CC BY
1225
УДК 303.064
М. М. Андреева, А. Р. Зарипов, Д. Н. Зиннатов, С. О. Карпачев, А. Ю. Уточкин, И. Ф. Хафизов
РАЗРАБОТКА СХЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА НА БАЗЕ СТАНДАРТА ANSI/ISA-S5.1-2009
Ключевые слова: стандарт ANSI/ISA, автоматизация, технологические схемы.
В данной статье изложены основные недостатки используемого в настоящее время ГОСТ 21.404 - 85. Приведен расширенный список символьных обозначений приборов, клапанов, приводов клапанов в соответствии с правилами стандарта ANSI/ISA - 5.1-2009. Рассмотрены различные изображения линий на технологических схемах, предлагается более полный список сервисных кодов потоков, приводятся ярлыки, используемые при переносе потока с одного листа чертежа на другой с соответствующими обозначениями. Указаны принципиальные отличия в построении позиционного обозначения приборов.
Keywords: standard ANSI/ISA, automation, technological schemes.
This article outlines the main shortcomings of currently used GOST 21,404 - 85. An expanded list of symbols for instruments, valves, valve actuators, in accordance with the rules of the standard ANSI / ISA - 5.1-2009. Various images of lines in flow diagrams, offered a more complete list of service codes flows are shortcuts used when transferring from one stream to another drawing sheet with the appropriate symbols. Shown are fundamental differences in the construction of the tag devices.
Эффективность любого сектора производства достаточно давно определяется не только передовыми разработками в конкретной области, но и уровнем автоматизации технологического процесса. Для нефтегазовой отрасли, которая играет определяющую роль в экономике России, проблемы автоматизации, управления, применения современных информационных технологий представляются особенно важными [1, 2].
Для сектора добычи нефти и газа сейчас актуально понятие «интеллектуальное месторождение». Интеллектуальное месторождение - это сложная система, которая включает в себя целый ряд моделей, таких как: геолого-технологическая модель, модель обустройства нефтегазового месторождения, модель обеспечения безопасности, экономическая модель, финансовая модель. Все эти модели должны взаимосвязано функционировать с целью достижения некоего результата, который ставит компания по данному промыслу .Целевая функция может меняться ввиду внутренних потребностей и внешних воздействий на организацию - это может быть увеличение добычи нефти, снижение издержек или сокращение количества персонала. Когда говорят, что основная цель - повышение эффективности, то это слишком общее утверждение, в действительности в каждый текущий момент времени чаще всего актуальна какая-то более конкретная задача.
Среди компаний, реализующих идею «интеллектуальных месторождений» ведущие позиции занимает один из лидеров в области автоматизации нефтегазовых промыслов «Татнефть». Известно, что у них уже целый ряд месторождений работает по этому принципу. Компания использует и современные методы автоматизации АСУ ТП, и «безлюдные» технологии.
В настоящее время можно выделить основную точку роста, с точки зрения автоматизации в нефтегазовой отрасли - это использование РЬМ, систем управления жизненным циклом объекта. Это
эффективный подход, в основе которого лежит управление информацией на разных стадиях жизненного цикла [3]. Единожды созданная на этапе проектирования информационная модель объекта позволяет надёжно хранить и приумножать знания и информацию, обеспечивает их передачу заинтересованным сторонам на последующие этапы строительства и эксплуатации [4].
Особую значимость в таких условиях приобретает сопроводительная документация, в частности схемы автоматизации технологического процесса или, иначе говоря, функциональные схемы автоматизации. Функциональные схемы автоматизации являются основным техническим документом, определяющим структуру отдельных узлов автоматического контроля, управления и регулирования технологического процесса и оснащение объекта управления приборами и средствами автоматизации. Объектом управления в системах автоматизации технологических процессов является совокупность основного и вспомогательного оборудования запорными и регулирующими органами, а также энергии, сырья и других материалов, определяемых особенностями используемой технологии.
