Проектирование автоматизированной системы управления процессом конденсации пропана Таманского перевалочного комплекса сжиженных углеводородных газов

-контроль технологических параметров;

-сигнализация об авариях и составление истории событий;

-автоматическое управление, регулирование.

Процессор (CPU) обеспечивает управление процессом, используя созданную для этого программу. Эта программа называется файлом процессора и содержит несколько других файлов, которые разделяют программу на более мелкие, но лучше управляемые секции. Такими секциями являются программные файлы и файлы данных.

В программировании наблюдается следующая иерархия: программа делится на подпрограммы, осуществляющие контроль и управление составляющими частями объекта автоматизации. Вызов подпрограммы осуществляется посредством использования определенной инструкции.

Программа создается с помощью пакета RSLogix 500 в режиме off-line. Для функционирования в режиме on-line файлы процессора и файлы данных загружаются в память процессора.

Операционный цикл состоит из таких частей: сканирование входов, сканирование программы, сканирование выходов, связь и служебные действия процессора. В сканировании входов считывается состояние внешних входных устройств, и файл данных входа обновляется на основе этой информации. В программном сканировании обновленные значения состояния входных устройств обрабатываются программой пользователя. Процессор выполняет все инструкции (слева на право) в порядке следования цепей (сверху вниз). Биты обновляются соответственно заданным логическим связям по мере продвижения скана по программе, от инструкции к инструкции. Сканирование входов и выходов, также как и программное сканирование являются отдельными независимыми функциями.

Для программирования очень удобна поддержка нескольких видов адресации: прямая, когда данные запомнены по указанному в инструкции адресе; индексная, т.е. процессор складывает номер элемента из адреса и значение размещённое в индексном регистре S:24, и тогда полученный результат используется в качестве действительного адреса; косвенная адресация, адрес в квадратных скобках указывает на действительный номер файла, элемента или подэлемента; индексная косвенная адресация [2].

Программирование данного проекта автоматизации осуществляется с помощью основной программы инициализации контроллера, модулей, датчиков и исполнительных механизмов и подпрограмм управления различными механизмами.

Подпрограммы управления компрессорными агрегатами, конденсатором, сепараторами, задвижками и клапанами регулирования приведены в приложении Е.

2.8 Разработка человеко-машинного интерфейса

2.8.1 Требования к HMI

Требования к функции представления информации пользователям системы:

-на экране HMI должны присутствовать показания численных значений измеряемых параметров с указанием единиц измерения либо процентного соотношения;

-необходимо наличие мнемосхем, отображаемых течение технологического процесса;

-необходимо наличие графической сигнализации при аварии и ситуации не соизмеримой с нормой;

-показания состояния задвижек и клапанов;

-экран должен быть выполнен в цветах, не утомляющих оператора, сигнализирующие звуки должны быть громкими, но не резкими;

-каждый график должен быть изображен в декартовой системе координат (ось абсцисс - время, ось ординат - измеряемый параметр).

-возможность масштабирования во времени.

2.8.2 Иерархия экранов

Для отображения технологического процесса разрабатываются мнемосхемы на экране пользователя с помощью пакета RSView32. Количество экранов зависит от их спецификации и от количества пользователей. Пользователями являются: оператор, инженер КИПиА, технолог, оператор. Иерархия экранов и экраны HMI изображены в приложении Г. Для защиты от несанкционированного использования вход в систему защищен паролем.

При запуске программы отображается первый экран. На нем отображены две кнопки: вход и выход. При нажатии "выход" проект автоматически закрывается, при нажатии "вход" осуществляется запрос имени и пароля.

Первым появляется главный экран "Компрессорная и блок оборудования", на котором отображена работа всех агрегатов, участвующих в процессе сжатия и конденсации пропана. При нажатии на один их объектов открывается новый экран, на котором более подробно отображена работа агрегата. Первый экран является исходным для остальных экранов, таких как "Конденсатор и емкость хранения", "Компрессорный парк", "Сигнализация", "Тренды".

В набор опций экрана входят:

-смена пользователя;

-переход на другой экран (с начального - на экраны агрегатов, тренды, сигнализация, и наоборот);

-выход из системы;

На экране "Тренды " с помощью графиков отображено изменение измеряемых параметров в реальном времени.

На мнемосхемах отображается значение технологических параметров и их изменение, состояние компрессорных агрегатов (включен/выключен), конденсатора, сепараторов и емкостей, состояние исполнительных механизмов (открыто/закрыто).

Экраны оператора представлены в приложении Д.

3. Надежность системы автоматизации

Надежность технического объекта связывают с недопустимостью самопроизвольных, нежелательных изменений его технического состояния, которые проявляются в ухудшении качества функционирования объекта, в потере им работоспособности. Количественные характеристики и показатели надежности объекта зависят от меры допустимого возмущения его технического состояния. Надежность закладывается в процессе конструирования системы, реализуется при изготовлении различных механизмов и расходуется в процессе эксплуатации объекта. На перечисленных этапах жизни системы на производственный объект оказывают влияние возмущающие факторы, внутренние и внешние, негативно сказывающиеся на работоспособности элементов, порой приводящие к их отказам.

3.1 Требования к системе автоматизации

Система автоматизации процесса конденсации пропана должна обеспечивать: -непрерывный контроль технологических параметров, состояния агрегатов и исполнительных механизмов;

-защиту от несанкционированного пользования системой;

-дублирование оборудования, наличие блока бесперебойного питания для поддержания работоспособности системы при отключении электропитания;

-самодиагностика оборудования в режиме нормальной работы.

