Автоматические системы управления технологическим процессом резервуарных парков нефтеперерабатывающих заводов

Автоматические системы управления технологическим процессом резервуарных парков нефтеперерабатывающих заводов

Предложена идея перехода предприятий газонефтеперерабатывающей промышленности от автоматизированных систем управления технологических процессов предприятий к автоматическим системам, исключающим человеческий фактор, что в целом повысит безопасность данной отрасли.

Авторы публикации

Рубрика

ПРОЧЕЕ

Журнал

Журнал «Научный лидер» выпуск # 11 (13), май ‘21

Поделиться

Промышленность не стоит на месте. В 21 веке все чаще открываются новые производственные предприятия, изобретаются новые современные технологии производств, а старые технологические процессы модернизируются. Большинство предприятий начинает использовать в своих производствах новые современные материалы и вещества. Однако, по сравнению со своими предшественниками, новые технологические процессы более сложные, требуют большего внимания и контроля со стороны человека. Одновременно с модернизацией производств разрабатываются и требования к технологическим процессам, требования правил безопасности, требования пожарной и экологической безопасности.

Большинство крупных производственных предприятий по всему миру приходят выводу, что нужна повсеместная автоматизация производств, нужен автоматический контроль параметров технологических процессов. Это связано в первую очередь с достаточной стоимостью любого технологического оборудования, и выход его из строя обходится намного дороже любых систем безопасности и контроля, исключающих эти ситуации. Также крупные руководители понимают, что в случае травмирования или гибели на производстве их работников в результате какой-либо аварии, они могут быть привлечены к административной и уголовной ответственности. Таким образом, автоматизация производств помогает предприятиям увеличить объемы производств и уменьшить риск гибели и травмирования персонала, так как теперь человек не находится в зоне опасного технологического процесса, а управляет им удаленно, что само собой подразумевает уменьшение численности работников предприятия, а как следствие и уменьшение рисков травмирования и гибели. Создание на производстве систем контроля параметров технологических процессов помогает исключить большинство аварий и чрезвычайных ситуаций на объекте за счет своевременного обнаружения, а системы противопожарной защиты позволяют своевременно идентифицировать пожар, оповестить персонал и даже самостоятельно ликвидировать возгорание. А, как известно, любая нештатная ситуация, авария, выход из строя технологического оборудования грозит простоем предприятия как минимум несколько дней, а иногда месяцев и лет или даже полной ликвидацией организации.

Системы автоматического контроля на сегодняшний день начинают активно проникать и в обычные жилые дома, дачи. Люди также понимают, что оборудовать свой дом комплексной системой защиты гораздо дешевле, чем делать ремонт после аварии или пожара, оплачивать порчу имущества соседям и так далее. Системы защиты, такие как, например «умный дом», позволяют своевременно перекрывать подающие трубопроводы при протечке воды, утечке газа, своевременно защищать проводку при токах короткого замыкания, просигнализировать человеку о наличии возгорания или другой какой-либо аварии в его доме, что напрямую сыграет на экономическом ущербе.

Таким образом, автоматические системы защиты и контроля становятся нашим настоящим, и без них все чаще обойтись мы не можем. Наша задача усовершенствовать их и применить повсеместно и тогда наш быт станет намного безопаснее.

Пожарная опасность резервуарных парков

Анализируя пожары на объектах нефтегазовой промышленности в России за последние 20 лет можно прийти к выводу, что наибольшее количество пожаров по статистическим данным приходятся именно на объекты хранения нефтепродуктов – наземные резервуары типа РВС, порядка 93 процентов. Одновременно с количеством пожаров можно сделать утверждение, что пожары на наземных резервуарах типа РВС являются самыми крупными, наиболее сложными для ликвидации и несут колоссальный экономический ущерб предприятиям и экономике России, а иногда травмирование и гибель людей.

Говоря о сложности ликвидации можно привести пример пожара 18 марта 1986 года на нефтеперерабатывающем заводе в городе Кириши Ленинградской области.  По архивным данным произошло загорание наземного резервуара объемом 10000 м3 с бензином. Причиной пожара стала ошибка оператора, вследствие которой произошел перелив и последующий взрыв. Тушение пожара продолжалось 85 часов. Было задействовано 62 единицы пожарной техники. Было проложено порядка 57 магистральных линий, использовано 1560 пожарных рукавов и израсходовано 930 тонн пены, которую доставляли также из Пскова, Карелии, других областей и даже соседних республик. На сегодняшний день существуют резервуары в десятки раз большего объема и сложно даже представить какие усилия нужно будет приложить в случае пожара.

