Автоматизированная система производственного экоконтроллинга для компрессорной станции Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 621.3

М.Г. Вертлиб1, e-mail: [email protected]; Р.А. Гареев1, e-mail: [email protected]

1 ООО «Газпром трансгаз Казань» (Казань, Россия).

Автоматизированная система производственного экоконтроллинга для компрессорной станции

В статье представлена автоматизированная система контроля промышленных выбросов, внедренная на компрессорной станции «Арская» Шеморданского линейного производственного управления магистральных газопроводов. Данная система входит в состав системы управления природоохранной деятельностью ООО «Газпром трансгаз Казань» и предназначена для автоматического сбора, накопления, хранения и представления данных о параметрах выбросов организованных источников в круглосуточном режиме.

Автоматизированная система контроля промышленных выбросов обеспечивает непрерывный контроль в уходящем газе агрегатов компрессорных станций концентрации оксида азота (NO), диоксида азота (NO2), оксида углерода (CO), кислорода (O2).

Кроме того, в статье рассмотрен принцип действия стационарных газоанализаторов ДАГ-510 (модификации ГС), установленных на объектах Шеморданского линейного производственного управления магистральных газопроводов комплектно с блоком подготовки пробы (БПП-510). Блок подготовки пробы обеспечивает электропитание, подготовку пробы отходящих газов топливосжигающих установок, после чего газ поступает в газоанализатор. Газоанализатор с помощью комплекта датчиков измеряет содержание кислорода, оксида углерода, оксида азота, диоксида азота, диоксида серы и сероводорода, температуру газового потока и окружающей среды. Опыт внедрения автоматизированной системы контроля промышленных выбросов свидетельствует о том, что система повышает эффективность работы природоохранной службы производственного предприятия за счет экономии временных, финансовых и интеллектуальных ресурсов.

Ключевые слова: автоматизированная система контроля, промышленный выброс, окружающая среда, экологическая политика, экоконтроллинг.

M.G. Vertlib1, e-mail: [email protected]; R.A. Gareev1, e-mail: [email protected]

1 Gazprom transgaz Kazan LLC (Kazan, Russia).

Automated System of Industrial Ecological Controlling for Compressor Station

The article presents the automated control system of industrial emissions implemented at the Arskaya compressor station in the Shemordanskoe local operations and maintenance department for main gas pipelines. This system is a part of environmental management system of Gazprom transgaz Kazan LLC. It is designed for automated collection, accumulation, storage and data representation of parameters of organized sources emissions round the clock. The automated control system of industrial emissions provides the continuous control of the nitrogen oxide (NO), nitrogen dioxide (NO2), carbon monoxide (CO), and oxygen (O2) concentrations in the transported gas of compressor stations. In addition, the article describes the operation principle of a stationary gas analyzers DAG-510 (model GS) installed along with the sample preparation unit (BPP-510) in the Shemordanskoe local operations and maintenance department for main gas pipelines. The sample preparation unit provides electric power supply and the sample preparation of wast gases from combustion appliances, after that the gas flow into the gas analyzer. Using the sensor kit, the gas analyzer measures the contents of O2, CO, NO, NO2,sulfur dioxide (SO2) and hydrogen sulfide (H2S), and the temperature of gas stream and environment.

The implementation experience of automated control system of industrial emissions shows that the system improves an industrial enterprise environmental service by saving time, financial and intellectual resources.

Keywords: automated control system, industrial emissions, environment, environmental policy, eco-controlling.

Неотъемлемыми элементами системы управления природоохранной деятельностью ООО «Газпром трансгаз Татарстан» являются постоянно действующие механизмы,обеспечивающие выполнение обязательств Экологической политики ПАО «Газпром», а также собственной Экологической политики Общества, в том числе соблюдение всех норм, установленных законодательством Российской Федерации и международными правовыми актами в области охраны окружающей среды.

В соответствии с Экологической политикой ООО «Газпром трансгаз Казань» основным принципом деятельности Общества является устойчивое развитие, под которым понимается динамичная эксплуатационная деятельность по всем направлениям при максимально рациональном использовании природных ресурсов и сохранении благоприятной окружающей среды для будущих поколений.

