Разработки ученых повышают уровень промышленной безопасности предприятий
Сигнализация под контролем
На нефтеперерабатывающих, химических и других предприятиях, требующих глубокой переработки ресурсов, используют автоматизированные системы управления технологическим процессом (АСУ ТП). Они позволяют оператору-технологу контролировать ход работ и при необходимости вносить корректировки в режиме реального времени. При возникновении нештатных ситуаций система должна оповещать оператора, чтобы он определил причины каждого аварийного сообщения и принял меры к их устранению.
Однако специалисту часто приходится работать с постоянным потоком ложных предупреждений, что сильно снижает его способность к быстрому реагированию на действительно важные события. Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета
(ПНИПУ) вместе с индустриальными партнерами разработали программный комплекс, который корректно анализирует события на производстве. Система улучшает уровень безопасности на технологических площадках, снижает степень загруженности оператора и грамотно распределяет аварийные оповещения.
- Наша система базируется на доступных программных решениях и обладает достаточной гибкостью для внедрения в любую действующую систему управления как иностранного производства, так и современного отечественного, - пояснил доцент кафедры оборудования и автоматизации химических производств ПНИПУ, кандидат технических наук Борис Стафейчук. - Разработка выполнена в виде готовой программы и основана на универсальной платформе, благодаря чему может использоваться в заводских сегментах сети, выполняя все требования контроллеров безопасности в объектах критической инфраструктуры.
Исследователи отмечают, что при внедрении их разработки на предприятии сбор данных возможен из любой системы управления в режиме реального времени. Основную информацию обо всех сработавших сигнализациях оператор получает быстро и наглядно как в графическом, так и в табличном виде. Новая программа позволит снизить зависимость российских производств от иностранных поставщиков систем мониторинга. Ее внедрение на нефтеперерабатывающих и химических предприятиях повысит уровень безопасности за счет снижения загруженности оператора и улучшит эксплуатационные качества технологических процессов за счет быстрого предотвращения аварийных ситуаций.
Шахта без газов
Ученые Горного института УрО РАН и ПНИПУ нашли способ сделать вентиляцию шахт более надежной. Сегодня устойчивое проветривание горных выработок необходимо для исключения риска скопления в рудничной атмосфере горючих и ядовитых примесей. Это обеспечивает безопасность выполнения работ, исключает вероятность отравления горнорабочих или взрыва.
Добыча полезных ископаемых в подземных шахтах осуществляется с помощью системы горных выработок - искусственных полостей. На поверхности находится вентиляционная установка. Она подает воздух по шахтным стволам в подземное рабочее пространство, по которому перемещаются клети и скипы.
Интенсивность добычи, как и площадь обрабатываемых участков месторождений, увеличивается с каждым годом. Чтобы не допустить скопления ядовитых газов и улучшить эффективность добычи ресурсов, необходимо организовать качественное проветривание всех рабочих зон рудника.
С этой целью ученые предложили повысить в вентиляционных системах скорость воздуха вплоть до предельного значения - 15 метров в секунду. Но им предстояло выяснить, с помощью каких механизмов можно ощутимо повысить скорость воздушного потока в шахте. В ходе решения этой задачи исследователи обратили внимание на работу шахтного оборудования - лифта, доставляющего персонал к подземным рабочим зонам с помощью клетей.
- Из-за этого повышается влияние поршневого эффекта, который представляет собой возмущение воздушного потока и формирует дополнительное аэродинамическое сопротивление, - пояснил заведующий лабораторией математического моделирования геотехнических процессов Горного института УрО РАН, доктор технических наук Михаил Семин. - Оно создается сосудом во время спуска-подъема и может нарушать устойчивое проветривание горных выработок.
Ученые пришли к выводу, что существующие научные работы, изучающие данную проблему, не учитывают особенности формы клети и не рассматривают аэродинамическое влияние ее движения на главную вентиляционную установку. Они проанализировали воздействие поршневого эффекта от движения подъемного сосуда на рабочую точку главного вентилятора и выяснили, что современная методика оценки такого влияния занижает показатели прироста сопротивления вентиляционной сети. Это уменьшает точность расчетов и мешает установить необходимые компенсирующие меры по улучшению вентиляции в шахтах.
