и оборудования нефтегазового комплекса, Сибирский Федеральный Университет

Kravtsov Alexander Sergeevich, Department of Technological Machines and Equipment of the Oil and Gas Complex, Siberian Federal University

Sedelnikova Valeria Alexandrovna, Department of Accounting and Statistics, Siberian Federal University

Chizhov Kirill Alekseevich, Department of Technological Machines and Equipment of the Oil and Gas Complex, Siberian Federal University

Knyazeva Alina Eduardovna, Department of Aviation Fuels and Lubricants, Siberian Federal University

Volkov Igor Vladimirovich, Department of Technological Machines and Equipment of the Oil and Gas Complex, Siberian Federal University 

Аннотация. В работе рассмотрены подходы к обеспечению безопасности на нефтегазовых предприятиях. Технология добычи нефти и газа связана со значительными опасностями. Автоматизированные системы безопасности (SIS) предназначены для обеспечения надлежащей и безопасной работы в этом секторе. Внедрение  подходов к обеспечению безопасности на нефтеперабатывающих предприятиях с использованием автоматизации повышает ее надежность  и служит снижению количества аварий.

Abstract. The paper considers approaches to ensuring safety at oil and gas enterprises. The technology of oil and gas production is associated with significant dangers. Automated Security Systems (SIS) are designed to ensure proper and safe operation in this sector. The introduction of approaches to ensuring safety at oil processing enterprises using automation increases its reliability and serves to reduce the number of accidents.

Ключевые слова: нефтегазовые предприятия, безопасность, подходы к обеспечению

Keywords: oil and gas enterprises, security, approaches to ensuring

Спрос на углеводородную энергию во всем мире рос за последние несколько десятилетий. В то же время в нефтегазовой отрасли   наблюдается сдвиг в сторону проведения операций в нетрадиционных местах. Примерами такой производственной среды являются удаленные, труднодоступные, морские и арктические районы. В последние десятилетия запасы нефти в Арктике стали более доступными из-за таяния льда, что привело к повышенному международному вниманию к этому региону . Создание объектов в этих новых условиях и безлюдных районах считается выгодным как для бизнеса, так и для общественного благосостояния. 

С другой стороны, эти среды представляют собой значительные проблемы для нефтегазового сектора, где операции по умолчанию связаны с потенциальными опасностями, поскольку они имеют дело с легковоспламеняющимися, токсичными и взрывоопасными веществами и, следовательно, создают риски для людей, технологических активов, окружающей среды, и репутация компаний[3].

Развернуты комплексная автоматизация процессов и ИТ-системы для обеспечения надлежащего функционирования опасных производственных объектов. Часть этого ИТ-решения называется системами безопасности (SIS). Эти системы действуют как защитные барьеры, направленные либо на предотвращение возникновения нежелательных событий, либо на смягчение опасных последствий. Среди этих систем есть системы остановки процесса, которые могут изолировать части технологии в полукритических ситуациях, системы аварийного останова (ESD), которые останавливают весь процесс в случае выявления аварийного состояния, которое может быстро перерасти в критическую ситуацию, пожарные и газовые системы, которые обнаруживают пожар и повышенную концентрацию углеводородных газов и уведомляют об этом персонал,системы защиты трубопроводов от давления и, возможно, другие. Системы ESD считаются особенно важными, поскольку они обеспечивают наиболее существенное снижение риска среди превентивных барьеров безопасности.

Типичная форма внедрения технологического решения в нефтегазовой отрасли – инженерный проект. Любой проект состоит из нескольких ключевых фаз Проект инициируется компанией-оператором по разведке и добыче нефти и газа), и он начинается с концептуального проектирования. Этап, когда собирается некоторая общая информация о технологии, анализируются опасности и риски, а также достигается некоторое понимание необходимых барьеров безопасности. 

Следующим этапом является разработка спецификации требований безопасности (SRS), которая представляет собой специализированный документ, который необходимо подготовить для любого вида автоматизации процессов и ИТ-решений, в котором излагаются общие требования к различным частям систем, их функциям. В случае SRS определены требования к системам, связанным с безопасностью. Эти требования в дальнейшем соблюдаются при выполнении детального инженерного проектирования [2].

 Разработка технико-технологического решения возложена на инжиниринговую компанию. После того, как решение было разработано, его установка ,ввод в эксплуатацию и валидация проводятся для проверки надлежащей работы всего оборудования и программного обеспечения. Самая продолжительная фаза жизненного цикла решения может быть названа эксплуатацией и техническим обслуживанием, когда промышленные предприятия выполняют свои процессы и приносят прибыль компаниям, занимающимся разведкой и добычей. Техническое обслуживание технологического оборудования является жизненно важным вопросом, который обеспечивает безопасный и надлежащий ход деятельности, особенно в отношении опасных технологий. Заключительным этапом жизненного цикла системы является надлежащий вывод объекта из эксплуатации.

В нефтегазовой отрасли инциденты случаются довольно часто.  Их основная причина связана с пробелами,  возникающими еще на этапе определения требований инженерного проекта почти в половине изученных случаев. 

