Интеллектуальные системы планов ликвидации аварийных ситуаций на нефтеперерабатывающих и нефтехимических производствах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Интеллектуальные системы планов ликвидации аварийных ситуаций на нефтеперерабатывающих и нефтехимических производствах

Одним из основных требований, предъявляемых в настоящее время к АСУ ТП является повышение уровня безопасности технологических объектов, что может быть обеспечено только за счет применения сложных «умных» алгоритмов управления, которые обеспечивают более быстрое и качественное решение ряда вопросов как при нормальной работе установок, так и в аварийных ситуациях.

Обеспечение безопасности эксплуатации установок в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности - это комплекс мероприятий, направленных в первую очередь на предотвращение аварийной ситуации, а в случае аварийной ситуации на принятие оперативных и правильных действий для её ликвидации.

Поэтому, чтобы обеспечить безопасную эксплуатацию установок, использующих пожаро-взрывоопасные и токсичные средства необходимо решить три основные задачи:

1. Стабильность поддержания технологического режима и возможность правильного и оперативного вмешательства в ход технологического процесса с целью предотвращения аварийной ситуации.

2. Для наиболее ответственных участков технологического процесса со сложной системой защиты не допустить ложного срабатывания защиты, приводящих к аварийной остановке всей установки.

3. В случае аварийной ситуации обеспечить оперативное и правильное выполнение всех мероприятий, предусмотренных в документе «План ликвидации аварийной ситуации» (ПЛАС).

Таким образом, первые две задачи направлены на недопущение аварийной ситуации, а третья задача направлена на ее ликвидацию с минимальным ущербом для оборудования и риском травматизма для эксплуатационного персонала.

Правильное решение этих задач значительно сокращает риск возникновения аварийных ситуаций и затраты на процессинг.

Решение этих задач выходит за рамки только понимания систем управления, а в основном определяется глубоким пониманием протекания конкретного технологического процесса, его особенностей, выявление наиболее сложных и опасных участков, анализ действия персонала, анализ ПЛАС и оптимизация действий при его реализации, соблюдение требований действующих нормативных документов по обеспечению промбезопасности.

Наиболее полно весь комплекс мероприятий нами был разработан для установок первичной переработки нефти ЭЛОУ-АТ, которые включают в себя блок ректификации, печное отделение, насосное оборудование - типовой набор оборудования в нефтепереработке и нефтехимии.

Рассмотрим решение первой задачи для этих установок - стабильность поддержания технологического режима.

Поддержание заданного технологического режима и его воспроизводимость - залог безопасной работы установки в целом.

При отклонениях в работе установки имеет место принятие оперативным персоналом неправильного решения для устранения нарушения, что может привести к аварийной ситуации.

Для предотвращения этой ситуации были разработаны:

? подсистема ранней диагностики отклонения технологического режима от заданного;

? подсистема управления сложной колонной К-2.

Ранняя диагностика отклонения технологического режима от заданного обеспечивается за счет расчета отклонения текущего технологического режима от заданного. Для этого процесс первичной переработки нефти условно разделен на ряд участков. По каждому участку определены параметры, определяющие его работу и, в зависимости от их весового влияния на работу участка, рассчитывается обобщенный показатель отклонения от заданного режима на данном участке и по установке в целом, а также степень отклонения конкретного текущего параметра от его заданного значения. Это позволяет персоналу установки оперативно определить причину отклонения и восстановить заданный технологический режим.

Наиболее сложным технологическим процессом на установке первичной переработки нефти является колонна К-2, в которой получают практически весь перечень готовых продуктов. Процесс ректификации ведется на основе взаимосвязи температурного режима в колонне и давления, которые характеризуются кривыми равновесия для каждого продукта. Подсистема управления работой колонны К-2 рассчитывает температуру отбора для каждого продукта для конкретного давления к колонне.

Структура подсистемы управления колонной К-2 представлена на рис.1.

Рассмотрим решение второй задачи - защита оборудования от ложного срабатывания блокировки

Наиболее важным и сложным с точки зрения обеспечения защиты является печное отделение. Ужесточение требований нормативных документов к системам защит печей, увеличение количества параметров, участвующих в блокировках, приводит к тому, что реализация этих требований на традиционной аналоговой и релейной технике или практически невозможна или экономически нецелесообразна. Анализ работы системы ПАЗ печей на базе релейной техники показал, что в среднем за год происходило до 8 ложных аварийных срабатываний системы ПАЗ, которые приводили к остановке установки. Каждая такая остановка - это 4-6 часов простоя.

