В последнем номере журнала «Новости теплоснабжения» N237 вышла статья А.Ю. Карабанова. В ней рассматривается котельная или ЦТП малой мощности, незначительная (в общей системе энергетической генерации) структура. Однако, как выясняется, и здесь может появиться проблема управления многоуровневой системой, в которой нештатная работа практически любого из звеньев может привести к весьма серьезным последствиям, связанным как с уничтожением материальных ценностей, так и с гибелью людей, в пределе нештатной работы.
Примеры аварий и разбор причин, их вызвавших
Функциональный итог работы такого опасного промышленного объекта, как современная автоматизированная котельная – в виде теплогенерации – будет обеспечиваться слаженной и оперативной работой большого системного комплекса решения задач, совместимость которых подчас совершенно неочевидна.
Так, для функционирования котельной необходима надсистема, связанная с управлением, обслуживанием, наладкой и прочими задачами, решение которых должно гарантировать её безопасную и штатную работу. Эта надсистема включает в себя как непосредственно технический состав, отвечающий за весь технологический процесс производства тепловой энергии, так и персонал, в задачи которого входит оперативное финансовое сопровождение, документооборот, а также своевременная и качественная закупка запасных частей и расходных материалов.
Сложность любой системы обусловлена двумя факторами: количеством элементов системы и количеством связей между ними. Рост числа элементов – это линейный процесс, предсказуемость и управление которым, как правило, не представляет какой-то серьёзной проблемы. В то время, как рост числа связей между элементами – это сложная степенная функция, с нередко скрытыми параметрами. В пределе число связей каждого элемента равно числу самих элементов. Данное условие предполагает, что управление и предсказание поведения такой функции представляет собой крайне сложную задачу. Учитывая же цену ошибки в теплогенерирующей инфраструктуре, дополнительным условием для её решения выступает необходимость предельно сузить (в идеале до нуля) диапазон вероятности того или иного события, что, в свою очередь, подразумевает, к тому же, использование самых передовых достижений современной науки и техники.
Сбой всего лишь в одном узле, например в департаменте материального обеспечения, влечет за собой цепь событий, связанных с этой ошибкой и приводящих в конечном итоге к полномасштабной аварии на опасном промышленном объекте.
Ниже приведено несколько примеров, подтверждающих вышесказанное.
Пример 1. Низкотемпературный стальной водогрейный котел напольного исполнения тепловой мощностью 1 МВт, оснащённый моноблочной двухступенчатой газовой горелкой импортного производства. Газовая рампа оснащена мультиблоком (блоком управления) – универсальным газорегуляторным узлом для автоматического регулирования и повышения безопасности при работе с газом. Такое модульное устройство обеспечивает надёжную работу горелки (рис. 1).
Заказчик неоднократно высказывал жалобы на нестабильную работу оборудования. Котёл, по его словам, то «не хотел разжигаться» – выходил в аварию, выдавая «плавающую» ошибку по наличию пламени, то вообще не реагировал на сигналы запуска при ошибке остаточного пламени на топочном автомате.
Специалистами обслуживающей организации было принято решение, что причина данных сбоев – в цепи контроля пламени. Оборудование работало с использованием природного газа, поэтому в качестве элемента контроля пламени выступал электрод ионизации. Принцип работы этой цепи контроля заключается в том, что при отсутствии пламени воздух, будучи диэлектриком, не пропускает через себя электрический ток того напряжения, которое подается на электрод. Пламя же, представляя собой ионизированную среду, способно выступить в качестве проводника. Таким образом, наличие в этой цепи тока выше 70 мкА регистрируется автоматикой как факт наличия пламени. При отсутствии тока цикл запуска топочным автоматом прекращается, газовые клапаны не открываются и фиксируется ошибка по пламени на соответствующей иконке вращающегося лимба автомата. Наличие тока в цепи контроля после окончания цикла горения и закрытия газовых клапанов детектируется системой контроля как факт наличия пламени после остановки агрегата, что означает негерметичность клапанов мультиблока, при том, что блок контроля герметичности ошибок не фиксировал и исправно давал разрешение на запуск. Одна авария как бы исключала другую.
