CC BY
19Лебедева М. И., Фёдоров А. В., Ломаев Е. Н., Богданов А. В.
КОМПЛЕКС ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ЗАЩИТОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ
Предложена схема структуры комплекса технических средств автоматизированной системы управления противопожарной защитой технологической установки первичной переработки нефти для повышения уровня пожарной безопасности объектов нефтегазового комплекса (на примере ОАО «Газпромнефть-МНПЗ»). Представлена концепция взаимосвязи автоматизированной системы управления противопожарной защитой и интегрированной информационно-управляющей системы завода.
Ключевые слова: комплекс технических средств, технологическая установка первичной переработки нефти, пожарная безопасность.
Решение проблемы обеспечения пожарной безопасности объектов нефтегазового комплекса неразрывно связано с построением современных систем противоаварийной и противопожарной защиты и их интеграцией с информационно-управляющей системой объекта защиты.
За последние 10 лет существенное развитие в информационных технологиях получило направление автоматизации систем противопожарной защиты с применением программируемых логических контроллеров (ПЛК), что отмечено в работах [1, 2]. Данная техника позволяет максимально автоматизировать процесс управления, а также прогнозировать, предотвращать и ликвидировать аварийные ситуации.
Безопасные ПЛК - это техника специального назначения, используемая для обеспечения безопасности и критического управления в системах автоматизации.
Требования к контроллерам противо-аварийной защиты в России не стандар-
тизованы. Согласно приказу Ростехнад-зора от 11.03.2013 г. № 96, надёжность и время срабатывания систем противо-аварийной автоматической защиты определяются разработчиками. При этом учитываются категория взрывоопасности технологических блоков, входящих в объект, и время развития возможной аварии. Обоснованная оценка технических требований к контроллерам противоаварийной и противопожарной защиты представляет в каждом конкретном проекте достаточно сложную научно-техническую задачу.
Следующие изготовители программируемых контроллеров систем противо-аварийной и противопожарной защиты, представляющие продукцию с наиболее высокими характеристиками по европейским стандартам, зарекомендовали себя в мировой практике: Honeywell, Gould Me-dicon, Allen-Bradley, General Electric, Texas Instruments, Telemecanique, Siemens, Bosch, Philips, Fuji Electric, Mitsubishi Electric Corp., Omron, GEI Industrial Controls.
К числу отечественных производителей ПЛК, наиболее адаптированных к системам противопожарной защиты, относятся ЗАО «Экоресурс», ЗАО «Модульные Системы Торнадо», ООО «АКБ ЛенСпец-Автоматика».
Автоматизированная система управления противопожарной защитой (АСУ ПЗ) Московского нефтеперерабатывающего завода (МНПЗ) является децентрализованной территориально рассредоточенной иерархической системой. Для эффективного функционирования системы противопожарной и противоаварийной защиты на каждой технологической установке должны
быть созданы автоматические и автоматизированные системы управления на базе ПЛК, координируемые на верхнем уровне управления НПЗ. Рациональное распределение функций между уровнями управления позволяет сосредоточить основные информационные потоки на локальном уровне, передавая наверх лишь минимальный (необходимый и достаточный для контроля и координации) объём информации. Это существенно разгружает вышестоящие комплексы и каналы связи, повышает отказоустойчивость и ремонтопригодность системы, обеспечивает возможность поэтапного внедрения, доукомплектования и функционального наращивания в процессе эксплуатации системы [1].
Основой комплекса технических средств АСУ ПЗ является оптоволоконная магистраль, надёжно работающая в экстремальных условиях: она невосприимчива в магнитным и электрическим помехам, а также перепадам освещённости; сохраняется в опасных атмосферах и не даёт коротких замыканий во влажной среде; обеспечивает гальваническую развязку элементов АСУ ПЗ [3].
Оптоволоконная магистраль представляет собой двойное кольцо, передающее одни и те же данные одновременно в противоположных направлениях, что обес-
печивает работоспособность даже при механическом повреждении магистрали АСУ ПЗ (см. рис. 1). Чувствительная диагностика оптоволоконной магистрали позволяет обнаружить возникающие в ней сбои и практически мгновенно зафиксировать их и принять соответствующее решение. В любом месте оптоволоконной магистрали может быть установлено любое дополнительное устройство (операторская станция, шкаф управления и др.), чем обеспечивается простота эксплуатации [1].
