3.3 Описание используемых средств автоматизации

3.3.1 Уровнемер Saab Тank Radar RTG 3920 REX

Система коммерческого учёта нефтепродуктов Saab TankRadar TRL/2 представляет собой систему контроля и измерения уровня, объёма и массы нефти в резервуарах. Система TRL/2 может взаимодействовать с различными датчиками, такими как датчики температуры и давления, осуществляя полный контроль над содержимым резервуара.

Уровнемеры системы TRL/2 способны измерять уровень любых продуктов, включая битум, сырую нефть, продукты переработки, агрессивные химические продукты, сжиженные газы, гранулированные вещества и т.д. Основными компонентами системы TRL/2 являются (рисунок 3.2):

Рисунок 3.2 - Основные компоненты системы TRL/2

- радарный уровнемер (RTG) - автономное взрывозащищенное устройство, измеряющее уровень нефти в резервуаре. Он может комплектоваться четырьмя типами антенн в зависимости от требований и условий применения;

- модуль сбора данных (DAU) может взаимодействовать с различными датчиками и исполнительными механизмами. Существует две модификации DAU: подчиненный и независимый. Подчиненный DAU предназначен для измерения температуры, в то время как независимый DAU в дополнение к измерениям температуры имеет аналоговые и цифровые входы. Обе модификации могут дополнительно снабжаться жидкокристаллическим дисплеем для местного снятия показаний измерения;

- модуль полевого соединения (FCU) используется в качестве концентратора данных и шлюза между полевой шиной и групповой шинами. К каждому FCU могут подключаться до 32 RTG и 32 DAU;

- модем полевой шины (FBM) является конвертером данных между компьютерным портом типа RS-232C и шиной TRL/2. Он используется для подключения персонального компьютера с программным обеспечением Saab TankMaster к шине TRL/2;

- операторский интерфейс TankMaster WinOpi представляет собой программное обеспечение для представления оператору данных измерений и вычислений TRL/2. Операторский интерфейс также используется для установок срабатывания аварийной сигнализации, эксплуатационных характеристик, конфигурации и калибровки системы TRL/2;

- программное обеспечение RadarSetup обычно используется на сервисном переносном персональном компьютере. Программное обеспечение RadarSetup используется для обслуживания и конфигурации радарного уровнемера и не является заменой более мощного WinSetup.

Уровнемер TankRadar REX разработан также для проведения высокоточных измерений объёма и массы нефти непосредственно на базе электронного блока уровнемера и последующей передачи в систему верхнего уровня.

Уровнемер может принимать и обрабатывать сигналы от аналоговых цифровых датчиков давления и датчиков уровня подтоварной воды.

Все измеренные данные передаются по полевой шине для дальнейшей обработки в рабочей станции TankMaster или на главном компьютере предприятия. Из-за высокой производительности процессора уровнемера эти вычисления могут производиться непосредственно в электронном блоке уровнемера.

Ни одна часть уровнемера не находится в реальном контакте с нефтью в резервуаре, и только антенна подвергается воздействию атмосферы резервуара.

Радарный уровнемер подает по направлению к поверхности нефти в резервуаре высокочастотное излучение с непрерывно изменяющейся частотой. Вычисление уровня проводится по отраженному от поверхности нефти сигналу. Излучаемый сигнал и сигнал, отраженный от поверхности нефти, имеют различные частоты, разность между которыми пропорциональна расстоянию до поверхности нефти.

Этот метод называется методом частотно-модулированной непрерывной волны (рисунок 3.3). Для обеспечения точности измерений радарный уровнемер снабжен цифровым эталоном.

Все измеренные данные представляются оператору с помощью операторского интерфейса, который содержит функции учёта уровня нефти в резервуаре. Для дальнейшей обработки полученных данных может подключаться основной компьютер предприятия.

Уровнемер состоит из двух основных частей: основного блока уровнемера и антенны. Уровнемер сконструирован для монтажа на резервуарах с фиксированной кровлей и имеет точность, которая позволяет использовать его при коммерческих операциях. Конструкция параболической антенны устойчива к загрязнению и конденсации паров нефти и воды.

Рисунок 3.3 - Метод частотно-модулированной непрерывной волны

Основной блок уровнемера состоит из взрывобезопасного корпуса, электронного блока, интегрированной клеммной коробки и погодозащитного кожуха. На резервуарах ЛПДС «Субханкулово» установлены уровнемеры Saab Тank Radar RTG 3920 REX с конусной антенной (рисунок 3.4).