Исследователи разработали новую модель для описания течения воздуха в окрестности движущейся клети. Она поможет назначить компенсирующие мероприятия с учетом влияния аэродинамического сопротивления, за счет чего уменьшится воздействие поршневого эффекта на проветривание шахт. Такое решение будет способствовать значительному снижению риска возникновения взрыва на производстве и влияния токсичных примесей на шахтеров.
Поможет оптика
Для системы мониторинга удаленных датчиков на производственных объектах необходимо энергоснабжение, но иногда даже малейшая искра может вызвать пожар, если пространство вокруг заполнено взрывоопасным газом. Такая ситуация актуальна для добывающей отрасли, где с целью снижения рисков пожаров применяют различные технологии. Еще одной из них стала разработка ученых
ПНИПУ, которая предусматривает использование оптических датчиков вместо электрических и обмен с ними информацией с помощью оптоволоконных сетей.
Основные преимущества такого подхода - отсутствие металлических проводов, меньшие габариты и масса силового кабеля, кроме того, оптоволокно с полиамидным покрытием выдерживает температуру до 400°С. Быстрая и низкоэнергозатратная передача данных к компьютеру обеспечивает оперативную реакцию на утечку угарного газа и предотвращает опасные для жизни инциденты.
Группа исследователей вуза разработала оптоволоконную систему энергоснабжения и прототип мониторинга на ее основе. Это повысит качество передачи данных от датчиков и
предотвратит серьезные последствия в случае возникновения чрезвычайных ситуаций на производстве.
На основе разработанной системы энергоснабжения по оптоволокну средней мощности уже изготовлен прототип системы мониторинга. В нем использован фотоэлектрический преобразователь. Несколько таких устройств изучали в непрерывном и импульсном режимах, с разными вариантами энергоснабжения.
- Анализ электропотребления показал, что наиболее существенные потери энергии происходят в системах охлаждения преобразователей, - пояснил доктор физико-математических наук, профессор кафедры общей физики ПНИПУ Виктор Криштоп. - Так, целесообразно изготавливать систему охлаждения лазерного диода с использованием элементов Пельтье и вентилятора, а систему охлаждения фотоэлектрического преобразователя - с радиатором и вентилятором или системой тепловых трубок. Для экономии энергии лучше применять вентиляторы с регулируемой скоростью вращения лопастей и изготовить систему терморегуляции с управлением через компьютер.
Результаты исследования ученых ПНИПУ позволят ввести в эксплуатацию новый, более эффективный и надежный метод мониторинга удаленных датчиков на предприятиях. Это снизит риск несвоевременного реагирования на экстренные ситуации в рабочем процессе и уменьшит количество пожаров.
Предотвратит возгорания
При производстве деталей для машин, самолетов и вертолетов на каждом этапе обработки - от фрезерования и шлифования до нанесения защитных или упрочняющих покрытий - используют специальные моющие средства. Они нужны для отмывки масел и смазывающе-охлаждающих жидкостей на стальных изделиях. Как правило, применяют легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ).
Ученые ПНИПУ разработали заменитель ЛВЖ для промывки деталей на водной основе. Он снизит риск и повысит безопасность на производстве, станет альтернативой импортным моющим составам.
- Мы уже протестировали первый вариант моющего средства на двух предприятиях. Он представлен в виде струвита, и с ним можно работать в сухом виде - нанести порошок и счистить кисточкой или тряпкой, не промывая станок водой, - пояснил кандидат технических наук, доцент кафедры химических технологий ПНИПУ Андрей Старостин. - Испытания прошли успешно, но обе компании запросили полностью растворимую форму из за особенностей моющих камер, поэтому мы подготовили и передали второй вариант состава.
Новое средство для промывки уникально из за свойств невоспламеняемости и повышенной моющей способности. Его использование предотвратит пожары.