Внедрение системы мониторинга, моделирования и прогнозирования, на производстве и складе жидкого аммиака.

СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА
Антон Бобер
В данной статье будет рассмотрен опыт внедрения системы мониторинга и моделирования чрезвычайных ситуаций на производстве по получению и сжижению аммиака и складе (изотермическом хранилище) хранения жидкого аммиака, а также её сопряжение с Локальной системой оповещения химически опасного объекта.
Работы проводились специалистами компании в 2019 году на объекте ОАО «Еврохим Северо-Запад» по заказу компании Technimont.

Перед компанией была поставлена задача внедрить систему мониторинга и прогнозирования развития чрезвычайных ситуаций, соответствующую требованиям Ростехнадзора России в Проект создания комплекса по производству жидкого аммиака, разработанного компанией Technimont. Прогнозирование развития ЧС должно осуществляться на основании данных получаемых из системы газоанализа - GDS (Gas Detection System) входящей в состав системы аварийного останова ESD (Emergency Shutdown System).

Сложность проекта состояла в том, что реализуемое решение не должно ни коем образом затрагивать оборудование и программное обеспечение АСУТП предприятия.
Требования к системам контроля, управления и автоматической противоаварийной защиты в части систем мониторинга, моделирования ЧС и оповещения.
"Правила безопасности для наземных складов жидкого аммиака" ПБ 09-579-03 предъявляют следующие требования к системе контроля уровня загазованности и оповещения об аварийных утечках аммиака:

- подсистема контроля загазованности (система газоанализа) должна быть связанна с системой оповещения об аварийных ситуациях. (пункт 8.12)
- система должна обеспечивать контроль за возможными утечками аммиака в технологических помещениях и на территории объекта. (п. 8.12.1.)
- система должна обеспечивать в автоматическом режиме сбор и обработку информации о концентрациях аммиака в воздухе у мест установки газоаналитических датчиков в объеме, достаточном для формирования адекватных управляющих воздействий. (п. 8.12.2.)
- система при возникновении аварий, связанных с утечкой аммиака, в автоматическом (или автоматизированном) режиме должна включать, средства оповещения об аварии. (п. 8.12.3.)
- структура системы контроля утечек аммиака должна быть двухконтурной и двухуровневой. (п. 8.12.4.)
- система должна обеспечивать оперативное предупреждение смены дежурно-диспетчерской службы (ДДС) о конкретном месте произошедшей аварии и включение необходимой группы технических средств локализации и ликвидации последствий аварии. (8.12.5.)
- система оснащается автоматическими средствами, позволяющими контролировать уровень загазованности на промышленной площадке (первый уровень наружного контура контроля) и прогнозировать распространение зоны химического заражения за территорию объекта. Такое оснащение должно быть обосновано оценкой возможных последствий аварии, подтвержденной соответствующими расчетами. (п. 8.12.9.)
- система, для целей прогнозирования, должна иметь устройство, замеряющее направление и скорость ветра, данные которого используются при расчетах возможных масштабов загазованности.

Двухконтурность:
Наружный контур обеспечивает контроль за уровнем загазованности на промышленной площадке, за аварийными утечками аммиака из технологического оборудования, находящегося вне помещений и выдаёт данные для прогнозирования распространения зоны химического заражения за территорию объекта.
Внутренний контур обеспечивает контроль за уровнем загазованности и аварийными утечками аммиака в производственных помещениях.

Двухуровневость:
Внешний и внутренний контуры системы контроля утечек аммиака должны иметь два уровня контроля концентрации аммиака в воздухе:
первый уровень - достижение значений концентрации аммиака в воздухе технологических помещений и вне помещений у мест установки газоаналитических датчиков величины, равной предельно допустимой концентрации рабочей зоны (ПДK РЗ 20 мг/м³);
второй уровень - "Аварийная утечка аммиака" - достижение значений концентрации аммиака у мест установки газоаналитических датчиков величины, равной 25 ПДК РЗ (500 мг/м³).

