СПОСОБ ПРЕДАВАРИЙНОГО, АВАРИЙНОГО И ПОСТАВАРИЙНОГО КОНТРОЛЯ ИСТОЧНИКОВ РАДИАЦИОННОЙ, ХИМИЧЕСКОЙ И ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ В ГЕРМЕТИЧНЫХ ОБИТАЕМЫХ ОБЪЕКТАХ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ПОДВОДНЫХ ЛОДКАХ, И КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК G21C17/00 

Изобретение относится к области методов и средств обеспечения радиационной, химической и взрывопожарной безопасности подводных лодок и других герметичных обитаемых объектов, в том числе защищенных командных пунктов, салонов самолетов, производственных, лабораторных и складских помещений и т.п.

Повышение ядерной, радиационной, химической и взрывопожарной безопасности подводных лодок и других герметичных обитаемых объектов (далее - ПЛ) является актуальной научно-технической задачей, решение которой существенно уменьшит риск гибели людей и техники.

Наиболее эффективным направлением повышения ядерной, радиационной, химической и взрывопожарной безопасности подводных лодок и других герметичных обитаемых объектов является своевременное распознавание предаварийных состояний источников ядерной, радиационной, химической и взрывопожарной опасности (далее - источников опасности) для предотвращения их перехода в аварийное состояние, что возможно путем реализации предаварийного контроля этих источников опасности. В случае перехода источников опасности в аварийное состояние требуется аварийный и поставарийный контроль.

Боевые и технические средства ПЛ, являющиеся источниками ядерной, радиационной, химической и взрывопожарной опасности, при отклонении от норм функционирования оказывают непосредственное воздействие на внутреннюю среду помещений. Проявляется оно в виде аномального возрастания концентрации химических веществ, аэрозолей и взрывопожароопасных компонентов, интенсивности полей гамма и нейтронного излучений, объемной активности воздушной среды в помещениях. Это обстоятельство создает объективную предпосылку для осуществления предаварийного контроля, основанного на контроле этих изменений с целью заблаговременного распознавания как фактов, так и причин ухудшения обстановки и своевременного принятия необходимых защитных мер.

В современных системах контроля значительная часть аппаратно-программных средств задействована на решение типовых задач радиационного, газового и химического контроля, нацеленных на распознавание начала аварийных процессов и контроля их развития.

Очевидно, что в значительной мере недостатки существующих методов контроля (а это, в первую очередь, низкие чувствительность и достоверность методов) обусловлены принятым способом оперативного контроля, реализованным в корабельных системах многоцелевого контроля всех поколений. Этот способ, как правило, основан на автоматическом регулярном сравнении результата измерения с каким-то заданным значением (уставкой) и выдачей соответствующего сигнала в случае превышения этого значения (см., например, Михайлов B.C. Теория управления. Киев, Издательство "Выща школа", Головное издательство, 1988 г.). Способ достаточно прост и реализуется, не требуя какой-то усложненной обработки информации. Однако влияние на результаты измерения режимов работы оборудования, завышение значений пороговых уставок с целью снижения вероятности ложных тревог, взаимное влияние различных многочисленных факторов приводит к получению ложной информации, снижению оперативности и достоверности контроля, повышению вероятности пропуска информации о предаварийных и аварийных состояниях оборудования и отсутствию возможности в большинстве случаев идентификации причин выхода контролируемого параметра за установленные пределы, что позволяет признать существующий регламент контроля как не соответствующий современным требованиям.

Применяемые в системе контроля датчики (блоки детектирования, газоанализаторы) не позволяют в полном объеме контролировать необходимые реперы предаварийных состояний источников ядерной, радиационной, химической, взрывопожарной и других видов опасности ввиду отсутствия требуемых типов датчиков радиационного или химического контроля или их недостаточной чувствительности. Также эффективной реализации предаварийного контроля препятствует отсутствие обоснования точек контроля для обеспечения высокой оперативности и достоверности контроля и отсутствие алгоритмов распознавания предаварийных состояний технических средств и оборудования объекта.

Известны способы и системы контроля для различных объектов, предназначенные для обеспечения безопасности объекта, в том числе радиационной, химической и взрывопожарной.

Известна система дистанционного радиационного контроля состояния объекта (Патент РФ на изобретение №2182343, МПК G01T 1/167, опубл. 10.05.2002 г.), содержащая блоки детектирования нейтронного излучения, кабельный канал, устройство обработки и регистрации информации, в систему введены блоки детектирования альфа- и бета-излучений, блоки детектирования гамма-излучения, спектрометры гамма-излучения, блоки детектирования альфа-аэрозолей, трития и радона, а также модемы-вычислители, блок первичной обработки и анализа информации и мультиканальные модемы, а в качестве устройства обработки и регистрации информации использована персональная ЭВМ с устройствами отображения, регистрации информации и сигнализации, при этом модемы-вычислители физически связаны с соответствующими блоками детектирования излучений и посредством информационного моноканала соединены с блоком первичной обработки и анализа информации, который каналами связи, образованными мультиканальными модемами, телефонной линией, коаксиальным кабелем, линией связи типа "витая пара", радиоканалом связан с персональной ЭВМ.

Однако описанный способ контроля и система контроля эффективны только на стационарных объектах, где возможно удалить источники излучения и модемы-вычислители друг от друга, где блоки первичной и вторичной обработки информации располагаются в безопасном относительно возможных возмущающих температурных и радиационных воздействий месте, где допустимо применять телефонные линии связи и радиоканалы, но не могут быть применены в условиях подводной лодки и других автономных герметичных обитаемых объектов с ядерной энергетической установкой.

Кроме того, описанный способ и система контроля не обеспечивают контроль источников химической и взрывопожарной опасности, не могут обеспечить контроль предаварийных состояний источников ядерной и радиационной опасности ввиду отсутствия блоков детектирования повышенной чувствительности и селективности к характерным излучениям источников опасности, находящимся в предаварийном состоянии, и отсутствия способов и алгоритмов обработки информации для идентификации предаварийного состояния источников ядерной и радиационной опасности.

Известны способ и система обеспечения безопасности объекта, в том числе химической, по патенту РФ на изобретение №2303818, МПК G08B 21/12, опубл. 27.07.2007 г., согласно которому обнаруживают наличие опасного вещества при помощи приборов газового анализа. Контроль наличия опасного вещества осуществляют не менее чем в двух точках датчиками определения наличия опасного вещества. Сначала определяют наличие опасного вещества, а при его обнаружении определяют концентрацию. Далее по концентрации при помощи аппаратно-программных средств вычисляют место положения объекта, выделяющего вредное вещество. После обнаружения опасного вещества на место его положения ориентируют по меньшей мере одну видеокамеру. Предложенная система содержит аппаратно-программный комплекс с компьютером, к которому через плату видеоввода подключены одна или несколько видеокамер, установленных с возможностью поворота, а через плату захвата звука - один или несколько микрофонов. К компьютеру также подключены посредством проводной или беспроводной линии связи не менее двух датчиков определения наличия опасного вещества. Это изобретение позволяет повысить безопасность населения на объектах массового скопления людей путем точного установления местонахождения объекта, выделяющего опасное вещество.

Однако данная система не позволяет контролировать предаварийные состояния источников ядерной, радиационной и пожарной опасности и не эффективна в условиях затесненных загроможденных оборудованием помещений ПЛ и других автономных герметичных обитаемых объектов.