В качестве основной магистрали на МНПЗ выбрано кольцо INFINET со скоростью передачи данных 100 Мбит/сек.
Структурная схема комплекса технических средств АСУ ПЗ технологической установки первичной переработки нефти предусматривает три уровня управления: нижний (первый) уровень, реализованный на базе ПЛК MIRage-N, и верхние (второй и третий) уровни, реализованные на ПЭВМ типа iCore 2 и выше (см. рис. 2).
Сопряжение локальной сети INFINET с персональным компьютером 2-го уровня управления осуществляется через специализированный сетевой адаптер (FiberOptic SAS Adapter PCI INFINET SC card). Информация о состоянии технологического объекта управления (ТОУ) отображается на средствах нижнего уровня управления
Центральный диспетчерский пункт АСУ предприятия
Рисунок 1. Схема связей АСУ ПЗ технологической установки ЭЛОУ АВТ-6
Рисунок 2. Схема структуры комплекса технических средств распределённой многоуровневой АСУ ПЗ установки первичной переработки нефти
(персональный компьютер оператора технологической установки) и автоматически передается на верхний уровень управления в центральный диспетчерский пульт (ЦДП).
На верхнем уровне управления организуется коммуникационная сеть локальных комплексов, сбор и отображение информации о состоянии технологического объекта управления и комплекса технических средств для всей системы, подготовка и выдача информации в ЦДП, а также на персональный компьютер диспетчерского пункта участка противопожарной автоматики (ДП ППА), военизированного газоспасательного отряда (ВГСО), пожарной части (ПЧ). Кроме того, ПЛК выполняет расчёты по прогнозированию аварийной ситуации на ОПЗ и информационно-справочные функции [2].
На нижнем уровне управления для контроля загазованности по предельно допустимой концентрации и нижнему концентрационному пределу распространения пламени в рабочей зоне открытой наружной установки должны предусматриваться средства автоматического непрерывного газового контроля и анализа с сигнализацией, срабатывающей при до-
стижении предельно допустимых величин и с выдачей сигналов в систему противо-аварийной защиты. При этом все случаи загазованности должны регистрироваться приборами с автоматической записью и документироваться. Места установки и количество газоанализаторов-сигнализаторов довзрывоопасных концентраций должны определяться в проектной документации с учётом требований нормативно-технических документов по размещению датчиков контроля загазованности.
Печи с открытым огневым процессом должны быть оборудованы паровой завесой, включающейся автоматически или дистанционно и обеспечивающей предотвращение контакта взрывоопасной среды, образующейся при авариях на открытой технологической установке первичной переработки нефти. При включении завесы должна срабатывать сигнализация по месту и на щите оператора.
Систему оповещения и управления эвакуацией людей на открытой территории технологической установки необходимо организовать с применением оборудования, обеспечивающего в автоматическом режиме оповещение об обнаружении
выбросов опасных веществ. Сигнальные устройства систем оповещения должны быть опломбированы, чтобы исключить случаи случайного доступа.
Согласно ФЗ от 22.07.2008 г. № 123 электроснабжение объектов, имеющих в своём составе технологические блоки I категории взрывоопасности, должно осуществляться по I категории надёжности. При этом должна быть обеспечена возможность безаварийного перевода технологического процесса в безопасное состояние во всех режимах функционирования производства, в том числе при одновременном прекращении подачи электроэнергии от двух независимых взаиморезер-вирующих источников питания. Кабели, прокладываемые по территории технологических установок и производств, должны иметь изоляцию и оболочку из негорючих материалов.
Для защиты помещений операторной технологической установки применяется система адресно-аналоговой пожарной сигнализации, а в помещении серверной -автоматическая установка газового пожаротушения согласно СП 5.13130.2009.