 

Говоря об экономической составляющей цены на резервуар зависят от многих факторов – объем резервуара, вид эксплуатируемого вещества, форма резервуара, тип резервуара (наземный или подземный), климатическое исполнение, а также различные дополнительные опции. Например, цены на сравнительно небольшой резервуар РВС-2000 варьируются от 4 млн. руб. – до 10 млн. руб. за саму конструкцию без учета доставки и монтажа. Монтаж такого резервуара обойдется предприятию ориентировочно 2 млн. руб. и более. Наиболее распространенные РВС-20000 м3 может стоит порядка 23 млн. руб. Самые дорогие резервуары, которые были построены в современной России, это РВС-100000 м3, цены на которые могут начинаться от 90 млн. руб. Исходя из выше сказанного несложно представить какой экономический ущерб терпят предприятия при пожарах в резервуарных парках – это и дорогостоящие резервуары, испорченный нефтепродукт в различном объеме. Экономический ущерб при таких пожарах получает и государство – это тонны горюче-смазочных материалов и огнетушащих веществ, использованных при тушении пожара, косвенный ущерб экономике от простоя предприятия.

Понятно, что пожары в резервуарных парках наиболее сложные и экономически затратные и необходимо применять системы контроля и защиты, чтобы уменьшить или вовсе избежать экономического ущерба, человеческих жертв. Чтобы рассмотреть оптимальные системы контроля и защиты сначала рассмотрим причины возникновения пожаров в резервуарных парках. Причины возникновения пожаров можно разделить на три группы:

  1. Пожары природной направленности. Это пожары которые произошли без участия человека в результате какого-либо природного явления – удары молний, статическое электричество, нагрев резервуара прямыми солнечными лучами и образование взрывоопасной концентрации с избыточным давлением, самовозгорание пирофорных отложений.
  2. Пожары техносферной направленности. Это пожары, которые произошли с участием человека, в результате каких-либо ошибочных действий, нарушений техники безопасности – это пожары при отборе проб, пожары в результате падения каких либо предметов, инструментов, ремонтные работы, работы персонала с нарушением технологического процесса, несвоевременное обнаружение загазованности воздуха и образования взрывоопасной концентрации, работы персонала недостаточной квалификации, неправильный монтаж оборудования, курение.
  3. Пожары технических неисправностей. Это пожары, которые произошли в результате выхода из строя какого-либо технологического оборудования – нарушение герметичности фланцев, задвижек, перелив нефтепродукта в результате выхода из строя прибора контроля уровня, короткое замыкание, выход из строя дыхательной арматуры, перегрев тэнов подогревателей жидкости и другие.

Можно сделать вывод, что основные причины пожаров – это природные явления, человеческий фактор и выход из строя какого-либо технологического оборудования.

Обеспечение безопасности резервуарных парков. Системы управления и контроля

На сегодняшний день, с целью автоматизации производства и своевременного контроля, разработаны и используются системы АСУ ТП РП – автоматизированные системы управления технологическим процессом резервуарных парков. Такие системы представляют собой пульт управления оператора, средства обработки информации, элементы автоматики (датчики, устройства, исполнительные устройства). Автоматизированные системы обеспечивают удаленный контроль наполнения и опорожнения резервуаров, удаленное управление задвижками, удаленное управление насосами, контроль параметров хранимой в резервуаре нефти (уровень нефти в резервуарах; средняя температуры нефти; t окружающего воздуха; t нефти в пристенном слое резервуара, контроль параметров взрывоопасности, контроль давления, скорость заполнения). Однако у всех этих систем есть минус – человеческий фактор. Т.е. смысл данных систем заключается в том, чтобы с приборов контроля передать на пульт управления оператору какие либо-параметры, затем оператор принимает какое либо-решение и может удаленно с пульта управления регулировать задвижки, управлять насосами и так далее.  К тому же большинство систем вообще не связано технически с системами пожарной безопасности.