Известна информационно-управляющая система комплексного контроля безопасности опасного производственного объекта по патенту РФ на изобретение №2536351, МПК G06F 17/00, G08B 23/00, G01W 1/00, опубл. 20.12.2014 г., которая содержит средства получения натурных данных технологического процесса и экологической обстановки участков опасного производственного объекта во времени, включающие датчики концентрации паров жидкого опасного вещества в воздухе, датчики уровня и потерь жидкого опасного вещества на оборудовании передачи опасных веществ на технологических участках, снабженных пультами экстренного реагирования, датчики концентрации паров жидкого опасного вещества в воздухе, датчики уровня, потерь и температуры жидкого опасного вещества, размещенные на участках хранения, датчики концентрации паров жидкого опасного вещества в воздухе, датчики уровня и потерь жидкого опасного вещества и видеокамеры, размещенные на погрузочно-разгрузочных эстакадах, программируемые коммутаторы, к входам которых подключены упомянутые датчики, а выходы через маршрутизаторы первичной информации связаны с визуальными табло данных технологического процесса и экологической обстановки и с локальными технологическими сетями участков хранения. Каждая из этих технологических сетей снабжена автоматизированным рабочим местом (АРМ) мастера участка, выполненными с возможностью учета текущего расходования межрегламентного и межремонтного периода периферийного оборудования, оценки локального уровня безопасности и локальных управляющих воздействий периферийного оборудования для обеспечения установленного уровня безопасности. Кроме того, каждая из сетей участков через маршрутизатор участка подключена к единой технологической сети предприятия, связанной через видеоконцентратор с упомянутыми видеокамерами, и через маршрутизатор административной сети - с административной сетью, к которой подключены автоматизированное рабочее место (АРМ) мастера цеха, автоматизированное рабочее место (АРМ) служб цеха, сервер базы данных, и через центральный маршрутизатор - к информационно-аналитическому центру (ИАЦ) предприятия для комплексной оценки безопасности опасного производства, а также к дежурно-диспетчерской службе предприятия, выполненным с возможностью разноуровневых локальных и централизованных управляющих воздействий с одновременным информированием диспетчерской территориальных служб контроля чрезвычайных ситуаций.

В то же время данная система не предназначена для контроля предаварийных состояний источников ядерной, радиационной, химической и взрывопожарной опасности и не может быть размещена на ПЛ и других герметичных обитаемых объектах по своим структуре и конструктивным решениям.

Известен способ диагностики предпожарной ситуации и предотвращения возникновения пожара (Патент РФ на изобретение №2175779, МПК G08B 17/117, опубл. 10.11.2001 г.), включающий измерение при помощи узла датчиков информативных параметров, в качестве которых измеряют концентрации газообразных продуктов термодеструкции - CO, CO₂, HCl, H₂, CH₄, NH₃, O₃, Cl₂, H₂S, SO₂, HCOH, NO_x, C₆H₅OH и других газов - восстановителей и окислителей, а также концентрацию дыма и температуру воздуха, измерение времени запаздывания сигнала от каждого из датчиков с использованием имитатора возгорания, определение значений производных зависимостей изменения от времени информативных параметров, измеренных каждым датчиком во временном интервале 0,1-60 с, определяют для каждой зависимости информативных параметров от времени, по крайней мере, одно значение производной, определяют приведенное значение каждого из измеренных информативных параметров как величину, равную произведению значения производной на соответствующее каждому датчику время запаздывания, контролируемый воздух отбирают из различных точек зоны потенциальной пожароопасности и принудительно транспортируют к узлу датчиков при помощи побудителя расхода по каналам транспортировки, каждый из которых соответствует определенной точке забора контролируемого воздуха, а полученную информацию представляют с помощью гистограмм. По результату обработки данных параметров судят о возникновении предпожарной ситуации.

Данный способ позволяет упростить диагностику предпожарной ситуации и обеспечить наиболее раннее обнаружение возгорания, однако он является не эффективным для ПЛ, поскольку перечисленные выше продукты термодеструкции не являются характерными для предаварийного предпожарного состояния корабельных источников взрыво- и пожароопасности и не выделяются в контролируемых количествах, а также этот способ не предназначен для контроля источников ядерной и радиационной опасности.

Кроме того, данный способ направлен на раннее обнаружение уже возникшего возгорания, а не на обнаружение перехода источника опасности в предаварийное предпожарное состояние.

Известны также способы и системы раннего обнаружения пожара, например способ обнаружения пожара и интеллектуальная станция управления для осуществления способа (Патент РФ на изобретение №2344859, МПК A62C 3/00, G08B 17/00, опубл. 27.01.2009 г.). Способ состоит в постоянном выделении факторов пожарной опасности среды контролируемого объекта, преобразовании выделенных факторов в массив оцифрованных данных, сопоставлении этого массива данных с массивом априорных данных, классификации полученных результатов сопоставления в соответствии с экстремумами и выработке, в зависимости от класса опасности, управляющего сигнала. Интеллектуальная станция управления содержит корпус с последовательно расположенными в нем аспирационным устройством, процессором, прибором управления, узлом исполнительных органов и каналом пожаротушения, причем аспирационное устройство состоит из последовательно расположенных входного трубопровода, термодатчика, вентилятора, фильтра грубой очистки от пыли, фильтра тонкой очистки от пыли, модуля датчиков, выхлопного трубопровода, а процессор содержит блок аналого-цифровых преобразователей, блок функциональных измерений и корреляций, блок управления и программирования.

Техническим результатом этого способа декларируется повышение достоверности обнаружения пожара за счет непрерывного сравнения совокупности текущих информативных параметров с массивом совокупностей заданных информативных параметров, причем в результате вырабатывается управляющий сигнал на тушение только при условии максимального совпадения совокупности текущих информативных параметров с одной из совокупностей заданных информативных параметров.

Однако и этот способ не позволяет распознавать предаварийное предпожарное состояние оборудования для недопущения пожара, а также имеет ограниченные функциональные возможности, так как не позволяет контролировать предаварийные состояния источников радиационной и химической опасности и взрывоопасных источников.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному по изобретению способу является способ предаварийного контроля, описанный, например, в статье «Основы метода раннего обнаружения аварийных и предаварийных состояний технологического оборудования и помещений на основе мониторинга микро- и наночастиц» (авторы Александров П.А., Калечиц В.И. и др., РНЦ «Курчатовский институт», Москва, Институт проблем комплексного освоения недр (ИПКОН) РАН, Москва, см. на сайте в Интернете www.nanonewsnet.ru по ссылке www.ntsr.info/upload/My/nauka/monitav.doc).

В этой статье предложен способ контроля предаварийных и аварийных состояний электрооборудования, раннее обнаружение течей и дефектов паропроводов, контроль эффективности воздушных фильтров, контроль механических свойств металлов путем измерения в воздухе помещений концентрации высокодисперсных аэрозолей, образующихся в результате нагрева различных технических средств, оборудования и материалов, а также при термодеструкции полимерных материалов, электротехнических узлов и элементов. Предложенный способ подтвержден результатами выполненных экспериментов.

Однако путем контроля только концентрации (но не спектра) высокодисперсных аэрозолей в условиях большого числа различного оборудования и интенсивности технологических процессов на ПЛ, как правило, не удается различить конкретный вид оборудования, находящегося в предаварийном состоянии, что является явным недостатком этого способа, а состояние части оборудования и технологических процессов таким способом контролировать невозможно. Например, состояние активной зоны реактора нужно контролировать датчиками радиационного контроля, состояние газовоздушной среды на предмет взрывопожарной, химической и токсической опасности - газоанализаторами, на предмет показателей обитаемости - газоанализаторами и датчиками микроклимата. Во время же развития аварии и после нее контроль высокодисперсных аэрозолей не дает информации об опасных факторах и поэтому не эффективен.

Таким образом, данным способом и предложенной системой раннего обнаружения аварийных и предаварийных состояний (РОАП) невозможно решить задачу предаварийного, аварийного и поставарийного контроля на ПЛ.

В качестве прототипа заявленной комплексной системы предаварийного, аварийного и поставарийного контроля источников радиационной, химической и взрывопожарной опасности в герметичных обитаемых объектах, в том числе в подводных лодках (ПЛ), выбрана наиболее близкая по технической сущности известная система радиационного и химического контроля - система информационно-управляющая многоцелевого назначения ИУС МН (см. Технические условия АБЛК.412162.001ТУ. М., ОАО «СНИИП», 2006 г.), предназначенная для контроля радиационной и химической обстановки на объектах ВМФ в нормальной обстановке и при развитии аварии.