Система с резервированием каналов связи на базе контроллеров MIRage-N -типовое решение для информационных и управляющих систем до 200 каналов ввода-вывода с высокими требованиями к надёжности (рис. 3). В качестве процессорного устройства используется контрол-
ПК / промышленный ПК / контроллер
Датчики, исполнительные механизмы
Рисунок 3. Схема с резервированием каналов связи на базе контроллеров MIRage-N
лер. Данные с модулей передаются непосредственно в процессорное устройство через коммутаторы. Все связи дублируются. Каждый модуль MIRage-N снабжен двумя Ethernet c разными IP адресами. Возможен вывод данных в стандартных программах MS Office или в любую открытую SCADA систему через OPC. Программирование процессорных устройств может осуществляться на технологических языках средствами ISaGRAF.
Для выполнения функций верхнего (второго и третьего) уровня управления АСУ ПЗ, реализуемой в рамках НПЗ, целесообразно использовать персональные ЭВМ, программносовместимые с ПЭВМ типа iCore 2, обладающими следующими преимуществами:
- большие возможности в представлении графической информации;
- малогабаритные накопители информации значительной ёмкости на сменных носителях;
- наличие программно-аппаратной поддержки средств сопряжения ПЭВМ с другими ЭВМ, каналами связи, локальными вычислительными сетями.
Функционирование автоматизированного комплекса противопожарной защиты определяется состоянием объекта противопожарной защиты, а именно отсутствием или наличием аварийной загазованности, пожара, взрыва (режим чрезвычайной ситуации или дежурный режим).
Характер функционирования технологического объекта управления противопожарной защиты в различных режимах зависит от состояния автоматизированного комплекса противопожарной защиты (АК ПЗ):
- нормальное - комплекс готов к выполнению основных функций с вероятностью не менее требуемой;
- аварийное - комплекс не готов к выполнению основных функций и требует немедленных ремонтно-восстанови-тельных работ;
- предаварийное - частичная готовность комплекса к выполнению основных
функций (неисправность или нарушение условий нормального функционирования АК ПЗ, при которых вероятность выполнения комплексом основных функций меньше требуемой).
Режимы выполнения управляющих функций АСУ ПЗ определяются степенью участия оператора в принятии и реализации решений по управлению процессом противопожарной защиты в целом. Локальные комплексы ПЛК функционируют в автоматическом режиме прямого (непосредственного) аналогового управления, когда все функции АСУ ПЗ, включая управление противопожарной защитой, выполняются автоматически без участия оператора, функции которого сводятся к наблюдению за системой.
Информационные функции по вводу сообщений на панель оператора и выводу запросов с панели оператора на получение информации выполняются в автоматизированном режиме, когда решения о выводе второго и последующих сообщений и вводе запросов принимает и реализует оператор на основе информации, представляемой КТС системы. Но всегда первое сообщение на панель оператора выводится в автоматическом режиме.
В автоматизированном режиме, когда автоматически выполняются функции пуска установок пожаротушения и противо-аварийной защиты, а решения по управлению процессом в целом принимает и реализует оператор системы на основе информации, представляемой КТС системы, реализуются следующие функции:
- контроль проведения технического обслуживания и ремонта систем защиты;
- выбор режима работы подсистем нижнего уровня.
В автоматизированном «режиме советчика», при котором КТС АСУ ПЗ выполняет автоматические пуски установок пожаротушения и систем противоаварийной защиты, а также представляет оператору
рекомендации по управлению процессом противопожарной защиты, реализуется функция выдачи сообщений и инструкций оперативному персоналу диспетчерского пульта ППА, ЦДП НПЗ, ПЧ, ВГСО.
В автоматизированном «диалоговом режиме» реализуется функция централизованного управления, функция сбора и обработки статистических данных [1].
