Программное средство для автоматизации

Программное средство для автоматизации информационной поддержки
и обеспечения промышленной безопасности технологических трубопроводов
Е.Р. Мошев, О.И. Мухин, Н.М. Рябчиков, кандидаты техн. наук, Г.С. Мырзин, Чечкин С.В.,
Власов В.Г. (Пермский государственный технический университет), Г.М. Селезнев (Ростехнадзор), В.В. Вустин, В.И. Долгих, В.А. Чазов (ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез»)
Как известно технологические трубопроводы являются одними из самых металлоемких
и ответственных конструкций, которые в значительной мере определяют безопасность и
эффективность функционирования предприятий нефтеперерабатывающей, нефтехимической,
химической и других отраслей промышленности. Процесс обеспечения безопасной
эксплуатации трубопроводов включает проведение регламентированного комплекса работ
технического обслуживания, в которых участвуют как службы предприятия, так и сторонние
организации. Работы технического обслуживания сопровождаются большим количеством
вспомогательных операций, которые отнимают очень много времени, так как выполняются
преимущественно вручную или с использованием разрозненных программных средств.
Проведение работ также осложняется наличием большого и стареющего парка трубопроводов,
что обуславливает рост таких составляющих технического обслуживания как
диагностирование и ремонт. Естественно, что в сложившихся условиях возникает ряд проблем,
таких как:

• большие затраты времени и высокая трудоемкость при формировании и ведении
  текущих документов;
• неизбежность появления ошибок, недоработок и искажения информации при работе с
  большим количеством документации по трубопроводам;
• субъективность и сложность анализа и систематизации результатов обследований;
• сложность принятия обоснованных решений по планированию ремонтов и диагностирований на основе результатов обследований;
• многократное дублирование информации;
• сложность контроля со стороны органов надзора над соблюдением условий
  безопасной эксплуатации трубопроводов;
• сложность поиска и комплектования требуемой информации;
• нехватка специалистов.

Перечисленные проблемы делают невозможным проведение технического
обслуживания на высоком качественном уровне, а, следовательно, не позволяют обеспечить
требуемую безопасность эксплуатации трубопроводов и производства в целом.

В качестве средства решения перечисленных проблем по инициативе ООО «ЛУКОЙЛПермнефтеоргсинтез» была разработана и внедрена в эксплуатацию автоматизированная
система обработки данных «Трубопровод» (далее система). Концепция, принципы, структура и
основные функции системы рассмотрены в работе [1]. В настоящей статье приводится ее
краткое описание.

Напомним, что система является сетевой и состоит из семи функциональных подсистем
связанных по радиальной схеме с базой данных (БД): Электронный паспорт; Отчеты; Изометрия; Экспертиза; Сварка; Ресурс и Изоляция. Основным назначением системы является автоматизация текущей работы подразделений, ответственных за безопасную эксплуатацию трубопроводов.

Наиболее значимые функции реализованной системы:

• формирование паспортно-технической документации;
• построение изометрических схем трубопроводов и формирование спецификаций;
• подбор и расчет тепловой изоляции;
• расчет остаточного ресурса по результатам замеров толщины стенки (вероятностным
  методом и по реперным точкам);
• формирование технологической карты ремонта (выбор электродов и режима сварки);
• выполнение экспертизы материального исполнения элементов трубопровода;
• формирование различных отчетов и бланков по трубопроводам (более 20 типов);
• передача данных в другие программные продукты (SAP R3 и «СТАРТ»).

Описание системы

В основном диалоговом окне системы (рис.1) приведен перечень производственных
объектов, расположенных в соответствии с иерархической структурой предприятия на уровнях: Предприятие – Производство – Установка – Трубопровод. На уровнях Предприятие, Производство и Установка автоматически отображаются сводные данные по количеству технологических трубопроводов, а также трубопроводов пара и горячей воды с указанием их типа,
категории, группы и принадлежности к межцеховым коммуникациям. Кроме того, для каждого из уровней имеются набор специфичных функций и комплект создаваемых системой документов. На уровнях Предприятие и Производство предусмотрены функции: просмотра и редактирования атрибутов предприятия и производств; добавления и удаления производств. В комплект создаваемых на уровнях документов входят отчеты:

• Отбраковочные толщины и скорости коррозии трубопроводов;
• Перечень технологических трубопроводов;
• Комплектация трубопроводов;
• План-график диагностирования трубопроводов;
• План-график ремонта трубопроводов по техническому состоянию;
• План-график ревизий и испытаний трубопроводной арматуры;
• План-график ревизий и испытаний трубопроводов.