Данная система контроля ИУС МН для конкретного объекта может быть реализована по трехуровневой магистральной схеме или радиальной схеме (архитектуре).

На нижнем уровне системы производится получение измерительной информации датчиками системы (блоками и устройствами детектирования и газоанализаторами), на следующем уровне - сбор и предварительная обработка информации от датчиков системы, далее информация передается на верхний уровень, где происходит ее окончательная обработка с идентификацией текущей обстановки, сигнализацией об отклонении параметров от уставок и подготовкой проектов рекомендаций по действиям в сложившейся обстановке.

Система обеспечивает выполнение следующих основных функций: измерение уровней ионизирующего излучения и активности различных сред и представления результатов измерения; измерение концентрации компонентов в воздушной среде и представление результатов измерения; измерение индивидуальных доз внешнего облучения и инкорпорации радиоактивных веществ (индивидуальный дозиметрический контроль) и представление результатов измерения; сигнализацию о превышении значений пороговых уставок; аварийный контроль радиационной и химической обстановки.

Кроме того, известная система может осуществлять и дополнительные функции, такие как решение расчетно-аналитических задач с выдачей сигналов-рекомендаций на пульты и табло системы; автоматическую выдачу команд на включение средств сигнализации и управления; хранение и документирование измеренных параметров и обобщенной информации; обмен информацией с внешними системами по каналу межмашинного обмена.

Аппаратно система ИУС МН включает в себя:

- устройства обработки информации и формирования команд, мультиплексоры и трансляторы, информационные каналы, центральный пульт управления системой и другие пульты и устройства для сбора, предварительной и высокоуровневой обработки измерительной информации и управления;

- блоки и устройства детектирования радиационного контроля для контроля мощности поглощенной дозы гамма-излучения, плотности потока запаздывающих, промежуточных и быстрых нейтронов, объемной активности радиоактивных газов, контроля импульсной гамма - нейтронной дозы, мощности поглощенной эквивалентной дозы бета-гамма излучения в кожных покровах, контроля активности забортной воды, контроля дозы фотонного излучения, объемной активности бета-радиоактивных аэрозолей в воздухе, прибор радиометрический, комплект индивидуальных дозиметров термолюминесцентных;

- газоанализаторы для контроля объемной концентрации кислорода, водорода, оксида углерода, диоксида углерода, хладонов, паров пронита, метанола в газовоздушной среде помещений ПЛ.

Однако система ИУС МН не может обеспечить решение задач предаварийного контроля для ПЛ в связи с реализованным в ней традиционным общим подходом, нацеленным на контроль начала и развития аварийных процессов, и, частично, на контроль после завершения или ликвидации аварии, что реализовано в техническом, методическом и программном обеспечении.

Применяемые в системе контроля датчики (блоки детектирования, газоанализаторы) не позволяют в полном объеме контролировать необходимые реперы предаварийных состояний источников ядерной, радиационной, химической, взрывопожарной и других видов опасности ввиду отсутствия требуемых типов датчиков радиационного или химического контроля или их недостаточной чувствительности.

Также эффективной реализации предаварийного контроля препятствует отсутствие обоснования мест размещения датчиков для обеспечения высокой оперативности и достоверности контроля и отсутствие алгоритмов распознавания предаварийных состояний технических средств и оборудования объекта.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа предаварийного, аварийного и поставарийного контроля, который позволит идентифицировать на ПЛ предаварийные состояния источников ядерной, радиационной, химической и взрывопожарной опасности по реперным веществам и параметрам с использованием существующих и перспективных средств контроля, эффективного размещения точек контроля, применения современных методов обработки информации, а также разработка комплексной системы для осуществления предаварийного, аварийного и поставарийного контроля.

Техническим результатом от использования заявленного изобретения является повышение эффективности способа предаварийного, аварийного и поставарийного контроля источников ядерной, радиационной, химической и взрывопожарной опасности в подводных лодках и иных герметичных обитаемых объектах путем обеспечения надежного и достоверного контроля предаварийных состояний технических средств и оборудования объекта в наиболее ранний период времени.

Технический результат для системы контроля, осуществляющей заявленный способ, заключается в расширении ее функциональных возможностей за счет реализации предаварийного контроля, включая подготовку проектов решений по предотвращению аварии, а также в особенностях архитектуры ее построения, повышающих ее надежность и живучесть.

Для достижения указанного технического результата заявлен способ предаварийного, аварийного и поставарийного контроля источников ядерной, радиационной, химической и взрывопожарной опасности в герметичных обитаемых объектах, включающий контроль высокодисперсных аэрозолей, образующихся в результате нагрева различных технических средств, оборудования и материалов, например, при термодеструкции полимерных материалов, электротехнических узлов и элементов, согласно которому осуществляют контроль реперов предаварийных состояний источников опасности, идентификацию предаварийных состояний источников опасности, идентификацию возможных причин предаварийных состояний источников опасности и выработку проектов решений по предотвращению аварийного состояния источников опасности.

Для этого предварительно выполняют описание объекта контроля, описание источников радиационной, химической и взрывопожарной опасности объекта и их состояний, устанавливают реперные параметры и вещества предаварийных состояний источников опасности и моделируют их пространственное распределение на объекте для различных режимов работы технических средств (ТС) и оборудования и выделяют на объекте сигнальные зоны технологического, предаварийного, аварийного и поставарийного контроля. Затем размещают на контролируемом объекте комплексную систему контроля из базовых модулей и блоков, причем точки контроля реперных параметров размещают преимущественно в сигнальных зонах, измеряют реперные параметры предаварийных состояний ТС, оборудования и газовоздушной среды (ГВС), проводят идентификацию состояния ТС, оборудования и ГВС, оценку ситуации на контролируемом объекте, после чего вырабатывают рекомендации и проекты решений по действиям персонала на контролируемом объекте для предотвращения перехода источников опасности в аварийное состояние.

Кроме того, отличие заявленного способа от прототипа состоит в том, что, кроме высокодисперсных аэрозолей, в качестве реперных параметров и веществ предаварийных состояний в газовоздушной среде ПЛ осуществляют контроль химических веществ - продуктов термодеструкции неметаллических материалов для контроля предаварийного состояния (ПАС) источников пожарной опасности, веществ -компонентов технологических рабочих сред и компонентов топлив для контроля состояния герметичности оборудования и источников химической опасности, взрывопожароопасных и токсических компонентов для контроля состояния газовоздушной среды, радиоактивных аэрозолей и благородных газов для контроля состояния оборудования ядерной энергетической установки (ЯЭУ), активности теплоносителя для контроля состояния активной зоны, полей радиоактивных излучений (гамма квантов, нейтронов) для наблюдения за состоянием оборудования ЯЭУ, защитных барьеров, внутренней среды помещений ПЛ, контроль виброакустических полей, полей температуры, давления, влажности, а также высокодисперсные аэрозоли, характерные при предаварийных состояниях всех имеющихся на объекте кабелей, изоляционных, конструкционных, электротехнических материалов, лаков, красок, технических средств и оборудования контролируемого герметичного объекта, преимущественно подводной лодки.

Кроме того, сигнальные зоны выделяют расчетным путем, исходя из технических характеристик средств контроля, интенсивности полей излучений и их геометрии, интенсивности выделения реперных веществ при предаварийных состояниях газовоздушной среды, технических средств и оборудования, геометрии и свойств защитных барьеров, тепломассопереноса в условиях размещенного в помещениях работающего оборудования, учета режимов работы оборудования и его влияния на процессы формирования и распространения реперных параметров и веществ. При этом для оптимизации предаварийного контроля состояния источников опасности точки контроля располагают в области пересечения и объединения сигнальных зон.

