ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ПРИ АВТОМАТИЗАЦИИ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

Развитие техники и ресурсосберегающих технологий привело к значительному усложнению технологических процессов в газовой отрасли, что существенно повлияло на объем автоматизации и принципы построения систем автоматического управления объектами газовой промышленности и газотранспортной системы.

Требования, предъявляемые к современным системам автоматического управления и регулирования (САУ и Р) газоперекачивающего оборудования, касаются не только более эффективного использования центробежных компрессоров, входящих в состав турбокомпрессорных агрегатов (ГПА), но и обеспечения безопасности эксплуатации оборудования в соответствие с международным стандартом безопасности IEC 61508, общим правилам взрывобезопасности Госгортехнадзора, нормам и правилам противопожарной безопасности. Согласно указанным нормативным документам, системы противоаварийной защиты (СПАЗ) объектов газовой промышленности относятся ко второму классу уровня безопасности (SIL 2), что определяет ряд основных требований:

• малоинерционность — выявление нештатных ситуаций на ранней стадии развития;

• автономность — обеспечение автономной круглосуточной работы;

• диагностируемость — способность выполнять непрерывно диагностику противоаварийных функций системы управления и самодиагностику, переводя технологическое оборудование в безопасное состояние при возникновении неисправностей;

• живучесть — способность перевести технологический процесс в безопасное состояние при полном отказе внешних систем энергоснабжения, а также при непосредственном разрушении СПАЗ;

• интеллектуальность — способность перевести технологическое оборудование в безопасное состояние по оптимальному алгоритму, с минимальными нагрузками на оборудование и воздействием на окружающую среду;

• невозбуждаемость — минимизация вероятности ложного останова технологического оборудования.

Система противоаварийной защиты ГПА или КС должна осуществлять контроль наиболее важных параметров и подавать команду на автоматический аварийный останов в случае выхода параметра за допустимые пределы. Параметры, по которым действует автоматическая защита, можно разделить на две группы. Первую образуют параметры, аварийное значение которых может быть достигнуто только в результате какого-либо нарушения режима. В условиях нормальной эксплуатации и на неработающем агрегате значения этих параметров лежат по одну сторону от уставки срабатывания, которая обычно выше нормального значения параметра. Вторую группу составляют параметры, для которых значения, соответствующие аварийной ситуации, лежат по туже сторону от уставки срабатывания (например, ниже), что и значения их на остановленном агрегате. В процессе нормальной эксплуатации значения этих параметров лежат по другую сторону от уставки срабатывания защиты. Каждая из групп параметров требует отдельных алгоритмов для их реализации.

В применяемых в настоящее время системах автоматического управления газоперекачивающим оборудованием система противоаварийной защиты является неотъемлемой частью основной системы управления. В этом случае для обеспечения защиты оборудования при выходе из строя технологического контроллера или при исчезновении питания системы управления используется блок экстренного останова (или блок релейной защиты), который, как правило, реализуется на элементах «жесткой» логики. Характерной особенностью блоков экстренного останова является то, что решение о переводе оборудования в безопасное состояние принимается основной системой управления или оператором. Для принятия решения об останове технологического процесса оператору требуется от З до 5 секунд, а в некоторых случаях (при необходимости обобщить информацию с распределенного объекта) — до нескольких минут. Как показал анализ, именно за это время, в условиях неработоспособности основной системы управления, наиболее крупные аварии приобретали необратимый характер и приводили к большим материальным потерям.

Наличие автономной системы безопасности обеспечивает надежную отработку аварийных операций без участия оператора даже в случае выхода из строя или частичной потере функций основной системы управления. Предупреждение аварийных ситуаций и защита газоперекачивающего оборудования — назначение подсистемы аварийной защиты (ЕSD), входящей в состав САУ и Р ГПА и КС как законченное автономное изделие.

ОАО Сумское НПО им. М.В. Фрунзе совместно с ЗАО «НПФ «Система-Сервис» разработали и внедрили САУ и Р КС с автономной системой ЕSD на компрессорной станции Хаджи-Абад республика Иран, выполненной на базе сертифицированных ТUV программно-технических средств фирмы Siemens. Структурная схема САУ и Р состоит из:

1. Трех систем САУ и Р ГПА с автономной системой ЕSD.