Согласно этому принципу в ООО «Газпром трансгаз Казань» выполняются научно-исследовательские работы в области экологии. В частности, был проведен системный анализ современных математических моделей и алгоритмов как набора компьютерных инструментальных средств поддержки принятия решений по экономико-экологической и организационно-структурной оптимизации сложных цепей поставок (ЦП) природного газа и систем газоснабжения (СГС). Обоснована возможность применения в целях существенного сокращения вычислительных затрат упрощенных математических моделей сложных СГС и ЦП нефтегазохи-мического комплекса с использованием смешанного целочисленного линейного программирования [1].

Выполнен анализ экологических рисков в районе газопроводных систем. Предложено уравнение для моделирования атмосферного переноса аварийных облаков в условиях неопределенной информации. Дано определение экологического риска и приведены расчетные формулы для оценки экологического риска [2].

Кроме того, предложен теоретико-экспериментальный метод для решения задачи применения той или иной математической модели при моделировании процессов рассеяния загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы в целях уменьшения погрешности получаемых результатов и правильного применения методов математического моделирования для конкретных условий заданной территории промышленно развитого региона. Метод основан на интегральной оценке рассогласования полученных значений концентраций экспериментальным путем (с помощью замеров) и путем моделирования процессов, происходящих в атмосфере. Предложенные метод и алгоритм его реализации позволяют принимать эффективные меры по нормированию выбросов промышленных предприятий на территории региона и сформировать подсистему принятия управленческих решений в области охраны атмосферного воздуха [3].

Изучаются вопросы применения географических информационных систем (ГИС) объектов транспорта газа и сетей газораспределения ООО «Газпром трансгаз Казань», разработаны перспективные технологии по совершенствованию применения ГИС-проектов в деятельности Общества [4]. Создана автоматизированная система расчета рассеивания выбросов вредных веществ в атмосфере, предназначенная

для оценки влияния вредных выбросов проектируемых и действующих (реконструируемых) предприятий на загрязнение приземного слоя атмосферы, включая аварии при разрыве газопроводов [5].

Внедренные информационно-измерительные и управляющие системы применительно к территориально распределенным станциям катодной защиты, а также информационно-измерительная система управления газораспределительными пунктами и крановыми узлами повысили надежность работы систем газоснабжения [6].

Изучался вопрос анализа техногенной экологической катастрофы в районе газопровода с помощью спутниковых снимков [7].

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЭКОКОНТРОЛЛИНГА С ПОМОЩЬЮ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ

К числу наиболее важных инструментов обеспечения экологической безопасности на предприятии, соблюдения природоохранных требований при осуществлении хозяйственной и иной деятельности относится экологический мониторинг, в рамках которого проводится производственный экоконтроллинг (ПЭК). Одним из важнейших направлений ПЭКлюбого газотранспортного общества являются производственный контроль на источниках выбросов загрязняющих веществ, а также контроль состояния атмосферного воздуха. В целях совершенствования экоконт-роллинга в ООО «Газпром трансгаз Казань» была разработана система обеспечения безопасности в тепловых установках и установках газомоторного

Ссылка для цитирования (for citation):

Вертлиб М.Г., Гареев Р.А. Автоматизированная система производственного экоконтроллинга для компрессорной станции // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2017. № 12. С. 16-21.

VertLib M.G., Gareev R.A. Automated System of Industrial Ecological Controlling for Compressor Station (In Russ.). Territorija «NEFTEGAS» = Oil and Gas Territory, 2017, No. 12, P. 16-21.

Диапазоны и погрешности измерений отходящего газа Ranges and measurement accuracies of the tail gas

Определяемый компонент Analyte Диапазон измерений Measurement range Предел допускаемой основной абсолютной погрешности Basic absolute accuracy limit Предел основной относительной погрешности Basic relative accuracy limit

Оксид азота Nitrogen oxide 0-100 ррт ±2 рр1Т1 в диапазоне 0-10 рр1Т1 ±2 рр1г within the range 0-10 рр1г ±20 % в диапазоне 10-100 рр1г ±20 % within the range 10-100 рргг

Диоксид азота Nitrogen dioxide 0-30 ррт ±0,6 рр1г в диапазоне 0-3 рр1г ±0,6 рр1г within the range 0-3 рр1г ±20 % в диапазоне 3-30 рр1г ±20 % within the range 3-30 рр1г

Оксид углерода Carbonic oxide 0-300 ррт ±5 рр1г в диапазоне 0-50 рр1г ±5 рр1г within the range 0-50 рр1г ±10 % в диапазоне 50-300 рр1г ±10 % within the range 50-300 рргг