-ремонтопригодность отдельных блоков, узлов, модулей и деталей системы, их замену;

-сохранение состояния устройств и исполнительных механизмов в случае аварии и перехода на резервное питание.

3.2 Расчет основных показателей надежности

Для расчета показателей надежности рассмотрим структурную схему соединений элементов. Все расчеты будем производить на примере цепочки, информационную функцию измерения уровня в емкости.

Рисунок 3.1 - Структурная схема соединений элементов

Характеристика элементов цепочки представлена в таблице 3.1

Таблица 3.1 - Характеристика элементов

Элемент цепочки	Средняя наработка на отказ, ч	Интенсивность отказов, 1/ч	Время обнаружения и устранения неисправности, часы.
УР 203Ех	122640	0,82·10-5	0,5
NI8I	1250000	0,08·10-5	0,25
SLC 500	250000	0,4·10-5	0,5

Интенсивность отказов всей системы вычисляется по формуле (3.1):

где _i - интенсивности отказов i - го модуля.

По данным таблицы 4.1 находим суммарную интенсивность отказов рассматриваемой цепочки:

1/ч.

Среднее время безотказной работы вычисляется по формуле (3.2):

Тср=1/ лобщ ,	(3.2)

Используя полученную суммарную интенсивность отказов, по формуле (3.2) находим среднее время безотказной работы:

Т_ср=1/1,3 10^-5= 76923,1 часов.

Рассчитаем вероятность безотказной работы системы по формуле (3.3):

P(t)=e^-лt (3.3)

Получаем:

График представлен на рисунке 3.2

Рисунок 3.1 - Вероятность безотказной работы

С учетом полученных данных найдем вероятность безотказной работы за 5 лет:

Так же определим коэффициент готовности системы по формуле (3.5):

, (3.5)

где , м - время восстановления (время обнаружение и восстановление неисправности);

Готовностью называется способность технического устройства быть готовым к действию в любой момент времени. Она зависит от надежности и от ремонтопригодности системы. Чем выше надежность и ремонтопригодность, тем выше готовность.

Используя данные таблицы 4.1, по формуле (4.3) определим значение коэффициента готовности системы:

.

Ремонтопригодностью называется способность технического устройства к восстановлению в процессе эксплуатации. Показателями ремонтопригодности может быть среднее время восстановления системы t_в, рассчитываемое по формуле:

, (3.6)

Таблица 3.2 - Вероятность безотказной работы каждого элемента

Элемент цепочки	Интенсивность отказов, 1/ч	Вероятность безотказной работы
УР 203Ех	0,82·10-5	0,37
NI8I	0,08·10-5	0,94
SLC 500	0,4·10-5	0,69

Используя данные таблицы 4.2, находим среднее время восстановления системы:

часа.

За 0,765 часа система будет полностью восстановлена.

Полученные результаты расчета надежности системы сведем в таблицу 3.3.

Таблица 3.3- показатели надежности системы автоматизации

Параметр	Значение
Интенсивность отказов системы	л=1,3•10-5 1/час
Среднее время восстановления	Тв=0,765 ч
Среднее время безотказной работы	Тср=76923,1 часов.

Из проведенного расчета можно сделать вывод, что система имеет хорошие показатели надежности.

Для повышения надежности систем применятся аппаратное резервирование, подразумевающее дублирования каждого элемента системы и замену блока в случае неисправности.

4. Проектирование системы автоматического регулирования

4.1 Требования к автоматической системе регулирования

В данном дипломном проекте рассматриваются три контура автоматического регулирования, подразумевающие регулирование уровня рабочей жидкости в сепараторах Е-2,3,4.

Система автоматического регулирования (CAP) - замкнутая динамическая система, в которой поддерживается постоянное значение одной или нескольких величин, характеризующих протекание какого-либо процесса в течение длительного времени при произвольно меняющихся внешних возмущений. Любой автоматический регулятор, который работает на каком-либо объекте, образует с ним контур регулирования.

Основным требованием является сохранения в допустимых пределах ошибки регулирования. Если в САР отсутствует внешние воздействия, то такое состояние называется равновесным или установившимся. При появлении воздействия равновесие нарушается.

4.2 Определение передаточной функции объекта и выбор типа регулятора

Переходная характеристика аппроксимируется апериодическим звеном с запаздыванием. Передаточная функция имеет вид:

(4.1)

где K_об - коэффициент передачи объекта;

Т_об - постоянная времени объекта;

ф_об - запаздывание.

Запаздывание ф_об и постоянную времени Т_об определяют по графику переходного процесса, как это показано на рис.1:

Далее определяется коэффициент передачи по формуле (4.2):

(4.2)

где у - относительное изменения регулируемого параметра;

м - относительное изменение входного параметра или изменение положения регулирующего органа.

(4.3)

где Y_уст - установившееся значение регулируемой величины,

Y_ном - значение регулируемой величины до ступенчатого воздействия.

(4.4)

где Н_max - максимальное изменение положения регулирующего органа,

Н_ном - начальное положение регулирующего органа.

Таким образом, передаточная функция имеет вид:

Так как в качестве регулятора используется дискретная система, необходимо найти дискретный аналог , т.е. .

Передаточная функция приведенной непрерывной части рассчитывается по формуле (4.5):

, (4.5)

где W₀ - фиксатор нулевого порядка.

Полученные приближенные значения ф_об, Т_об, К_об могут быть использованы для решения вопроса, какой из видов регуляторов целесообразно применить для данного объекта и определения параметров настройки регуляторов. Для этого определяется соотношение:

Так как то будет целесообразно применить ПИД-регулятор.

