Введение 5
1. Организация бесперебойного электропитания КТС АСУТП установки
И-6 производства Изопрена ООО «СИБУР-Тольятти»
1.1. Общие положения регламентов безопасности РФ относящиеся к
электроснабжению АСУТП
1.2. Общие требования к качеству электропитания АСУТП
1.3. Требования к времени удержания электропитания при полном
пропадании питания по основным вводам 0,4кВ
1.4. Требования к показателю надежности электропитания АСУТП
1.5. Основные концепции организации надежного электропитания КТС
АСУТП установки И-6 производства Изопрена
1.6. Вывод по первой главе
2. Проектирование электропитания КТС АСУТП установки И-6
производства Изопрена
2.1. Зона проектирования системы
2.2. Общая структура электропитания КТС АСУТП
2.3. Схема нагрузок электропитания
2.4. Расчет параметров нагрузок КТС АСУТП установки И-6
производства Изопрена
2.5. Вывод по второй главе
3. Расчет параметров и выбор ИБП для КТС АСУТП установки И-6 производства
Изопрена
3.1. Температурный режим эксплуатации системы электроснабжения
КТС АСУТП 36
3.1.1. Зависимость частоты отказов электронных устройств от температуры 36
3.1.2 Зависимость времени службы электронных устройств от температуры 37
3.1.3. Зависимость температуры электронных устройств от условий эксплуатации 41
3.2. Определение эксплуатационных запасов основных параметров ИБП..
3.3. Расчет максимальной мощности ИБП
3.4. Выбор ИБП и батарейного блока
3.4.1. Общие требования к ИБП
3.4.2. Выбор модели ИБП
3.4.3. Выбор блока батарей ИБП
3.4.4. Итоговая комплектация ИБП
3.5. Расчет системы АВР системы электропитания КТС АСУТП
3.6. Определение параметров автоматических выключателей нагрузок
электропитания КТС АСУТП
3.7. Вывод по третьей главе 58
4. Проверка показателей надежности электропитания КТС АСУТП
4.1. Применяемая методика расчета надежности и основные допущения
в расчете надежности
4.2. Структурная схема узлов системы электропитания для расчета
надежности 62
4.3. Расчет надёжности системы электропитания КТС АСУТП для
расчета надежности 63
4.3.1. Расчет показателей Группы A
4.3.2. Расчет показателей Группы B
4.3.3. Расчет показателей Группы
4.3.4. Расчет показателей Группы D
4.3.5. Расчет показателей итоговой Группы Е
4.4. Оценка итогового расчетного показателя надежности
4.5. Требования к эксплуатации и ТО системы электропитания КТС
АСУТП для обеспечения проектных показателей надежности
4.6. Требования к температурному режиму эксплуатации системы
электропитания КТС АСУТП
4.7. Перечень задач ТО системы электропитания КТС АСУТП
4.8. Задачи ТО поиска потенциальных отказов системы электропитания
КТС АСУТП 73
4.9. Задачи ТО поиска скрытых отказов системы электропитания КТС
АСУТП 76
4.10. Планово-предупредительные задачи ТО системы электропитания
КТС АСУТП 77
4.11. Вывод по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 78
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ИЛИ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 83
В современном мире крупная часть мирового рынка промышленности приходится на нефтехимические предприятия. Продукты их производства являются неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. И уже сложно представить нашу жизнь без использования этих вещей.
В большинстве случаев это аварийно-опасные и вредные для здоровья человека производства. Зачастую, чтобы получить итоговый неопасный для человеческой жизни продукт, перед этим надо провести ни одну химическую реакцию между различными опасными для здоровья веществами. Что ставит перед производителями важную задачу: постоянной контроль и наблюдение за ведением процесса.
Практически до конца прошлого столетия большая часть управления производствами осуществлялась без компьютеризированной помощи и нуждалась в огромном объеме «человеко-работ» в пределах производственных установок. Поскольку большая часть данных объектов относятся к первому и второму классу опасности производственных объектов, наносят непосредственный ущерб окружающей среде и здоровью человека, то долговременное нахождение сотрудников предприятий в пределах производственных установок пагубно сказывается на их состоянии здоровья.