Проектирование системы мониторинга, моделирования и прогнозирования чрезвычайных ситуаций
Существующим проектом предусматривалась установка во внешнем контуре 97 датчиков газоанализа Dräger Polytron 8200 с аналоговыми (токовыми) выходами. Данные с датчиков через платы аналогового ввода поступают на сервер Vijeo Historian от компании Schneider electric. Сервер имеет возможность получать данные из SCADA систем через серверы OPC DA V2 и OPC DA V3 Данные хранятся в базе данных SQL, вместе с метаданными, описывающими индивидуальные свойства тега и качество для каждой выборки.

Проектом создания системы мониторинга и прогнозирования была определено двух серверная конфигурация. Один сервер находился внутри ядра системы АСУТП и собирал и обрабатывал данные получаемые с сервера Historian и формировал события. События в одностороннем порядке передаются из ядра системы на внешний сервер. Внешний сервер осуществляет обработку событий и формирует сценарии работы для системы оповещения и заполнение данных для проведения расчета моделирования и прогнозирования. На сервере проводится оценка и прогнозирование развития ЧС и распространение зоны химического заражения за территорию объекта.

Прогноз распространения аммиака в атмосфере основан на методике, описанной в приложении «Расчет концентраций аммиака в воздухе и распространения газового облака при авариях на складах жидкого аммиака» ПБ 09-579-03 "Правил безопасности для наземных складов жидкого аммиака".

Прогноз распространения аммиака в атмосфере выполняется в соответствии со следующими этапами расчета:

- Определение количественных характеристик выброса аммиака.
- Определение зоны поражения при растекании выброса аммиака.
- Определение нолей концентрации и токсодозы.
- Определение поля токсодозы.

Прогноз распространения аммиака в атмосфере выполняется для одного из четырех вариантов сценариев расчета в зависимости от агрегатного состояния аммиака в оборудовании и характера разрушения оборудования.

Сценарий 1. Полное разрушение оборудования, содержащего аммиак в газовом состоянии.
Сценарий 2. Нарушение герметичности оборудования, содержащего аммиак в газовом состоянии.
Сценарий 3. Полное разрушение оборудования, содержащего аммиак в жидком состоянии.
Сценарий 4. Нарушение герметичности оборудования, содержащего аммиак в жидком состоянии.

При этом учитывается, что по сценариям 1 и 3 аммиак мгновенно поступает в окружающую среду; по сценариям 2 и 4 аммиак поступает в окружающую среду через отверстия площадью S в течение некоторого времени; сценарии 1 и 3 применимы только к емкостному оборудованию, сценарии 2 и 4 - как к емкостному оборудованию, так и к трубопроводам.

Количество возможных объектов, для расчета по каждому сценарию определены в ходе проектирования системы мониторинга и прогнозирования развития чрезвычайных ситуаций, согласованы и утверждены с Заказчиком.

Проектом были определены следующие источники информации:
Детектор токсических газов - Polytron 8200 Сигнализатор токсических газов внешний NH3 в количестве – 97 шт.
Метеостанция/ Анемометр ультразвуковой - ANM/OI15 – 1 шт.

Выполнена географическая привязка датчиков (температуры, давления и газоанализа) и контролируемых элементов (трубы и емкости). При проведении расчета учитывается информация, поступающая от метеостанции или анемометра о температуре воздуха, направлении и силе ветра, количестве осадков.

Как известно аммиак (нитрид водорода) — бинарное неорганическое химическое соединение азота и водорода с формулой NH3, при нормальных условиях — бесцветный газ с резким характерным запахом. Однако, плотность аммиака почти вдвое меньше, чем у воздуха, а растворимость в воде чрезвычайно велика — около 1200 объёмов (при 0 °C) или 700 объёмов (при 20 °C) в объёме воды. Таким образом зона поражения при ЧС в значительной степени зависит от температуры и наличия осадков. При дожде аммиак моментально растворится, при сухой теплой погоде поднимется в верх, а вот при холодной погоде (Температура кипения: -33,3 °C) может стелиться по земле и иметь достаточно большую зону поражения.