Создание эффективных систем автоматизации предопределяет необходимость глубокого изучения технологического процесса не только проектировщиками, но и специалистами монтажно-наладочных и эксплуатационных организаций. Зачастую, этот комплекс услуг оказывает один поставщик, организуя автоматизацию всего производства от выбора и монтажа полевых КИП и заканчивая настройкой контроллеров РСУ и ПАЗ. Условные обозначения, используемые при составлении функциональных схем автоматизации каждым проектировщиком, могут отличаться. Особенно эта различие ощутимо при переходе с обозначений, предусмотренных ГОСТ 21.404-85 на стандарт АШУВА-У.5 - 2009.
Функциональную схему автоматизации на многих предприятиях сейчас принято представлять как P&ID диаграммами (piping and instrumentation diagram). Институт приборостроения и контроля определяет P&ID как схему, которая показывает взаимосвязь технологического оборудования и приборов, используемых для управления процессом.
Подобный разбор стандарта ANSI/ISA - 5.1 был проведен различными авторами. В частности, Ю.Н.Федоров в своей книге «Справочник инженера по АСУТП» приводит сводный анализ обозначений ГОСТ и рассматриваемого стандарта. При этом описываются основные принципы построения обозначений средств автоматизации с использованием стандарта ANSI/ISA-5.1 - графические и буквенные символы, типы линий. Однако, в русскоязычной литературе не приводятся условные обозначения ни кодов потоков, ни правила переноса потоков с одного листа на другой, ни соединения трубопроводов. Весьма ограничена информация по обозначению вычислительных функций устройств. Кроме того, одним из наиболее неосвещенных вопросов оставался принцип построения позиционного обозначения технических средств автоматизации. В настоящей статье представлен результат анализа условных обозначений, применяемых при построении P&ID схем разными поставщиками систем автоматизации, на базе стандарта ANSI, а также впервые даются разъяснения по позиционному кодированию, по обозначениям межстраничных соединений и монтажу элементов КИП, приводится расшифровка кодов поток и вычислительных функций ТСА.
Буквенное обозначение. Данный раздел стандарта имеет наибольшую степень схожести с ГОСТ 21.404-85. В связи с чем, это делает возможным чтение зарубежных схем российскими специалистами. Практически все обозначения переведены и представлены в ГОСТ, отличие заключается только в форме расположения информации. В стандарте ANSI данные по каждой значащей букве сведены в единую таблицу, в то время как в ГОСТ они разделены.
Графические обозначения элементов. В связи с различием принципов построения схем автоматизации в России и за рубежом, номенклатура условных обозначений в отечественном ГОСТ была существенно сокращена. Это касается как изображения приборов и первичных преобразователей, так и клапанов, включая приводы, управляющие их состояниями.
Рис. 1 - Символьно-буквенное позициионное обозначение прибора, согласно стандарту ANSI/ISA-5.1 - 2009
Пояснения к рисунку 1:
LE - аппаратная функция;
12 - число тег/телекоммуникации;
ЗА - индекс модификатора требуется тогда, когда присутствует избыток и/или несколько; # - возможно указание количества(если применимо), тип устройства, применимые настройки или другие дополнительные данные.
Таблица 1 - Символьное обозначение устройств, согласно стандарту ANSI/ISA - 5.1 - 2009
о локально подключенный (поле);
© установлен на передней панели;
о установлен по месту;
© установлен на задней панели или недоступен оператору;
/ s \ общая функция отображения обычно не доступная оператору;
/ N \ У общая функция отображения обычно доступная оператору;
V ) общая функция отображения удаленного местоположения;
О функция ПЛК;
оо инструменты для распределения общего корпуса;
□ контрольнаялампавключения;
О размещение на компьютере, обычно не доступно оператору;
© размещение на компьютере, обычно доступно оператору;
<s> перегрузка;
<з> блокировка;
<i> продувка.