Чтобы обеспечить комплексные требования к ТБ, необходимо проанализировать присущие им меры безопасности. Специфика SIS определяется двумя международными стандартами: IEC 61508 и IEC 61511. Эти стандарты сосредоточены на том, как можно достичь необходимого уровня безопасности путем принятия решений, касающихся определенных функций SIS. 

Проектирование SIS подразумевает выбор определенного оборудования, определение архитектурных особенностей и планирование обслуживания системы. Основываясь на упомянутых стандартах, национальные правила каждой страны устанавливают общие требования к уровню безопасности для различных опасных технологий. Примеры этих правил показывают, что предлагаемые требования довольно широки. Для определения четких и всеобъемлющих требований к безопасности промышленных объектов необходимо предоставить рекомендации по конкретным аспектам ТБ с учетом характера мер, которые она включает. Это обеспечило бы достаточно хорошую основу для детального инженерного проектирования решения [1].

Вопросу технического обслуживания следует уделять особенно пристальное внимание, учитывая проблемы современной нефтегазовой отрасли, теперь, когда операции перемещаются в удаленные и труднодоступные места . Для обслуживания таких объектов персонал работает посменно: бригады инженеров вывозятся на удаленные объекты для проведения испытаний. В этом контексте ожидается, что транспортные расходы будут играть значительную роль в принятии решений относительно специфики проектируемой ПСБ.

Значительный объем исследований в области проектирования SIS был накоплен за последние три десятилетия. Исследования в этой области в первую очередь основаны на методах количественной оценки надежности. Международные стандарты  объединяют фундаментальные идеи и методологические подходы к моделированию безопасности. В стандартах такие методы, как блок-схемы надежности (RBD) и анализ дерева отказов (FTA) называются инструментами простого и визуального моделирования.

Одной из ключевых концепций проектирования SIS является избыточность. Это подразумевает использование более одного устройства для выполнения одной и той же функции с целью повышения доступности системы. Специалисты указывают на то, что подавляющее большинство доступных статей сосредоточено исключительно на дублировании с идентичными компонентами. С точки зрения инженерной практики использование только идентичных устройств не является широко распространенным подходом. Немногочисленные исследователи попытались включить различные компоненты в архитектуры резервирования. Они показывают, что разнообразие приборов повышает надежность всей системы. Тем не менее, упомянутое исследование разнообразного резервирования или смешивания компонентов сосредоточено исключительно на конструкции системы, тем самым отвлекаясь от рассмотрения вопросов технического обслуживания в ходе эксплуатации [4]. 

При проектировании системы безопасности учитывается определенный уровень эксплуатационных деталей (например, планирование ремонта). Когда инициируется новый проект промышленного инжиниринга, важно учитывать решения, связанные с персоналом, в отношении инженерного проекта, который влияет на требования к персоналу, а также на планирование сменной работы. Исследователи отмечают, что такое совместное принятие решений помогает найти компромисс между производительностью процесса и затратами, связанными с персоналом. Найти этот компромисс будет невозможно, если сосредоточить внимание исключительно на аспектах планирования и маршрутизации бригады, как это делается в исследовании, упомянутом в предыдущем абзаце. Таким образом, в дальнейшем вопросы кадрового планирования решаются вместе с аспектами инженерного проектирования.

Это исследование учитывает проектирование SIS с разнородными архитектурами резервирования, планирование обслуживания системы и организацию рабочей силы – и все это в рамках единой системы принятия решений. Это позволяет сбалансировать вложения в сложность системы, достигнутый уровень безопасности и затраты, связанные с персоналом. 

В соответствии с международными стандартами , любая инструментальная система безопасности по определению состоит из трех типов подсистем, выполняющих следующие функции:

а) датчики значения процесса или, проще говоря, датчики измерения технологических параметров и передачи их значений в следующую подсистему:

б) логические решающие устройства , или, другими словами, программируемые логические контроллеры (ПЛК), которые реализуют определенный алгоритм управления с учетом значений параметров процесса. Выходные сигналы, генерируемые ПЛК, передаются в следующую подсистему;

c) конечные элементы управленияили, проще говоря, исполнительные механизмы.. Эти устройства представляют собой клапаны, приводы, переключатели и т. д., которые назначают определенные режимы работы конкретным технологическим объектам и агрегатам.

Проектирование конкретной автоматизированной системы безопасности подразумевает выбор в зависимости от особенностей подсистем SIS. Эти варианты включают [4]:

1.Модели устройств для подсистем сенсора, контроллера и исполнительного механизма. Для любого типа устройства на рынке доступно несколько аналогичных опций от разных производителей (таких брендов, как Emerson, Honeywell, Siemens, Yokogawa, ABB и др.). Хотя эти функционально аналогичные устройства выполняют одну и ту же задачу, характеристики надежности и стоимость устройств, выпускаемых разными производителями, часто значительно различаются.