Специалисты решили начать с проверки цепи контроля, состоящей, собственно, из электрода и провода, идущего от него к топочному автомату. Клеммные соединения оказались в порядке, но для проверки тока в цепи у них не было прибора необходимой точности: имеющийся мультиметр не регистрировал токи таких малых величин. После серии манипуляций с электродом и проводом ошибка по остаточному пламени продолжала появляться. При очередном вскрытии топки котла один из инженеров обратил внимание на нарушенную изоляцию провода. После изоляции данного участка проблема с остаточным пламенем была решена. Токи, возникавшие в цепи, возникали из-за контакта металла проводника с корпусом котла и были индуцированы находящейся под напряжением переменного тока проводкой внутри горелки. Одна проблема была решена.
Для поиска решения второй проблемы остановились на проверке давления газа, идущего на горение после мультиблока. Цифровой манометр не показывал каких-либо отклонений от штатной работы. Трансформатор высокого напряжения исправно работал, давая хорошую искру на электродах поджига. Однако стабильности в запуске по прежнему не наблюдалось. Горелка случайным образом то давала нормальный факел, то гасла спустя секунду после появления пламени. Инженеры, решив, что причиной ошибки может быть неисправная работа мультиблока, перебрали и почистили все его узлы и элементы. Ошибка не уходила. Время шло. Заказчик нервничал. Специалисты склонялись к необходимости замены мультиблока, так как установка другого точно такого же с соседнего котла приводила к стабильной безаварийной работе. Но причина ошибки так и оставалась невыясненной.
Совершенно случайно в распоряжении инженеров оказался манометр, способный не просто регистрировать показания давления, но и строить график. При первом же подключении его и регистрации ошибки по пламени, на графике давления можно было чётко видеть падение давления в момент запуска. Обычные показывающие манометры не успевали выдать эти показания на экран, даже если и регистрировали их. Поле поиска причины нестабильной работы мультиблока сузилось, и довольно быстро была обнаружена причина аварии: межвитковое замыкание в главной катушке газового клапана. Индуктивности не хватало на то, что бы гарантированно втянуть клапан при розжиге, но для работы величина расхода газа была вполне достаточной. Совокупность факторов, влияющих на процесс открытия клапана, и давала эту плавающую ошибку.
В итоге поиск проблем занял пять рабочих дней бригады инженеров.
Выводы. Основным фактором, повлиявшим на невозможность оперативного решения, является отсутствие необходимого оборудования для работы:
– наличие необходимой точности мультиметра сразу отсекло бы множество вариантов поиска;
– наличие достаточного освещения, скорее всего, позволило бы обнаружить обрыв изоляции быстрее;
– наличие манометра, с помощью которого можно выводить график давления, сделало бы ненужными манипуляции с мультиблоком.
Данный пример вряд ли мог привести к серьезным последствиям, так как автоматика защиты срабатывала штатно и не позволила бы запустить оборудование в случае аварийной работы соответствующих узлов, однако некорректная работа котла могла привести к экономическому ущербу ТСО.
Пример 2. В котельной произошёл взрыв внутри топочного пространства парогенератора, работавшего на СУГ (сжиженном углеводородном газе). Горизонтальный участок дымохода с конденсатосборником отлетел
и нанёс повреждения дорогостоящему оборудованию.
Специалисты обслуживающей организации были вызваны в качестве экспертов для того, чтоб разобраться с причинами, приведшими к данным последствиям.
В ходе выяснения обстоятельств, предшествовавших инциденту, изучения проектной и эксплуатационной документации, ознакомления с оперативными журналами и актами технического обслуживания было установлено, что за несколько месяцев до происшествия в работе автоматики имела место повторяющаяся авария по пламени: парогенератор работал с периодическими остановами и перезапусками. Инженеры не выявили причин возникновения данной ситуации и предположили, что это штатные остановки оборудования (рис. 2), которые обслуживающим персоналом ошибочно принимаются за аварийные. Пока при очередном приезде бригады на объект, специалисты технической службы случайно не обратили внимание на напоромер, установленный на внутреннем газопроводе, и увидели, что остановке предшествовало падение давления газа. После чего реле минимального давления газа на мультиблоке было загрублено до минимального значения. Остановки прекратились. Однако, через некоторое время горелка вновь стала вставать в ту же аварию по пламени, а заказчик, соответственно, настаивать на необходимости устранения дефекта. На время было принято решение просто сбрасывать параметры аварии по мере её возникновения, благо промежуток между нештатными остановками был сравнительно большой, а постоянно находящийся на объекте персонал вполне в состоянии нажать кнопку на топочном автомате. Какое-то время оборудование так и работало – до наступления отопительного периода, когда котельная, помимо генерации пара для производства, должна была использоваться и для бытовой теплогенерации. Заказчик стал нервничать, так как частота аварий стала критичной, и решительно потребовал разобраться с проблемой.