Формирование перечисленных отчетов производится в автоматическом режиме, при
этом пользователь может самостоятельно сделать выборку параметров по трубопроводу, назначить сортировку по выбранным параметрам и установить ограничения на вывод данных с помощью операторов сравнения и логических операторов. Разумеется, что предварительно средствами системы должна быть внесена вся необходимая для этого информация. Отчеты создаются в формате Microsoft Word и могут быть сохранены в БД с привязкой к конкретному
объекту. Таким же образом можно сохранять и файлы, не созданные средствами системы. На уровне Установка в виде таблицы аналогичной по форме Перечню технологических трубопроводов [2] отображаются все трубопроводы текущей установки. Для ускорения поиска требуемого трубопровода реализована функция сортировки по каждому из столбцов таблицы.

На уровне предусмотрены также следующие функции:

• просмотр и редактирование атрибутов установки;
• поиск трубопровода (трубопроводов) по названию, выделение трубопроводов и снятие выделения;
• просмотр и редактирование прикрепленных файлов (текстовых и графических документов, отчетов) по установке;
• добавление трубопровода в текущую установку;
• удаление установки;
• сортировка трубопроводов в соответствии с требованиями отчета Перечень технологических трубопроводов;
• перенос установки со всеми атрибутами в другое производство;
• экспорт информации по трубопроводам в программные системы SAP R3 и «СТАРТ».
• комплект создаваемых на уровне документов входят отчеты:
• Отбраковочные толщины и скорости коррозии трубопроводов;
• Перечень технологических трубопроводов;
• План-график ремонта трубопроводов по техническому состоянию;
• План-график ревизий и испытаний трубопроводной арматуры;
• План-график ревизий и испытаний трубопроводов;
• Комплектация трубопроводов; и бланк - Акт ревизии и отбраковки.

Все отчеты формируются в автоматическом режиме. Режим формирования Акта ревизии и отбраковки – полуавтоматический, т.е. требующий диалога с пользователем.
На уровне Трубопровод представлена информация по конкретному трубопроводу.

Здесь предусмотрены следующие функции:

• загрузка графического редактора с целью создания новой или редактирования существующей изометрической схемы;
• внесение паспортно-технической информации по трубопроводу (дублируется в графическом редакторе);
• просмотр и редактирование записей о ремонте, ревизии, испытаниях (дублируется в графическом редакторе);
• просмотр, редактирование, добавление файлов относящихся к трубопроводу;
• внесение результатов замеров толщины стенки (дублируется в графическом редакторе);
• определение остаточного ресурса по результатам замеров толщины стенки в реперных точках и вероятностно статистическим методом (дублируется в графическом редакторе);
• удаление трубопровода;
• экспорт спецификации и параметров по трубопроводу в программные системы SAP R3 и «СТАРТ» (дублируется в графическом редакторе);
• настройка вида таблицы с параметрами трубопроводов, отображаемой в основном диалоговом окне; настройка осуществляется посредством добавления новых или удаления существующих столбцов в таблице, а также изменения порядка следования столбцов.

Паспортно-техническая информация по трубопроводу, которое загружается при выборе пункта Ведение общей информации раздела меню Трубопровод. Окно содержит четыре закладки: Основные параметры; Информация о проекте; Атрибуты схемы; Перечень элементов. Первые три закладки используются для ввода данных. Ввод (редактирование) параметров
осуществляется с клавиатуры или путем выбора из списков, предлагаемых БД. Значения таких параметров, как тип, группа, категория, пробное давление и периодичность ревизии трубопровода определяются автоматически. При этом автоматическое определение параметров не запрещает производить их корректировку пользователем. Текущие записи по трубопроводу, формируемые на протяжении всего периода эксплуатации с регламентированной периодичностью, вносятся посредством эксплуатационного Журнала, содержащего несколько диалоговых окон. В эксплуатационном журнале имеется возможность выборочного просмотра и сортиров- ки сделанных ранее записей. Вся внесенная по трубопроводу информация автоматически вставляется в паспорт и другие отчеты при их генерации. В комплект создаваемых на уровне Трубопровод документов входят следующие отчеты:

• Паспорт трубопровода;
• Спецификация;
• Технологическая карта на ремонт трубопровода;
• Отчет по расчету теплоизоляции;
• Экспертиза материального исполнения трубопровода;
• Комплектация трубопровода;
• Отбраковочные толщины и скорости коррозии; и бланки:
• Акт ревизии и отбраковки трубопровода;
• Заключение о проверке качества сварных стыков;
• Заключение по проведению радиографического контроля;
• Заключение по проведению ультразвуковой дефектоскопии;
• Заключение по цветной дефектоскопии;
• Протокол замера твёрдости деталей;
• Протокол замеров твёрдости сварных соединений после термообработки;
• Протокол металлографических исследований;
• Протокол механических испытаний контрольного сварного соединения;
• Протокол механических испытаний металла;
• Протокол по спектральному анализу металла;
• Удостоверение о качестве ремонта трубопровода.