Техническая характеристика уровнемера приведена в таблице 3.3.

1 - основной блок; 2 - погодозащитный кожух; 3- конус; 4 - патрубок 8”min

Рисунок 3.4 - Общий вид уровнемера RTG 3920 REX

Таблица 3.3 - Характеристики уровнемера Saab Тank Radar RTG 3920 REX

Плата процессора (SPC) - основная плата электронного блока уровнемера. На ней расположен процессор, предназначенный для решения задач по генерации и обработке модулирующего сигнала, обработке входных и выходных сигналов, а также для выполнения вспомогательных функций.

Плата обработки аналоговых сигналов(APC) используется для фильтрации и усиления аналоговых входных сигналов. При размещении аналоговых усилителей на отдельной плате достигается более высокое соотношение сигнал/шум.

Плата связи (FCC) поддерживает связь с внешними устройствами. Существуют различные версии платы полевой связи для использования различных типов протоколов связи, а также для эмуляции протоколов других типов измерительных приборов.

Плата интерфейса (TIC) используется для искробезопасного подключения дополнительных входов.

Плата температурных входов (TMC) используется для подключения к электронному блоку уровнемера до 6-ти температурных датчиков. Обеспечивается подключение как точечных, так и многозонных температурных датчиков.

Плата релейных выходов (ROC) содержит два реле. Они позволяют управлять внешними устройствами, такими как клапаны, насосы, нагревательные элементы.

Плата (MWB) - материнская плата.

Параболическая антенна обеспечивает качественные измерения при минимальном расстоянии, более узкий луч излучения и, следовательно, меньшее влияние паразитных отражений. Параболическая антенна предназначена для измерений уровня всех типов нефтей, включая такие тяжелые типы нефтей как асфальт [4].

Уровнемер RTG 3920 может монтироваться на патрубке Ду 500 без остановки эксплуатации резервуара.

Поскольку параболическая антенна имеет самый большой диаметр и, следовательно, наиболее узкую диаграмму направленности, то она может использоваться для измерения уровня продукта в самых высоких резервуарах.

Параболическая антенна наиболее устойчива к загрязнению, поэтому она может использоваться в условиях сильного загрязнения ее поверхности, например, битумом или жидкой серой. Параболическая антенна изготавливается с отражателями размером 18" и 20", а также с 6" фланцем для ее монтажа на резервуаре.

Внешний вид параболической антенны показан на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 - Внешний вид параболической антенны

Части антенны, подверженные влиянию атмосферы резервуара, изготавливаются из нержавеющей стали и тефлона, сохраняют свои характеристики в условиях сильного загрязнения зеркала антенны и ее излучателя.

3.3.2 Сигнализатор уровня жидкости поплавковый СУЖ-П-И

Сигнализатор уровня жидкости поплавковый СУЖ-П-И предназначен для сигнализации одного, двух или трех предельных уровней жидкости в резервуарах, находящихся во взрывоопасных зонах. По устойчивости к климатическим воздействиям сигнализатор соответствует климатическому исполнению УХЛ категории размещения 1 для первичных преобразователей, но для температуры окружающего воздуха от минус 50 до плюс 70 ⁰С и категории размещения 4 для вторичного преобразователя по ГОСТ 15150.

Сигнализатор уровня состоит:

- из первичного преобразователя СУЖ-ПО-2-2;

- втулок;

- преобразователя вторичного.

Преобразователи первичные имеют несколько исполнений: горизонтальное, вертикальное на одну, две или три точки контроля. Преобразователь первичный СУЖ-ПО-2-2 (сигнализатор) состоит из следующих узлов: - чувствительного элемента; - контактного устройства. Принцип действия сигнализатора основан на срабатывании контактного устройства (геркона) при всплытии чувствительного элемента (цилиндрический поплавок) на заданный (контролируемый) уровень нефти. Чувствительным элементом служит цилиндрический поплавок со скобой, посаженной на трубу диаметром 17 мм. Внутри скобы установлены прямоугольные магниты. Контактное устройство состоит из двух герконов, закрепленных на кассете, которая установлена внутри трубы. Контакты герконов проводами МГТФ соединены с лепестками на плате, закрепленной в корпусе. Положение герконов на кассете выбрано таким образом, чтобы перемещение поплавка с магнитом до упора приводило к замыканию контактов. Таким образом сигнализируется уровень жидкости в резервуаре.