Кислород Oxygen 0-30 % ±5 % -

Температура газа Gas temperature 0-600 °С - ±0,5 %

топлива в автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях, включающая три основных направления деятельности:

• наблюдение за параметрами состояния объекта и окружающей среды;

• оценку фактического состояния объекта и окружающей среды;

• прогноз дальнейшей работы объекта и состояния окружающей среды и оценку прогнозируемого состояния [8]. Для обеспечения непрерывного круглосуточного контроля состава и количества загрязняющих веществ в выбросах устанавливаются автоматизированные системы контроля промышленных выбросов (АСКПВ) [9-11]. АСКПВ входят в состав системы управления природоохранной деятельностью ООО «Газпром трансгаз Казань» и предназначены для автоматического сбора, накопления, хранения и представления данных о параметрах выбросов организованных источников в круглосуточном режиме.

АСКПВ обеспечивает в автоматическом режиме непрерывный контроль в уходящем газе агрегатов компрессорных станций концентрации оксида азота (N0), диоксида азота (N0.,), оксида углерода (С0), кислорода (02) (таблица).

Автоматизированная система контроля промышленных выбросов образована тремя подсистемами контроля (АСКПВ1, АСКПВ2, АСКПВ3) и автоматизированным рабочим местом (АРМ) оператора (рис. 1). Подсистемы контроля обеспечивают контроль выбросов 1-3 газоперекачивающих агрегатов.

В состав каждой подсистемы АСКПВ входят (рис. 2):

• газосборные зонды с термодатчиками;

• магистрали транспортировки пробы газа, включающие трубопроводы, выполненные из нержавеющей стали, муфты переходные и трубопроводы, выполненные из фторопласта с датчиками температуры;

• кабели сигнальные термопарные;

• шкаф приборный;

• переключатель газовый;

• блок осушки пробы;

• комплекс газоаналитический;

• блок электромонтажный.

Процесс непрерывного контроля выбросов подсистемы АСКПВ включает в себя следующие этапы:

• автоматический отбор пробы из газохода;

• транспортировка пробы и подготовка пробы к анализу;

• автоматическое измерение концентраций N0, N0., СО, 02;

• автоматическое измерение температуры газа;

• передача данных измерений на рабочую станцию АРМ оператора.

Сбор информации, поступающей из измерительных приборов, обеспечивает

КЦ «Уренгой-Центр 1» Compressor yard Urengoy-Tsentr 1

КЦ «Уренгой-Центр» Compressor yard Urengoy-Tsentr

Н"ПА 1

ГПА 2

ГПА 3

ГПА 4

ГПА 5

ГПА 6

И Г

ГПА 2

J

Рис. 1. Структурная схема автоматизированной системы контроля промышленных выбросов Fig. 1. Block scheme of the automated control system for industrial emissions

rnA 1

Gas compressor unit 2 er

rnA 2 «Э £

Gas

compressor unit 2 Ü J u ii cO

X О J is,

rnA 3 ° z CD z

Gas

compressor unit 2

Устройство газоотборное Gas-sampLing probe

_q Шкаф приборный

Equipment cabinet

q Бокс электромонтажный ELectric-instaLLation box

Кабель питания Power supply cable

Лаборатория Laboratory

Эл. щитовая 200 В, 50 Гц, ЭкВт Electric switchboard 220 V, 50 Hz, 3 kW

Рис. 2. Структура подсистемы автоматизированной системы контроля промышленных выбросов Fig. 2. Structure of the subsystem of the automated control system for industrial emissions

рабочая станция АРМ оператора, предназначенная для решения задач сбора, накопления,обработки и визуализации информации (на экране монитора). Рабочая станция обеспечивает:

• сбор информации;

• накопление и архивирование данных измерений;

• обеспечение доступа к архивной информации;

• отображение информации и результатов ее анализа в удобной для восприятия форме с возможностью выбора информации как по дате и времени, так и по перечню измеряемых параметров(просмотр базы данных и представление данных на интересующий период возможны в графическом и табличном виде);

• управление работой АСКПВ. Измерения подсистемой АСКПВ производятся циклически. Газоаналитический комплекс размещается в приборном шкафу (рис. 3) и состоит из измерительных приборов, обеспечивающих непрерывный контроль загрязняющих веществ в уходящем газе.