Отчет Экспертиза материального исполнения трубопровода формируется в автоматическом режиме и содержит результаты проверки параметров трубопровода и его элементов на соответствие требованиям нормативно-технической документации. Создание части отчетов продублировано в графическом редакторе и будет рассмотрено ниже. Формирование бланков, за исключением Акта ревизии и отбраковки трубопровода, происходит в автоматическом режиме. Описание графического редактора Для создания и редактирования изометрических схем создан специализированный графический редактор (рис.3), который может работать не только в составе системы, но и автономно. Загрузка редактора осуществляется путем вызова пункта Изометрическая схема раздела меню Трубопровод (см. описание уровня Трубопровод).

Одновременно с запуском редактора загружаются и автоматически вписываются в штамп будущей схемы все необходимые параметры трубопровода (если они были внесены до загрузки редактора). Редактор содержит более двадцати пяти типов (не считая модификаций) графических примитивов элементов трубопровода и теплоизоляции. Построение схем может производиться как во фронтальной изометрической, так и в изометрической проекциях. В процессе построения выбранные элементы добавляютсяв центр экрана, поворачиваются пользователем относительно осей координат на заданный угол и перемещаются в место соединения с трубопроводом. При сближении элемента с местом соединения происходит его автоматическая привязка, при этом направление элемента в месте соединения всегда может быть изменено. В результате
построения схемы создается параметрическая модель, описывающая трубопровод в виде единой пространственной конструкции, поэтому поворот или перемещение любого элемента автоматически изменяет положение всех соединяемых с ним участков. У каждого элемента и сварного стыка имеется окно свойств, в которое вводятся все необходимые параметры (материал, тип, размеры, стандарт, электроды, сварщик и т.п.). Для удобства пользователя ввод большинства параметров осуществляется путем выбора из списков, сформированных по нормативной БД, при этом рекомендуемые нормативной документацией параметры подсвечиваются зеленым фоном, не рекомендуемые – красным. Подсветка параметров позволяет пользователю производить оперативную проверку правильности вводимых данных.

С целью упрощения процесса построения схем редактор содержит набор следующих
сервисных функций:
- копирование и вставка выделенных фрагментов схемы через буфер обмена;
- копирование и вставка свойств элементов;
- отмена выполненных операций;
- автоматическое отображение пересечений труб;
- автоматическая расстановка номеров позиций элементов;
- автоматическая расстановка номеров позиций сварных соединений;
- определение линейного размера между двумя произвольно указанными пользователем
узловыми точками и некоторые другие.

По желанию пользователя выполняется расчет отбраковочной толщины стенки элементов с учетом внутреннего давления и расчет массы труб. Для оптимальной компоновки протяженных трубопроводов имеется возможность вставки условных разрывов, изменения длины
проекции труб, а также форматов (А1-А4) и количества листов схемы. Для облегчения зрительного восприятия информации в редакторе предусмотрено пять графических режимов (слоев): схема; схема и позиции элементов; схема и позиции сварных стыков; схема и размеры;
схема и реперные точки. Пользователь может использовать любые комбинации перечисленных
режимов.

После построения изометрической схемы из интерфейса редактора (раздел меню Трубопровод) можно сформировать отчеты Спецификация; Паспорт трубопровода; Расчет тепловой изоляции; Расчет остаточного ресурса и Технологическая карта ремонта. Три первых отчета формируются в автоматическом режиме. Отчет Спецификация содержит стандартные параметры, отбраковочную толщину стенки и массу элементов представленных на изометрической схеме. Внешний вид сформированного паспорта полностью соответствует требованиям
действующих нормативных документов. Отчет Расчет тепловой изоляции содержит расчетные
данные по толщине теплоизоляции, объему теплоизоляции и площади покрытия теплоизоляции для каждого из элементов и всего трубопровода. Расчет тепловой изоляции производится
из условия соблюдения требований по максимально допустимой температуре поверхности покрытия

.
Перед созданием отчета Расчет остаточного ресурса необходимо посредством диалогового окна вызываемого через пункт Замеры раздела меню Трубопровод внести результаты
измерения толщины стенки. Окно Замеры содержит два раздела: Сессия замеров и Замеры. В
первом разделе вносятся параметры, связанные с датой проведения замеров. Во втором – значения замеров. При этом все поля второго раздела за исключением № позиции, № реперной
точки и толщины стенки после ввода номера позиции заполняются автоматически и носят
справочный характер. Внесенная в окне информация записывается в БД и используется при
генерации паспорта и расчете остаточного ресурса.