Аварийная остановка печи от ложных сигналов всегда неожиданна и непредсказуема и приводит не только к остановке установки в целом, но и может вызвать более серьезные аварийные ситуации.

Рассмотрим основные причины, вызывающие ложные срабатывания ПАЗ.

Срабатывание ПАЗ от ложного сигнала от датчика составляет примерно 60-65% от общего количества ложных остановок. Это: отказ датчика, «дребезг» в показаниях приборов, кратковременные импульсные помехи в линиях связи, нарушение контакта в клеммниках и т.д.

Срабатывание ПАЗ от отказа технических средств релейной техники составляет примерно 35-40% от общего количества ложных остановок.

С внедрением микропроцессорных средств для управления технологическим процессом, значительно возросла возможность сделать систему защиты печей более «умной», надежной, повысить её интеллект. В алгоритмах защиты появилась возможность использовать как простые (фильтрация, кратковременные задержки, контроль обрыва кабеля), так и более сложные методы защиты от ложных сигналов с учетом анализа одновременного поведения нескольких сигналов.

Для контроллеров ПАЗ стало возможным предусматривать:

? 100% горячее резервирование процессорной (вычислительной) части, что обеспечивает практически безотказное функционирование алгоритмов управления и диагностики;

? диагностика работоспособности модулей устройств связи с объектом (УСО) и определение их неисправности;

? возможность замены модулей УСО на ходу без остановки контроллера;

? электропитание контроллера от источника бесперебойного питания с резервированием;

В алгоритмах ПАЗ стала возможной реализация следующих функций:

? защита от кратковременных импульсных помех и «дребезга» в показаниях приборов;

? контроль на обрыв линии связи;

? контроль достоверности входных сигналов методом анализа одновременного поведения нескольких сигналов.

Внедрение таких систем позволило:

? практически исключить срабатывание защиты от ложного сигнала;

? исключить непредсказуемость в работе защиты;

? предоставить оперативному персоналу время для вмешательства в ход события при появлении ложного сигнала.

Структурная схема усовершенствованной системы защиты печей предоставлена на рис.2

Наиболее частая ошибка при розжиге печей - это сокращение времени продувки печи после остановки, а зачастую вообще невыполнение этой операции. Для исключения этой ошибки была разработана и внедрена подсистема защиты от несанкционированного розжига печи, которая обеспечивает стабильную и обязательную продувку печи паром в течении 20 минут и ограничение времени на розжиг в течении 15 минут.

И наконец, рассмотрим решение третьей задачи - ликвидация аварийной ситуации

В случае аварийной ситуации на установке действия оперативного персонала регламентируются документом «План ликвидации аварийных ситуаций» (ПЛАС).

Рассмотрим какие основные трудности возникают у оперативного персонала при практической реализации этого плана в аварийной ситуации.

1. ПЛАС требует от оперативного персонала механического запоминания его действий в определенной аварийной ситуации.

2. С ликвидацией аварийной ситуации оперативный персонал встречается редко, поэтому при ее возникновении очень трудно в памяти быстро восстановить план действий в соответствии с ПЛАС.

3. В документе описаны наиболее характерные аварийные ситуации, при возникновении аварийной ситуации не описанной в плане, оператор должен эту операцию сопоставить с наиболее близкой описанной ситуацией.

4. ПЛАС требует быстрого (практически одновременного) выполнения ряда операций. Для сложной аварийной ситуации это 20-25 операций. В смене три оператора, в среднем на каждого 7-8 операций, на выполнение которых затрачивается 15-25 мин.

5. При ликвидации аварийной ситуации практически теряется управление и контроль за действиями сменного персонала со стороны старшего оператора, что зачастую приводит к невыполнению определенных операций или вообще неправильным действиям.

6. Развитие аварийной ситуации может не позволить оператору добраться до нужного объекта воздействия, задержка в выполнении операции может привести к разрушению датчиков и кабелей, что приводит к потере информации о состоянии оборудования.