Кроме того, для достоверной и оперативной идентификации предаварийных состояний газовоздушной среды, технических средств и оборудования как источников ядерной, радиационной, химической и взрывопожарной опасности используют предварительно сформированные при описании объекта контроля базу знаний и базу данных о текущих режимах работы ТС и оборудования контролируемого герметичного объекта (в частности, подводной лодки) и проводят как индивидуальный, так и совокупный анализ знаний и данных о текущих режимах работы и состоянии ТС и оборудования на всем объекте, преимущественно с помощью средств и методов распознавания образов, искусственного интеллекта и других.

Кроме того, признаки, реперные параметры и вещества аварийных и поставарийных состояний газовоздушной среды, технических средств и оборудования устанавливают в соответствии с нормативно-техническими документами и по результатам физического и математического моделирования процессов развития аварий (предаварийных, аварийных и поставарийых процессов), проведенного на стадии проектирования системы предаварийного, аварийного и поставарийного контроля герметичного объекта.

Отличие заявленной комплексной системы предаварийного, аварийного и поставарийного контроля (ПААПАК) от прототипа состоит в том, что она построена по смешанной многоуровневой радиально-кольцевой схеме и включает совокупность локальных отсечных подсистем по числу отсеков контролируемого объекта, кольцевые информационные каналы которых соединены последовательно через межотсечные контроллеры в цепочку на отсечном уровне всей подводной лодки, каждая из локальных отсечных подсистем через общеобъектовую систему обмена данными (ОСОД) включена в радиальную структуру для связи с центральным пультом управления системы ПААПАК, а также в кольцевую структуру для связи смежных локальных отсечных подсистем между собой и со всеми остальными общеобъектовыми системами.

Кроме того, в систему ПААПАК дополнительно введены датчики высокодисперсных аэрозолей - спектрометрические по размерам частиц и для контроля аэрозолей в выделенных диапазонах размеров частиц, датчики паров и газов химических веществ - реперов предаварийных состояний спектрометрические и однокомпонентные, датчики газового состава воздушной среды с расширенным диапазоном, повышенной чувствительностью и селективностью, датчики температуры и давления широкодиапазонные, датчики температурных полей и тепловизионные, датчики радиационных полей повышенной чувствительности, датчики радиоактивных веществ - реперов предаварийных состояний технических средств и оборудования спектрометрические и радиометрические с активным подавлением фона, датчики реперов контроля технологических процессов спектрометрические и однокомпонентные с активным подавлением фона, датчики виброакустодиагностики, применяющие методы хромато-масс-спектрометрии, рамановской спектрометрии, оптической спектрометрии, сенсорных наборов микрочипов, спектрометрии альфа, бета, гамма-излучения с анализом временных совпадений (спектров совпадений) и другие, при этом все датчики каждой локальной отсечной подсистемы подключены к соответствующему устройству сбора, обработки и отображения информации (УСОИ) этой подсистемы, в состав которой введена система поддержки принятия решений (СППР) отсечной подсистемы, а центральный пульт управления системой также снабжен соответствующей уровню центральной системой поддержки принятия решений (ЦСППР) системы.

Кроме того, система поддержки принятия решений (СППР) локальной отсечной подсистемы включает базу знаний об объекте контроля с формализованным описанием объекта, соединенную двусторонними связями с блоком логического вывода, блоком корректировки базы знаний и маршрутизатором, и диспетчер информации, выход которого предназначен для вывода информации на внешнее устройство отображения информации, причем блок логического вывода соединен двусторонними связями с блоком корректировки базы знаний и диспетчером информации, вход которого подключен к выходу маршрутизатора, а общая точка выходов блока логического вывода, блока корректировки базы знаний и маршрутизатора подключена ко входу центральной системы поддержки принятия решений (ЦСППР).

Кроме того, центральная система поддержки принятия решений (ЦСППР) системы предаварийного, аварийного и поставарийного контроля (ПААПАК) включает базу знаний об объекте контроля с формализованным описанием контролируемого объекта, соединенную двусторонними связями с блоком логического вывода, блоком прогнозирования и блоком интеллектуального интерфейса, а также с выходами информационно-справочного блока, блок диспетчера информации, ко входам которого подключены выходы систем поддержки принятия решений (СППР) локальных отсечных подсистем, соединенный двусторонними связями с блоком логического вывода и блоком объяснения результатов логического вывода, который, в свою очередь, соединен двусторонней связью с блоком логического вывода, а выход блока диспетчера информации соединен со входом блока архива, блок интеллектуального интерфейса с ЛПР соединен также с выходом блока накопления и приобретения знаний, с выходом информационно-справочного блока и через блок задатчика тренажера - с выходом блока диспетчера информации, а входные клеммы блока интеллектуального интерфейса являются входом/выходом системы ПААПАК.

Отличие заявленной системы также состоит в том, что вся необходимая измерительная информация и информация из смежных систем обрабатывается до уровня подготовки проекта решения по всему объекту контроля в целом одновременно во всех локальных отсечных подсистемах и в центральном пульте.

Изобретение поясняется чертежами, где на Фиг. 1 показана предлагаемая структурная схема системы ПААПАК; на Фиг. 2 и Фиг. 3 показаны результаты экспериментальных исследований реперов предпожарного состояния кабеля КНР, а именно накопление в замкнутом объеме газообразных или аэрозольных частиц, соответственно, при нагреве фрагмента кабеля КНР в течение 1 часа; на Фиг. 4 приведен пример расчета сигнальных зон для одного из помещений ПЛ; на Фиг. 5 показан пример построения эллипсов рассеивания для двух уровней мощности реактора, характеризующих область, в которую может попасть вектор состояния реактора; на Фиг. 6 приведена примерная структурная схема системы поддержки принятия решений (СППР) системы ПААПАК.

Для понимания сущности заявленного изобретения необходимо пояснить следующее.

Предаварийный контроль (ПАК) проводится с целью предупреждения бесконтрольного перехода источников ядерной, радиационной, химической, взрывопожарной и других видов опасности в предаварийное состояние.

Предаварийный контроль реализуется на стадии накопления предпосылок для ядерной, радиационной или химической аварии, возгорания, взрыва и пожара. Сами же аварии происходят лишь при появлении достаточно редкого инициирующего события. Датчики и системы предаварийного контроля отслеживают появление и изменения физических полей, реперных (характерных) веществ в газовоздушной среде ПЛ, которые свидетельствуют о предаварийном состоянии газовоздушной среды и (или) оборудования.

При этом следует подчеркнуть, что речь идет об организации контроля на этапах работоспособного состояния источников опасности, т.е. до появления отказов контролируемого оборудования, в условиях, когда заданный уровень его функционирования по основному назначению еще обеспечивается.

Поскольку стадия накопления предпосылок для ядерной, радиационной, химической аварии, взрыва, возгорания или пожара может протекать довольно долго, то предаварийный контроль является эффективной мерой своевременного обнаружения и ликвидации неисправностей и отклонений в регламенте эксплуатации и тем самым предотвращения накопления условий, способных при определенном сочетании с инициирующим событием привести к аварии.

В то же время в тех случаях, когда избежать радиационной или химической аварии, взрыва, возгорания или пожара по тем или иным причинам все-таки не удается, персонал будет иметь определенное время для принятия необходимых мер для предотвращения или смягчения их последствий.

Аварийный и поставарийный контроль выполняется в процессе развития аварии и после нее в объеме, соответствующем действующим нормативно-техническим документам, например НРБ - 99/2009, и исходя из возможностей современных средств контроля. Описанные концептуальные положения являются основой для реализации предаварийного контроля источников ядерной, радиационной, химической и взрывопожарной опасности на ПЛ.

Комплексная система предаварийного, аварийного и поставарийного контроля (ПААПАК), представленная на Фиг. 1, построена следующим образом.

