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 настоящее время одной из важных задач современного общества
является задача автоматизации технологических процессов путем разработки
и внедрения автоматизированных систем управления технологическими
процессами.
Опыт показывает, что внедрение АСУ ТП дает значительный технико-
экономический эффект за счет оптимизации и интенсификации технологиче-
ских процессов.
Автоматизация освобождает человека от необходимости
непосредственного управления механизмами. В автоматизированном процессе
производства роль человека сводится к наладке, регулировке, обслуживании
средств автоматизации и наблюдению за их действием.
Автоматизация производства, при нынешнем состоянии
экономического, социального и научно-технического развития, должна
осуществляться на новой совершенной технической базе, включающей
широкое применение вычислительной техники.
Своевременность интеграционных процессов на предприятии
обусловлена такими факторами как:
a) повышение эффективности производства возможно только на
основе объективной картины технических и технологических параметров;
b) существующие информационные и организационные барьеры
между управленческими и технологическими уровнями предприятия приводят
к блокированию важной для анализа деятельности предприятия информации,
а также резко снижают оперативность принятия управленческих решений;
c) рынок средств и систем автоматизации предлагает все
необходимые компоненты для осуществления комплексной интеграции, т.е.
для построения интегрированной автоматизированной системы управления.
Целью данной магистерской диссертации является исследование
деградации СПАЗ на защищенность от аварий линейных участков
газораспределительных систем, обеспечивающее улучшение качества работы
системы управления и, как следствие, большую экономическую
эффективность из-за устранения проблемных мест в работе станции.
Автоматизация системы управления ГРС предполагает внедрение
противоаварийной защиты для узла редуцирования газа.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
a) провести обновление инструментальной части узла редуцирования
газа;
b) выполнить расчеты PFD для ремонтнопригодных систем с целью
оценки эксплуатационной пригодности СПАЗ в условиях возможной
деградации избыточности полевого инструментария.
Актуальность данной магистерской диссертации является
использование современных контроллеров, обладающих новым уровнем
безопасности в СПАЗ при условиях деградации технического состояния.
Выпускная работа содержит рекомендации для ГРС-1 Кемеровского
ЛПУМГ, ООО “Газпром трансгаз Томск”.
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.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (285 отзывов)
4.6 (30 отзывов)
5 (21 отзыв)
4.8 (2878 отзывов)
4.8 (13 отзывов)
4.8 (211 отзывов)
4.8 (37 отзывов)
4.6 (30 отзывов)
4.9 (826 отзывов)