Передаточная функция ПИД-регулятора рассчитывается по формуле:

 (4.6)

где K_р - коэффициент передачи;

Т - период дискретизации;

Т_и - время интегрирования;

Т_д - время дифференцирования.

4.3 Расчет оптимальных настроек регулятора

Основными показателями качества являются время регулирования и перерегулирование.

Временем регулирования t_p называется время, в течение которого, начиная с момента приложения воздействия на систему, отклонения регулируемой величины от ее установившегося значения будут меньше наперед заданного значения ошибки. Таким образом, время регулирования определяет длительность (быстродействие) переходного процесса. Оптимальное значение t_p находится в пределах (3…4)Т_об.

Перерегулированием у называется максимальное отклонение регулируемой величины от ее установившегося значения, выраженное в процентах по отношению к установившемуся значению.

Расчет производится методом комплексных частотных характеристик по заданному частотному показателю колебательности.

В первую очередь определяется значение частотного показателя колебательности по известному перерегулированию: у ? 20. Для этого используются номограммы Солодовникова. Алгоритм нахождения М:

а) по первой номограмме по заданному перерегулированию у определяется P_max;

б) по найденному P_max находится L и г;

в) по третьей номограмме определяется М_доп.

М_доп=1,1.

Координаты центра окружности и её радиус определяются по формулам (4.7) и (4.8):

(4.7)

(4.8)

Т.к. частотный показатель колебательности не должен превышать допустимого значения, то АФЧХ разомкнутой системы не должна заходить в область, ограниченную окружностью, построенной для М_доп, а только касаться её.

Так как в качестве регулятора используется дискретная система, необходимо найти дискретный аналог , т.е. .

, (4.9)

где W₀ - фиксатор нулевого порядка.

Определяется интервал изменения Т_и:

, (4.10)

где Т_i - наибольшая постоянная времени объекта.

Для каждого Т_и из этого интервала проводится процедура подбора К_р:



Для применения алгоритма расчета настроек ПИД-регулятора вводится параметр , который задается заранее. Расчет проводится для нескольких значений б. Для каждого б определяется свое оптимальное значение и среди них выбирается наилучшее с учетом особенностей переходной характеристики.

Если годограф АФЧХ разомкнутой системы W_p (jщ) заходит в окружность, коэффициент передачи регулятора К_р нужно уменьшать, оставив постоянную интегрирования неизменной, если не касается окружности, то К_р нужно увеличивать до тех пор, пока АФЧХ не коснется окружности. Получившиеся значения Т_u и К_р отражены в таблице 4.1.

Передаточная функция разомкнутой системы рассчитывается по формуле(4.11):

(4.11)

Таблица 4.1 - Значения настроек ПИД-регулятора

Ти	б=0,1	б=0,2
	Кр	Кр/Ти	Кр	Кр/Ти
87	0,0325	0,000374	0,033	0,000379
****	****************	*******************	*******************	*******************
178	0,0945	0,000531	0,106	0,000596
179	0,095	0,000531	0,107	0,000598
180	0,096	0,000533	0,108	0,0006
181	0,0962	0,000531	0,109	0,000602
182	0,0965	0,00053	0,11	0,000604
183	0,0968	0,000529	0,1109	0,000606
184	0,0971	0,000528	0,1114	0,000605
Ти	б=0,1	б=0,2
	Кр	Кр/Ти	Кр	Кр/Ти
185	0,0975	0,000527	0,1118	0,000604
****	****************	*******************	*******************	*******************
267	0,126	0,000472	0,1286	0,000482

Для определения качества регулирования строим переходную характеристику замкнутой системы.

, (4.12)

На рисунках 4.1 и 4.2 показано влияние параметров б, у, t_p на переходный процесс.

Рисунок 4.1-Переходная характеристика замкнутой системы при б=0.1 у=0.76%, t_p=385с.

Рисунок 4.2-Переходная характеристика замкнутой системы при б=0.2 у=1.16%, t_p=350с.

Таким образом, оптимальными настройками ПИД-регулятора будут К_р=0,096, Т_и=180с и Т_д=36с.

4.2 Выбор ПИД - регулятора

В качестве ПИД - регулятора для данной системы применим измеритель ПИД - регулятор с дополнительным реле ТРМ10А - Х. АТ. Х..

Регулятор ОВЕН ТРМ10А предназначен для измерения входного параметра, импульсного или аналогового управления нагрузкой по пропорционально - интегрально - дифференциальному (ПИД) закону, а также для формирования дополнительного сигнала, который может быть использован для сигнализации о выходе параметра за установленные границы или для двухпозиционного регулирования.

Функциональные возможности прибора ОВЕН ТРМ10А:

-измерение температуры или другой физической величины (давления, влажности, расхода, уровня и т. п.) с помощью датчиков с унифицированным выходным сигналом тока 0(4)...20 мА, 0...5 мА или напряжения 0...1 В;

-ПИД - регулирование измеренной величины посредством передачи управляющего сигнала на регулирующий клапан;

-автонастройка ПИД-регулятора для конкретного объекта;

-дополнительное реле для сигнализации о выходе измеренного значения за установленные границы (или для двухпозиционного регулирования);

-регулирование мощности (например, для управления инфракрасной лампой) совместно с прибором ОВЕН БУСТ при использовании аналогового выхода 4...20 мА;

-возможность управления трехфазной нагрузкой;

-программирование кнопками на лицевой панели прибора;

-сохранение заданных параметров при отключении питания;

-защита параметров от несанкционированных изменений.[15]

Структурная схема САР предствлена на рисунке 4.1

5. Безопасность и экология проекта

5.1 Обеспечение безопасности

На Таманской базе сжиженных углеводородов основными взрыво- и пожароопасными, вредными и токсичными веществами, находящимися в производстве являются: пропан, бутан и природный газ.