Таблица 2 - Символьное обозначение клапанов, согласно стандарту ANSI/ISA - 5.1 - 2009
M зубчатый клапан;
1 2
loi пробковый клапан, пробка;
£ угловой;
трехходовой (шарового типа);
£ понижение давления;
ni редуктор давления (внешний датчик);
редуктор давления (внутренний датчик);
й сброс давления вакуумного клапана;
|о| шар;
Окончание табл. 2
1 2
У дроссель;
И проверка, общее;
1 < проверка, разделенный диск;
« диафрагма;
м задвижка;
M шаровая задвижка;
ffi шиберная задвижка;
M игольчатый клапан.
Таблица 3 - Символьное обозначение приводов клапанов, согласно стандарту ANSI/ISA-5.1 -2009
Отдельный раздел стандарта посвящен изображениям линий на схемах. Они различаются по роду проводящего сигнала и по назначению.
На чертежах каждой линии присваивают номер формата X"- SVC - DNSQ - LS, где X" -размер линии, SVC - код потока, DN - последние два знака имени файла чертежа, SQ - порядковый номер, LS - спецификация трубопровода. Для каждого производства формируется список кодов потоков, не регламентированный Стандартом. Наиболее распространенные и общеприменимые символы указаны в таблице 1.
При переносе потока с одного листа чертежа на другой предусмотрены соответствующие ярлыки, представляющие из себя символ с информацией о номере чертежа, коде поступающего вещества и его назначения (из какого аппарата, оно выходит), последних двух цифр названия листа. Структура расположения и вид самого символа представлена на рисунке 2.
Таблица 4 - Символьное обозначение линий, согласно стандарту ANSI/ISA - 5.1 - 2009
- основной технологический трубопровод;
- второстепенная/линия КИП;
--- - существующие трубопроводы;
------ - электрический сигнал;
К X X - капиллярные трубки;
- аппаратная связь или линия передачи;
——•—— - механическая связь;
" * -пневматический сигнал или патрубка;
-1-h-tr- - гидравлический сигнал;
—-— - направленная волна;
(V IV M - несвязанная волна.
Таблица 5- Сервисные коды потоков
AMN - сульфат алюминия_
AMH - нитрат аммония_
ABF - гидроксид аммония_
AMS - (би)фторид аммония_
ASO - сульфат аммония_
BAR - органика растворимая в кислоте
CAF - обратная продувка_
CAR - фторид кальция_
CBW - сжатый воздух_
CFD - очищенная промывочная вода
CO2 - каустическое сырье_
CHC - диоксид углерода_
CL2 - гипохлорид кальция_
DBW - хлор_
DRN - загрязненная промывочная вода
DSL - промышленные стоки_
EFF - дизельное топливо_
FEC - сточная вода (общее применение)
FEW - хлорид железа_
FIW - фильтр сточных вод_
FQL - фильтр проточной воды_
HCL - жидкое топливо_
HF -хлороводород_
HPX - фтороводород_
IAR - воздух КИПиА_
IFD - сырье для промышленности_
LSY - известковое молоко_
MEL - метанол_
NAG - природный газ_
NIA - азотная кислота
поршень с пружинным возвратом (сбой открытия);
поршень (сбой закрытия);
неопределенный электрический сбой;
управляющий клапан;
монтированный клапан преобразующий I/Рс мембранным приводом.
Окончание табл. 5
N2 - азот
OIL - нефть (общее применение)
PAR - технологический воздух
PFD - поток полимера
PHA - фосфорная кислота
KF - фторид калия
KOH - гидроксид калия
PSL - технологическая суспензия или шлам PVR - технологический пар_
PWR - питьевая вода
SAH - серная кислота, >75%
SAL - серная кислота, <75%
SHC - гипохлорид натрия
SOC - карбонат натрия
SOH - гидроксид натрия
SLP - водяной пар, <125#
SMB - метабисульфит натрия
STM - водяной пар, 125-220#
SNY - канализация
STO - ливневый сток
SWR - техническая вода
TFL - термальная жидкость
UAR - воздух кип
UWR - энергетическая вода
VNT - вентиль (общее применение)
WOL - отработанное масло
WWR - отработанная вода
щ-И-Н
11 f Г lift
sss
п
Жидкость в / H i dwg о ###
Т.