Результаты измерений представляются в табличном виде, отображаемом на мониторе АРМ оператора. АСКПВ обеспечивает сотрудников и руководство ЛПУМГ своевременной и достоверной информацией о соблюдении установленных нормативов выбросов от источников ГПА. Созданная

система автоматического контроля выбросов повышает эффективность работы природоохранной службы подразделения за счет экономии временных, финансовых,интеллектуальных ресурсов в результате оперативного централизованного сбора, хранения и поддержания в актуальном состоянии всей необходимой информации, обеспечения быстрого тематического поиска данных, их автоматической обработки и формирования отчетных документов. Это подтверждено результатами рабо-

ты АСКПВ на компрессорной станции «Арская» Шеморданского линейного производственного управления магистральных газопроводов (ЛПУМГ).

КОНТРОЛЬ ВЫБРОСОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГАЗОАНАЛИЗАТОРОВ ДАГ-510 В КОМПЛЕКТЕ С БЛОКОМ ПОДГОТОВКИ ПРОБЫ БПП-510

Помимо АСКПВ с заменой трех газоперекачивающих агрегатов ГПА 25/76 на ГПА-Ц-25НК-Р.С газопровода «Ямбург - Западная граница» на объ-

Переключатель газовый Gas switch

Газоанализаторы OLCT S Gas analyzers OLCT SO

Измеритель температуры Thermometer

Побудитель расхода FLow (consumption) booster

Источник бесперебойного питания

Uninterruptible power supply

Блок осушки и подготовки пробы (холодильник термоэлектрический ЕТ-102)

Sample preparation and drying unit (thermoelectric cooler ET-102)

Рис. 3. Общий вид приборного шкафа c установленным оборудованием Fig. 3. General view of the instrument cabinet with installed equipment

АВТОМАТИЗАЦИЯ

ектах Шеморданского ЛПУМГ на сегодняшний день установлены и работают стационарные газоанализаторы ДАГ-510 (модификации ГС) комплектно с блоком подготовки пробы (БПП-510). Блок подготовки пробы БПП-510 предназначен для работы в стационарных условиях совместно с газоанализатором ДАГ-510. Блок подготовки пробы обеспечивает электропитание, подготовку пробы отходящих газов топливосжи-гающих установок для последующего измерения газоанализатором состава газа и установку «нуля» газоанализатора ДАГ-510.

Принцип действия газоанализаторов основан на применении комплекта электрохимических измерительных датчиков - для измерения содержания 02, С0, N0, N0., диоксида серы @02) и сероводорода (Н^), инфракрасного оптического датчика для измерения содержания углеводородов, термоэлектрического преобразователя для измерения температуры газового потока, полупроводниковых датчиков - для измерения температуры окружающей среды.

Газоанализатор ДАГ-510 (модификации ГС) измеряет концентрацию 02, С0,

N0, С02, N0., температуру газового потока и окружающей среды. Таким образом, система производственного автоматизированного контроля промышленных выбросов ООО «Газпром трансгаз Казань» на основе представленных измерительных средств и систем является важным инструментом получения точных данных о промышленных выбросах, их обработки и представления информации, в том числе для принятия решений в части тактики и стратегии развития предприятия с учетом воздействия на состояние окружающей среды.

I

Литература:

1. Мешалкин В.П., Дови' М.-С., Ходченко С.М. и др. Оптимизация энергоресурсоэффективности и экологической безопасности систем газоснабжения // Датчики и системы. 2017. № 4 (213). С. 3-15.

2. Гимранов Р.К., Бутусов О.Б., Мешалкин В.П. и др. Компьютерный анализ экологических рисков газопроводных систем // Изв. вузов. Сер.: Химия и химическая технология. 2015. Т. 58. № 3. С. 87-90.

3. Кантюков Р.А., Мешалкин В.П., Панарин В.М. и др. Теоретико-экспериментальный метод оценки параметров территориального загрязнения атмосферы объектами химической промышленности // Химическая промышленность сегодня. 2016. № 10. С. 52-56.

4. Кантюков Р.Р., Тахавиев М.С., Романов С.В. Совершенствование работы с инфраструктурой объектов транспорта газа и газораспределения с помощью ГИС // Газовая промышленность. 2015. № 9 (727). С. 40-41.

5. Кантюков Р.А., Мешалкин В.П., Панарин В.М. и др. Компьютерное моделирование загрязнения атмосферы при разрыве газопроводов // Нефтегазовое дело. 2015. Т. 13. № 1. С. 90-96.

6. Кантюков Р.А., Мешалкин В.П., Панарин В.М. и др. Информационно-измерительная система территориально удаленных объектов в газотранспортном хозяйстве // Прикладная информатика. 2015. Т. 10. № 3. С. 32-43.

