3.1 Объем автоматизации

3.1.1 Уровни автоматизации

Как правило, системы контроля и управления -- это двухуровневые системы, так как именно на этих уровнях реализуется непосредственное управление технологическими процессами.

Нижний уровень - включает различные датчики для сбора информации о ходе технологического процесса, электроприводы и исполнительные механизмы для реализации регулирующих и управляющих воздействий. Датчики поставляют информацию локальным программируемым логическим контроллерам. Как правило, задачи управления решаются на этом уровне.

Для уменьшения человеческого фактора, связанного с неправильной эксплуатацией сложного технологического оборудования, необходимо внедрение средств автоматизации на основе человекомашинного интерфейса, интуитивно понятного человеку, которые должны обобщать, структурировать и систематизировать информацию.

Верхний уровень включает, прежде всего, одну или несколько станций управления, представляющих собой АРМ диспетчера/оператора. В основном в качестве рабочих станций используются ПЭВМ различных конфигураций.

АРМ оператора ГРС необходим для повышения эффективности взаимодействия оператора (диспетчера) с системой и сведения к нулю его критических ошибок при управлении; сокращении времени на обработку информации, на поиск необходимой информации; улучшении качества контроля и учета аналоговых и дискретных параметров; управлении технологическим оборудованием, т.е. повышении эффективности работы оператора.

Все компоненты системы управления объединены между собой каналами связи.

Взаимодействие АРМ с САУ ГРС осуществляется по сети Ethernet.

Структурная схема представлена на рис. 3.1.

Рисунок 3.1 - Структурная схема системы контроля и управления ГРС

Функции, которые выполняет АРМ САУ ГРС:

- обеспечение механизма регистрации пользователей для защиты от несанкционированного управления технологическим оборудованием ГРС;

- отображение на мониторе мнемосхем крановой обвязки и технологического оборудования ГРС в форме видеокадров, выполненных по принципу многоуровневого вложения от общего к частному;

- визуализация на мониторе информации от датчиков и сигнализаторов о состоянии технологического оборудования ГРС, а также информации, поступающей от локальных САУ в реальном масштабе времени (подогревателей газа и др.);

- отображение аналоговых параметров, в том числе в виде трендов за

заданный промежуток времени, и контроль их достоверности;

- отображение уставок аналоговых параметров с возможностью их изменения;

- отображение состояний исполнительных механизмов и контроль их исправности;

- дистанционное управление исполнительными механизмами (кранами, вентиляторами, дискретный клапан-дросселя);

- регистрация и архивирование информации с согласованной глубиной ретроспективы о состоянии крановой обвязки ГРС, состоянии технологического оборудования, аварийных и предаварийных ситуациях, действиях оператора (по управлению технологическим оборудованием, изменению уставок технологических параметров);

- отображение и регистрация учета расхода газа по нескольким замерным узлам (мгновенного, суточного, месячного расхода), изменение конфигурационных параметров, в том числе с учетом химического состава газа;

- отображение текущей аварийной и предупредительной информации в журнале текущих тревог;

- звуковое оповещение оператора об аварийной ситуации, включающее аварийную и предупредительную звуковую сигнализацию;

- автоматическая генерация и печать журналов оператора;

- ведение архивов журналов событий, трендов и журналов оператора.

Внедрение таких систем на ГРС приобретает особое значение, так как позволяет обеспечить эффективную работу ГРС в заданных режимах, повысить качество работы, обеспечить безаварийность и экологическую безопасность, повысить производительность труда.

Средства автоматизации ГРС предназначены для повышения надежной и стабильной работы ГРС и обеспечения непрерывной подачи газа потребителям.

3.1.2 Функции автоматизации

Комплекс технических средств автоматизации, установленный на технологическом оборудовании, обеспечивает:

- управление узлом переключения, в том числе:

1) измерение давления и температуры газа на входе ГРС, сравнение измеренных значений с заданными технологическими и аварийными границами, формирование и выдача предупредительной и аварийной сигнализации;

2) измерение давления и температуры газа на выходе ГРС, сравнение измеренных значений с заданными технологическими и аварийными границами, формирование и выдача предупредительной и аварийной сигнализации;

3) сигнализацию положения кранов узла переключения, охранного крана ГРС; дистанционное (с локального пульта ГРС и с диспетчерского пункта) управление кранами узла переключения, охранным краном ГРС и автоматическое отключение ГРС при авариях. Управление узлом очистки газа, в том числе: измерение перепада давления в сепараторе;