— 5
Рис. 2 - Межстраничное соединение: 1 - последние две цифры названия DWG; 2 - уникальный номер линии; 3 - описание жидкости; 4 - цвет символа такой же, как у линии; 5 - код жидкости; 6 - номер чертежа
Анализ схем, построенных с применением стандарта ANSI/ISA-5.1-2009 показал, что разработчики придерживаются определенных правил разрыва линий и указаний ответвлений. Их можно сформулировать следующим образом:
1. основные технологические потоки разрывают вертикальные линии.
2. незначительные линии могут быть разорваны в любом месте при пересечении их основной технологической линией.
3. любые технологические и незначительные линии можно разорвать по мере необходимости для размещения заметок.
4. при указании ответвления потока с изменением размера лини указывается соответствующий П-образный символ.
5. все сигнальные линии разрывают основные и незначительные линии.
Иногда на схемах требуется указать тип соединения трубопроводов или монтаж элементов КИП. Стандарт дает классификацию обозначений. Различают следующие типы:
lob |о(-
]оЕ lolh
- сквозное (общее); стыковая сварка;
патрубок под приварку; ■ фланцевое.
В связи с применением электронных вычислительных устройств, на базе которых построены современные распределенные системы управления, на схемах требуется указывать тип вычислительной функции, реализуемой на том или ином звене контура управления, а также, стандартные символы ввода/вывода.
Вычислительные функции определения.
[г] - добавление;
- усреднение;
[а] - перепад;
ПГТт~| - нагнетание;
ГП - разделение;
Г>1 - селектор верхнего уровня;
ГП - селектор нижнего уровня;
[7] - умножение;
П " интегрирование;
ГП - экспоненциал;
ГП - ограничение скорости;
[>] - верхний предел;
ПН - нижний предел;
1ГЛ - скорость изменения;
|~П ■ уклон;
- отрицательный коэффициент усиления; ГП - пропорциональное усиление ;
- пропорциональный; Гч] - функция времени; ГП - извлечение корня; ГП - преобразование.
Стандартные символы ввода/вывода: [я]> - цифровой вход ГШК;
|5i> - цифровой выход ГШК; [*!> - аналоговый вход ГШК;
- аналоговый выход ГШ; f»J-L - связь по протоколу Modbus; [> - термопары типа К.
Принцип построения обозначения самого устройства аналогичен, используемому в ГОСТ 21.404-85. Так, в верхней части символа указывается буквенный ряд, характеризующий аппаратную функцию. Последовательность расположения букв идентична стандарту ANSI/ISA-5.1-2009. Принципиальное отличие заключается в построение позиционного обозначения прибора. В схемах, оформленных по ГОСТ 21.404-85, как правило, позиция устройству присваивалась в сквозном порядке в рамках каждого контура САР. Нумерация начиналась слева направо и сверху вниз - по направлению чтения схемы. В зарубежных схемах очевидна привязка средств автоматизации к аппаратам, для управления которыми они установлены. Так, каждому технологическому оборудованию присваивается номер, который состоит из номера площадки (AN), типового кода оборудования (AN) и уникального порядкового номера оборудования (SQ). Номер площадки (ET) принимается от 1 до n, в зависимости от количества узлов производства. Типовые коды оборудования (ET) сформированы следующим образом:
Типовые коды оборудований:
1 - транспортировка жидкости (воздуходувки, компрессоры и все виды насосов);
2 - транспортировка твердых веществ (ленточные и винтовые конвейеры, питатели и др.);
3 - физическое разделение (фильтры для разделения фаз, сита, гравитационные сепараторы, центрифуги, микро/ультра фильтры и т.д.);
4 - смесители (мешалки, поточные смесители, измельчители, блендеры и т.д.);
5 - теплообмен (теплообменники, печи, градирни, горелки и тп.);
6 - массобмен (ад/абсорберы, ионный обмен, скрубберы, обезвоживатели, колонны, испарители и т. д.); 7- емкость (цистерны, резервуары, ямы, отстойники, бункеры и т.д.);
8 - реакторы (химические реакторы или осадители, кристаллизаторы и т.д.);
9 - комплекты поставки и другие (сборные системы с 3х поставщиков, специальное оборудование иной классификации).