7. Бутусов О.Б., Кантюков Р.Р., Попов Д.В. Анализ техногенной экологической катастрофы в районе газопровода с помощью спутниковых снимков // Тезисы докладов ХХ Менделеевского съезда по общей и прикладной химии: В 5 т. Екатеринбург: Уральское отделение РАН, 2016. Т. 3. С. 268.

8. Кантюков Р.А., Мешалкин В.П., Панарин В.М. и др. Система мониторинга и обеспечения безопасности в тепловых установках и на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях на природном газе // Электронный науч. журнал «Нефтегазовое дело». 2015. № 1. С. 307-325.

9. Кантюков Р.А., Гимранов Р.К., Рыженков И.В. и др. Автоматизированная система мониторинга состояния окружающей среды // Химическая промышленность сегодня. 2015. № 3. С. 25-32.

10. Кантюков Р.Р. Информационная поддержка системы экоконтроллинга предприятий химического профиля: на примере ОАО «Нижнекамскнефтехим»: автореф. дисс. ... канд. техн. наук. М.: Московская гос. академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова, 2009. 112 с.

References:

1. Meshalkin V.P., Dovi' M.-S., Khodtchenko S.M., Kantyukov R.R. Optimization of Energy and Resource Efficiency and Environmental Safety of Gas Supply Systems. Datchiki i sistemy = Sensors and Systems, 2017, No. 4 (213), P. 3-15. (In Russian)

2. Gimranov R.K., Butusov O.B., Meshalkin V.P., et al. Computer Analysis of Environmental Risks of Gas Transmission Systems. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy "Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya" = Russian Journal of Chemistry and Chemical Technology, 2015, Vol. 58, No. 3, P. 87-90. (In Russian)

3. Kantyukov R.A., Meshalkin V.P., Panarin V.M., et al. Theoretical and Experimental Estimation Method for Parameters of the Territorial Air Pollution by the Chemical Industry Objects. Khimicheskaya promyshlennost' segodnya = Chemical Industry Today, 2016, No. 10, P. 52-56. (In Russian)

4. Kantyukov R.R., Takhaviev M.S., Romanov S.V. Improvement of Work with Infrastructure Facilities of Gas Transportation and Gas Distribution using Well Logging. Gazovaya promyshlennost' = Gas Industry, 2015, No. 9 (727), P. 40-41. (In Russian)

5. Kantyukov R.A., Meshalkin V.P., Panarin V.M., et al. Computer Simulation of Pollution in Atmosphere Ruptured Pipeline. Neftegazovoe delo = Oil and Gas Business, 2015, Vol. 13, No. 1, P. 90-96. (In Russian)

6. Kantyukov R.A., Meshalkin V.P, Panarin V.M., et al. Information-Measuring System Geographically Remote Locations in the Gas Transport Sector. Prikladnaya informatika = Applied Informatics, 2015, Vol. 10, No. 3, P. 32-43. (In Russian)

7. Butusov O.B., Kantyukov R.R., Popov D.V. Analysis of Anthropogenic Environmental Disasters in the Pipeline Area using Satellite Images. Abstracts of the XX Mendeleev Congress on general and applied chemistry. In 5 volumes. Ekaterinburg, Ural department of the Russian Academy of Sciences, 2016, Vol. 3, P. 268. (In Russian)

8. Kantyukov R.A., Meshalkin V.P., Panarin V.M., et al. Monitoring System and Safety in Heating Systems and at NGV Filling Stations Natural Gas. Elektronnyi nauchnyi zhurnal "Neftegazovoe delo" = Electronic scientific journal Oil and Gas Business, 2015, No. 1, P. 307-325. (In Russian)

9. Kantyukov R.A., Gimranov R.K., Ryzhenkov I.V., et al. Automated System of the Environment State Monitoring. Khimicheskaya promyshlennost' segodnya = Chemical Industry Today, 2015, No. 3, P. 25-32. (In Russian)

10. Kantyukov R.R. Information Support of Ecological Controlling System for Chemical Industry Enterprises. On the Example of Nizhnekamskneftekhim OJSC. Author's abstract. diss. ... the Cand. of Sc. (Eng.). Moscow, Lomonosov Moscow State Academy of Fine Chemical Technology, 2009, 112 p. (In Russian)

20

№ 12 декабрь 2017 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