4) сигнализацию минимального и максимального допустимого уровня жидкости в сепараторе; дистанционное и автоматическое управление краном на линии сброса жидкости в зависимости от уровня жидкости в фильтре-сепараторе;

5) предупредительную сигнализацию максимального уровня жидкости в сборных емкостях;

- управление узлом предотвращения гидратообразований, в том числе:

1) измерение давления и температуры газа на выходе блока подогрева;

2) сигнализация положения кранов на входе и выходе блока подогрева, крана на линии подачи газа в обход подогревателя;

3) автоматическое и дистанционное управление кранами;

4) сигнализация о работе подогревателя от системы управления подогревателя;

5) сигнализация аварии подогревателя;

- управление узлом редуцирования газа, в том числе:

1) контроль положения кранов на линиях редуцирования;

2) автоматическое и дистанционное включение/отключение линий редуцирования, в том числе резервных и вспомогательных;

3) сигнализация давления газа на линиях редуцирования между последовательно установленными регулирующими устройствами;

4) автоматическое регулирование давления газа, подаваемого потребителям;

- коммерческий учет газа по каждому потребителю, в том числе:

1) измерение общих для всех потребителей параметров и введение необходимых констант; измерение давления газа; измерение температуры газа;

2) измерение расхода газа (счетчик газа с импульсным выходом);

3) расчет расхода газа;

- управлением блоком одоризации газа, в том числе:

1) сигнализация минимального уровня в емкости хранения одоранта;

2) управление дозированной подачей одоранта в газ;

3) сигнализация наличия потока одоранта;

4) учет количества введенного одоранта;

- управление краном на обводной линии, в том числе:

1) положение крана на обводной линии;

2) дистанционное (с локального пульта ГРС и с диспетчерского пункта) управление краном на обводной линии;

- сигнализацию состояния узла энергопитания, в том числе:

1) сигнализация отключения основного источника питания; сигнализация состояния резервного источника питания;

2) сигнализация переключения на резервный источник;

3) учет расхода электроэнергии;

-коммерческий учет газа на собственные нужды, в том числе измерение:

1) параметров и введение необходимых констант;

2) давления газа;

3) температуры газа;

4) расхода газа (счетчик газа с импульсным выходом);

- контроль состояния ГРС, в том числе:

1) выявление аварийных ситуаций по соответствующим алгоритмам, включение аварийных защит ГРС;

2) измерение температуры в блоке КИП;

3) сигнализация наличия довзрывоопасной концентрации природного газа в помещениях ГРС;

4) пожарная сигнализация;

5) сигнализация проникновения на территорию ГРС и в помещения ГРС;

6) сигнализация утечек одоранта;

7) контроль работы и управление станцией катодной защиты (измерение напряжения, тока, потенциала и регулирование выходного напряжения/тока);

- самодиагностика технического состояния САУ ГРС, в том числе:

1) выявление неисправностей аналоговых датчиков с унифицированным выходом;

2) контроль целостности цепей исполнительных механизмов;

3) выявление отказа, с точностью до типового модуля ввода/вывода;

4) выявление отсутствия связи с верхним уровнем управления;

- представление информации:

1) формирование и выдача информации, включая предупредительную и аварийную сигнализацию, на локальный пульт контроля и управления, включение звукового извещателя на ГРС;

2) формирование и выдача предупредительных и аварийных сигналов на удаленный пульт, включение звукового извещателя;

3) формирование и выдача информации по каналам связи в диспетчерский пункт;

4) обработка, синхронизация и выполнение команд, поступающих с локального пульта и из диспетчерского пункта;

5) дистанционное (с диспетчерского пункта) отключение ГРС;

- вспомогательные функции:

1) переключение с основного источника питания на резервный без нарушения алгоритма работы и выдачи ложных сигналов;

2) защита от несанкционированного доступа к информации и управлению;

3) протоколирование событий [4].

3.1.3 Система ПАЗ

Надежность функционирования систем обеспечения безопасности опасных объектов промышленности целиком зависит от состояния электронных и программируемых электронных систем, связанных с безопасностью. Эти системы называются системами ПАЗ. Такие системы должны быть способны сохранять свою работоспособность даже в случае отказа других функций АСУ ТП ГРС.

Рассмотрим главные задачи, возлагаемые на такие системы:

- предотвращение аварий и минимизация последствий аварий;

- блокирование (предотвращение) намеренного или ненамеренного вмешательства в технологию объекта, который может привести к развитию опасной ситуации и инициировать срабатывание ПАЗ.