2. Резервированной системы САУ и Р КС с автономной резервированной системой ЕSD КС.

3. Пульта управления КС, включающего два рабочих места оператора и одно место инженера-программиста (фото 1).

4. Трех щитов управления ГПА и стойки УПИ системы ЕSD КС, включающей сетевое коммуникационное оборудование (фото 2).

5. Датчиковой аппаратуры и исполнительных механизмов.

В систему ЕSD подключается датчиковая аппаратура и исполнительные механизмы, обеспечивающие безопасность эксплуатации:

- системы пожарообнаружения,

- системы газообнаружения,

- системы вибромониторинга,

- контроль предельных оборотов ротора компрессора,

- контроль цепей управления и положение кранов входящих в алгоритм управления ЕSD,

- системы электропитания механизмов ГПА и КС.

Ввод и вывод параметров осуществляется модулями повышенной безопасности SM 326F и модулями децентрализованной периферии SIMATIC DР ЕТ2ООМ.

Система ЕSD имеет приоритет над всеми командами САУ и Р и всеми режимами управления ГПА и КС. При выявлении любой неисправности система ESD должна привести ГПА и оборудование КС в безопасное состояние, чтобы гарантировать безопасность оборудования и персонала с заданной вероятностью, определяемой в соответствии с уровнем безопасности SIL2 по IEC 61508.

Указанная система выполняет следующие функции:

• непрерывный высокоскоростной анализ технологических процессов на выявление аварийных ситуаций;

• непрерывную диагностику основной системы управления на выполнение функций по защите технологического оборудования;

• непрерывную самодиагностику, включая аппаратный контроль цепей аварийных датчиков и исполнительных механизмов;

• автоматический контроль загазованности в отсеках агрегата и станционного оборудования с управлением аварийной вентиляционной системой;

• автоматическое пожарообнаружение и управление системой пожаротушения;

• реализацию всех алгоритмов системы противоаварийной защиты в двух программно независимых потоках с последующим сравнением результатов;

• обмен потоками информации с основной САУ;

• гарантированный перевод оборудования в безопасное состояние с оптимальным выбором алгоритма перевода при выявлении нештатных ситуаций.

В процессе штатного управления система ESD находится в ждущем режиме и постоянно обрабатывает входные данные о технологическом состоянии оборудования и о состоянии аппаратных средств системы управления.

Система ESD включается в процесс управления и производит экстренный останов в одном из следующих случаев:

• По измерительным каналам системы безопасности зафиксировано превышение аварийных значений, при этом основная система управления не зафиксировала аварийной ситуации и продолжает работать в обычном режиме.

• Система управления начала выполнять останов ГПА или КС, но останов не был завершен за отведенный промежуток времени, «зависнув» на промежуточном этапе.

• Зафиксирован пожар.

• Зафиксирован аварийный уровень загазованности.

• Оператором нажата кнопка «Экстренный останов» на панели экстренного управления.

• Система безопасности зафиксировала выход из строя основной системы управления ГПА или КС.

Автономные системы ESD ГПА и КС выполнены на базе сертифицированных по IEC 61508 контроллерах промышленной безопасности F серий Simatic S7-315F и S7-414FH, с применением необходимых программных и технических средств, соответствующих стандартам на построение систем подобного типа. Система представляет собой конструктив шкафного типа и размещается в отсеке автоматики ГПА (ESD ГПА)или в операторной КС (ESD КС). Для организации человеко – машинного интерфейса системы служат:

• Рабочая станция устройства представления информации САУ ГПА. Система ESD ГПА имеет соединение с устройством представления информации по каналу Ethernet.

• Рабочие станции на пульте оператора. Система безопасности имеет соединение с рабочими станциями по резервированному каналу Ethernet (через центральное коммуникационное устройство). С помощью рабочей станции можно вести контроль параметров системы безопасности, осуществлять некоторые настройки системы.

• Панель экстренного управления (ESD – панель), размещаемая на центральном коммуникационном устройстве. Панель связана с системами безопасности по прямым физическим связям. С помощью кнопок на данной панели оператор может выдать команды на останов любого ГПА, на останов КС, включение пожаротушения ГПА и объектов КС.

Труды XIII международной научно-технической конференции по компрессоростроению. Сумы 2004