Результаты расчета выводятся в графическом виде в GIS на АРМ оператора.

Архитектура программного обеспечения систем мониторинга и прогнозирования.
Для реализации проекта применено специальное программное обеспечение DARVIS. В состав системы вошли следующие модули СПО DARVIS:

Darvis Extended Server – модуль интеграции с внешними системами. Модуль осуществляет сбор и обработку данных от внешних систем и передачу данных в систему хранения данных Darvis Data Server.

Расширение интеграционных возможностей Платформы (предоставление API, SDK);
Поддержка интеграции с подсистемами жизнеобеспечения (энергоснабжение, освещение, HVAC);
Поддержка интеграции с подсистемами функционирования (АСУ ТП, SCADA, ERP, DCS);
Использование встроенного протокола TSP (Teris SMIS Protocol) для взаимодействия с органами РСЧС;
Поддержка протоколов Modbus, MQTT, CAP, SOAP, OPC DA/UA и пр.

Darvis
Data Server - Модуль предназначен для мониторинга оперативных и хранения исторических числовых показателей приложений, устройств, технических процессов, определения превышения заданных порогов, формирование событий и передача их в управляющие системы.

Выполняемые функции:
1. высокоскоростной сбор показаний датчиков;
2. хранение большого количества данных в виде метрик;
3. обработка метрик статистическими методами;
4. отображение метрик в пользовательском интерфейсе;
5. определения превышения заданных порогов ПДК;
6. формирование событий и передача их в управляющие системы (передача в Darvis Control Server).

Darvis Control Server – подсистема управления, предназначена для:
1. Хранение системных данных;
2. Автоматический запуск алгоритмов;
3. Обмен сообщениями между компонентами и обработка очередей;
4. Планировка и выполнение задач;
5. Сбор информации от подсистем объекта;
6. Обработка алгоритмов по входящим правилам и сообщениям;
7. Контроль работоспособности компонентов платформы;
8. Интеграция с подсистемами безопасности (СКУД, ОПС, Видеонаблюдение и т.д.).

Darvis Prognosis Server – модуль предназначен для проведения расчетов по моделированию и прогнозированию последствий чрезвычайных ситуаций. Модуль выполняет следующие функции:
1. Ввод исходных данных для осуществления расчетов по моделированию и прогнозированию последствий чрезвычайных ситуаций, а именно: выбор методики расчета, выбор места происшествия, ввод параметров расчета;
Исходные данные для расчета могут быть частично или полностью заполнены автоматически на основании данных системы мониторинга.
2. Выполнение расчетов по моделированию и прогнозированию последствий чрезвычайных ситуаций в соответствии с методикой, утвержденной Ростехнадзором России "Правилам безопасности для наземных складов жидкого аммиака" присвоено обозначение ПБ 09-579-03.
Так же доступна версия с методикой расчёта утвержденной МЧС России РД 52.04.253-90 «Методика прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте».
3. Предоставление пользователю результатов проведения расчетов по моделированию и прогнозированию последствий чрезвычайных ситуаций, а именно:
- отображение зоны поражения на интерактивной карте;
- предоставление результатов расчета виде списка key-value;
предоставление результатов расчета виде таблицы;
формирование отчетной формы с результатами расчета;
Форма представления результатов зависит от выбранной методики расчета.