При эксплуатации компрессорного оборудования, резервуаров, конденсаторов и другого оборудования на объектах в случаях создания аварийных ситуаций существует опасность разгерметизации аппаратуры и технологических систем с образованием взрывопожароопасных смесей.

Согласно ГОСТ 12.0.003-99 опасные и вредные производственные факторы ОВПФ делятся на физические, химические, биологические и психофизические (социальные). Для данного объекта характерно воздействие на работающих физических и психофизических факторов ОВПФ.

Физические факторы: недостаточная освещенность, повышенная или пониженная температура поверхностей, пониженная температура веществ (сжиженных газов), повышенная температура окружающей среды, повышенные уровни шума и вибрации, загазованность воздуха, действие солнечной радиации, высокая скорость ветра, высокая влажность (92%), взрывы, пожары. Психофизиологические факторы: физические перегрузки (статические и динамические) и нервно-психические перегрузки (умственное перенапряжение, перенапряжение анализаторов слуха, зрения и др.).

5.1.1 Характеристика условий труда

Автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора-технолога в операторной оборудовано:

-персональным компьютером, с помощью которого осуществляется контроль параметров технологического процесса и дистанционное управление

-двумя цветными мониторами размером не менее 20 дюймов с разрешением не менее 1600x1280 пикселей с высоким уровнем защиты операторов от электромагнитных излучений;

-универсальной клавиатурой и манипулятором курсора

-черно-белым принтером.

Таманская база СУГ расположена в Краснодарском крае. В летнее время температура воздуха достигает +40 оС. Высокая температура способствует повышению температуры внутри помещений. Этот фактор приводит к быстрому утомлению работающего персонала, может привести к перегреву, тепловому удару или профзаболеванию. Высокая относительная влажность 92% (отношение содержания водяных паров в 1 м3 воздуха к их максимально возможному содержанию в этом объеме) при высокой температуре воздуха способствует перегреву организма.

Для обеспечения оптимальных микроклиматических условий, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают сохранение нормального теплового состояния организма без напряжения механизмов терморегуляции, производственные помещения оснащены системами кондиционирования и вентиляции. Данные условия обеспечивают ощущения комфорта и создают предпосылки для высокого уровня работоспособности.

5.1.2 Санитарно-гигиенические условия труда

Основным технологическими помещениями, в которых приходится работать персоналу СУГ является операторная и компрессорная. Санитарно-гигиенические условия труда в помещениях представлены в таблице 5.1

Таблица 5.1 - Санитарно-гигиенические условия труда

Показатели	Операторная	Компрессорная
Объем помещения м3	75	144
Характеристика тяжести работы	Легкая	Средней тяжести
Температура, 0С (min)	+15	+5
Относительная влажность, % (max)	80	85
Показатели	Операторная	Компрессорная
Скорость движения воздуха, м/с	0.2	0.6
Тип системы вентиляции	Приточная	Вытяжная
Кратность воздухообмена, 1/ч: Общеобменной: Местной: Аварийной:	2 раз/ч	4 раз/ч 3 раз/ч 8 раз/ч
Система отопления, теплоноситель и его параметры.	Радиаторы Водяное Вода,95°С, 4кгс/см2	Радиаторы Водяное Вода,95°С, 4кгс/см2
Производственное освещение: Площадь помещения, м2: Площадь световых проемов, м2: Коэффициент естественного освещения:	25 6	36 9 60
Виды рабочего искусственного освещения: источник света: Освещенность, лк: Исполнение светильников: Мощность ламп Количество светильников:	Люминесцентные лампы 200 нормальное 40 Вт 4 шт.	Лампы накаливания 80 взрывозащищенное 150 Вт не менее 6 шт.
Аварийная освещенность: На путях эвакуации, лк, На рабочих местах, лк, Источники питания аварийного освещения	15 15 дизельная электростанция	50 50 дизельная электростанция
Показатели	Операторная	Компрессорная
Источники шума в помещении, нормируемые параметры	-	Компрессоры 90 дБ, 1000 Гц
Источники вибрации, Нормируемые параметры	-	Компрессоры 50 дБ, 70 Гц

5.1.3 Вредные вещества в воздухе рабочей зоны

В процессе эксплуатации базы сжиженных углеводородных газов выделяются различные вредные для здоровья людей компоненты. При вдыхании их или попадании в желудочно-кишечный тракт человека может произойти отравление организма. Для избегания вредного влияния концентраций паров и газов, во всех производственных помещениях и технологических площадках, эта концентрация не должна превышать технически обоснованных норм предельно допустимых концентраций в мг/м. При этих концентрациях в организме человека не происходит изменений даже при длительном воздействии вредных газов на организм человека. ПДК газов и паров в воздухе рабочей зоны приведены в таблице 5.2.

Причинами опасных концентраций в воздухе токсичных и вредных веществ (в т.ч. и взрывоопасных паров и газов) являются недостаточная герметизация оборудования, неисправность вентиляции, нарушение норм технологического режима процесса. Контроль над содержанием вредных веществ в воздухе рабочей зоны осуществляется приборами - газоанализаторами, установленными как на наружных площадках, так и внутри производственных помещений базы СУГ.