Для некоторых защит предусматривается наличие задержки между обнаружением аварийного сигнала и защитным отключением.

На ГРС непрерывно контролируется ряд технологических параметров, аварийные значения которых требуют отключения и блокировки работы объектов ГРС. В зависимости от параметра или условия, по которому сработала защита, может выполняться:

- автоматическое отключение ГРС;

- закрытие кранов узла переключения, охранного крана;

- управление краном на обводной линии;

- переключение на резервный источник.

Для всех параметров защиты предусмотрен испытательный режим. В испытательном режиме устанавливается флаг защиты, запись в массиве защит и передается сообщение оператору, но управляющие воздействия на технологическое оборудование не формируются.

В зависимости от того, по какому контролируемому параметру срабатывает защита, система должна осуществлять:

- отключение объектов ГРС;

- закрытие задвижек;

- отключение тех или иных вспомогательных систем;

- включение устройств световой и звуковой сигнализации.

Газопроводы для обеспечения безопасной эксплуатации оснащены запорной и регулирующей арматурой, предохранительными устройствами, средствами защиты, автоматизации, блокировок и измерения.

Перед горелками газоиспользующих установок предусмотрена установка автоматических быстродействующих запорных клапанов с герметичностью затвора класса А в соответствии с государственным стандартом и временем закрытия до 1 с.

Прекращение подачи электроэнергии от внешнего источника вызывает закрытие клапана без дополнительного подвода энергии от других внешних источников.

Конструкция запорной, регулирующей арматуры, предохранительных устройств, приборов защиты электрических цепей, автоматики безопасности, блокировок и измерений соответствует требованиям нормативно-технической документации, согласованной с Госгортехнадзором России. Конструкция запорной, регулирующей арматуры и предохранительных устройств обеспечивает герметичность затвора не менее класса В, стойкость к транспортируемой среде в течение срока службы, установленного изготовителем.

Запорная арматура, устанавливаемая вне помещений, имеет электропривод в исполнении, соответствующем интервалу температур наружного воздуха, указанному в технических паспортах на электроприводы, а также должна быть защищена от атмосферных осадков.

Конструкция регуляторов давления газа должна обеспечивать:

- зону пропорциональности, не превышающую ± 20% верхнего предела настройки выходного давления для регуляторов;

- зону нечувствительности, составляющую не более 2,5% верхнего предела настройки выходного давления;

- постоянную времени (время переходного процесса регулирования при резких изменениях расхода газа или входного давления), не превышающую 60 с.

Относительная нерегулируемая протечка газа через закрытые клапаны двухседельных регуляторов допускается не более 0,1% номинального расхода; для односедельного клапана герметичность затворов должна соответствовать классу А по государственному стандарту.

Допустимая нерегулируемая протечка газа при применении в качестве регулирующих устройств поворотных заслонок не должна превышать 1% пропускной способности.

Точность срабатывания предохранительных запорных клапанов должна составлять ± 5% заданных величин контролируемого давления для предохранительных клапанов, устанавливаемых на ГРС.

Предохранительные сбросные клапаны должны обеспечивать открытие при превышении установленного максимального рабочего давления не более чем на 15%. Давление, при котором происходит полное закрытие клапана, устанавливается соответствующим стандартом или техническими условиями на изготовление клапанов. Пружинные сбросные клапаны должны быть снабжены устройством для их принудительного открытия.

Допустимое падение давления газа на фильтре устанавлены заводом-изготовителем. Фильтры должны иметь штуцера для присоединения к ним дифманометров или других устройств для определения перепада давления на фильтре [5].

Агрегатные защиты ГРС должны обеспечивать его безаварийную эксплуатацию и отключение при выходе контролируемых параметров за установленные пределы.

Алгоритмическое содержание функций ПАЗ состоит в реализации следующего условия: при выходе значений определенных технологических параметров, характеризующих состояние процесса или оборудования, за установленные (допустимые) пределы должно проводиться отключение (остановка) соответствующего объекта или всей станции.

Входную информацию для группы функций ПАЗ содержат сигналы о текущих значениях контролируемых технологических параметров, поступающие на логические блоки (программируемые контроллеры) от соответствующих первичных измерительных преобразователей, и цифровые данные о допустимых предельных значениях этих параметров, поступающие на контроллеры с пульта АРМ оператора. Выходная информация функций ПАЗ представлена совокупностью управляющих сигналов, посылаемых контроллерами на исполнительные органы систем защиты.