Аспекты управления производственными процессами

Рис.1. Динамика аварийности на объектах магистрального трубопроводного транспорта

Согласно Федеральному закону «О промышленной политике в Российской Федерации» (31.12.2014) [1] развитие нефтегазовой отрасли России ориентирована на формирование

высокотехнологичной, конкурентоспособной промышленности иобеспечение обороны страны и безопасности государства. Как показывает анализ публикаций и действующей нормативно-

правовой базы, основнымориентиром для нефтегазового комплекса на сегодняшний день является технологическая независимость, надежность и безопасность основных энергетических объектов.

Особенности организации, а также постановки целей, задач и выбор методов стратегического управления безопасностью и надежностью в нефтегазотранспортной отрасли России определяют

экономические, политические, научно-технические, социальные и другие факторы.

В связи с этим к основным задачам промышленной политики России в энергетической сфере относятся следующие:

- создание и развитие современной промышленной инфраструктуры, соответствующей целям и задачамстратегического планирования на федеральном уровне;

- стимулирование в сфере внедрения результатов интеллектуальной деятельности и освоение производства инновационной промышленной продукции, рационального и эффективногоиспользования ресурсов, внедрения импортозамещающих, ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий;

- поддержка технологического перевооружения субъектов деятельности в сфере промышленности, модернизация основных производственных фондов исходя из темпов, опережающих их старение;

- снижение риска чрезвычайных ситуаций техногенного характера на объектах промышленной инфраструктуры;

- обеспечение технологической независимости национальной экономики.

Стратегическое управление

Согласно Энергетической стратегии России до 2030 г, важнейшей задачей при транспортировке нефти и газа является реконструкция объектов трубопроводов, системная организация

технологических режимов их работы, сокращение потерь нефти, внедрение автоматизированных систем управления и телемеханики, улучшение технического состояния нефтеперекачивающих

агрегатов.

Главными стратегическими ориентирами для нефтегазотранспортной системы являются энергетическая и экологическаябезопасность, эффективность. При этом особое значение

приобретает необходимость совершенствования системы показателей результативности и формирования информационно-аналитического обеспечения системы мониторинга стратегической программы.

Западная Сибирь была и остается на сегодняшний день главной топливно-энергетической базой России, обеспечивающей почти половину валютных поступлений за счет экспорта нефти и газа. Основной объем нефтидоставляетсяна нефтеперерабатывающие заводы по трубопроводам, надежность которых достаточно высока, однако полностью устранить аварии на магистральных трубопроводах практически невозможно.Особенно актуальным этот вопрос становится в настоящее время в условиях сложной международной экономической обстановки в нефтегазовом секторе и задачах стратегической энергетической политики России.

Динамика общего числа аварий по результатам проверок Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору [3], показывает (рис.1), что в течение 10 лет наблюдается их снижение, осуществляемое за счет совершенствования технологии и автоматизации процесса перекачки нефти, внедрения современных средств телемеханики и активной защиты трубопроводов от коррозии, реформ в области системы технического регулирования. Однако, оценить эффективность системы управления надежностью и безопасностью технологических объектов по данной статистике достаточно сложно, так как структура баз данных, полученная за анализируемый период не позволяет оценить снижение локального показателя удельной аварийности (на единицу транспортируемого продукта, в режимах неполной загрузки транспортных систем, при эксплуатации в различных технологических и природно-климатических условиях, динамики изменения капитальных вложений, роста цен, ввода и действия новых нормативных документов и регламентов и др.).

Поэтому, в настоящее время наиболее приемлемой является стратегия технического обслуживания по результатам: а) диагностирования методами неразрушающего контроля; б) мониторинга технологических параметров эксплуатации объектов. Такая практика предусматривает выявление дефектов первоочередного ремонта и участков для реконструкции, оценку остаточного ресурса. В силу специфики применяемых математических моделей и методик такая регистрация параметров по сути является дискретной, так как проводится с периодичностью до нескольких лет. С одной стороны, это приводит к необходимости регулярнопроводить реконструкцию линейной части, с другой - разрабатывать до наступления аварий методы и способы, позволяющие в короткий срок оценить тяжесть возможной аварии, прогнозировать время ликвидации и определять и обеспечивать необходимые средства для производства аварийно-восстановительных работ. Однако, все большую актуальность приобретают методики непрерывного он-лайн контроля надежности и безопасности объектов в связи с необходимостью разрабатывать оперативные технологии предупреждения, для которых приоритетными становятся методы мониторинга технологических параметров.

Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» независимо от организационно-правовых форм и форм собственности, организации осуществляющей свою деятельность на территории Российской Федерации, определяет требования прогнозирования и обеспечения безопасной эксплуатации опасных производственных объектов. Закон определяет понятие «промышленная безопасность» как состояние защищенности жизненно-важных интересов личности и общества от аварий на опасных производственных объектах и последствий аварий. Важнейшей задачей обеспечения безопасности является не констатация факта возникновения отказа или аварии, а, прежде всего, его предупреждение.

