ИНИЦИАТОРЫ ПРОЕКТА:1. ООО «Газпром добыча Ямбург»2. Международная ассоциация «Космотех»3. Институт проблем машиноведения РАН4. ЗАО НПЦ «Молния»5. Одесский политехнический университет6. ОАО «НПО Измерительной техники»7. МГТУ радиотехники, электроники и автоматики8. МГУ приборостроения и информатики9. НИИ прикладной математики и сертификации10. ФГУП «Предприятие по поставкам продукции»11. Институт проблем управления РАН 12. ИКЦ «Технопромэкс»

2013

Инновационная технология: создание Систем Комплексной Техногенной Безопасности

(СКТБ) Критически и Стратегически Важных Объектов (КСВО) промышленной инфраструктуры

Дедученко Ф.М. - ген. директор МА «Космотех»Арабский А.К. - зам. главного инженера ООО «Газпром добыча Ямбург»Шатерников В.Е.- зам. ген. директора МА «Космотех» по инновациям и развитию

• Аварии бывают локальными и системными. Наиболее тяжелые по последствиям - системные аварии (техногенные катастрофы).

• Основная причина эпидемии катастроф – утрата подконтрольности усложняющихся технологий и реализующих их КСВО.

• Предрасположенность к техногенным катастрофам - исключительное свойство всех сложных многокомпонентных КСВО.

• Безопасность характеристика КСВО в целом, а не их компонент.

• Мировой лидер по техногенным катастрофам – США.

• По данным Международного центра исследований эпидемиологии катастроф CRED начавшаяся в конце 70-ых эпидемия техногенных катастроф сейчас уже в разы превышает катастрофы природного характера.

ТЕХНОГЕННЫЕ КАТАСТРОФЫ2

• В мире отсутствуют экспериментально отработанные концепция, ..критерии и системы обеспечения комплексной техногенной безопас-..ности КСВО.

• Все современные системы обеспечения безопасности КСВО являются•.исключительно локальными.(исключение – система «Канус-безопасность» ...РАО ЕС, г. Томск).

• Даже полный охват оборудования КСВО локальными системами не . . .. решает проблем обнаружения-идентификации-парирования ..техно- •.генных катастроф..(подход, реализованный фирмой MacSea для кораблей ВМФ .. …США, себя не оправдал).

• Существующая нормативная база регламентирует аварийную защиту . ..оборудования КСВО по устаревшим методикам.и техническими .. .. .. ..средствами, не реагирующими на ..развитие техногенных катастроф в ..КСВО.

• Россия располагает опытом и научно-техническим заделом для ..безусловного решения в короткие сроки проблем обеспечения ..комплексной безопасности КСВО.

Состояние дел по обеспечению комплексной безопасности КСВО

3

А - агрегат.КСВО – критически (стратегически) важный объект.Взаимодействия: - между агрегатами - между цехами - с внешней средой.

А11

А13

А14

Цех 1

Цех 2

Цех 3

Цех 4

Цех 5

А15

А21

А22

А23

А24

А25

А12

А31

А32

А34

А35

А33

А51

А55

А52

А54

А41

А42

А43

А44

А52

А45

Структурная схема открытого на всех уровнях многокомпонентного 3-ёх уровневого КСВО

КСВО

4

1 2

3

4

Эффект увеличения числа k критических режимов в КСВО5

Включение агрегата в состав ТРК

Агрегат:

kа = 8kКСВО-1 = 30

kКСВО-2 = 30х8 = 240

КСВО-1

КСВО-2

Агрегат

1. Локальные аварии - не приводят к техногенным катастрофам на КСВО. 2. Риски развития локальных аварий определяются наработкой элементов КСВО. 3. Основные механизмы развития локальных аварий – дефекты и неисправности в элементах КСВО.

4. Симптоматика локальных аварий (нарушения технического состояния) элементов КСВО - отработана5. Нормативная база локальной безопасности КСВО - существует (но малоэффективна).6. Системы обеспечения локальной безопасности КСВО - существуют.7. Технология обеспечения локальной безопасности элементов КСВО в осно-вном отработана.