Таблица 5.2 - Санитарно допустимые нормы паров и газов в воздухе

Наименование вещества	Класс опасности по ГОСТ12.1.007-76	Удельный вес по воздуху	Пределы взрываемости, % объем	ПДК в воздухе рабочей зоны производственных помещений
			Нижний	Верхний
Пропан	4	1,5 6	1,5	9,5	300
Бутан	4	2,0 0	1,5	8,5	300

5.1.4 Освещенность

При работе с ЭВМ, как правило, применяют одностороннее естественное боковое освещение. Рабочие места операторов, работающих с дисплеями, располагают подальше от окон и таким образом, чтобы оконные проемы находились сбоку. Если экран дисплея обращен к оконному проему, необходимы специальные экранизирующие средства.

В нашем случае коэффициент естественного освещения равен 60%. Но одного естественного освещения в помещениях недостаточно, организуют совмещенное освещение. При этом дополнительное искусственное освещение применяют не только в темное, но и в светлое время суток.

Рекомендуемая освещенность для работы с экраном дисплея составляет 200 Лк, а при работе над документами - 400 Лк. Рекомендуемые яркости в поле зрения операторов должны лежать в пределах 1:5 - 1:10. Контрастность изображения знака не менее 0,8.

Расчет искусственного освещения можно осуществить с помощью коэффициента использования светового потока. Метод заключается в расчете равномерного освещения горизонтальных поверхностей при отсутствии крупных затеняющих предметов.

Помещение операторной имеет следующие размеры: длина -5м, ширина-5м, высота-3м. По формуле (5.1) определяю световой поток лампы (ламп) в светильнике F

где Е - нормируемая минимальная освещённость на рабочем месте, (согласно СНиП 23-05-95 принимается 200лк);

S - площадь производственного помещения;

К - коэффициент запаса светового потока, зависящий от степени загрязнения ламп (принимается К=1,5);

Z - коэффициент минимальной освещенности (принимается для люминесцентных ламп Z =1,1);

N - число светильников;

n - число ламп в светильнике;

Для определения коэффициента использования светового потока находится индекс помещения i по формуле (5.2).

где А и В - длина и ширина помещения, м;

h - высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, м.

По найденному индексу помещения определяю коэффициент использования светового потока =0,41.

Используя формулу (5.2) находим индекс помещения:

Коэффициенты отражения потолка и стены принимаем 70% и 30% соответственно. В соответствии с полученными значениями выбираем коэффициент использования светового потока (для светильников, снабженных люминесцентными лампами) %.

Выбираем тип люминесцентной лампы низкого давления:

- лампа ЛТБ-40, световой поток 2780 лм.

Для определения необходимого числа светильников, используем формулу.

Используя формулу (5.3) найдем количество светильников:

автоматизация сигнализатор контроллер интерфейс

Таким образом в помещении должно быть 4 светильника с 2 лампами мощностью 40 Вт каждая.

5.2 Электробезопасность и молниезащита

При движении диэлектрических жидкостей (жидкий газ) по трубам, трении о стенки сосудов и изменении уровня образуется статическое электричество. На металле труб накапливается статический заряд.

Для предотвращения воздействия статического электричества на рабочих принимается мера - заземление всех трубопроводов, то есть их преднамеренное соединение с заземляющим устройством.

В помещениях Таманского комплекса СУГ имеются следующие электроустановки:

-трансформаторные подстанции;

-распределительные устройства;

-электрощитовые;

-щиты управления в операторной.

Электрические установки представляют для человека потенциальную опасность, которая усугубляется тем, что органы человека не могут на расстоянии обнаружить наличие электрического напряжения на оборудовании. Много несчастных случаев происходит при обслуживании электроустановок, рассчитанных на напряжение от 220 до 380 В.

Согласно ПУЭ-98 (Правила устройства электроустановок) и Правилам защиты от статического электричества в производствах химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. Миннефтехимпром,1972 существует ряд мероприятий по предотвращению поражений электрическим током. Одним из основных защитных мероприятий является заземление какой-либо части электрической установки. Необходимо также, чтобы электроприборы и провода электрического тока были взрыво и пожаробезопасны. Во-избежании поражения электрическим током лица не электротехнического персонала обязаны соблюдать следующие правила безопасности:

- не прикасаться к открытым токоведущим частям электрооборудования;

-не работать на электрооборудовании с оголенными проводами;

-не производить самостоятельных исправлений или подключений электропроводки, смены перегоревших ламп, устранение неисправностей электропроводки и оборудования;

-работать только на надежно заземленном оборудовании;

-применять для защиты от воздействия электрического тока диэлектрические защитные средства.

Молниезащита - комплекс защитных устройств, предназначенный для обеспечения безопасности людей, сохранности сооружений, оборудования и материалов от возможности взрывов, загораний и разрушений, возникающих при воздействии молнии и других проявлений атмосферного электричества.

Молниезащита зданий, сооружений и наружных установок выпол¬нена в соответствии с РД34.21.122-87. Здания и сооружения, относящиеся ко II категории, защищены от прямых ударов молний, вторичных проявлений молнии и заноса высо¬ких потенциалов через наземные и подземные металлические коммуни¬кации.

Защита от прямых ударов молний осуществляется:

-установкой на зданиях и мачтах молниеотводов;

-использованием в качестве молниеприемника металлической кровли;

присоединение металлических корпусов к заземлителю;

-токоотводы, соединяющие молниеприемник с заземлителями, прокладываются не реже, чем через каждые 25м (а для емкостей - через 50м) по периметру здания, сооружения, и число их должно быть не менее двух.