Анализ проблемного поля вопроса целесообразно проводить с применением экспертногоанализа по методуК.Исикавы. Причинно-следственная диаграмма К.Исикавы - инструмент, обеспечивающий системный подход к определению фактических причин возникновения проблемпри разработке и непрерывном совершенствовании процессов. Цель метода - изучить, отобразить и обеспечить технологию поиска причин рассматриваемой проблемы для эффективного их разрешения. Причинно-следственная диаграмма - это ключ к решению возникающих проблем. Диаграмма позволяет в простой и доступной форме систематизировать все потенциальные причины рассматриваемых проблем, выделить самые существенные и провести поуровневый поиск первопричины.В соответствии с известным принципом Парето, в итоге среди множества потенциальных причин (причинных факторов), порождающих проблемы (следствие), лишь две-три являются наиболее значимыми и подлежат устранению. Для поиска ключевых проблем осуществляется:

- сбор и систематизация всех причин, прямо или косвенно влияющих на исследуемую проблему;

- группировка этих причин по смысловым и причинно-следственным блокам;

- ранжирование их внутри каждого блока;

- анализ результатов.

Изучаемая проблема записывается с правой стороны в середине диаграммы и заключается в рамку, к которой слева подходит основная горизонтальная стрелка - "хребет" (диаграмму К.Исикавы из-за внешнего вида часто называют "рыбьим скелетом").

Рис.2.Типовая схема анализа по методу К.Исикавы

В качестве примера, рассмотрим диаграмму К.Исикавы по оценке проблемного поля в системе управления безопасностью и надежностью технологических объектов при трубопроводном транспорте (рис.3),полученную по результатам опроса более40 экспертов и ранжирования. Основной принцип построения диаграммы позволил сформировать 5 основных блоковпотенциальных проблем, которые могут повлиять на эффективность системы управления:

- недостаточное количество оборудования для мероприятий технического обслуживания, ремонта и реконструкции;

- недостаточное количество материалов для мероприятий технического обслуживания, ремонта и реконструкции;

- недостаточно эффективная система оценки безопасности и надежности;

- малоэффективные методы мониторинга безопасности и надежности;

- снижение эффективности работы персонала.

Кроме того, во всех блоках присутствуют группы причин - «ограничение финансирования», «экономия» - естественные причины, устраняемые на уровне экономического планирования на предприятии и принятия решений руководством конкретной компании.

Согласно системе вертикальных иерархий целей и по результатам анализа проблемного поля несложно установить, что разработка современной системы оценки и разработка концепции системы мониторинга будут являться комплементарными целями следующего уровня.

Рис.3. Построение диаграммы К.Исикавы для анализа потенциальных проблем и причин в системе
обеспечения безопасностии надежности ТС

Анализ системы целей с использованием «фильтра» позволяет исключить как вторичные по приоритетам и неустранимые на данном уровне исследований конфликтующие антагонистические условия - необходимость в экономии и ограничении в финансировании (ФЗ «О промышленной безопасности» и др.), предполагая, что выполнение требований федеральных законов и обеспечение безопасности является задачей первого приоритета. Кроме того,стоит учесть, что данные условия будут являться сдерживающими и корректировать этапы решения проблем.

Вопросы нормативного государственного технического регулирования являются политическим фактором и в настоящее время решаются путем внедрения новых технологических регламентов, стандартов и требований.

Таким образом, управляемыми являются факторы в научно-технической сфере, устранение которых связано с разработкой:

- современных методов и технологий по планирования в системе технического обслуживания и ремонта;

- методологии и создание систем поддержки принятия решений для оперативного управления безопасностью и надежностью;

- методологии систем мониторинга надежности.

Следовательно, первоочередному решению подлежат проблемы, связанные с созданием встроеннойсистемы он-лайнмониторинга и разработкой современной системы оценки надежности и безопасности. Причем стоит отметить, что разработка таких систем необходима как эксплуатирующим предприятиям, так и государственным надзорным органам в сфере технологической и экологической безопасности.

Предметом стратегического управления в целях обеспечения энергетической безопасности нефтегазотранспортной системы является созданиесистемы мониторинга надежности и безопасности объектов, позволяющей осуществлять прогнозирование показателей в краткосрочном и долгосрочном планировании, а главное - повысить эффективность стратегии технического обслуживания и мероприятий по предупреждению аварийных ситуаций на объектах(рис.4). Такая система представляет собой долгосрочный инфраструктурный проект с поэтапным внедрением. Методологическое обеспечение для контроля технических систем объектов транспорта и хранения углеводородов формируется с использованием методов системного анализа надежности.В настоящее время на некоторых нефтегазотранспортныхпредприятиях используются системы мониторинга и отдельные блоки и модули импортного производства. Обслуживание таких систем весьма дорогостоящее и зависит от экономической ситуации на валютном рынке и политической ситуации. Важное значение имеет тот факт, что такая система должна быть отечественного производства, максимально объективна и оперативна, независима от иностранных компаний-производителей, особенно при реализации стратегии импортозамещения в России.

Таким образом, основная цель верхнего уровня управления может быть сформулирована следующим образом - повышение эффективности мониторинга технических систем объектов транспорта и хранения нефти с использованием методов системного анализа и прогнозирования показателей надежности и безопасности.

