В практике российского двухстадийного проектирования неизбежно настает момент, когда появляется соблазн для пресловутой оптимизации затрат. Ее алгоритмы являются секретным ноу-хау каждой организации, но, к сожалению, в большинстве случаев результат бывает далек от повсеместного декларируемого «дорого — значит качественно». Куда чаще решения принимаются субъективно, а цели безопасности промышленного объекта если и достигаются, то весьма окольными путями.

Для примера обратимся к СТО Газпром 2 4.1 212 2008 (см. таблицу 1). Согласно этому НТД, время перестановки затвора крана варьируется от 6 сек для DN50 до 84 секунд для DN1400. Таким способом решается задача на стадии проектной документации: время безопасности определяется нормативно.

DN100150200300400500600700100012001400
Время перестановки затвора крана, не более, с69121824303642607284

Таблица 1. Время перестановки крана, по СТО Газпром 2 4.1 212 2008

Известно, что время позиционирования привода имеет прямую зависимость от количества оборотов вала арматуры и скорости оборотов самого привода в минуту. Решим умозрительную задачу: предположим, мы позволили себе выбирать электроприводы на одинаковую скорость вращения. Тогда время перестановки крана будет зависеть только от размера трубопровода, на котором он установлен. Кран DN500 может открываться и 120, и 150 секунд, а какой-нибудь гигант на DN1200 – целых 5 минут. Вернемся к таблице, указанной выше. Как же поступить с нормативными значениями? Можно ли выбрать более медленный электропривод? Несмотря на широко распространенно заблуждение о незыблемости положений НТД —  это вполне допустимая практика. Нет сомнений, многим технологам хоть раз приходилось сталкиваться, например, с емкостями сбора конденсата. Которые переполняются существенно дольше, чем длятся средние 12-24 секунды (на перестановку крана) на средних трубопроводах DN200-DN400. 

Есть ли способы выразить эту разницу в цифрах? 

Эти способы закреплены нормативно, например в ГОСТ 34332.3-2021. В настоящей работе мы бы хотели обратить внимание на время безопасности технологического процесса или «process safety time» (далее PST) – такую величину, которая должна быть вычислена при разработке любой системы безопасности. Если упрощать термины МЭК 61511, то PST — это время, за которое процесс от верхней аварийной уставки неминуемо перейдет к самой аварии. Со временем безопасности процесса неразрывно связано понятие «времени отклика системы», т.е. величина времени, за которое система безопасности (в нашем привычном звучании — ПАЗ) должна успеть отреагировать на уставку и перевести процесс в безопасное состояние. 

Есть несколько способов выражения времени безопасности. Наиболее лобовой — создать модель технологического процесса, получить исходные данные по реальным аппаратам, произвести подстановку данных в модель. Результаты моделирования наглядно демонстрируют время безопасности и позволяют вычислить время отклика. Одно дело, когда есть смутное понимание вида: «тут не нужен такой быстрый привод задвижки».  Более инженерный язык в случае нашего примера будет звучать как: «емкость переполняется за 120 секунд». И только теперь мы можем подобрать такое время быстродействия арматуры, которое будет отвечать требованиям безопасности и эффективности конкретного случая. 

Немного более драматичный, но при этом не менее интересный способ вычисления времени безопасности – анализ трендов SCADA. На производстве уже случались аварийные ситуации? На аналогичных по конструкции и условиям аппаратах имеются записи о выходе параметров за границы рабочего диапазона? Тогда у вас в руках уже имеются сведения о том, насколько эффективно были спроектированы системы приборной безопасности. Самое время сделать соответствующие выводы и провести реконструкцию, если в этом есть потребность. В нашей практике, к сожалению, большинство предприятий в лучшем случае разбирает данные об инцидентах на внутренних совещаниях и обсуждает меры «ужесточения контроля». Нам видится, что обмен опытом и коллегиальное обсуждение проблемы между представителями различных предприятий принесет больше пользы и, возможно, снизит число аналогичных аварий в будущем.

Несмотря на очевидные преимущества, практика расчета времени безопасности не нашла широкого применения в сфере проектирования систем безопасности. Традиционно принято считать PST равным «минимально возможному времени по условиям технологического процесса и характеристик оборудования». Сформировавшаяся за некоторый период времени школа проектирования уделяет этому так мало внимания в том числе ввиду классического ТЗ: «Проект нужен вчера». Некоторые из ответственных лиц прямо заявляют, что в этих расчетах нет смысла. Да, реальное время до аварии больше прописанных в СТО величин, но так как арматура закроется раньше, то завод будет более безопасным. Не станем заострять внимание на сомнительной величине «более безопасный», перейдем из стадии «проект» в стадию «СМР и реализация». Подумаем о стоимости. 

Электроприводы одной, как говорится в рекламе, «широко известной фирмы», имеют разбег крутящего момента на срыв от 30 до 1000 Нм. И конечно, привод ничего не знает ни про СТО, ни про диаметр крана. Каталоги производителей оперируют паспортными характеристиками электродвигателя: крутящий момент, нагрузка на валу, напряжение питания. (см. таблицу 2). Рассмотрим одну из них – крутящий момент.