1. Техногенные катастрофы – исключительное свойство КСВО. 2. Риски развития техногенных катастроф не определяются наработ-кой элементов КСВО. 3. Основной механизм развития тех-ногенных катастроф – самопроизволь-ный уход КСВО от равновесного состо-яния.4. Симптоматика техногенныхкатастроф (потери системной устойчивости) КСВО – не установлена.5. Нормативная база комплексной безопасности КСВО - отсутствует.

6. Системы обеспечения комплексной безопасности КСВО - отсутствуют.7. Технология обеспечения комплекс-ной техногенной безопасности КСВО - отсутствует.

Локальная безопасность

оборудования КСВО Комплексная безопасность КСВО в целом

6

1. Взрыв ЖРД, 1990г. при огневых испытаниях двигателя Предаварийная симптоматика по штатным измерениям параметров двигателя – отсутствовала.

2. Серия аварий дизель-генераторов К-164 (разломы коленвалов), 1985 - 1992г.г. Предаварийная симптоматика - отсутствовала.

3. Взрыв энергоблока 300 МВт на Каширской ГРЭС-4, 2002 г. через 10 дней после капитального ремонта. Предаварийная симптоматика – отсутствовала.

4. «Бездефектная» аварийная ситуация на газовом промысле ГДЯ, 2006 г. Предаварийная симптоматика по штатным измерениям параметров – отсутствовала.

5. Взрыв на Восточно-таркосалинском нефтегазовом месторождении, 2010 г. Общая наработка оборудования – 45 дней.

6. Системная авария на Саяно-Шушенской ГЭС, 2009 г. Предаварийная симптоматика - отсутствовала.

Примеры «бессимптомных» техногенных аварий и катастроф

7

F (Гц)

t (сек)

.

f (Гц)№ гармоники

t (сек)

Резонанс крутильныхколебаний КВ

325,1 Гц

931 об/мин

1077 об/мин

1226 об/мин

1309 об/мин

1393 об/мин

1500 об/мин (!)

№№ гармоник

9 13 1516 18 21800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

50 100 150 200 250 300 350 400 450 50013

N (об/мин)

Аварийное испытание ЖРД (переход на конечную ступень): самопроизвольное возбуждениекрутильных колебаний F = 121 Гц ротора турбонасосного агрегата.

Упреждение – 3,5 сек (!) до взрыва.

Возбуждение крутильных колебаний F = 325 Гц коленвала дизель-генератора при сбросе оборотов гармониками № 13 (на штатном режиме!), 14, 15, 16, 18, 21.

Упреждение ~ 1 месяц (!) до разрушения.

150

8

Каширская ГРЭС-4. Системная авария 05.10.2002 г. (через 10 дней после капитального ремонта!)

9

«Инициатор» аварии 10

Разлом ротора11

Режим торможения ТДА-6 Развитие «бездефектной» системной предаварийной ситуации на газовом промысле.

Завершающая стадияторможения ТДА-6 (22% от номинала).Выход из «хаотического состояния» (t > 4,0 c) с возбужде-нием системных автоколебаний

газового промысла - F = 1…2.8 Гц.

σV ~ 90 мм/с. Упреждение –

более 18 сек (!) до аварии.

σV = 33.4 … 101.7мм/с.

Вибропортрет ТДА-6σV (мм/с)

180

90

0

-90

270(мм/с)

-1800 1.4 2.8 4.2 5.6 7.0 8.4 9.8 11.2 12.6 t (с) t (сек)

12

• Типовой сценарий развития системных катастроф.

• Симптоматика системных катастроф.

• Концепция техногенной безопасности.

• Учет начального состояния.

Базовый задел – диагностирование-аварийная защита ЖРД космического

назначения 1968-2002 г.г.

Задел по комплексной безопасности КСВО 1970-2013 г.г.