-тросовые молниеотводы (тросы, соединяющие 2 мачты)

Для защиты от вторичных проявлений молнии:

-металлические корпуса всего оборудования и аппаратов должны быть присоединены к заземляющему устройству;

-трубопроводы и другие металлические конструкции в местах их взаимного сближения на расстоянии менее 10 см через каждые 30 м должны быть соединены перемычками;

-во фланцевых соединениях трубопроводов должна быть обеспечена нормальная затяжка не менее 4 болтов на каждый фланец.

Категории молниезащиты зданий, сооружений и установок приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 - Категории молниезащиты

Наименование зданий, сооружений, установок	Класс взрывоопасности ПУЭ-85	Категория молниезащиты по РД34.21.122-87
Парк бутана	В-1г	2
Парк пропана	В-1г	2
Железнодорожная эстакада	В-1г	2
Насосная сжиженных газов	В-1г	2
Компрессорная	В-1г	2
Факельная установка	В-1г	2
Блок оборудования	В-1г	2

5.3 Взрывопожаробезопасность

Таманская база СУГ относится к взрывопожароопасным объектам. Классификация объектов комплекса по взрывопожароопасности приведена в таблице 5.3.

Таблица 5.3 - Классификация сооружений по взрывопожароопасности и санитарной характеристике

Наименование сооружения	Степень огнестойкости по СНиП 2.01.02-85	Категория взрывопо-жарной и пожарной опасности по НПБ 105-95, НПБ 107-97	Класс взрыво-опасной зоны по ПУЭ	Категория и группа взрыво опасной смеси по ГОСТ Р 51330.9-99
Парк бутана	II	Ан	В-1г	IIA-T1
Парк пропана	II	Ан	В-1г	IIA-T2
Железнодорожная эстакада	II	Ан	В-1г	IIA-T2
Насосная сжиженных газов	II	Ан	В-1г	IIA-T2
Компрессорная	II	Ан	В-1г	IIA-T2
Факельная установка	II	Ан	В-1г	IIA-T2

По санитарным нормам в соответствии со СНиП 2.09.04-87 технологические процессы, производимые в комплексе, относятся к группе 1в и 2г.

В комплексе постоянно обращаются сжиженные углеводородные газы (СУГ) -бутан и пропан, находящиеся в жидкой и газообразной фазе.

Потенциально опасными по родам воздействия на обслуживающий персонал и технологическое оборудование комплекса являются следующие свойства обращающихся СУГ:

-взрывоопасность - пропан (2.3 - 9.5% объем.);

-пожароопасность;

-способность накапливать статическое электричество.

Наиболее опасными технологическими операциями, осуществляемыми при эксплуатации комплекса, являются:

-слив сжиженных пропана и бутана из ж/д цистерн, при котором возможны протечки продуктов из-за нарушения герметичности соединения приемных шлангов;

-откачка сжиженных пропана и бутана в нефтегавань на судно-газовоз, при которой также возможны протечки продуктов из-за нарушения герметичности соединения наливного устройства с приемными патрубками на судне-газовозе.

Основные физико-химические, взрывопожароопасные и токсические свойства газов и жидкостей, обращающихся в комплексе, приведены в таблице 5.4.

Таблица 5.4- Взрывопожароопасные и токсические свойства продуктов

Наименование продукта	Краткая характеристика веществ	Температура	Относительная плотность по воздуху паров, газов при 0°С и 760 мм. рт. ст.	Пределы взрываемости, % об..	ПДК в воздухе рабочей зоны, мг/м3
		Воспл.	Самовоспл.		Ниж.	Верх.
Пропан	СУГ	96	470	1,56	2,3	9,5	300 Класс опас сти 4
Бутан	СУГ	69	405	2.066	1,8	9,1	300 Класс опас сти 4
Газ природный	ГГ	-	537	0,6	4,5	13,5	Класс опас сти 4
Пар,конденсат водяного пара	Не взрывоопасен	Не токсичен

Категория взрывоопасное блоков базы СУГ в соответствии с "Общими правилами взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств" и радиусы зон разрушения, рассчитанные согласно ПБ 09-540-03 приведены в таблице 5.5.

Таблица 5.5- Категории взрывоопасное блоков и радиусы зон разрушения.

Наименований блоков	Значение относительного энергетического потенциала, Qb	Категория взрывоопасное™ блока	Радиус зоны разрушения, м. Ro
Парк бутана	105,7	I	141,9
Парк пропана	126,8	I	171,0
Конденсатор бутана со сборником бутана и насосом	41,2	I	55,45
Дренажная емкость бутана	56,5	I	76
Конденсатор пропана со сборником пропана и насосом	57	I	77
Дренажная емкость пропана	67,3	I	91,2
Насосная сжиженных газов	145	I	196
Сборник бутана	39,1	I	45,5
Сборник пропана	45,4	I	56,7
Компрессор бутана	17	III	22,9
Компрессор пропана	18,6	III	25

При согласовании с Госгортехнадзором настоящим проектом предусматриваются следующие мероприятия, позволяющие снизить вероятность возникновения наиболее опасных аварий до уровня, который позволит обеспечить уменьшение величины радиуса зоны разрушения :

-акустико-эмиссионный мониторинг состояния емкостей резервуарных парков бутана и пропана;

-акустико-эмиссионный мониторинг трубопроводов, перекачивающих сжиженные пропан и бутан в газовозы;

-автоматическое по показаниям анализаторов довзрывных концентраций включение водяной завесы по периметру резервуарных парков пропана и бутана;

-передвижная (на автомобиле) лаборатория, следящая за контролем возможной загазованности территории в местах обращения СУГ (парки, насосная, компрессорная, блок оборудования);

Противопожарная защита оборудования Таманской базы СУГ обеспечивается средствами пожарной сигнализации и аварийной связи, системой пожарного водоснабжения, стационарными, передвижными и первичными средствами пожаротушения.