Во время продолжительных работ и диагностики было установлено, что причиной нештатной работы оборудования является неисправный испаритель, смонтированный рядом с ёмкостями со сжиженным углеводородным топливом. Часть ТЭНов оказались перегоревшими, испаритель не мог работать на проектной мощности. Более того, неисправным оказался и регулятор рабочего давления. После разборки испарителя оказалось, что ТЭНы покрыты слоем парафиноподобного вещества, которое было и в газопроводе, и в механизмах регулятора давления.
Решение проблемы предлагалось следующее: замена с последующей наладкой неисправных узлов испарителя, замена топлива на более качественное. Была сформирована заявка на закупку необходимых деталей. Тем временем наступили первые морозы. Менеджер, занимавшийся закупкой, ушёл в отпуск. Котельная же функционировала в аварийном режиме, так как отказаться от пара было невозможно ввиду его необходимости для технологического процесса, но в общежитии, отапливаемом котельной, теплоснабжение оказалось нарушено.
С целью исключить участие человека в сбросе аварии, была реализована схема автоматического сброса. ТЭНы испарителя и регулятор после чистки работали относительно исправно. В середине декабря, около 23.00 работники цеха услышали громкий хлопок, за которым последовал удар и остановка производственной линии. Как выяснилось, ТЭНы окончательно вышли из строя, перестали нагревать СУГ. Это сопровождалось серией аварий горелки по отсутствию пламени. В конце концов жидкая фаза СУГ дошла до горелки, ряд циклов запуска заполнили её топочное пространство, и очередной пуск горелки, сопровождавшийся искрой поджига топлива привёл к воспламенению в замкнутом объёме оставшегося после продувки топлива. Отсутствие на дымоходе взрывного клапана привело к тому, что энергия взрыва оторвала его горизонтальный участок. Эта часть после отрыва пролетела через открытую дверь котельной и врезалась в шкаф автоматики производственной линии. Удар был достаточно силён для того, чтоб вывести из строя критически важные узлы системы.
Выводы. Очевидно, что причинами данного инцидента является комплексная проблема:
1. Недостаточная компетентность обслуживающего персонала привела к тому, что причины аварийной работы оставались долгое время невыясненными, аварийной работе горелки не придавалось достаточное значение и применялись исключительно паллиативные меры.
2. Эксплуатант оборудования, в свою очередь, тоже не осознал важности ситуации и, будучи не готовым к остановке оборудования для тщательной диагностики, удовлетворился неверным решением инженеров.
3. Со стороны обслуживающей организации очевидно недостаточно профессиональное поведение отдела закупки. Вместо того, чтоб найти решение по организации своей работы, задача была просто поставлена на паузу.
4. Решение об автоматическом сбросе аварии, продиктованное критической необходимостью работы парогенератора, было очевидно неверным, обессмысливающим всю логику защитной автоматики.
5. Заложенный на уровне проектирования дефект – отсутствие подрывного клапана – было проигнорировано в хоте технического обслуживания на всём его протяжении.
6. Открытая дверь в котельную тоже является нарушением нормативов, регламентирующих работу опасного промышленного объекта.
Заключение
Из приведённых примеров достаточно ясно видно, как сбой в одном или нескольких узлах системы ведёт к комплексному сбою всей системы. При этом характер сбоя, его заметность, очевидность, влияет только на то, когда именно произойдет критичная авария, но не на сам факт аварии. Она гарантированно случится, вопрос только – когда. Именно на этом выводе хотелось бы заострить особое внимание.
Сложная система, особенно связанная с инфраструктурной энергетикой, не может позволить себе работать в состоянии нештатной работы любого её сегмента. Любое её звено, как минимум, одной линией напрямую связано с высокоэнергетическими компонентами, выход из под контроля которых может привести к самым серьёзным последствиям. Предупреждение таких последствий лежит в области предельно чёткой организации, выявлении всех возможных связей системы, отработке четкого их контроля и оптимизации. Всё это требует от организации, связанной с обслуживанием ОПО, предельного профессионализма на всех уровнях, умения решать сложные нестандартные задачи, управленческих навыков самого высокого порядка.
Источник тут.