Работы по тематике ОАО «Газпром» 1996-2010 г.г.

• Доводка разных типоразмеров ЖРД.• Решение задач обеспечения

системной устойчивости ЖРД.• Диагностические признаки нарушения

функционального состояния ЖРД.• Диагностические признаки нарушения

технического состояния ЖРД.• Система диагностирования технического состояния ЖРД.• Система диагностирования

функционального состояния ЖРД.

• Запорожская ГРЭС.• Зуевская ГРЭС.• Углегорская ГРЭС.• Славянская ГРЭС. • Юждизельмаш.• Хмельницкая АЭС.• Ровенская АЭС.• Южно-Украинская АЭС

• КС «Орловка-2», Украина.• ООО «Газпром добыча Ямбург».• ОАО «Севернефтегазпром».• ОАО «Турбохолод».• ОАО «Турбогаз», Украина.• Формирование информативных

диагностических признаков.• Система контроля, диагности-

рования и аварийной защиты.• Динамическая паспортизация

оборудования и коммуникаций.

Фронт конверсионных работ

1990-2002 г.г.

Задел по диагностированию функционального состояния

2007-2011 г.г.

• Система функционального диагностирования силовых установок кораблей РФ - ГТА М-56 (г. Николаев)

• Принцип объектной ориентированности СКТБ.

• Динамическая адаптация СКТБ.

• Проект СКТБ КСВО.• Сметная документация.• Сетевой график.

Заделы по обеспечению комплексной безопасности КСВО

13

• Разработка концепции обеспечения комплексной безопасности КСВО. • Экспериментальная отработка:

– выбора доказательно информативных систем измерения параметров КСВО;– признаков-симптомов развития системных аварий и катастроф;– способов раннего обнаружения-идентификации развития техногенных катастроф;– правил принятия решений по парированию развития техногенных катастроф;– способов координированного управления КСВО (САУ + СКТБ);– способов начальной и актуализируемой адаптации СКТБ к КСВО;– способов начальной и актуализируемой динамической паспортизации КСВО;– технологии обеспечения комплексной безопасности технологии и КСВО.

• Разработка и освоение производства систем – аналогов объектно-ориентируемых СКТБ КСВО (стационарных и переносных).

• Формирование кооперации основных исполнителей Проекта.

• Отработка вопросов кадрового обеспечения программы в целом.

• Готовность к разработке проектов технических регламентов: «Обеспечение техногенной безопасности энергоёмких промышленных комплексов с территориально распределенной структурой и параметрическими связями», а также необходимых для его поддержки национальных стандартов и сводов правил (в рамках закона «О техническом регулировании» № 184-ФЗ ).

• Создание Оператора рынка. Готовность к договорной компании.

ВЫПОЛНЕННЫЕ ПРЕДПРОЕКТЫЕ РАБОТЫ14

15 ГДЯ. Система диагностирования СД-1. Вариант – переносной, исполнение – общетехническое,

число каналов - 6

16ГДЯ. Система диагностирования СД-2.

Вариант – переносной, исполнение – общетехническое, число каналов - 16

Спутниковая антенна

Блок

преобразования

сигналов

Блок коммутации

17ГДЯ. Автоматизированная система диагностирования АСД-3.

Система стационарная/переносная, территориально распределяемая, взрывозащищенная, число каналов – 32

Коробка

соединительная

Блок коммутации

Блок Преобразования

сигналов

18ГДЯ. Автоматизированная система АСД-3

диагностирования турбодетандерных агрегатов Система стационарная, взрывозащищенная, число каналов – 32