2.Архитектуры резервирования: каждая подсистема SIS может состоять из одного или нескольких идентичных устройств. Использование более одного устройства в конкретной подсистеме позволяет подсистеме оставаться в рабочем состоянии, когда одни устройства выходят из строя, в то время как другие продолжают работать. 

3.Дополнительное разделение устройств (электрическое, физическое или и то, и другое) в архитектуре резервирования часто вводится для уменьшения эффекта отказов по общей причине (CCF), когда все компоненты в архитектуре выходят из строя одновременно. 

При проектировании автоматизированной системы безопасности на основе описанных до сих пор мер подсистемы ПСБ представляют собой блоки идентичных устройств. В инженерной практике это бывает редко, особенно когда это касается полевых устройств, то есть датчиков и исполнительных механизмов. Когда для выполнения определенной функции необходимо использовать более одного компонента, часто используются устройства разной природы. Например, чтобы сигнализировать о критически высоком уровне жидкости в резервуаре или блоке обработки, можно использовать датчик уровня постоянного значения, а также переключатель уровня, установленный на требуемую отметку критического уровня. Кроме того, среди множества преобразователей непрерывного значения можно выделить обычные датчики и интеллектуальные датчики. Последние более дорогие, но в то же время обладают лучшими показателями надежности [4].

Простой подход к включению возможности использования устройств разной природы в контексте принятия решений SIS, несколько архитектур MooN, каждая из которых соответствует своему собственному типу устройства, могут использоваться параллельно. Для первой подсистемы используется разнообразное резервирование: выбираются обычные, интеллектуальные датчики и переключатели. Для второй подсистемы датчиков разноплановое резервирование не используется. Для трех подсистем исполнительных механизмов выбрано разнообразное резервирование с двумя различными типами исполнительных механизмов – стандартными и интеллектуальными.

Планирование обслуживания SIS – еще один важный аспект производительности технологического решения. Обслуживание системы безопасности производится:

• постоянно для устранения отказов, обнаруживаемых во время работы технологии, например, с помощью функции самодиагностики или из ситуаций, которые приводят к срабатыванию системы безопасности;
• периодически для решения всех проблем, которые не обнаруживаются в процессе нормальной эксплуатации. Период проведения этих контрольных испытаний называется интервалом испытаний (TI).

При выполнении долгосрочного планирования аспекты проектирования ТБ, планирования технического обслуживания и организации труда должны рассматриваться в рамках единой системы принятия решений.

Решения, касающиеся обслуживания решений SIS, имеют решающее значение для их производительности. Поскольку обслуживание выполняется инженерами, специализирующимися на работе с автоматизированными системами, организация персонала для выполнения необходимого обслуживания становится жизненно важной для современных объектов и производственных площадок, расположенных достаточно далеко от городов и крупных промышленных центров. 

Таким образом, внедрение  подходов к обеспечению безопасности на нефтеперабатывающих предприятиях с использованием автоматизации повышает ее надежность  и служит снижению количества аварий.

Список источников

1. Антонов Н.В., Киселева Е.А., Клешнина И.И. Разработка мероприятий по обеспечению экологической безопасности нефтеперерабатывающего предприятия // Вестник Казанского технологического университета. 2015. №5.
2. Редуцкий Ю. Моделирование и проектирование автоматизированных систем безопасности для процессов разведки и добычи в нефтяном секторе. Rulesia Eng , 182 ( 2017 ) , стр. 611 – 618.
3. Яковлева Е.В., Лапин П.А. Обеспечение эклогической безопасности на нефтеперерабатывающих предприятиях, на примере ОАО «Юго-Запад Транснефтепродукт» // Агротехника и энергообеспечение. 2015. №3 (7).
4. Helber S., Henken K.Profit-oriented shift scheduling of inbound contact centers with skills-based routing, impatient customers, and retrials OR Spectrum, 32 (1) (2010), pp. 109-134

References

1. Antonov N.V., Kiseleva E.A., Kleshnina I.I. Development of measures to ensure environmental safety of an oil refinery // Bulletin of Kazan Technological University. 2015. №5.
2. Redutsky Yu. Modeling and design of automated security systems for exploration and production processes in the oil sector. Rulesia Engl., 182 (2017), pp. 611 – 618.
3. Yakovleva E.V., Lapin P.A. Ensuring eclogical safety at oil refineries, on the example of JSC “Yugo-Zapad Transnefteprodukt” // Agrotechnics and energy supply. 2015. №3 (7).
4. Helper S., Henkin K. Profit-oriented change planning of incoming contact centers with skill-based routing, impatient customers and repeated checks OR spectrum, 32(1) (2010), pp.109-134

Для цитирования: Кравцов А.С., Седельникова В.А., Чижов К.А., Князева А.Э., Волков И.В. Подходы к обеспечению безопасности на нефтегазовых  предприятиях // Московский экономический журнал. 2021. № 9. URL: https://qje.su/ekonomicheskaya-teoriya/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-9-2021-59/

© Кравцов А.С., Седельникова В.А., Чижов К.А., Князева А.Э., Волков И.В., 2021. Московский экономический журнал, 2021, № 9.