На текущем этапе развития, человеком разработана цифровая автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП). Она во многом сокращает трудоемкость рабочего персонала различных подразделений, уменьшая время контакта человека с вредной средой для его организма, и значительно увеличивает производительность предприятий по выработке продукции.
Данные системы представляют из себя сложную структуру цифровых инструментов и объектов на всех этапах производства. Их разработками зачастую занимаются крупные компании. Проектирование и внедрение АСУТП под конкретное производство предприятия очень дорогой и трудоемкий процесс. Высокая цена обусловлена качеством продукта, который должен будет безотказно работать на протяжении многих лет. Поскольку любой сбой может привести к непоправимым последствиям, как для самого предприятия, так и для прилегающих к нему населенных пунктов.
Ряд производств нефтехимической промышленности характеризуется большим потреблением электрической энергии, это определяет повышенные требования к организации качественного энергоснабжения предприятия для обеспечения его четкого и бесперебойного функционирования.
Важной частью стабильной работы автоматизированной системы управления (АСУ) является постоянное диагностирование отдельных ее узлов. Это позволяет своевременно выявлять различные неисправности в техническом оборудовании АСУ, а также проблемы связанные с источниками питания и целостности проводки.
Для корректной работы отдельных составляющих АСУТП единой системой необходимо обеспечить бесперебойное питание для всех узлов. Отказ работы любой компьютерной составляющей системы даже на секунды может повлечь за собой непоправимые последствия для процесса, здоровья рабочего персонала и окружающей среды в целом.
Ввиду вышеперечисленных факторов возникает важная задача по обеспечению непрерывного электроснабжения модулей АСУ, которое зачастую основывается на резервировании источников электропитания.
За несколько последних десятков лет накоплен огромный опыт в данной области, однако, крайне мало работ, которые напрямую касаются данной проблемы.
Актуальность: пожаро-взрывоопасные производства за редким исключением не являются источником потенциальной опасности для здоровья и жизни людей, а также для экологии и окружающей среды. Причем в зависимости от типа технологического процесса и массы обращающихся в нем пожаро-взрывоопасных веществ степень опасности может варьироваться от травм и ожогов средней тяжести вплоть до катастрофических последствий в виде массовой гибели людей, включая гражданское население и/или в виде химического заражения значительных территорий, включая грунтовые и сточные воды. Немаловажным фактором так-же является потенциальная опасность повреждения технологического оборудования при возникновении нештатных ситуаций на подобных производствах, а также простои и косвенные потери от недовыпуска товарной продукции и т.п. факторы.
Прямые и косвенные потери от аварий могут составить вплоть до нескольких миллиардов долларов США. Одной из показательных в этом плане недавних аварий является взрыв на плавучей полупогружной буровой установке Deepwater Horizon с общим количеством погибших 13 человек, экологической катастрофой в Мексиканском заливе и общими финансовыми потерями для British Petroleum около 56 миллиардов долларов США к концу 2016г [1].
В связи этим для пожаро-взрывоопасных производств основными ключевыми взаимосвязанными факторами являются безопасность и надежность.
Безопасность пожаро-взрывоопасных производств в части систем электроснабжения и автоматики регламентируется в РФ ГОСТ-Р МЭК 61508¬2012 [2] и регламентом безопасности - Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств». Серия 09. Выпуск 37 [3].
Надежность для систем электроснабжения пожаро-взрывоопасных производств регламентируется в РФ регламентом безопасности - Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств». Серия 09. Выпуск 37 со ссылкой на разделы 1.2.17^1.2.19 Правил Эксплуатации Электроустановок [4].
