Современные нефтеперерабатывающие предприятия оснащены системами автоматического управления технологическими процессами (АСУТП), которые позволяют существенно снизить затраты на производство за счет повышения качества готовой продукции, уменьшения численности обслуживающего персонала и т.д. Для обеспечения безопасной эксплуатации сложных технологических установок, снижения потерь от незапланированных остановок и аварий по вине операторов необходимо постоянно поддерживать высокий уровень их подготовки.
По статистике, сбои вследствие ошибок оператора являются причиной четверти всех крупных аварий в нефтехимии и нефтепереработке. Типовой НПЗ производительностью 10 млн тонн в год по сырой нефти ежегодно теряет из-за них порядка 1 млн долл. США.
Обучение персонала поведению в критических условиях на реальных объектах нефтеперерабатывающих предприятий невозможно из соображений безопасности или снижения эффективности производства. Решить проблему тренинга в этом случае можно заменой промышленной установки на тренажер и организацией обучения в условиях, максимально приближенных к реальности. Тренажер должен помогать вырабатывать устойчивые навыки, касающиеся действий операторов как при пуске и остановке оборудования, работе в обычном режиме, так и в случае возникновения нештатных и аварийных ситуаций.
Для проверки знаний регламента работы, техники безопасности, правил локализации и ликвидации аварий предназначены электронные экзаменаторы. Статические и логико-динамические тренажеры используются для определения последовательности действий персонала в заранее определенных ситуациях. Пультовые тренажеры служат для ознакомления с конкретным оборудованием и выработки моторно-рефлекторных навыков работы. Для тренировок в критических ситуациях, проведения экспериментов по выходу из нештатных режимов функционирования установки, анализа причин возникновения аварий, изучения физических основ процессов и принципов работы устройств используются динамические тренажеры.
В Институте математики НАН Беларуси при участии специалистов Объединенного института проблем информатики, Института тепло- и массообмена им А.В. Лыкова и ОАО «Мозырский НПЗ» создан динамический программный тренажер для обучения операторов установки гидроконверсии вакуумного газойля (ГКВГ).
В состав секции ГКВГ входят следующие блоки:
• реакторный, в котором происходит гидрогенизационная (под давлением водорода) обработка сырья для удаления серы, азота и других примесей и собственно гидрокрекинг сырья — вакуумного газойля;
• стабилизации — для разделения ректификацией продуктов гидроконверсии на стабильный гидрогенизат, бензин-отгон и углеводородный газ;
• очистки газов — для очистки от сероводорода циркулирующего водородсодержащего и углеводородного газа;
• фракционирования — для разделения ректификацией стабильного гидрогенизата на бензиновую и дизельную фракцию, гидроочищенный вакуумный газойль.
В основе динамического тренажера лежат математические модели процессов ректификации, тепло- и массопереноса сырья и продуктов в установках нефтехимических производств включающие уравнения газодинамики и гидродинамики двухфазных потоков в гидравлических сетях; уравнения конвективного теплопереноса и теплопередачи; математические модели элементов автоматики, насосов, компрессоров, клапанов и т.п.
В программном тренажере математические модели блоков — реакторного, стабилизации, очистки газов — реализованы в виде отдельных программных модулей. Обмен данными между ними, имитирующий обмен потоками между блоками реальной установки, осуществляется под управлением программной оболочки эмулятора системы «Freelаnce 2000». Она выполняет функцию синхронизации работы отдельных программных модулей.
Графический интерфейс тренажера совпадает с интерфейсом автоматизированной системы управления установкой ГКВГ «Freelance 2000» (рис. 1), а также содержит дополнительные мнемосхемы для эмуляции работы персонала на неавтоматизированном оборудовании (рис. 2). Интерфейс тренажера помимо стандартных окон АСУТП позволяет получать дополнительную информацию об особенностях и параметрах протекающих технологических процессов (изменение состава сырья и продуктов его переработки, расхода топливного и пилотного газа, мазута и пара на форсунках технологических печей).
Тренажер построен на основе клиент-серверной архитектуры. Его серверная часть отвечает за взаимодействие с математическими моделями, хранение данных и управление доступом к тренажеру. Клиентская часть предназначена для эмуляции интерфейса АСУ «Freelance 2000», чтения документов электронной библиотеки и проведения экзаменов.
Обучение обслуживающего персонала производится на основе упражнений, разрабатывающихся исходя из практических ситуаций, с которыми, возможно, придется столкнуться операторам в реальных условиях. В свободном упражнении, в отличие от упражнения по заданию, пользователю для получения положительной оценки достаточно не допустить критических ошибок, приводящих к возникновению аварийных ситуаций.
В программном тренажере реализованы два различных режима работы операторов: бригадный и индивидуальный. В первом случае на сервере запускается одна общая модель установки, все члены бригады действуют в ее рамках, каждый оператор управляет только теми мнемо¬схемами, которые указаны ему преподавателем. При этом оцениваются действия бригады в целом. Во втором каждый пользователь работает со своей моделью установки и единолично отвечает за результаты выполнения задания.
Преподаватель может наблюдать за дей¬ствиями пользователей, подключившись к соответствующей модели, вмешиваться в работу любого оператора, управляя элементами мнемосхем, изменяя параметры установки и искусственно создавая аварийные ситуации. Для него доступна возможность просмотра всего протокола работы модели, а также формирование отчета о выполнении упражнения в виде документа по согласованному шаблону.
Программный тренажер включает также подсистемы «электронный экзамен» для проверки знаний технологии процесса гидроконверсии и «справка» для оперативного получения справочной информации по регламенту установки.
Разработанный динамический программный тренажер установки гидроконверсии вакуумного газойля обеспечивает:
• выработку навыков безопасного и эффективного управления в пусковых, переходных и стационарных режимах;
• обучение операторов своевременному обнаружению и устранению отклонений в ходе технологического процесса;
• проведение компьютерных экспериментов для исследования различных условий работы оборудования, в том числе критических режимов и аварийных ситуаций;
• ведение архива действий операторов;
• объективный контроль уровня знаний операторов.
Тренажер рассчитан на работу в среде Microsoft Windows 95/98/2000/XP. Минимальный состав учебного класса: рабочее место преподавателя (технолога) — 1 компьютер (сервер); операторов — 3 компьютера.