Различного назначения и конструкции датчики 1 системы подключены по кольцевой или радиальной схеме к отсечному устройству сбора, обработки и отображения информации (УСОИ) 2 локальной отсечной подсистемы 3. К этому же устройству 2 подключены датчики 4, расположенные в смежных отсеках, предназначенные для контроля ряда параметров во время аварии. Устройство УСОИ 2 соединено с общеобъектовой (для подводной лодки - общекорабельной) системой обмена данными (ОСОД) 5 и с информационным кольцевым каналом 6 локальной отсечной подсистемы 3 системы ПААПАК. При этом отсечная подсистема 3 соединена с аналогично построенной отсечной подсистемой ПААПАК смежного отсека через межотсечный контроллер 7. Кроме того, к системе ОСОД 5 подключен центральный пульт 8 системы ПААПАК.

Пунктирными линиями на Фиг. 1 показаны условные границы между локальными отсечными подсистемами 3.

В качестве датчиков 1 в системе ПААПАК могут быть применены датчики высокодисперсных аэрозолей спектрометрические и интегральные, датчики паров и газов химических веществ - реперов предаварийных состояний источников опасности (ИО), датчики газового состава воздушной среды, датчики температуры и давления широкодиапазонные, датчики температурных полей и тепловизионные, датчики радиационных полей, датчики радиоактивных веществ - реперов предаварийных состояний источников опасности (ИО), датчики виброакустические, датчики реперов контроля технологических процессов и другие датчики для контроля радиационной, химической, взрывопожарной обстановки и параметров обитаемости в аварийных и поставарийных условиях, как ныне существующие, так и перспективные.

Система функционирует следующим образом.

Измерительная информация от датчиков 1 системы поступает на устройство 2 сбора, обработки и отображения информации локальной отсечной подсистемы, в котором она обрабатывается с помощью системы поддержки принятия решения (СППР), структурная схема которой показана на фиг. 6, до уровня подготовки гипотезы (идентификации) о состоянии источника опасности, его причинах и проекта решения по действиям для нормализации. В это же устройство 2 через межотсечный контроллер 7 поступает информация с других таких же устройств локальных подсистем, расположенных в других отсеках контролируемого объекта, а также через ОСОД 5 со смежных систем 9, и совокупно обрабатывается отсечной системой поддержки принятия решения (СППР) 10 для разрешения противоречий и подготовки общего для этих подсистем управленческого решения.

Аналогичная процедура производится одновременно во всех локальных подсистемах, после чего информация передается по каналам ОСОД 5 на центральный пульт ЦП 8 системы ПААПАК, в котором с помощью центральной системы поддержки принятия решений (ЦСППР) 11 системы осуществляется контрольный анализ всей полученной от отсечных СППР 10 информации, подготовка общего для всех подсистем проекта решения и принятие решения лицом, принимающим решения (ЛПР).

Заявленная структура системы позволяет обеспечить повышенную надежность системы и ее живучесть, обеспечить требуемую обработку информации на уровне помещений, отсеков и по объекту в целом, а также обеспечить обработку информации по ПЛ в целом на любом из отсечных устройств 2 в случае отказа центрального пульта 8, или разрыва связей с ОСОД 5, или отказа ОСОД в целом.

Кроме того, все датчики системы имеют информационный выход в цифровом виде, кроме тех, которые предназначены для работы в условиях таких внешних влияющих факторов, которые не позволяют на месте преобразовать измерительную информацию.

Способ осуществляют следующим образом.

Проводят анализ объекта контроля на предмет выявления источников ядерной, радиационной, химической и взрывопожарной опасности, выбирают контролируемые реперные вещества и параметры (реперы) их предаварийных состояний, проводят детальное формализованное описание объекта контроля и его элементов, их свойств и отношений, режимов работы, для заполнения базы знаний в системе поддержки принятия решения (СППР) системы контроля и определения точек контроля, причем точки контроля размещают в обоснованных расчетных областях отсеков (помещений). Для этого выделяют сигнальные зоны, которые определяют как области в помещениях подводной лодки для наиболее эффективного размещения точек контроля реперных параметров или блоков (устройств) детектирования, или средств контроля реперов предаварийных состояний (ПАС) газовоздушной среды, ТС и оборудования. Экспериментально установлено, что для оптимизации предаварийного контроля состояния источников опасности точки контроля должны быть расположены в области пересечения и объединения сигнальных зон.

Затем адаптируют систему контроля к объекту контроля и размещают ее на объекте контроля. Непрерывно выполняют измерение реперных веществ и параметров, проводят анализ полученной измерительной информации путем программной обработки информации в каждой отсечной локальной подсистеме и по всему объекту контроля с использованием технологии искусственного интеллекта и методов и средств распознавания образов, в результате чего идентифицируют (выявляют) предаварийные состояния внутренней среды и источников опасности, формируют гипотезу о состоянии источников опасности и его причинах и вырабатывают проект решения по действиям персонала для предотвращения перехода источников опасности в аварийное состояние.

В дальнейшем непрерывно анализируют изменение контролируемых параметров, корректируют гипотезу о состоянии источников опасности и его причинах, вырабатывают проекты решений по корректировке действий или их прекращению, по результатам цикла контроля с событием перехода источника опасности в предаварийное состояние дополняют базу знаний и базу данных системы поддержки принятия решения и архив, аналогичные процедуры выполняют при выявлении аварийных состояний и при поставарийном контроле.

Ниже представлены основные этапы осуществления способа.

Этап выбора реперных веществ и параметров контроля.

Для реализации способа предаварийного контроля важное значение имеет этап выбора контролируемых реперных веществ и параметров, диапазонов их контроля.

Перечень контролируемых реперных веществ и параметров обусловливается свойствами размещенного на ПЛ оборудования и реализованным технологическим процессом. Получить данные о генерируемых реперных веществах и параметрах предаварийных состояний оборудования и внутренней среды возможно либо при проведении специальных испытаний, либо при длительном наблюдении на объекте контроля.

Знание свойств оборудования, реперных веществ и параметров его предаварийных состояний, закономерностей формирования внутренней среды ПЛ позволяет обоснованно выбрать реперные вещества и параметры для контроля на конкретном объекте и точки контроля. Этот этап реализуется на стадии проектирования (адаптации) системы предаварийного, аварийного и поставарийного контроля (ПААПАК) к конкретному объекту контроля.

По исследованиям, выполненным авторами, на ПЛ необходимо контролировать, по крайней мере, следующие реперные вещества и параметры.

1. Для контроля предаварийного состояния ядерной энергетической установки (ЯЭУ), радиационно опасных узлов и оборудования необходимо контролировать:

1.1. Реперные радионуклиды предаварийного состояния активной зоны в теплоносителе 1 контура. Контроль целесообразно осуществлять спектрометрическим блоком детектирования альфа-, бета-, гамма- излучения, измеряющим традиционные спектры излучения и (или) проводящим анализ временных совпадений (спектров совпадений) этих же частиц для повышения достоверности контроля реперных радионуклидов в теплоносителе 1 контура;

1.2. Реперные радионуклиды предаварийного состояния герметичности парогенераторов и оборудования контуров реактора. Контроль целесообразно осуществлять спектрометрическим блоком детектирования альфа-, бета-, гамма-излучения, измеряющим традиционные спектры излучения и (или) проводящим анализ временных совпадений (спектров совпадений) этих же частиц для повышения достоверности контроля реперных радионуклидов - радиоактивных аэрозолей и радиоактивных благородных газов в воздухе помещений ПЛ;

1.3. Контролируемые в настоящее время параметры радиоактивных излучений на ПЛ, но с большей чувствительностью и меньшей погрешностью - устройствами детектирования повышенной чувствительности и селективности для контроля гамма-излучения и потока нейтронов, использующими полупроводниковые детекторы и новые сцинтилляторы с повышенным разрешением;

2. В общем случае для контроля предаварийных состояний газовоздушной среды ПЛ, химически опасных, взрывоопасных и пожароопасных технических средств и оборудования необходимо контролировать следующие реперы предаварийных состояний:

2.1. Реперные вещества предаварийного состояния газовоздушной среды (ГВС) - водород, кислород, СО, компоненты ракетных и торпедных топлив (КРТТ), пары масел, концентрацию углеводородов суммарно, интегральный показатель взрывопожароопасности, температуру, давление, влажность. Контроль целесообразно осуществлять в совокупности существующими корабельными техническими средствами, газоанализаторами, измерителем интегральной пожароопасности и спектрометрическим газоанализатором, реализованным на принципе хромато-масс-спектрометрии.