Перечень стационарных и первичных средств пожаротушения приведен в таблице 5.6.

Таблица 5.6- Перечень стационарных и первичных средств пожаротушения

Наименование помещений и сооружений	Наименование первичных средств пожаротушения	Войлок, асбест, полотно или кошма	Стационарные системы пожаротушения
	Огнетушители пенные: химические, воздушно-пенные и жидкостные	Углекислотные огнетушители ручные ОУ-2, ОУ-5 ОУ-8	Порошковые ОП-100	Ящик с песком емкостью 0,5;0,1 и 3,0 м3 и лопата		Водопровод
						Внутренний	Лафетные установки
Парк бутана	-	-	1	1	1	Кольцо орош.	2
Парк пропана	-	-	1	1	1	Кольцо орош.	2
Компрессорная	2	2	2	1	2	-	-
Аппаратная площадка	4	-	2	2	4	-	-
Факельная установка	-	-	2	2	4	-	-
Блок оборудования	-	-	5	1	4	Кольцо орош.	-
Насосная сжиженных газов	-	-	4	4	1	-	-

В состав пожарной сигнализации и аварийной связи входит:

-автоматическая пожарная сигнализация в помещении маслохозяйства;

-ручные пожарные извещатели, установленные в компрессорной и насосной, на наружной установке;

-телефонная и громкоговорящая связь с операторной.

Пожарная сигнализация выведена в операторную и пожарное депо для вызова пожарной команды.

Для тушения пожара в компрессорной и насосной и на наружных установках принята система пожарного водоснабжения.

Для противопожарной защиты парков бутана и пропана предусматривается:

-по периметру ограждения парков устанавливаются извещатели электрической пожарной сигнализации;

-для противопожарной защиты парков предусмотрено водяное орошение емкостей и лафетные стволы;

-защита от нагрева и деформации во время пожара емкостей осуществляется путем охлаждения стенок емкостей водой, подаваемой с помощью стационарной установки водяного орошения, включаемой автоматически и дистанционно, а также имеющей дублирующий ручной пуск;

-оросительный трубопровод над емкостями выполнен в виде петли. Для равномерного орошения поверхности емкостей приняты дренчерные оросители с антикоррозионным покрытием;

-за обвалованием каждого парка предусмотрена установка двух лафетных стволов, предназначенных для тушения пожаров и охлаждения емкостей. Лафетные стволы установлены на лафетных вышках высотой 7,2 м;

-по периметру ограждения каждого парка проложен перфорированный трубопровод для создания водяной завесы, препятствующей распространению газового облака при аварии.

5.4 Чрезвычайные ситуации

Возможность возникновения экологически опасной аварийной ситуации на перевалочном комплексе связана, прежде всего, с потенциальной разгерметизацией технологического оборудования, что влечет за собой выброс опасного вещества (СУГ: пропана или бутана) и является аварией по определению закона "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" от 21.07.1997 г. № 116-ФЗ. Основными требованиями нормативной документации при разработке данного раздела являются анализ возможности возникновения аварийных ситуаций, частоты (вероятности) их возникновения, а также масштабов и последствий, что является элементами оценки риска. Следовательно, в данном случае целесообразно использовать методы и подходы, существующие в методологии анализа риска. Вероятность аварии, описываемая в терминах ожидаемой частоты реализации того или иного сценария её развития, объединенная с возможными последствиями от реализации данного сценария, дает величину риска - математического ожидания потерь.

Для обеспечения безопасной эксплуатации и соответствующих санитарных норм проектом приняты следующие решения:

-технологические аппараты, оборудование и электроприводная трубопроводная арматура приняты во взрывобезопасном исполнении; контроль и автоматическое регулирование осуществляется системами приборов, рассчитанными для работы во взрывоопасной среде;

-для безопасной работы должна быть обеспечена максимальная герметизация всего оборудования и коммуникаций;

-в соответствии с технологией и требованиями обеспечения безопасности комплекс разделен на технологические блоки, оснащенные средствами отключения аварийных блоков от смежных с ними и локализации аварии;

-для определения довзрывных концентраций газов предусмотрена установка системы газоанализаторов с выносом световой и звуковой сигнализации в операторную;

-для защиты технологического оборудования и трубопроводов от превышения давления устанавливаются предклапаны со сбросом газообразных продуктов в факельную систему;

-технологической схемой и технологическим режимом исключены постоянные сбросы токсичных веществ в окружающую среду. Аварийный сброс пропана и бутана от предклапанов емкостей хранения производится в факельную систему, продувки оборудования азотом производятся на свечу;

-выполнена молниезащита объектов комплекса;

-во-избежании образования и накопления статического электричества скорости движения жидкостей по трубопроводам приняты не превышающими допустимые;

-емкости парков хранения продуктов расположены на площадке с отбортовкой, обеспечивающей удержание аварийного разлива емкостей;

-отбор проб из аппаратов, находящихся под давлением, производится через стационарные пробоотборники;

-для безопасного проведения ремонта аппаратуры, оборудования и коммуникаций к ним подводится азот для предварительной продувки;

-перед пуском из системы предусматривается удаление воздуха, а перед ремонтом должны быть удалены остатки продуктов. После освобождения аппаратуры, оборудования и коммуникаций от остатков продуктов предусмотрена их тщательная продувка азотом со сбросом продувочных газов на свечу.