Для решения проблемы повышения уровня пожаровзрывобезопасности нефтеперерабатывающего объекта разработана концепция взаимосвязи АСУ ПЗ технологической установки первичной переработки нефти с общей интегрированной информационно-управляющей системой промышленного предприятия, которая основана на применении современного ПЛК MIRage-N ЗАО «Модульные Системы Торнадо» на нижнем уровне управления и ПЭВМ типа ¡Соге 2 на верхних уровнях управления. Благодаря этому автоматизация управления технологическими процессами реализуется через диспетчерские пункты, что обеспечивает надёжность, доступность, управляемость и наращиваемость всех компонентов АСУ ПЗ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Фёдоров А. В. Научные основы автоматизированной системы управления противопожарной защитой нефтеперерабатывающих производств: дис. ... д-ра техн. наук. - М., 2000. - 332 с.
2. Фёдоров А. В., Ломаев Е. Н, Семериков А. В., Лебедева М. И. Программно-технический комплекс контроля и диагностики систем автоматической противопожарной защиты [Электронный ресурс] // Технологии техносферной безопасности: Интернет-журнал. - 2011. - № 2 (36). Режим доступа: http:// ipb.mos.ru/ttb/2011-2/2011-2.html
3. Фёдоров А. В., Лебедева М. И, Ломаев Е. Н. Информационное обеспечение АСУ противопожарной защитой технологических процессов переработки нефти [Электронный ресурс] // Технологии техносферной безопасности: Интернет-журнал. -2014. - № 6 (58). Режим доступа: http://ipb.mos.ru/ ttb/2014-6/2014-6.html
Lebedeva M., Fedorov A., Lomaev E., Bogdanov A.
HARDWARE AND SOFTWARE PACKAGE OF AUTOMATED CONTROL SYSTEM OF CRUDE OIL DISTILLATION INSTALLATION FIRE PROTECTION
ABSTRACT
Purpose. Hardware and software package of the automated control system of crude oil distillation installation fire protection has been developed with the use of modern means of fire automation allowing for the integration with the oil refinery information and control system.
Methods. Using a comprehensive approach to the problem of developing the automated control system of crude oil distillation installation fire protection we propose the hardware and software package with a hierarchical structure and three-tier control.
Findings. We propose a scheme of the hardware and software package of the automated control system of crude oil distillation installation fire protection which provides three-tier control with a hierarchical structure: the lower (first) tier implemented on the basis of controllers MIRage-N of the company "Tornado Modular Systems" and the upper (second and third) tiers implemented on a PC such as iCore 2 and others. We also present a concept of the interconnection of the automated fire protection control system and
integrated information and control system of an oil refinery.
Research application field. Hardware and software package of the fire-protection automated control system makes it possible to improve reliability and data rate of oil refinery information and control systems.
Conclusions. The structure of the hardware and software package of the automated control system of crude oil distillation installation fire protection has been developed to ensure fire and explosion safety taking into account scientific achievements in the field of technical means of fire detection and extinction, modern integrated automation systems, technical and economic trends in the industry.
Key words: hardware and software package, crude oil distillation installation fire protection, fire safety.
REFERENCES
1. Fedorov A.V. Nauchnye osnovy avtomatizirovannoi sistemy upravleniia protivopozharnoi zashchitoi neftepererabatyvaiushchikh proizvodstv [Scientific basis of automated control system for fire protection of oil refineries. Dr. tech. sci. diss.]. Moscow, State Fire Acad. of the Russian Interior Ministry Publ., 2000. 332 p.
2. Fedorov A.V., Lomaev E.N., Semerikov A.V., Lebedeva M.I. Software-technical complex of monitoring and diagnostic of system automatic fire protection. Tekhnologii tekhnosfernoi bezopasnosti:
internet-zhurnal, 2011, no. 2 (36), available at: http://ipb.mos.ru/ ttb/2011-2/2011-2.html (accessed February 16, 2015). (in Russ.)
3. Fedorov A.V., Lebedeva M.I., Lomaev E.N. Information support of automated control systems of fire protection of oil refining processes. Tekhnologii tekhnosfernoi bezopasnosti: internet-zhurnal, 2014, no. 6 (58), available at: http://ipb.mos.ru/ ttb/2014-6/2014-6.html (accessed February 16, 2015). (in Russ.)
Marina Lebedeva Andrei Fedorov Evgeni Lomaev Aleksei Bogdanov
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
Doctor of Technical Sciences, Professor
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
Candidate of Technical Sciences
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
