Противоаварийная защита газовых распределительных станций

В данной работе разрабатывается и исследуется анализ процесса деградации системы противоаварийной защиты ГРС Кемеровского ЛПУМГ с использованием критериев Маркова. Проведен анализ промышленных логических контроллеров, обеспечивающих отказобезопасность с тройным модульным резервированием, а также проведено моделирование архитектур и расчет средней вероятности отказа по запросу. Разработана функциональная схема автоматизации, а также схема информационных потоков.

Термины и определения …………………………………………………………………………….. 16
Введение ……………………………………………………………………………………………………. 18
1 Обзор существующих решений …………………………………………………………….. 20
2 Описание технологического процесса ГРС …………………………………………… 22
3 Выбор оборудования ……………………………………………………………………………. 23
3.1 Контроллерное оборудование …………………………………………………………. 23
3.2 Датчик давления …………………………………………………………………………….. 28
3.3 Регулирующий клапан ……………………………………………………………………. 30
4 Схема информационных потоков системы противоаварийной защиты
ГРС ……………………………………………………………………………………………………………. 32
5 Исследование системы противоаварийной защиты с использованием
Марковских процессов ………………………………………………………………………………. 35
5.1 Основные задачи исследования ………………………………………………………. 35
5.2 Введение в системы противоаварийной защиты ……………………………… 35
5.3 Роль и место систем ПАЗ в средствах автоматизации объектов
нефтегазового производства ……………………………………………………………………. 39
6 Обзор метода анализа надежности, использующей основные теоремы
теории вероятностей случайных событий …………………………………………………… 42
6.1 Анализ надежности последовательно-параллельных
невосстанавливаемых систем ………………………………………………………………….. 42
7 Динамические модели надежности ……………………………………………………….. 49
7.1 Марковские случайные процессы ……………………………………………………. 49
8 Анализ процесса деградации системы противоаварийной защиты ГРС с
использованием критериев Маркова …………………………………………………………… 51
8.1 Моделирование архитектуры 2oo3D и расчет PFD контроллера
Triconex Tricon ………………………………………………………………………………………… 54
8.2 Расчет безопасности контроллера Tricon, деградировавшего до уровня
2оо2D ……………………………………………………………………………………………………… 66
8.3 Расчет безопасности контроллера Tricon, деградировавшего до уровня
1оо1D ……………………………………………………………………………………………………… 72
9 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение . 78
9.1 Планирование научно-исследовательских работ ……………………………… 78
9.2 Продолжительность этапов работ……………………………………………………. 79
9.3 Расчет сметы затрат на выполнение проекта……………………………………. 86
9.3.1 Расчет затрат на материалы……………………………………………………….. 86
9.3.2 Расчет заработной платы …………………………………………………………… 87
9.3.3 Расчет затрат на социальный налог ……………………………………………. 88
9.3.4 Расчет затрат на электроэнергию ………………………………………………. 88
9.3.5 Расчет амортизационных расходов ……………………………………………. 89
9.3.6 Расчет расходов, учитываемых непосредственно на основе
платежных документов ………………………………………………………………………… 90
9.3.7 Расчет прочих расходов …………………………………………………………….. 91
9.3.8 Расчет общей себестоимости разработки …………………………………… 91
9.3.9 Расчет прибыли ………………………………………………………………………… 91
9.3.10 Расчет НДС ………………………………………………………………………………. 92
9.3.11 Цена разработки магистерской диссертации ……………………………… 92
9.3.12 Определение срока окупаемости инвестиций (РР –
payback period) ……………………………………………………………………………………… 92
9.4 Выводы по разделу …………………………………………………………………………. 92
10 Социальная ответственность ……………………………………………………………… 94
10.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ….. 95
10.1.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства ………. 95
10.1.2 Эргономические требования к рабочему месту ………………………….. 95
10.2 Анализ опасных и вредных производственных факторов ………………… 96
10.2.1 Отклонение показателей микроклимата …………………………………….. 97
10.2.2 Недостаточная освещенность рабочей зоны ………………………………. 99
10.2.3 Превышение уровня шума ………………………………………………………. 102
10.2.4 Электромагнитное и электростатическое излучении ………………… 102
10.3 Экологическая безопасность …………………………………………………………. 104
10.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………. 105
10.5 Вывод по разделу «Социальная ответственность» …………………………. 107
Заключение ……………………………………………………………………………………………… 108
Список литературы ………………………………………………………………………………….. 109
Приложение А Технологическая схема ГРС-1 ………………………………………….. 113
Приложение Б Схема информационных потоков ………………………………………. 115
Приложение В Architecture modeling and calculation of the triconex Tricon PFD
controller ………………………………………………………………………………………………….. 117
Термины и определения