Типовой сценарий развития техногенной катастрофы на КСВО

Отклонение КСВО от Равновесного состояния

Совместное действие несколькихдестабилизирующих факторов

Возбуждение в КСВО«детерминированного» хаоса

Рост в КСВО уровней хаотических компонент

Переход в КСВО от контактных к неконтактным взаимодействиям

Увеличение в КСВО радиусов пространственной корреляции

Потеря КСВО системной устойчивости

Выход КСВО на когерентный режим работы

Саморазрушение КСВО или самостабилизация

1

γ2 ≈ 0,0

γ2 ≈ 0,2

γ2 ≈ 0,4

γ2 ≈ 0,6

γ2 ≈ 0,8

γ2 ≈ 1,0

γ2 ≈ 1,0

γ2 ≈ 0,0

γ2 ≈ 0,0

2

3

4

5

6

7

8

9

19

20

1. Многокомпонентность КСВО.2. Динамические взаимодействия компонент …КСВО между собой.3. Открытость КСВО – обмен с внешней сре- дой информацией, энергией и веществом.4. Наличие в КСВО опасных режимов функци-…онирования и их высокая плотность.5. Предрасположенность к системной неустой- чивости КСВО.6. Наличие в КСВО множества внешних …дестабилизирующих факторов.

Основные «движущие» силы развития техногенных катастроф на КСВО:

40 50 60 70 80 90 100 110 120обороты ротора (Гц)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

TDA7_53Fr_VGK_2010-10-28 22_24_48_r

ГДЯ. Признак-симптом динамического взаимодействия ТДА цеха. АЧХ «ТДА-6 ТДА-4» (многократные пуски-остановы ТДА-6).

Абсолютный критерий дестабилизации равновесного состояния – отсутствует !

0 750 1500 2250 3000 3750 4500 5250 6000

1

2

3

4

5

6

7

8 АЧХ

об/мин

21

dф2(g)

dф1(g) dф

2(g)

dф1(g)

СКЗ вибраций в диапазоне 1…5 Гц в горизонтальном и вертикальном направлениях в формах зависимости от суммарного расхода газа g: 1. ГПА-1 с ГПА-2 2. ГПА-4 и ГПА-5

0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

4.5 3.5

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.03.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

dф1(g) dф

4(g)

dф2(g) dф

5(g)

dф4(g) и dф

5(g)

22

Границы допусков – зависят от текущего режима работы ГПС

dф1 (g) и dф2(g);

ГПС «Орловка-2» (Украина). Признаки- симптомы динамического взаимодействия ГПА ГПС

2.66

5.28

5.02

4.84

5.44

СНГП. Выбор систем измерения вибрационных параметров.

Динамическая паспортизация ГИС:

«нитки» 1 – 4 в диапазоне 220 – 230 Гц, ∆L = 40 см

23

СНГП. Выбор систем измерения вибрационных параметров.

Динамическая паспортизация КОГ-1:

горизонтальный участок «нитки” 1 в диапазоне 220 – 230 Гц. ∆L = 50 см.

7.27

7.36

5.52

7.80

3.50

3.82

1.16

1.15

1.00

0.94

1.48

1.23

1.09

0.96

0.61

0.51

0.39

0.51

0.45

0.40

0.48

0.80

1.27

1.26

0.88

1.06

24

СНГП. Выбор систем измерения вибрационных параметров.

Динамическая паспортизация КОГ:

входной коллектор в диапазоне 220 – 230 Гц, ∆L = 40 см

0.0

2

0.0

3

0.0

3

0.0

3

0.0

3

0.0

4

0.0

7

0.0

3

0.0

3

0.0

30.0

5

0.0

8

0.1

1

0.1

4

0.1

3

0.1

80.2

1

0.2

70.2

8

0.2

9

0.2

8

0.2

0

25

• Концепция комплексной безопасности технологии и КСВО.

• ПО комплексной безопасности КСВО.• ПО динамической адаптации СКТБ к КСВО.• ПО динамической паспортизации КСВО.• ПО координированного управления КСВО • ПО приборного ряда, системно интегрируемого с СКТБ. • ПО реального управления рисками развития техногенных катастроф в КСВО.