Оперативное управление

Вопросоперативного прогнозирования и реагирования в нештатных ситуациях является актуальным при управлении безопасностью и надежностью при трубопроводном транспорте углеводородов. Особую важность принимает разработка систем поддержки принятия решений, позволяющая специалисту или автоматизированной системе принимать решения по оперативному управлению объектами или процессами в нештатных ситуациях. Практика показывает, что даже регламентированные нормативными документами штатные ситуации в ряде случаев содержат неоднозначные алгоритмы действия, требующие дополнительной уточняющей информации для принятия специалистом эффективного решения по управлению.

Рис.4. Функциональная структура системы многоуровневого модульного геотехнического мониторинга ТС (трубопроводной системы)

Последствия аварий и инцидентов на трубопроводах продолжают обострять экологические проблемы. При анализе аварийных ситуаций или прогнозе риска целесообразно использовать системный подход (рис.4,5), рассматривая каждую из них как сложную систему, где многие входящие в нее факторы (продолжительность ремонтно-восстановительного периода, природные и метеорологические условия, характер повреждения, режим перекачки, объем выбросов и др.) являются взаимозависимыми в силу быстрой диссипации массообменных переходов и антропогенных процессов.

Область применения экспертных расчетов объемов утечек и выбросов углеводородов при их трубопроводном транспорте весьма широка. Из типовых задач, решаемых экспертами различного уровня, необходимо отметить следующие:

- оценка и прогнозирование показателей надежности и безопасности;

-оценка вероятности возникновения аварий различных типов;

- оценка возможных сроков ликвидации последствий аварии;

- оценка степени опасности выброса с учетом его объёма и токсичности и физико-химических свойств;

- прогнозирование последствий аварии;

- составление перечня возможных событий при распространении утечки и выброса;

- определение наиболее вероятных интервалов времени между отказами;

- определение достоверности результатов экспертизы и создание банка информации;

- расчет финансовых, материальных и трудовых ресурсов и их минимизация и т.д.

Например, прогнозирование последствий аварий должно быть основано на показателях надежности, в частности ремонтопригодности, так как время ликвидации аварийных разливов является функцией как вероятностной, так и детерминированной.При этом методика планирования работ и прогнозирования последствий аварии должна учитывать (рис.5) оценку вероятности реализации плановых мероприятий по различным причинам.

Рис.5. Этапы прогнозирования последствия аварий при разливе нефти

Так, показатель ремонтопригодности для объектов магистрального нефтепровода - среднее время среднее время внепланового (аварийного) восстановления (ремонта) `ТВ, согласно статистическим данным по действующей нормативной документации, оценивается по формуле (1):

r - число отказов, произошедших за период наблюдений t;

tвi - продолжительность восстановления после i-го отказа

Нормативное время восстановления для каждой i-ой аварии целесообразно оценивать по формуле в условии возникновения штатных ситуаций

Прогнозируемое время восстановления в целом и для каждой i-ой аварии авторами предлагается оценивать из условия (рис.6):

где - вероятность возникновения нештатной ситуации i-го типа при проведении ремонтных работ.

Рис.6.Диаграмма состояний при восстановлении системы с учетом затраченного времени

В свою очередь вероятность возникновения нештатной ситуации определяется по формуле:

- вероятность возникновения нормативных условий для проведения ремонтно-восстановительных работ. Вероятность можно оценить статистическим методом, однако, условия ликвидации аварий могут существенно отличаться друг от друга, что делает погрешность расчетов неоправданно высокой.

Для оценки вероятностей возникновения нештатных ситуаций целесообразно установить многофакторную модель для оценки вероятности с применением детерминированных составляющих:

,

где- факторы, определяющие возможность проведения восстановительных работ (технологические, метеорологические, человеческие, экологические, экономические, политические и т.д.).

Определение вероятности нештатных ситуаций является сложной вероятностно-статистической задачей с элементами комбинаторики, физики, промышленно-технологического анализа, однаконеобхдимо для обеспечения надежности и безопасности объектов.

Таким образом, создание и развитие современной системы управления надежностью и безопасностью производственных процессов, основанной на методологической базе оценки и прогнозирования показателей будет способствовать решению задач рационального и эффективного использования ресурсов, внедрения импортозамещающих, ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий, модернизации основных производственных фондов, снижению риска чрезвычайных ситуаций техногенного характера. Разработка системы мониторинга с применением отечественных технологий ориентировано на обеспечение технологической независимости национальной экономики. Методологическое обеспечение мониторинга показателей в режиме реального времени, в том числе комплекс математических моделей и методов прогнозирования для систем поддержки принятия решений, способствует переходу от «послеотказовой» системы обслуживания и ремонтов к «предупредительной» по прогнозным показателям надежности.

Разработанная система прогнозного контроля, функционирующая в режиме реального времени, позволит повысить эффективность принятия решений по обеспечению надежности объектов и повысить уровень социальной и экологической безопасности системы.

Автор: Земенкова М.Ю, Курушина Е.В.