2.2. Реперные вещества предаварийного состояния химически опасных, взрывоопасных и пожароопасных ТС и оборудования - компоненты рабочих технологических сред, компоненты КРТТ, продукты технологических процессов, продукты пиролиза, продукты термодеструкции неметаллических конструкционных материалов, высокодисперсные аэрозоли, температурное поле.

Контроль целесообразно осуществлять в совокупности существующими корабельными газоанализаторами, интегральным датчиком высокодисперсных аэрозолей, спектрометрическим датчиком высокодисперсных аэрозолей, спектрометрическим газоанализатором, реализованным на принципе хромато-масс-спектрометрии или другом спектрометрическом газоанализаторе.

В Таблице 1 приведен перечень ряда реперов предаварийных состояний (ПАС) для оборудования ПЛ, установленных авторами эмпирическим путем.

Наиболее значимым для реализации предаварийного контроля источников пожарной опасности является контроль аэрозольных частиц и продуктов термодеструкции корабельных неметаллических материалов, которые они выделяют в предаварийном состоянии.

Проиллюстрировать это можно на примере анализа особенности выделения газов и аэрозольных частиц при нагреве кабеля КНР, применяемого на ПЛ, который является наиболее частой причиной возникновения пожаров.

На Фиг. 2 и Фиг. 3 показаны результаты экспериментальных исследований реперов предпожарного состояния кабеля КНР.

В Таблице 2 приведен компонентный состав газовыделений при нагреве кабеля КНР до различных значений температуры.

Как следует из данных Таблицы 2, основными компонентами, выделяющимися из материала кабеля КНР в паровую фазу при температуре начала предаварийного состояния кабеля 100°C, являются диметиламин, сероуглерод, диэтиламин и бутанол.

При более высоких температурах, когда идет развитие предаварийного состояния кабеля в сторону аварии, в результате термодеструкции исследуемого материала при температурах 150-200°C в паровую фазу выделяются амины (дифениламин, фенилнафтиламин и др) и пластификаторы (дибутилфталат и диэтилфталат.)

Изменение содержания высокодисперсных аэрозолей обнаруживается через 3-5 минут после повышения токовой нагрузки на кабель и изменяется пропорционально температуре нагрева кабеля. Уровень содержания грубодисперсных аэрозолей практически не зависит от температуры нагрева кабеля.

Полученные результаты иллюстрируют возможность реализации способа контроля предаварийного состояния кабеля КНР путем измерения газовыделений реперов в ГВС подводной лодки хромато-масс-спектрометром или другим спектрометрическим газоанализатором, измерения содержания высокодисперсных аэрозолей и совокупной обработки информации по ПЛ.

Этап определения точек контроля.

Важное значение для способа предаварийного контроля имеет обоснованное расчетное определение точек контроля, что позволяет обеспечить требуемую достоверность и оперативность. Определение точек контроля требует специальных подходов, которые обусловлены целями и задачами ПАК и спецификой объекта, на котором реализуется предаварийный контроль.

Например, геометрия биологической защиты и ее особенности будут влиять на геометрию и спектр поля излучений гамма квантов, знание которых позволит выделить области в помещениях ПЛ для наиболее эффективного размещения точек контроля или блоков (устройств) детектирования.

Геометрия помещений, размещенное в них оборудование, вентиляция и кондиционирование, нагрев поверхностей и т.п. влияют на радиационный и конвективный тепломассоперенос, что обусловливает динамику концентрационных полей в помещениях ПЛ. При переходе источника опасности в предаварийное состояние выделяются реперные вещества, которые образуют в помещениях ПЛ области со значениями концентраций, пригодными для контроля. В этих областях наиболее эффективно размещение точек контроля реперов предаварийного состояния (ПАС) или самих средств контроля. Такие области будем называть Сигнальными зонами.

В варианте исполнения способа пример выделения сигнальных зон 12 (на чертеже заштрихованы) для одного из помещений ПЛ с помощью программного комплекса численного моделирования тепломассопереноса «Витим 1^©» приведен на Фиг. 4. При этом сигнальные зоны рассчитаны для предаварийного состояния кабеля КНР, размещенного в помещении.

Репер предпожарного состояния - дибутилфталат, минимальная температура кабеля - 150°C, минимальные размеры сигнальных зон обозначены штрих-пунктиром.

Для оптимизации предаварийного контроля необходимо располагать точки контроля в области пересечения и объединения сигнальных зон.

Этап получения и обработки информации.

Текущую измерительную информацию получают от датчиков системы предаварийного, аварийного и поставарийного контроля в реальном масштабе времени и выполняют ее обработку по технологии искусственного интеллекта (ИИ) в устройстве 2 сбора, обработки и отображения информации локальной отсечной подсистемы с помощью введенной в нее системы поддержки принятия решений СППР 10 (Фиг. 6).

Применение технологии ИИ является объективной необходимостью для предаварийного контроля ввиду невозможности предусмотреть все сценарии развития аварий и описать множество состояний и комбинаций режимов работы оборудования в жестких алгоритмах.

В то же время есть возможность подробного описания объекта контроля с описанием важных с точки зрения предаварийного, аварийного и поставарийного контроля свойств объекта, оборудования и внутренней среды и отношений между ними, например, в виде гибридных моделей семантических сетей и фреймов. Применение технологии ИИ позволит оперативно, в автоматическом режиме, при получении измерительной информации от датчиков системы контроля и данных из смежных систем о режимах работы оборудования, генерировать гипотезу о состоянии источников опасности и оценивать ее достоверность.

Следует подчеркнуть, что в процессе работы системы контроля на объекте, по мере накопления информации о фоновых значениях контролируемых параметров и выявления корреляций и влияния режимов работы оборудования, будут уточняться правила распознавания предаварийных состояний источников опасности.

Описание объекта контроля производится на этапе проектирования (адаптации) системы предаварийного, аварийного и поставарийного контроля.

Система поддержки принятия решений ПААПАК строится как экспертная система (см., например, http://wiki.mvtom.ru/index.php/Экспертная_система), управляемая информацией от датчиков системы ПААПАК с минимизацией диалогового компонента. Это позволяет в условиях дефицита времени на принятие решений разрешать противоречия по идентификации предаварийного состояния источников опасности (ПАС ИО) на уровне всей ПЛ и дает возможность перейти к оперативному формированию проекта решения по действиям для недопущения перехода источников опасности из предаварийного в аварийное состояние.

Структурная схема общеобъектовой системы поддержки принятия решений (ОО СППР) системы ПААПАК приведена на Фиг. 6. Система ОО СППР состоит из отсечных подсистем СППР 10, встроенных в устройства сбора, обработки и отображения информации УСОИ 2, и центральной системы ЦСППР 11, встроенной в центральный пульт ЦП 8 системы ПААПАК. Основу отсечных и центральной СППР составляет программно-аппаратный комплекс, содержащий базу знаний 13 об объекте контроля (например, отсека подводной лодки, или всех отсеков ПЛ) с формализованным описанием объекта, блок логического вывода 14 с программами анализа измерительной информации от датчиков, использующими методы теории распознавания образов и технологии искусственного интеллекта, блок корректировки базы знаний 15, маршрутизатор 16 и диспетчер информации 17, предназначенный для вывода информации на внешнее устройство отображения информации. При этом база знаний 13 об объекте контроля соединена двусторонними связями с блоком логического вывода 14, блоком корректировки базы знаний 15 и маршрутизатором 16, блок логического вывода 14 соединен двусторонними связями с блоком корректировки базы знаний 15 и диспетчером информации 17, вход которого подключен к выходу маршрутизатора 16, а выход является выходом устройства, причем общая точка выходов блока логического вывода 14, блока корректировки базы знаний 15 и маршрутизатора 16 подключена ко входу центральной системы поддержки принятия решений (ЦСППР) 11.