• Технология обеспечения комплексной безопасности КСВО. • Производство стационарных объектно-ориентируемых СКТБ.• Производство переносных объектно-ориентируемых СКТБ.• Производство системно интегрируемого с СКТБ приборного ряда.• Производство Оперативного информационно-управляющего центра (ОИУЦ) КСВО

• Проект экспериментально доведенного технического регламента: «Обеспечение комплексной техногенной безопасности энергоёмких промышленных комплексов с территориально распределенной структурой и параметрическими связями», а также необходимых для его поддержки национальных стандартов и сводов правил

(в рамках закона «О техническом регулировании» № 184-ФЗ ).

• Создание Оператора рынка.

• Проведение договорной кампании.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ ПРОЕКТОМ26

Схема территориально распределяемой СКТБ КСВО

ОИУЦ СКТБ

Объект-1

УСО-1 с

БГС

СКТБ ТРПК

Объект-6

УСО-6 с

БГС

Объект-4

УСО-4 с

БГС

Объект-2

УСО-2 с

БГС

Объект-3

УСО-3 с

БГС

Объект-5

УСО-5 с

БГС

УСО-1 п

БГС

УСО-2 п

БГС

ОИУЦ – оперативный информационно-управляющий центр.БГС – блок групповой синхронизации.

УСО – устройство связи с объектом:с – стационарноеп – переносное.

27

СКТБ КСВО

Контроллер защиты (КУ)

Блок защиты

Приемноеустройство

Блок формиров.

системных ДП АРМДСКТБ

УСО-1

ОИУЦСКТБ

О-1

28 БЛОК-СХЕМА ОПЕРАТИВНОГО ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩЕГО ЦЕНТРА

СКТБ С ПЕРИФЕРИЕЙ

БГС

УСО-2

О-2

БГС

УСО

БГС

Блок формиров.

локальных ДП

УСО-3

О-3

БГС

УСО-4

О-4

БГС

Блок диагностирования

Функциональное состояние КСВО

Блок защиты

Блок диагностирования

Техническое состояние КСВО

ИБД СКТБ

Блок динамич.адаптации

Блок динамич.паспортизации

Блок формиров.

системных ДП

Блок формиров.

локальных ДП

Блок динамич.адаптации

Блок динамич.паспортизации

Переноснойкомплект 1

УСО

БГС

ПереноснойКомплект 2

В межпромысловый коллектор

Цех регенерации ДЭГа и метанола

Узел отключающих кранов

УП ДКС2 УПТИГ

УПТИГ

АВО

ГПА1 ГПА2 ГПА3 ГПА4 ГПА5 ГПА6

ГПА1

ГПА2

ГПА3

ГПА4

ГПА5

ДКС 2-ая очередьДКС 1-ая очередь

Установка очистки газа

Здание переключащей

арматуры

Газ из кустов

Примечание. 2-ая очередь ДКС представлена при работе в одну ступень компримирования

АВО-агрегаты воздушного охлаждения УПТИГ- установка подготовки топливного и импульсного газа

ГПА - газоперекачивающий агрегат

АВО

Схема УКПГ

В разрыве 6 агрегатов

ТД1А1

ТД2

ТД9

А2

А9

ТД- турбодетандерА- абсорбер

УП ДКС-узел подключения ДКС ЦПГ-цех подготовки газа

Т-турбина турбодетандера К-компрессор турбодетандера

ЦПГ

АВО

КТ

Т К

КТ

УСО19-23 с

ДКС 2-ая очередьДКС 1-ая очередь

п – переносной УСО

с – стационарный УСО

ОИУЦ – оперативный информационно-управляющий центр.

УСО – устройство связи с объектом.