Помимо этого производитель может сам улучшать показатели надежности электроснабжения и автоматики своего технологической установки или производства от требований регламентов безопасности по резонам экономической целесообразности по следующему критерию - затраты на мероприятия по повышению надежности и их последующей эксплуатации против потенциальных экономических потерь если мероприятия по повышению надежности не были бы внедрены.
Цель работы: обеспечение заданных показателей надежности и бесперебойности работы локальной системы электроснабжения КТС АСУТП производства Изопрена ООО “СИБУР-Тольятти” для минимизации экономических потерь от незапланированных остановов и предотвращения аварийных ситуаций.
Основными задачами при разработке локальной системы электроснабжения КТС АСУТП изопрена являются:
1. Обеспечение соответствия требованиям действующих регламентов безопасности РФ.
2. Обеспечение заданных проектных показателей надежности при разработке.
3. Разработка регламента эксплуатации для обеспечения проектных показателей надежности при эксплуатации.
Новизна работы: Автором проработан раздел, связанный с температурным режимом эксплуатации системы электроснабжения КТС АСУТП и его влиянием на показатели надежности в течение всего заданного срока службы. В известных автору публикациях данный раздел отсутствует.
Практическая значимость: Отказ системы электроснабжения КТС АСУТП являются причиной функционального отказа всей автоматики технологических установок пожаро-взрывоопасных производств. Согласно мировой статистике примерно 50% полных функциональных отказов АСУТП происходит из-за отказов в их системах электроснабжения. В связи с этим сложно переоценить значимость системы электроснабжения для КТС АСУТП особенно на том фоне, что традиционно аппаратная надежность даже 100% резервированной системы электроснабжения как минимум на порядок ниже, чем аппаратная надежность верхнего и среднего уровня АСУТП. Использование методик и рекомендаций данной работы позволит существенно повысить надежность систем электроснабжения КТС АСУТП.
Объект исследования: локальная система электроснабжения КТС АСУТП производства Изопрена.
В работе определены следующие предметы исследования:
1. Влияние резервирования и способов резервирования компонентов электроснабжения на общую надежность КТС АСУТП производства Изопрена.
2. Влияние температурного режима эксплуатации на общую надежность для заданного срока эксплуатации КТС АСУТП производства Изопрена.
3. Влияние организации ТО при эксплуатации системы электроснабжения на общую надежность КТС АСУТП производства Изопрена.
В ходе данной работы был произведен анализ электропитания автоматизированной системы управления технологическим процессом DeltaV™ компании Emerson на территории тольяттинской производственной площадки ООО «Сибур Тольятти». Были рассмотрены регламенты безопасности пожаро-взрывоопасных производств, требования качества электропитания установки И- 6, показатели надежности для конкретной установки и необходимое время удержания работоспособности системы при полном пропадании питания по двум основным вводам 0,4кВ. На основе этого были проанализированных и подобраны концепции по организации надежного электропитания для рассматриваемой площадки.
Основной проблемой эксплуатации является обеспечение установленных показателей надежности и бесперебойности работы локальной системы электроснабжения КТС АСУТП для минимализации экономических потерь от незапланированных остановок и предотвращения аварийных ситуаций.
Для решения данной проблемы была обозначена зона проектирования системы электропитания для КТС АСУТП установки И-6. Произведен расчет электрических нагрузок системы и дальнейший подбор ИБП для установки И-6 производства изопрена.
Выявлена зависимость температурного режима на время эксплуатации системы электропитания АСУТП и самой системы в целом.
В работе достигнуты заданные результаты по надежности системы электропитания АСУТП с показателями:
1. Готовность A = 99,999%
2. Среднее время наработки до отказа MTTF = 761 год
Примененная в работе 100% резервированная структура системы электропитания АСУТП с отсутствием общих точек отказа обеспечивает требуемые показатели надёжности для технологических блоков I категории взрывоопасности.
Обеспечены обязательные требования регламентов промышленной безопасности РФ.
Определены ключевые эксплуатационные критерии и рекомендации на их основе обеспечивающие расчетные показатели надежности для системы электропитания АСУТП.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