Формирование отчета Расчет остаточного ресурса осуществляется из одноименного
диалогового окна, которое содержит четыре закладки (рис.4): Замеры (выполнена аналогично
окну Замеры); Ресурс по реперным точкам; Гамма-процентный ресурс и График гаммапроцентного ресурса. Для удобства работы в каждом из разделов закладки Замеры предусмотрен механизм отключения дат и замеров. Это позволяет пользователю перед выполнением расчета сформировать любую выборку исходных данных. В ходе расчета определяется не только
общий остаточный ресурс трубопровода, но и остаточный ресурс элементов, для которых внесены замеры толщины стенки. Результаты расчета выводятся в табличном и графическом виде
и автоматически вписываются в формируемый системой отчет вместе с исходными данными.

Формирование отчета Технологическая карта ремонта осуществляется в полуавтоматическом режиме. Загружаемое при создании отчета диалоговое окно содержит пять закладок:

Данные трубопровода – служит для вывода краткой справки по текущему трубопроводу, содержит поля для внесения температуры окружающего воздуха и существа ремонтных ра-
бот, а также кнопку «Схема» - для вставки фрагмента изометрической схемы с участком трубопровода, подлежащим ремонту.

Элементы – служит для выбора свариваемых элементов. При выборе достаточно указать только номера позиций элементов на изометрической схеме, остальные параметры выводятся автоматически путем считывания с БД.

Форма подготовки кромок – служит для интерактивного выбора из списков типа сварного соединения и типа сварного шва, а также вывода для справки их графических изображений и конструктивных размеров.

Электроды и режимы сварки – служит для интерактивного выбора из списков: марки
электродов, монтажных параметров сварного шва (поворотный, неповоротный) и расположения оси трубопровода (горизонтальная, вертикальная).

Подогрев и термообработка – служит для вывода справочной информации о необходимости выполнения подогрева и термообработки сварного стыка.

После ввода данных автоматически генерируется отчет «Технологическая карта ремонта», в который вписывается вся введенная в окне информация.

За два года промышленной эксплуатации на ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез» в
БД системы внесено более 4000 трубопроводов; количество созданных пользовательских мест
достигает 60 единиц, количество специалистов предприятия, использующих систему – порядка
100 человек. Внесение части трубопроводов производилось силами сотрудников предприятия.
Опыт освоения показал, что специалисты, хорошо знающие предметную область, начинают
эффективно работать с системой в среднем через два дня обучения. При сдаче в эксплуатацию
одного из новых производств (КГПН) паспорта на трубопроводы формировались полностью
средствами системы.

Результаты использования системы показали следующее:

• Сократились затраты времени на формирование и корректировку паспортной и текущей технической документации.
• Снизилась вероятность появления ошибок, недоработок и искажения информации.
• Повысилась объективность оценки результатов работ.
• Упростились и перешли в новое качество процессы обработки, систематизации и анализа информации.
• Исчезло многократное дублирование информации.
• Повысилась оперативность доступа к паспортно-технической документации.
• Упростился контроль со стороны органов надзора и экспертных организаций над
  соблюдением условий безопасной эксплуатации трубопроводов.

Таким образом, использование системы позволяет повысить качество выполнения работ
технического обслуживания, а, следовательно, снизить риск возникновения аварийных ситуаций и обеспечить промышленную безопасность технологических трубопроводов на более высоком уровне.

Система находится в состоянии постоянного развития. В настоящее время планируется
ее расширение до возможности работы с емкостным, теплообменным, колонным, насоснокомпрессорным и другими типами оборудования. Расширение возможностей системы позволит
централизованно хранить и обрабатывать данные, выполнять расчеты и формировать
документацию по всем типам оборудования и трубопроводам, находящимся на балансе
предприятия. Доступность информации, возможность оперативной проверки технического
состояния оборудования и трубопроводов не только силами экспертных организаций, но и
силами любого сотрудника предприятия, позволит поднять безопасность эксплуатации
производственных объектов на новый качественный уровень