Крутящий момент, Нм30601202505001000
Цена, руб128 278 133 485175 652254 270287 165392 074

Таблица 2. Открытые прайс- листы, зависимость цены электропривода от характеристики крутящего момента

 После некоторого количества вычислений станет очевидно, что прямая корреляция между значениями из каталога и показателями СТО — отсутствует. Для минимального анализа необходимо принять в расчет хотя бы плотность и вязкость среды, о которых в данном случае нам ничего не известно. Нет нужды напоминать, что проектировщики и специалисты отдела закупок нередко вообще не общаются между собой. Проектировщик указывает в опросном листе минимальное время закрытия и сдает проект. Закупщик отправляет в поставщика опросник, который лишь в идеальном варианте содержит состав среды, хотя гораздо чаще – только название объекта. В одном опросном листе могут быть указаны все позиции арматуры с похожим диаметром, потому что делать несколько опросных листов – долго, а «проект нужен вчера».

Таким образом, исключительно инженерная задача решается совсем не тем человеком и не на том этапе, когда что-то можно менять. И в ряде случаев закупщик будет просто вынужден рекомендовать к поставке более мощный привод для крана, если он пожелает остаться в нормативных значениях по секундам из СТО. Несложно домыслить, как увеличатся сметы менеджера проекта, когда он получит 1500 Вт мощности привода вместо проектных 500 Вт. И то, если такая информация вообще будет зафиксирована, ведь «проект нужен вчера».

Не лишним будет оценить и влияние на другие разделы проекта. Наверняка многие специалисты могут припомнить не редкий случай, когда арматура ПАЗ находится на удалении до нескольких сотен метров от электрощитовой. На сколько придется увеличить сечение кабелей электропитания, чтобы (с учетом потерь напряжения) привести измененное количество киловатт на более мощный привод? Что, если привод другой модели имеет схему управления, отличную от той, что отражена в разделе автоматизации? Хватит ли резервных жил в кабеле управления, сколько схем придется изменить монтажникам на площадке, сколько ошибок будет выявлено на испытаниях? К сожалению, все эти вопросы, судя по нашей практике, приходится решать непозволительно часто.

Хотелось бы также отметить, что прежде мы рассматривали лишь затраты, связанные с так называемой «рутиной проектирования». У всех на проекте случилась замена оборудования в результате изменения исходных данных или по причине снятия модели с производства. Но говоря об оптимизации затрат, почти каждый инженер может вспомнить истории, когда нормативных показателей проекта удавалось добиться чудом или не вполне законными методами. Желание заказчика сэкономить нередко приводит к «срезанию углов» совсем не там, где это можно было бы сделать: порой на быстродействии категорически нельзя экономить. 

Нередко встречается и то, что в среде специалистов называется «системой, не влияющей на безопасность». Правда это случается скорее в обратных случаях, когда бюджет проекта ограничен лишь условно. В попытках обезопасить свое производство заказчик закупает дорогие или конфликтующие между собой системы. И даже если время безопасности остается в рамках допустимого, то цена реализации оказывается в 10 и более раз выше той, что является границей «разумной достаточности». В довесок предприятие имеет на балансе системы, которые установлены, но отключены, так как из-за конфликта, к примеру, алгоритмов не дают даже выйти оборудованию на рабочий режим.

В рамках данной статьи, конечно же, мы сделали ряд допущений: электроприводы редко используются в системах ПАЗ, а именно ваша установка может быть сложнее банальной емкости с опасностью пролива продукта. Реальные системы более комплексны, а расчет времени безопасности выражается системами уравнений, а не однострочной формулой. И конкретно ваш опыт вполне может диктовать отсутствие потребности в излишних проволочках выпуска документации проекта, потому что она почти всегда «нужна вчера».

Process Safety time. Или как потратить деньги на время.

Рисунок 1. Этапы работ с контуром безопасности по МЭК 61508 / МЭК 61511

В том числе из-за этих причин, по нашей оценке, на сегодня рынок испытывает сложности даже с пониманием самого термина «время безопасности процесса». Многим из игроков рынка на сегодняшний день известна аббревиатура SIL (Safety Integrity Level) / УПБ (Уровень Полноты Безопасности). Однако и они забывают, что этот показатель системы отвечает только за устойчивость к отказам. Даже самая современная система с максимальным уровнем SIL может оказаться бесполезной, если уставки по времени срабатывания выбраны неверно (или оставлены на откуп ПНР). В том числе потому, что и процедура расчета SIL, и процедура вычисления времени безопасности (PST)  — это основные, но все же — лишь части комплекса работ по созданию Safety requirement Specification (SRS), спецификации требований к контурам ПАЗ. 

 На наш взгляд (подтверждаемый положениями МЭК 61511) только верная комбинация достаточного уровня отказоустойчивости и быстродействия могут сделать выгодными ваши капитальные затраты.