В данной работе применены следующие термины с соответствующими
определениями:
SCADA (англ. Supervisory Control And Data Acquisition):
инструментальная программа для разработки программного обеспечения
систем управления технологическими процессами в реальном времени и сбора
данных.
Автоматизированная система управления технологическим
процессом (АСУ ТП): автоматизированная система управления
технологическим процессом – комплекс программных и технических средств,
предназначенный для автоматизации управления технологическим
оборудованием на предприятиях. Под АСУ ТП обычно понимается
комплексное решение, обеспечивающее автоматизацию основных
технологических операций на производстве в целом или каком-то его участке,
выпускающем относительно завершенный продукт.
Автоматизированное рабочее место (АРМ): программно-
технический комплекс, предназначенный для автоматизации деятельности
определенного вида. При разработке АРМ для управления технологическим
оборудованием, как правило, используют SCADA-системы.
Программируемый логический контроллер (ПЛК):
специализированное компьютеризированное устройство, используемое для
автоматизации технологических процессов. В отличие от компьютеров общего
назначения, ПЛК имеют развитые устройства ввода-вывода сигналов датчиков
и исполнительных механизмов, приспособлены для длительной работы без
серьезного обслуживания, а также для работы в неблагоприятных условиях
окружающей среды. ПЛК являются устройствами реального времени.
Распределенная система управления (РСУ): система управления
технологическим процессом, характеризующаяся построением
распределённой системы ввода вывода и децентрализацией обработки данных.
Система противоаварийной защиты (СПАЗ): система
противоаварийной защиты оборудования, персонала, и окружающей среды
при отказах программно-технических средств, технологического
оборудования, либо ошибочных действиях персонала, базирующаяся на
средствах и элементах КИПиА, вычислительной техники и управляемых ими
исполнительных устройствах.
Технологический процесс (ТП): последовательность технологических
операций, необходимых для выполнения определенного вида работ.
Технологический процесс состоит из рабочих операций, которые в свою
очередь складываются из рабочих движений (приемов).

В ходе выполнения магистерской диссертации был проведен анализ
процесса деградации системы противоаварийной защиты ГРС с
использованием критериев Маркова. В качестве перспективного направления
было выбрано исследование применения промышленных логических
контроллеров с тройным модульным резервированием на
газораспределительной станции Кемеровского ЛПУМГ.
В данном исследовании был проведен выбор современного
логического контроллера. Выбор сделан в пользу контроллера Schneider
Electric Triconex Tricon, который является лидером на мировом рынке.
Контроллеры Tricon являются современными программируемыми
логическими контроллерами, обеспечивающими отказобезопасность с
помощью архитектуры с тройным модульным резервированием.
Также было выполнено моделирование архитектуры 2oo3D и расчет
PFDavg контроллера Triconex Tricon с использованием модели Маркова, а
также расчеты безопасности контроллера, деградировавшего до уровней
2оо2D и 1оо1D.
В результате внедрения системы противоаварийной защиты на
газораспределительную станцию №1 Кемеровского ЛПУМГ будет
обеспечена бесперебойная подача газа без повышения/понижения давления,
что крайне важно для завода «Азот», так как технологическое оборудование,
используемое на заводе, должно непрерывно находиться в работоспособном
состоянии. Из чего можно сделать вывод, что данная система, уменьшит
количество сбоев технологического оборудования и число аварий на
производстве. Следовательно, уменьшит и расходы на восстановление
оборудования и ликвидацию аварий.