Газ из кустов скважин

ТД – турбодетандерА – абсорберУП – узел подключения

ДКС – дожимная компрессорная станцияЦПГ – цех подготовки газаТ – турбина турбодетандераК – компрессор турбодетандера

АВОАВО-2

АВО-1

В межпромысловыйколлектор

Установка очисткигаза

УП ДКС

Узел отключающихкранов

Здание переключающейарматуры ОИУЦ УКПГ

АВО-3

УСО1-9 с

УСО24-29 с

УСО4 п

УСО1 п

УСО3 п

УСО10-18 с

УСО2 п

Схема нефтегазового месторождения с распределенной СКТБ УКПГ

29

Основные задачи, решаемые СКТБ на КСВО30

1. Реальная минимизация рисков техногенных катастроф путем: - мониторинга техногенной обстановки на КСВО (Real t); - раннего обнаружения-идентификации развития катастроф; - регистрации в автоматическом режиме предыстории и эволюции развития всех чрезвычайных ситуаций на КСВО; - обеспечения возможности разбора любой чрезвычайной ситуации; - разработки конструктивных мероприятий по исключению рецидивов; - прогноза развития техногенных катастроф; - парирования развития техногенных катастроф. 2. Охват всех компонентов КСВО.

3. Формирование признаков-симптомов развития катастроф.

4. Учет начального состояния КСВО (+ его актуализация)

5. Системная увязка стационарных и переносных СКТБ.

6. Обеспечение комплексной техногенной безопасности КСВО.

7. Существенное снижение нагрузки на обслуживающий персонал.

• Нефтегазодобывающие комплексы - более 30.• Морские платформы - 12.• Нефтегазоперерабатывающие комплексы - до 80.• Нефте - газотранспортные системы - более 40.• Предприятия нефтехимии - 20.• Крупные гидроэлектростанции - 10.• Тепловые электростанции - около 100.• Крупнотоннажные морские суда - более 30.• Многоклетьевые прокатные станы - 12.• Металлургические производственные комплексы - 10.• Страховые компании (технические аудиты) - 20.

Основные потребители СКТБ

31

ООО «Газпром

добыча Ямбург»

ИКЦ «Технопромэкс»

НИИ прикладной математики и сертификации

Одесский политехнический

университет

МА «Космические технологии»

Кадровое обеспечение. Информационное

обеспечение СКТБ.

Научное руководство Проектом. Концепция комплексной

безопасности ТРПК. Натурные испытания. Динамическая

паспортизация ТРПК. Адаптация СКТБ. Методическое и

алгоритмическое обеспечение. Нормативная база. Авторское

сопровождение

Интерфейсы «АСУ ТП - СКТБ». Координирован-

ванное управление ТРПК.

Разработка модулей и ПО АСТБ Натурные испытания ТРПК.

Динамическая паспортизация.Технические аудиты. КД.

Разрешительная докумен-тация Лицензирование

Информационная безопас-ность . «АСУ ТП - СКТБ».

Кооперация основных исполнителей работ по Проекту33

МГУ приборо-строения и

информатики

Институт проблем

управления РАН

ОАО «НПО измерительной

техники» им. С.П.Королева

Изготовление - производство УСО, ОИУЦ, АСТБ

ФГУП «Предприятие по

поставкам продукции»

УД Президента РФ

МГТУ радиотех-ники, электроники

и автоматикиРазработка модульных блоков СКТБ и СКТБ в

целом. Конструкторская документация.

ЗАО НПЦ «Молния»

Координирование работ по техническому исполнению Проекта

Расчеты рисков. Сертификация СКТБ. .

Институт проблем машиноведения

РАН Целевая обработка

результатов натурных испытаний КСВО. Расчеты рисков.

Экспериментальная отработка технологии

комплексной безопасности ТРПК.

Опытная эксплуатация пилотного образца СКТБ.

Шатерников Виктор Егорович – зам. ген. директора МА «Космотех» по инновациям и развитию, доктор тех.наук.

• Моб. 8(905)-538-19-32• E-mail: info@Shaternikov.ru

Контактные данные

Арабский Анатолий Кузьмич – зам. главного инженера

«Газпром добыча Ямбург», доктор тех. наук.

• Моб. 8(495)-999-04-25• E-mail: a.arabskii@mail.ru

33

Дедученко Феликс Михайлович – ген. директор МА «Космотех», доктор физ.-мат. наук.• Моб. 8(915)-401-26-54• E-mail: fmd11@mail.ru