4. Автоматический и автоматизированный запуск системы оповещения внутри указанной зоны; автоматическая отработка ситуации без вмешательства оператора по модели: превышение -> тревога -> расчет зон -> оповещение по зонам;
5. Ведение журнала проведенных расчетов по моделированию и прогнозированию последствий чрезвычайных ситуаций;
6. Передача данных в подсистему оповещения Darvis Telecom Server.
Darvis Telecom Server – подсистема управления оповещением позволяет:
организовать управление оповещением в ручном, автоматическом или автоматизированном режиме;
производить оповещение по основным каналам: электро-сирены (С-40, С-28) и громкоговорители систем звукофикации ЛСО, а также ГГС и диспетчерской связи, систем оповещения управления эвакуацией СОУЭ;
подключать дополнительные каналы оповещения: телефон, SMS/MMS, e-mail, мгновенные сообщения;
принимать команды оповещения от вышестоящих систем (РАСЦО, МАСЦО) на базе оборудования П-166М или П-166Ц напрямую или от любых сертифицированных МЧС России систем оповещения через модуль П-161М РММ-8»;
осуществлять трансляцию звука с микрофона или оповещение по заранее подготовленным сообщениям;
получать первичные данные с подсистем радиационного и химического контроля на потенциально-опасных объектах, осуществлять их обработку и производить автоматический запуск сценариев оповещения на основании предзаписанных алгоритмов;
протоколировать действия персонала и результаты оповещения;
проводить технологический мониторинг работоспособности оконечных устройств оповещения, вести журналы эксплуатационно-технического обслуживания оборудования.

Darvis Control Center – единое автоматизированное рабочее место оператора ДДС. Собирает все интерфейсы модулей платформы DARVIS для удобства оператора.

Основные функции:
Отображение интерактивного плана-схемы объектов с применением ГИС технологий;
Видеонаблюдение с возможностями навигации по архиву и управлением PTZ устройствами;
Просмотр информации об объекте и устройствах, а также управление устройствами;
Получение и формирование отчетов;
Выполнение регламентов;
Мониторинг событий с отображением времени, типа, места и источника события;
Подтверждение и эскалация тревог;
Формирование заданий на оповещение и уведомление сотрудников.
Поддерживаемые технологии, протоколы и форматы
КАТЕГОРИЯ
СТАНДАРТЫ, ПРОТОКОЛЫ, ТЕХНОЛОГИИ
Видеонаблюдение
RTSP, RTMP, H264, MPEG4, MJPEG
Pelco-D
План-схемы, карты, 3D
WMS, SHP, PNG, OBJ
OpenStreetMap, GeoServer, ArcGis
SCADA, АСУ ТП
OPC DA, OPC UA
SNMP
Modbus TCP
ERP
SAP RFC
Оповещение и уведомление
SMPP, SMTP
SIP, PSTN (FXS, FXO), E1
SIES
USIP-N-CAP
Взаимодействие с РСЧС
TSP
Моделирование и прогнозирование ЧС
РД 52.04.253-90
ПБ-09-579-03
ПБ-09-540-03
Обмен сообщениями
AMQP, MQTT,
SOAP, XML-RPC, gRPC
XML, JSON, Protobuf,
SOA, RabbitMQ, Kafka
База данных
Microsoft SQL Server, MongoDB, ClickHouse
Структура программного обеспечения и взаимодействие модулей.
Результаты внедрения системы.
В результате внедрения системы мониторинга и прогнозирования Заказчик получил средства автоматизации деятельности дежурно-диспетчерской службы предприятия позволяющие выполнять прием тревог от системы газоанализа, выполнение расчетов зоны поражения и моделирование развития чрезвычайной ситуации на основе методики «Расчет концентраций аммиака в воздухе и распространения газового облака при авариях на складах жидкого аммиака» ПБ 09-579-03 "Правил безопасности для наземных складов жидкого аммиака"

Система позволяет в автоматическом и автоматизированном режиме осуществлять расчёт, передавать информацию в систему оповещения и запускать сценарии оповещения в соответствии результатами расчёта.
22 ИЮНЯ / 2019

Необходимо уточнить информацию?
Задайте вопросы эксперту прямо сейчас
Сообщение
«Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь c политикой конфиденциальности (https://urbansecurity.ru/politika-konfidencialnosti