Для уменьшения экономического ущерба от пожаров или даже сведения пожаров на объектах нефтехимии к нулю необходимо оборудовать резервуарный парк единой комплексной автоматической системой защиты и контроля. Единая комплексная автоматическая система  защиты и контроля резервуарного парка (ЕКАС ЗиК РП) – это комплекс технических средств, программного обеспечения, который в автоматическом режиме отслеживает все параметры технологического процесса, в зависимости от нормативных значений параметров автоматически регулирует и вносит изменения в технологический процесс, в автоматическом режиме обеспечивает ликвидацию аварии или пожара без участия человека. Что это значит? Это означает, что резервуарный парк оборудуется контрольными приборами, которые осуществляют ежесекундный контроль и передают параметры своих значений на искусственный интеллект – программное обеспечение. Искусственный интеллект, получая значения параметров, автоматически управляет технологическим процессом и системами защиты, а в случае получения аварийные значения, меняет или полностью останавливает работу оборудования по заданным алгоритмам, одновременно происходит информирование человека о наличии нештатной ситуации и принятом решении, а в случае обнаружения пожара автоматически производит тушение «комплексной системой пожаротушения РП». Это происходит следующим образом – например, датчик уровня нефтепродукта и датчик давления в резервуаре просигнализировал компьютеру о пороговых значениях, компьютер, получив сигнал, автоматически останавливает насосы, перекрывает запорную арматуру, задействует аварийную емкость для слива части нефтепродукта, регулирует давление в резервуаре. В случае возникновения пожара вследствие человеческого фактора, компьютер фиксирует пожар на резервуаре №Х, приводит в автоматическом режиме запорную пожарную арматуру, включает насосы, запускает систему пенного тушения и систему охлаждения горящего и соседних резервуаров, сигнализирует в ближайшую пожарную часть. ЕКАС ЗиК РП должна будет отслеживать все возможные параметры, которые влияют на возникновение нештатной ситуации и возникновение пожара, начиная от стандартных - уровень нефти в резервуарах; средняя температуры нефти; t окружающего воздуха; t нефти в пристенном слое резервуара, контроль параметров взрывоопасности, контроль давления, скорость заполнения, и заканчивая нестандартными. Например, под запорной арматурой трубопроводов необходимо разместить датчики протечки нефтепродуктов, которые позволят своевременно обнаружить протечку, перекрыть проблемный участок, а при необходимости остановить технологический процесс и как следствие избежать загазованности, образования взрывоопасной концентрации, взрыва, пожара. На территории резервуарного парка необходимо разместить газоанализаторы совместно с промышленными ветрогенераторами в искробезопасном исполнении, которые на разных участках и на разных высотах контролируют загазованность воздуха и при необходимости регулируют ее до состояния безопасной. В резервуарах необходимо оборудовать автоматический забор проб и их транспортировку в безопасное место с заданной частотой. Кроме того, датчики будут передавать на компьютер не только измеряемые параметры резервуарного парка, но и параметры самих себя, т.е. компьютер будет получать некие значения работы самих датчиков (напряжение, сопротивление), и в случае нарушений в работе датчика или поломке, моментально это обнаружит и будет руководствоваться показаниями резервных датчиков. Например, датчик уровня нефтепродукта в резервуаре передает на компьютер, что резервуар заполнен на половину, однако сам датчик показывает большое электрическое сопротивление, выходящее за рамки его нормальной работы. Компьютер, понимая, что датчик возможно не исправен и может передавать уровень нефтепродукта с ошибками, начинает принимать значения уровня нефтепродукта с дублирующего (резервного датчика), который работает в заданных режимах без ошибок. Таким образом, человек должен лишь знать, что система исправна и функционирует без ошибок, а компьютер сделает основную работу по заданным алгоритмам.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что Единая комплексная автоматическая система защиты и контроля резервуарного парка имеет преимущество над автоматизированными системами, так как в главной роли здесь выступает искусственный интеллект, а не человек. Можно исключить такие факторы как недостаточная квалификация, несвоевременное принятие решения, принятие ошибочного решения на фоне стрессовой ситуации. Программное обеспечение моментально среагирует на любую аварийную ситуацию и по заданным алгоритмам примет правильное решение, а если все же такая ситуация произошла, то незамедлительно примет меры по ее ликвидации опять же по оптимально разработанным алгоритмам. Так же компьютер постоянно проверяет работоспособность и исправность самих датчиков, и можно быть уверенным, что авария не произойдет по вине неисправного датчика, так как компьютер сразу же переключится на резервный и сообщит человеку о проблеме. Такую систему можно сравнить с современной системой автомобилей, где работа приборов освещения, работы дворников и многих других механизмов осуществляется в автоматическом режиме, т.е. например, датчик дождя посылает сигнал на компьютер автомобиля, что начался дождь, компьютер, получив такой сигнал, в автоматическом режиме приводит дворники в работу, а если датчик не исправен, то сразу же сигнализирует об этом автолюбителю и при необходимости задействует резервные датчики.