Центральная система поддержки принятия решений (ЦСППР) 11 системы ПААПАК включает также базу знаний 18 об объекте контроля с формализованным описанием контролируемого объекта, соединенную двусторонними связями с блоком логического вывода 19 и блоком прогнозирования 20, а также с выходами блока интеллектуального интерфейса 21 и информационно-справочного блока 22. Блок диспетчера информации 23, ко входам которого подключены выходы систем поддержки принятия решений (СППР) 10 локальных отсечных подсистем, соединен двусторонними связями с блоком логического вывода 19 и блоком объяснения результатов логического вывода 24, который, в свою очередь, соединен двусторонней связью с блоком логического вывода 19, а выход блока диспетчера информации 23 соединен со входом блока архива 25. Блок интеллектуального интерфейса 21 соединен, кроме того, с выходом блока накопления и приобретения знаний 26, с выходом информационно-справочного блока 22 и через блок задатчика тренажера 27 - с выходом блока диспетчера информации 23, а входные клеммы блока интеллектуального интерфейса 21 являются входом/выходом системы ПААПАК.

Функция СППР - обработка поступающей информации от датчиков системы и из смежных систем до уровня идентификации текущего состояния контролируемых источников опасности, выявления причин в случае перехода их состояния в предаварийное или аварийное и выработка проекта решения по действиям персонала для нормализации состояния объекта.

Для СППР требуется ввести этап описания объекта контроля и заложить в базу знаний СППР системы контроля модель объекта (в частности, подводной лодки ПЛ), отражающую важные с точки зрения ПАК свойства и параметры объекта, технических средств и оборудования и процедуры идентификации текущего состояния и подготовки проекта решения. Наиболее удобно базу знаний СППР для системы контроля такого объекта, как ПЛ, описывать в виде гибридной модели на базе представлений семантической сети, фреймовых и тензорных конструкций, включающей структурную модель объекта, модель «обстановка-действие», модель состояния и модель сценариев поиска решений (машина вывода).

Существенно повысить достоверность идентификации текущего состояния и определить тенденцию его изменения позволит внедрение на первой стадии анализа СППР измерительной информации методов теории распознавания образов.

В качестве примера эффективности применения теории распознавания образов для реализации предаварийного контроля рассмотрим возможность решения задачи предаварийного контроля герметичности оборудования первого контура ЯЭУ при применяемых в настоящее время на ПЛ источниках первичной информации. Информативность и достоверность контроля в данном случае можно существенно повысить по сравнению с прототипом, если использовать вектор состояния, взяв в качестве его компонентов значения объемной активности радиоактивных благородных газов (РБГ) в воздушной среде (датчик А) и мощности поглощенной дозы гамма-излучения (МПД) в аппаратной выгородке (датчик В). Эллипсы рассеивания, построенные на основе результатов измерений этих двух датчиков при уровнях мощности реактора - 30% N_nom (кружочки) и 100% N_nom (крестики), показаны на Фиг. 5, соответственно. Для каждого уровня мощности построены два эллипса: меньший при К=1 и больший - при К=3,625. Совокупность всех возможных эллипсов рассеяния накрывает ту область, в которую может попасть вектор состояния, проекциями которого являются результаты измерений.

При каком-то определенном значении мощности реактора будет иметь место один эллипс рассеяния, соответствующий этому уровню мощности и выбранному значению коэффициента К. При принятом в нашем случае значении К=3,625 вероятность попадания в эллипс рассеяния равна 0,9985986. Это значит, что при герметичном оборудовании с такой вероятностью следует ожидать попадания вектора состояния в область эллипса рассеяния и с вероятностью 1,401(-3) - за его пределы (случай ложного обнаружения).

Как видно, зависимость от мощности реактора для датчика В является определяющей в позиционировании вектора состояния. Фактическое возрастание объемной активности РБГ приведет к выходу вектора состояния за пределы эллипса рассеивания по направлению оси абсцисс. Аномальное же возрастание мощности поглощенной дозы гамма излучения, не связанное с изменением мощности реактора, будет характеризоваться выходом вектора состояния за пределы эллипса рассеивания, преимущественно по направлению прямой, проходящей через центры эллипсов рассеивания.

Тем самым, появляется возможность идентификации предаварийного состояния негерметичности оборудования первого контура ЯЭУ путем применения новых методов обработки информации, поступающей от установленных на объекте средств контроля.

Следует подчеркнуть важность для достоверности идентификации предаварийного состояния источников опасности (ПАС ИО) совокупного анализа данных о текущих режимах работы и состоянии технических средств (ТС) и оборудования и их свойств на всей ПЛ.

В качестве примера можно привести важность информации о текущей мощности реактора, в зависимости от которой нелинейно меняются показания блоков детектирования, скорости работы насосов первого контура, в зависимости от режимов работы которых меняется активность теплоносителя на удалении от источника за счет скорости переноса и, соответственно, изменяются показания блоков детектирования; информации о режимах работы системы вентиляции и кондиционирования, которые влияют на конфигурацию сигнальных зон; информации о режимах работы технических средств и оборудования, которые влияют на формирование фоновых уровней реперных параметров и т.д.

Таким образом, описанный способ и предложенная система контроля обеспечивают наиболее эффективный предаварийный контроль источников ядерной, радиационной, химической и взрывопожарной опасности ПЛ и других герметичных обитаемых объектов, а также повышают надежность, оперативность и достоверность контроля в аварийной и поставарийной ситуации, и, тем самым, позволяют достичь повышения безопасности, безаварийности и живучести ПЛ и других герметичных обитаемых объектов.

Изобретение относится к области методов и средств обеспечения радиационной, химической и взрывопожарной безопасности подводных лодок. Способ предаварийного, аварийного и поставарийного контроля источников опасности в герметичных обитаемых объектах заключается в том, что предварительно выполняют описание объекта контроля. Устанавливают реперные параметры и вещества предаварийных состояний источников опасности и моделируют их пространственное распределение на объекте для различных режимов работы технических средств и оборудования. Выделяют на объекте сигнальные зоны технологического, предаварийного, аварийного и поставарийного контроля. Размещают на контролируемом объекте комплексную систему контроля из базовых модулей и блоков. Измеряют реперные параметры предаварийных состояний технических средств, оборудования и газовоздушной среды. Проводят идентификацию состояния технических средств, оборудования и газовоздушной среды. Заявленный способ реализуется с помощью комплексной системы контроля по смешанной многоуровневой радиально-кольцевой схеме и включает совокупность локальных отсечных подсистем по числу отсеков контролируемого объекта. Технический результат: обеспечение надежного и достоверного контроля предаварийных состояний технических средств и оборудования объекта. 2 н.п. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл.