Анализ ПЛАС установок ЭЛОУ АТ показал, что аварийные ситуации можно условно разбить на две группы:

- сложные аварийные ситуации (пожар, выброс легколетучих углеводородов), которые требуют для их ликвидации выполнить 15-25 операций и аварийно остановить установку;

- простые аварийные ситуации, позволяющие работать на пониженной нагрузке, либо на горячей циркуляции и требующие для их ликвидации выполнения до 10-15 операций.

Анализ сложных аварий показал, что для ликвидации этих аварий, необходимо выполнить ряд обязательных операций и ряд операций частного характера, присущих для конкретной аварии.

Обязательными общими операциями являются:

- прекращение подачи сырья на установку;

- включение паровой завесы;

- включение пара в топку печей;

- отключение питания электродегидраторов;

- остановка печей;

- сброс давления на факел.

С целью устранения недостатков при ликвидации аварийных ситуаций, сокращения времени на выполнение операций и уменьшения ущерба при развитии аварийной ситуации был разработан ряд мероприятий с поэтапным их внедрением на базе микропроцессорной техники:

- разработка и поэтапное внедрение локальных автоматических систем защит в соответствии с ПЛАС;

- объединение локальных систем защит в групповые автоматические системы;

- разработка и внедрение на рабочем месте обучающей системы по выполнению ПЛАС для оперативного персонала.

На установке функционирует 22 локальные системы защит, обеспечивающие:

- остановку печей П-1, П-2;

- включение парозавесы печей и насосных;

- подачу пара в топку и змеевики печей П-1, П-2;

- отключение электропитания электродегидраторов;

- отключение подачи сырья на установку;

- отключение насосов;

- сброс давления на факел;

- автоматическую откачку факельной и дренажной ёмкостей, сепаратора топливного газа;

- АВР для определенной группы насосов.

При возникновении аварийной ситуации для оперативного персонала предусмотрены три ключа группового включения локальных защит при:

- Разрыв трубопровода, пожар в холодиной насосной;

- Разрыв трубопровода, пожар в горячей насосной;

- Разрыв трубопровода, пожар на аппаратном дворе.

Каждый ключ приводит в действие группу локальных защит, обязательных для данного типа аварии. Групповое включение локальных защит в зависимости от аварии позволяет выполнить основные операции по локализации аварийной ситуации в течении не более 1 мин. Взаимодействие ключей и объем включения локальных систем защит от конкретного ключа приведен ниже на рис. 3. Ключи являются виртуальными и расположены на определенном видеокадре.

Остальные локальные системы защит включаются оператором по мере необходимости, либо они сами выполнятся по достижению аварийной величины параметра, к которому они привязаны (давление, уровень, температура и т.д.).

При ликвидации простых аварийных ситуаций объем включения локальных защит определяет оперативный персонал индивидуально от конкретной ситуации.

Для обучения оперативного персонала разработана и встроена в действующую АСУ ТП обучающая система по ликвидации аварийных ситуаций. Эта система предполагает обучение операторов непосредственно на рабочем месте правилам ликвидации аварийных ситуаций и работает в имитационном режиме.

Каждая аварийная ситуация представляет собой фрагмент технологической схемы с указанными на ней клапанами, запорной арматуры, насосами. Управление запорными органами, клапанами, насосами и другим оборудованием осуществляется с экрана монитора с помощью виртуальных клавиш. После выполнения всех операций в соответствии с ПЛАС имеется возможность сравнить их с правильным вариантом.

Такие же системы локальных защит имеют место и в реальной системе управления с такими же органами управления.

Обучающая система ПЛАС практически повторяет реальные системы защит в действующей АСУ ТП. Обучающая система значительно облегчает запоминание действий при ликвидации аварийных ситуаций и позволяет контролировать знания ПЛАС сменным персоналом в любой момент.

ликвидация аварийный безопасность нефтеперерабатывающий

Рис.1. Структура подсистемы управления колонной К-2.

Рис.2. Структурная схема усовершенствованной системы защиты печей

Обозначения: Д - датчик, ОК - отсечной клапан

Рис.3 Схема взаимодействия ключей включения аварийных защит

Размещено на Allbest.ru