С 2003 года усовершенствованные автоматизированные системы управления начали применять на Омском нефтеперерабатывающем заводе, где уже тогда за счет компьютерных технологий было возможно переложить часть управляющий функций на автоматическое управление компьютером. Начиная с 2013 и по сегодняшний день нефтеперерабатывающие заводы «Газпром нефти» начали внедрять так называемые «умные автоматизированные системы управления», работающие по принципу автопилота. От операторов пока заводы не отказались, но уже на этом этапе «пресловутый человеческий фактор» сводится к минимуму. Заводы начинали повышение интеллекта своих АСУТП путем внедрения виртуальных анализаторов. Позднее началась работа по созданию многопараметрических контроллеров-автопилотов. В общей же сложности к настоящему времени на нефтеперерабатывающих заводах внедрено более 13 умных АСУТП в разной стадии реализации проекта.

Анализируя экономическую эффективность таких систем на установках по переработке нефтепродуктов, специалисты приходят к выводу, что срок окупаемости систем может составлять от одного месяца, в дальнейшем позволяя экономить десятки миллионов рублей. В отдельных случаях, на ОНПЗ экономический эффект составил 30 млн. рублей в месяц при инвестициях на внедрение 17 млн рублей.

Кроме того, автопилот позволяет стабилизировать технологический режим, не допуская отклонения от нормы контролируемых параметров. Это дает уже качественный эффект — оборудование меньше изнашивается, а безопасность ведения технологического процесса повышается за счет сокращения количества нарушений. Помимо этого, к качественному эффекту можно отнести снижение нагрузки на оператора и рост производительности, сокращение числа вмешательств оператора в технологический процесс, уменьшение потерь при сменах технологических режимов.

На сегодняшний день автоматические системы пользуются большой популярностью во многих отраслях и в быту. На нефтеперерабатывающих заводах страны на данный момент применяются автоматизированные системы, т.е. системы где участие человека обязательно. Однако, постепенно идет плавный переход к автоматическим системам. Действующие автоматизированные системы начинают обучать, повышать их интеллект, и постепенно все больше и больше операций становятся автоматическими – если можно так назвать, то это уже так называемые полуавтоматические умные автоматизированные системы управления. Их развитие и повсеместное внедрение становится одним из приоритетных направлений крупных производителей, которое в целом позволит увеличит прибыль, повысить безопасность, и возможно в скором будущем пожары на нефтеперерабатывающих предприятиях станут редкостью.

Список литературы

  1. СП 155.13130.2014 Склады нефти и нефтепродуктов. Требования пожарной безопасности.
  2. Онлайн журнал «Сибирская нефть», выпуск №122, 2015 г.
  3. Правила технической эксплуатации резервуарных магистральных трубопроводов и нефтебаз, РД 153-39.4-078-01
  4. Научно-аналитический журнал: «Сибирский пожарно-спасательный вестник»№3(14)-2019 – «Анализ и обобщение статистических данных по опасным техногенным явлениям на объектах нефтяной промышленности РФ», Г.С. Дупляков, А.С. Горбунов, М.В. Елфимова, И.В. Надейкин.
  5. Руководство по тушению нефти и нефтепродуктов в резервуарах и резервуарных парках.
  6. ГОСТ 31385-2008 «Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов».
  7. Коновалов Н.И, Мустафин Ф.М, Коробков Г.Е. и др. Оборудование резервуаров . - Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2005. - 214 с.
  8. Молчанов В.П., Сучков В.П. Варианты развития пожара в хранилищах нефтепродуктов // Пожарное дело. – 1994. – N 11. – С. 40 – 44.
  9. Акимов В. А., Новиков В. Д., Радаев Н. Н. Природные и техногенные чрезвычайные ситуации: опасности, угрозы, риски. М.: Деловой экспресс, 2001 г. 345 с.
  10. Волков О.М. Пожарная безопасность резервуаров с нефтепродуктами -М.: Недра, 2004 г. 360 с.
  11. Воробьев Ю.Л., Акимов В.А., Соколов Ю.И.. «Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов». Москва, Ин-октава, 2005 г. 480с.
  12. ГОСТ Р 12.3.047-98 Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля.
  13. Нормы по проектированию и эксплуатации ЖБР и РВС с устройством купольной крыши и понтона из алюминиевых сплавов -М.: ОАО «АК«Транснефть», 2003 г.
  14. Правила технической эксплуатации резервуаров магистральных нефтепроводов РД 39-0147103-385-07 - М.: Министерство нефтяной промышленности ВНИИ СПТ Нефть, 2007 г. 112 с.
  15. СНиП 2.11.03-03 Склады нефти и нефтепродуктов. Противопожарные нормы.

Предоставляем бесплатную справку о публикации,  препринт статьи — сразу после оплаты.

Прием материалов
c по
Осталось 2 дня до окончания
Размещение электронной версии
Загрузка материалов в elibrary