Для присоединения сигнализатора к общей электрической схеме в эксплуатационных условиях служит плата с контактами, помещенная в корпусе, закрепленном на конце трубы. Корпус закрыт крышкой. Резиновая прокладка предохраняет корпус от попадания в него влаги. Для подведения и герметизации внешних проводов служит специальное вводное устройство.

Общее крепление сигнализатора к резервуару осуществляется с помощью фланцев. Преобразователь представляет собой трубу, в которой на проволочном стержне закреплены пары герконов, подключенные с помощью проводов к контактному устройству. По трубе перемещается цилиндрический поплавок с установленными в нем магнитами. При совмещении поплавка с герконовыми парами происходит замыкание контактов герконов.

Длина проводов, соединяющих герконы с контактным устройством, выбрана с 50 %-м запасом, чтобы потребитель мог при необходимости произвести регулировку уровней контроля.

Преобразователь вторичный включает в себя плату источника питания сигнализатора уровня и плату искробезопасной цепи и реле.

Источник питания выполнен по схеме полумостового преобразователя с бестрансформаторным входом.

Плата искробезопасной цепи и реле состоит из трех одинаковых ячеек. В состав ячейки входят два герконовых реле К1 и К2, ключевой транзистор VT1, диоды VD2 и искробезопасная цепь R2, VD3 - VD6.

Резистор R2 ограничивает ток короткого замыкания на уровне 10 мА.

Стабилитроны VD3 - VD6 ограничивают напряжения на уровне 30 В.

При срабатывании герконов преобразователя первичного замыкания открывается ключевой транзистор VT1, коллекторный ток которого вызывает срабатывание герконовых реле [5].

Схема электрического подключения показана на рисунке 3.6.

Преобразователи могут работать на три точки контроля, т.е. к одному преобразователю вторичному можно подключить три преобразователя первичных СУЖ-ПО-2-2.

Рисунок 3.6 - Схема электрического подключения

Преобразователи первичные взаимозаменяемые и не требуют дополнительной подстройки при подключении к другому вторичному преобразователю.

Поплавковый сигнализатор уровня жидкости СУЖ-П-И имеет ряд недостатков:

- налипание на поплавок парафина;

- образование конденсата внутри преобразователя.

Налипание парафина вызывает утяжеление поплавка, что приводит к неправильному отслеживанию уровня нефти.

Из-за разности температур внутри резервуара и внешней среды происходит образование конденсата в преобразователе. Наличие влаги вызывает коррозию контактной группы, что вызывает нестабильную работу сигнализатора.

Так же в процессе эксплуатации СУЖ-П-И замечен следующий недостаток - при сильных ливнях происходит попадание влаги внутрь сигнализатора, что может привести к ложному срабатыванию.

3.3.3 Датчики температуры

Для точных и надежных измерений профиля температуры нефти рекомендуется использование многоточечного термометра Pt100.

Для определения средней температуры нефти используются показания только тех датчиков, которые полностью погружены в нефть.

Датчики устанавливаются в металлорукаве, изготавливаемом из нержавеющей стали. Фланец термометра закрепляется на верхней части резервуара, а нижний конец с помощью якоря крепится ко дну резервуара.

Многоточечный термометр легко устанавливается, даже если резервуар находится в эксплуатации. В резервуарах под давлением многоточечные датчики устанавливаются в защитных гильзах так, чтобы замена датчиков при обслуживании, при ремонте производилась без вывода резервуара из эксплуатации. Многоточечный датчик подключается непосредственно к уровнемеру, если число термоэлементов не превышает 6 и через модуль DAU при большем количестве датчиков.

Установка точечного термометра в резервуаре показана на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7 - Установка точечного термометра в резервуаре

Техническая характеристика термометра Pt100 приведена в таблице 3.4.

Таблица 3.4 - Технические характеристики термометра Pt100

автоматизация резервуарный парк сигнализатор

3.3.4 Система противоаварийной защиты

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

Главные задачи, возлагаемые на такие системы:

– предотвращение аварий и минимизация последствий аварий;

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

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

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.

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 агрегата или всей станции.

Входную информацию для группы функций противоаварийной защиты 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 ЛПДС. Выходная информация функций противоаварийной защиты представлена совокупностью управляющих сигналов, посылаемых контроллерами на исполнительные органы систем защиты [4].

Развитие контроллерных интерфейсов, появление электронных систем отображения информации, SCADA систем и внедрение модульного принципа построения ПЛК привело к трансформации структуры контроллерной системы ПАЗ в структуру, представленную на рисунке 3.9.

Рисунок 3.9 - Структура контроллерной системы ПАЗ