5.5 Экологичность проекта

Высокая потенциальная опасность СУГ состоит в том, что они легко переходят в газовую фазу, которая при смешении с воздухом образует взрывоопасные смеси. Типовой сценарий аварии (без учета воспламенения газов, возможного на каждой из стадий развития аварии) выглядит следующим образом:

а) Разрушение (полное или частичное) ёмкостного оборудования с СУГ:

б) Струйное истечение СУГ;

в) Вскипание перегретой жидкости и образование из неё охлажденных до температуры кипения газовой фазы и аэрозольных капель разлив жидкой фазы на подстилающую поверхность;

г) Растекание, кипение и испарение жидкой фазы на подстилающей поверхности; интенсивное смешение с воздухом;

д) Рассеяние газокапельного облака СУГ(первичное и вторичное облако).

е) Вследствие теплопередачи от подстилающей поверхности, либо от воды из акватории разлива, объем СУГ достаточно быстро переходит в парообразное состояние.

Параметры риска максимальных разливов представлены в таблице 8.2.

Таблица 8.2- Параметры риска максимальных разливов

Наименование объекта	Параметры риска максимальных разливов
	Объём, м3	Масса, т пропан/бутан	Площадь, м2	Экологический ущерб, тыс. руб
Ж/д эстакада (вагоны - цистерны)	61,6	32,5-37,0	1350	3,12-3,55
Резервуары хранения	600	317-360	3600	30,43-34,56
Трубопроводы налива: -береговой участок -участок морской эстакады	493 86,9	260-296 45,9-52,3	8580 1830	24,96-28,42 4,41-5,02

Расчеты по определению глубины зон возможного химического поражения были выполнены специалистами ОАО "Ленморниипроект" в разделе ОВОС ТЭО "Таманская База СУГ" в соответствии с РД 52.04.253-90.

Расчеты показали, что наиболее опасными являются разрушения резервуаров хранения (объем одного резервуара составляет 600 м3). Время испарения жидкого бутана из обвалования составляет 2,4 ч, жидкого пропана - 0,37 ч.

Зона возможного химического заражения бутаном составляет 1,8 км. Глубина зоны возможного химического заражения пропаном составляет 3,7 км. На таком удалении от места аварии могут наблюдаться пороговые (минимальные) реакции организма на действие вредного вещества.

Таким образом, глубина зоны возможного химического заражения при аварии на Таманской базе СУГ составляет 3,7 км, что возможно в случае выхода в окружающую среду 317 т пропана из резервуара емкостью 600 м.

Для предотвращения загрязнения атмосферы предпринимаются меры, описанные в подразделе 5.4- чрезвычайные ситуации.

5.6 Выводы

Из проведенного анализа и расчетов можно сделать вывод, что при соблюдении указанных в документации правил техники безопасности, база СУГ является достаточно безопасным объектом для жизнедеятельности человека и для окружающей среды.

Введение разработанной системы автоматизации технологического процесса позволяет уменьшить вероятность возникновения ЧС и ЧП, также сводит к минимуму возможные ошибки операторов и обслуживающего персонала. Рабочие имеют возможность контролировать процесс из операторной, не соприкасаясь с вредными веществами.

Данный проект считается экологически-безопасным. В целях охраны и предупреждения загрязнения почвы и воздуха принимаются меры по защите оборудования от разгерметизации, постоянный контроль параметров процесса и срабатывание сигнализации в случае чрезвычайной ситуации.[1],[4].

6. Оценка экономической эффективности проекта

6.1 Характеристика объекта исследования

В качестве автоматизированной системы управления применена система фирмы Rockwell Automation. Гибкие возможности в проектировании и обслуживании данной системы, её открытость позволяют найти эффективные и экономичные решения, удовлетворяющие требованиям заказчика. Благодаря этим особенностям, комплекс Rockwell Software является уникальным на рынке систем управления технологическими процессами. Внедрение данной АСУ ТП позволяет сократить экономические издержки, связанные с эксплуатацией объекта.

6.2 Методика расчета экономических показателей проектируемой системы

В процессе автоматизации Таманской базы сжиженных углеводородов важен расчет экономической эффективности внедрения АСУ. Этот расчет предполагает сопоставление результатов автоматизации и затрат на неё. Для обоснования эффективности капитальных вложений широко используется метод дисконтирования.

Метод дисконтирования или чистой текущей стоимости базируется на дисконтных вычислениях по приведению доходов и расходов, связанных с реализацией системы, к некоторому моменту времени (к расчетному году). Экономическая эффективность определяется с помощью расчета следующих показателей:

а) чистый дисконтированный доход НЧДД;

б) внутренняя норма доходности;

в) срок окупаемости капитальных вложений;

г) рентабельность проекта (окупаемость).

В качестве базового момента приведения разновременных доходов и расходов принимаем дату начала реализации проекта.

Чистый дисконтированный доход рассчитывается по формуле (6.1):

ЧДД = ЧД_{t t} (6.1)

где ЧД_t - чистый доход в году t, тыс.р.;

_t - коэффициент дисконтирования (приведения), доли ед.;

t_н, t_к - соответственно начальный и конечный годы расчетного периода.

Проект считается прибыльным и его следует ...