1. Способ предаварийного, аварийного и поставарийного контроля источников радиационной, химической и взрывопожарной опасности в герметичных обитаемых объектах, преимущественно подводных лодках, включающий контроль высокодисперсных аэрозолей, образующихся в результате нагрева различных технических средств, оборудования и материалов, в том числе при термодеструкции полимерных материалов, электротехнических узлов и элементов, отличающийся тем, что предварительно выполняют описание объекта контроля, описание источников радиационной, химической и взрывопожарной опасности объекта и их состояний, устанавливают реперные параметры и вещества предаварийных состояний источников опасности и моделируют их пространственное распределение на объекте для различных режимов работы технических средств (ТС) и оборудования, выделяют сигнальные зоны технологического, предаварийного, аварийного и поставарийного контроля и размещают на контролируемом объекте комплексную систему контроля из базовых модулей и блоков, причем точки контроля реперных параметров размещают преимущественно в сигнальных зонах, затем измеряют реперные параметры предаварийных состояний ТС, оборудования и газовоздушной среды (ГВС), проводят идентификацию состояния ТС, оборудования и ГВС, оценку ситуации на контролируемом объекте, после чего вырабатывают рекомендации и проекты решений по действиям персонала на контролируемом объекте для предотвращения перехода источников опасности в аварийное состояние.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве реперных параметров и веществ предаварийных состояний газовоздушной среды (ГВС), технических средств (ТС) и оборудования герметичного обитаемого объекта, преимущественно подводной лодки (ПЛ), контролируют реперные радионуклиды предаварийного состояния активной зоны в теплоносителе 1 контура ядерной энергетической установки, реперные радионуклиды предаварийного состояния герметичности парогенераторов и оборудования контуров реактора, активность радионуклидов радиоактивных благородных газов и радиоактивных аэрозолей, параметры гамма-излучений, бета-излучений, потоков тепловых, промежуточных и быстрых нейтронов, реперные параметры виброакустических полей для контроля состояния движущихся элементов оборудования, реперные вещества предаварийного состояния ГВС, интегральный показатель взрывопожароопасности ГВС по горючим газам, реперные вещества предаварийного состояния химически опасных, взрывоопасных и пожароопасных ТС и оборудования, продукты термодеструкции неметаллических конструкционных и изоляционных материалов, а также высокодисперсные аэрозоли, характерные при предаварийных состояниях всех имеющихся на объекте кабелей, изоляционных, конструкционных, электротехнических материалов, лаков, красок, технических средств и оборудования контролируемого герметичного объекта.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сигнальные зоны выделяют расчетным путем, исходя из технических характеристик средств контроля, интенсивности полей излучений и их геометрии, интенсивности выделения реперных веществ при предаварийных состояниях газовоздушной среды, технических средств и оборудования, геометрии и свойств защитных барьеров, тепломассопереноса в условиях размещенного в помещениях работающего оборудования, учета режимов работы оборудования и его влияния на процессы формирования и распространения реперных параметров и веществ.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для оптимизации предаварийного контроля состояния источников опасности точки контроля располагают в области пересечения и объединения сигнальных зон.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для достоверной и оперативной идентификации предаварийных состояний газовоздушной среды, технических средств и оборудования, как источников ядерной, радиационной, химической и взрывопожарной опасности, используют предварительно сформированные при описании объекта контроля базу знаний и базу данных о текущих режимах работы ТС и оборудования контролируемого герметичного объекта и проводят индивидуальный и совокупный анализ знаний и данных о текущих режимах работы и состоянии ТС и оборудования на всем объекте, преимущественно с помощью средств и методов распознавания образов и искусственного интеллекта.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что признаки, реперные параметры и вещества аварийных и поставарийных состояний газовоздушной среды, технических средств и оборудования устанавливают в соответствии с нормативно-техническими документами и по результатам физического и математического моделирования процессов развития аварий, проведенного на стадии проектирования герметичного объекта и системы его предаварийного, аварийного и поставарийного контроля.

7. Комплексная система предаварийного, аварийного и поставарийного контроля (ПААПАК) источников радиационной, химической и взрывопожарной опасности в герметичных обитаемых объектах, преимущественно подводных лодках, построенная по многоуровневой структурной схеме, включающая датчики радиационного контроля, в том числе для контроля мощности поглощенной дозы гамма-излучения, плотности потока запаздывающих, промежуточных и быстрых нейтронов, объемной активности радиоактивных газов, импульсной гамма - нейтронной дозы, мощности поглощенной эквивалентной дозы бета-гамма-излучения в кожных покровах, активности забортной воды, датчики контроля дозы фотонного излучения, объемной активности бета-радиоактивных аэрозолей в воздухе, газоанализаторы для контроля объемной концентрации газообразных и парообразных веществ в газовоздушной среде помещений герметичного объекта, информационные каналы, устройства для сбора, предварительной и высокоуровневой обработки измерительной информации и управления и центральный пульт управления системой, отличающаяся тем, что она построена по смешанной многоуровневой радиально-кольцевой схеме и включает совокупность локальных отсечных подсистем по числу отсеков контролируемого объекта, кольцевые информационные каналы которых соединены последовательно через межотсечные контроллеры, каждая из локальных отсечных подсистем через общеобъектовую систему обмена данными (ОСОД) включена в радиальную структуру для связи с центральным пультом управления системы ПААПАК, а также в кольцевую структуру для связи смежных локальных отсечных подсистем между собой и со всеми остальными общеобъектовыми системами, в систему дополнительно введены датчики высокодисперсных аэрозолей, датчики паров и газов химических веществ - реперов предаварийных состояний, датчики радиоактивных веществ - реперов предаварийных состояний оборудования, датчики реперных параметров контроля технологических процессов, датчики температуры и давления, датчики температурных полей и тепловизионные, датчики виброакустодиагностические, при этом все датчики каждой локальной отсечной подсистемы подключены к соответствующему устройству сбора, обработки и отображения информации (УСОИ) этой подсистемы, в состав которой введена система поддержки принятия решений (СППР) отсечной подсистемы, а центральный пульт управления системой также снабжен соответствующей уровню центральной системой поддержки принятия решений (ЦСППР) системы.

8. Комплексная система по п. 7, отличающаяся тем, что система поддержки принятия решений (СППР) локальной отсечной подсистемы включает базу знаний об объекте контроля с формализованным описанием объекта, соединенную двусторонними связями с блоком логического вывода, блоком корректировки базы знаний и маршрутизатором, и диспетчер информации, выход которого предназначен для вывода информации на внешнее устройство отображения информации, причем блок логического вывода соединен двусторонними связями с блоком корректировки базы знаний и диспетчером информации, вход которого подключен к выходу маршрутизатора, а общая точка выходов блока логического вывода, блока корректировки базы знаний и маршрутизатора подключена ко входу центральной системы поддержки принятия решений (ЦСППР).

9. Комплексная система по п. 7, отличающаяся тем, что центральная система поддержки принятия решений (ЦСППР) системы предаварийного, аварийного и поставарийного контроля (ПААПАК) включает базу знаний об объекте контроля с формализованным описанием контролируемого объекта, соединенную двусторонними связями с блоком логического вывода, блоком прогнозирования и блоком интеллектуального интерфейса, а также с выходами информационно-справочного блока, блок диспетчера информации, ко входам которого подключены выходы систем поддержки принятия решений (СППР) локальных отсечных подсистем, соединенный двусторонними связями с блоком логического вывода и блоком объяснения результатов логического вывода, который, в свою очередь, соединен двусторонней связью с блоком логического вывода, а выход блока диспетчера информации соединен со входом блока архива, блок интеллектуального интерфейса с ЛПР соединен также с выходом блока накопления и приобретения знаний, с выходом информационно-справочного блока и через блок задатчика тренажера - с выходом блока диспетчера информации, а входные клеммы блока интеллектуального интерфейса являются входом/выходом системы ПААПАК.

10. Комплексная система по п. 7, отличающаяся тем, что в качестве датчиков высокодисперсных аэрозолей использованы датчики спектрометрические по размерам частиц и для контроля аэрозолей в выделенных диапазонах размеров частиц, в качестве датчиков паров и газов химических веществ - реперов предаварийных состояний - спектрометрические и однокомпонентные датчики, в качестве датчиков радиоактивных веществ - реперов предаварийных состояний оборудования - спектрометрические и радиометрические датчики с активным подавлением фона, в качестве датчиков реперных параметров контроля технологических процессов - спектрометрические и однокомпонентные.