Уникальный порядковый номер оборудования присваивается в сквозном порядке для каждого отдельного типа (ET). Основная информация по технологическому оборудованию как правило приводится в нижней части чертежа.
Подводя итоги проведенного анализа, можно сделать вывод, что в ближайшее время произойдет неизбежный переход технической документации с принципов, заложенных при построении функциональных схем автоматизации на идеи и правила стандарта ANSI/ISA - 5.1-2009, лежащего в основе проектирования P&ID схем. В представленной статье были отражены основные недостатки ГОСТ 21.404 - 85. Для полноценного и корректного пользования технической документацией специалистам необходимо знать символы и обозначения, не вошедшие в ГОСТ 21.404 - 85, но непременно являющиеся частью любой P&ID схемы.
Литература
1. В.Р. Медведева, В сб.Повышение эффективности управления ресурсосбережением предприятия нефтехимического комплекса с помощью автоматизированных систем.КГТУ, Казань, 2010 - № 9. С.788-789
2. А.С Поникарова, Э.В. Бардасова, Г.Ф. Тагирова, И.Н. Поникарова. В сб.Внедрение автоматизированных информационных систем управления как условие достижения устойчивого инновационного развития.КГТУ, Казань, 2012 - № 2. С. 174, 176
3. Л.Р. Закиева, М.Ю. Васильева. В сб.Беспроводные системы для автоматизации объектов нефтяной про-мышленности.КГТУ, Казань, 2013 - № 8. С. 289
4. Инжиниринг, IT, инновации // ЗАО "НЕ-ОЛАНТ"[Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.neolant.ru/press-center/aboutus/index.php?
ELEMENT_ID= 1990
5. ГОСТ 21.404-85. Обозначения условных приборов и средств автоматизации в схемах. Разработан Министерством монтажных и специальных строительных ра-ботСССР, Министерством приборостроения, средств автоматизации и систем управления. - Введ. 1986-01-01. -Москва: Изд-во стандартов, переиздан2007-07. - 9 с.
6. American National Standart ANSI/ISA - 5.1 - 2009. Instumental Symbols and Identification.International Society of Automation - Введ. 18-09-2009
7. Ю.Н. Федоров, Справочник инженера по АСУТП. Ин-фра-Инженерия, Москва, 2008. 927с.
© М. М. Андреева - канд. техн. наук, доц. каф. автоматизированных систем сбора и обработки информации КНИТУ, shadana@mail.ru; А. Р. Зарипов - магистрант той же кафедры; Д. Н. Зиннатов - магистрант той же кафедры; С. О. Карпа-чев - магистрант той же кафедры; А. Ю. Уточкин - магистрант той же кафедры; И. Ф. Хафизов - магистрант той же кафедры.
© М. М. Andreeva - associate professor, Candidate of technical sciences, KNRTU, shadana@mail.ru; A. R. Zaripov - master student of KNRTU; D. N. Zinnatov - master student of KNRTU; S. O. Karpachev -master student of KNRTU; A. Ju. Utochkin - master student of KNRTU; I F. Hafizov - master student of KNRTU.
