Помощь студентам в учебе
Разработка автоматизированной системы пожаротушения на пункте хранения нефти
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССА И ОПИСАНИЕ
ОБОРУДОВАНИЯ 10
1.1 Характеристика системы пожаротушения на пункте хранения нефти 10
1.2 Описание основного технологического оборудования и алгоритма работы
механизма 12
1.2.1 Резервуары пожарного запаса воды 14
1.2.2 Насосная станция 15
1.2.3 Пожарный фильтр универсальный 17
1.2.4 Система труб, пожарное кольцо 17
1.2.5 Бак-дозатор 18
1.2.6 Пенообразователь 19
1.2.7 Турбинный осевой дозатор пенообразователя 20
1.2.8 Пожарный успокоитель 21
1.2.9 Узлы подключения пожарной техники 22
1.2.10 Дозаторы пожарные напорные 23
1.2.11 Высоконапорные пеногенераторы 24
1.2.12 Мембраны разрывные 25
1.2.13 Резервуар вертикальный стальной 26
1.3 Цели и задачи автоматизации, требования к системе автоматизации 27
1.4 Обзор существующих вариантов автоматизации технологического
процесса 28
1.5 Разработка упрощенной функциональной схемы автоматизации 34
2. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 35
2.1 Разработка архитектуры системы автоматизации 34
2.2 Выбор технических средств автоматизации 38
2.2.1 Выбор программируемого логического контроллера 38
2.2.2 Датчик уровня 40
2.2.3 Инфракрасный ультрафиолетовый извещатель пламени 42
2.2.4 Извещатель пожарный тепловой точечный 43
2.2.5 Расходомер 44
2.2.6 Термосопротивление 46
2.3 Разработка схем соединения элементов системы автоматизации 48
2.4 Разработка алгоритма управления и программирования и программного
обеспечения систем автоматизации 50
2.5 Разработка системы визуализации управления технологическим
процессом 56
3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 59
3.1 Организация и планирование работ по реализации автоматизированной
системы пожаротушения 59
3.2 Расчёт сметы капитальных затрат 59
3.3 Расчет потенциальной прибыли во время простоя оборудования 62
3.4 Расчет амортизационных расходов 62
3.5 Расчет затрат на оплату труда со страховыми отчислениями 63
3.6 Расчет затрат на электроэнергию, ремонт и обслужвание оборудования .. 64
3.7 Расчет срока окупаемости 65
3.8 Составление таблицы затрат на проект после внедрения системы 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 68
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 69
ПРИЛОЖЕНИЕ А 71
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 72
ВВЕДЕНИЕ 6
1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССА И ОПИСАНИЕ
ОБОРУДОВАНИЯ 10
1.1 Характеристика системы пожаротушения на пункте хранения нефти 10
1.2 Описание основного технологического оборудования и алгоритма работы
механизма 12
1.2.1 Резервуары пожарного запаса воды 14
1.2.2 Насосная станция 15
1.2.3 Пожарный фильтр универсальный 17
1.2.4 Система труб, пожарное кольцо 17
1.2.5 Бак-дозатор 18
1.2.6 Пенообразователь 19
1.2.7 Турбинный осевой дозатор пенообразователя 20
1.2.8 Пожарный успокоитель 21
1.2.9 Узлы подключения пожарной техники 22
1.2.10 Дозаторы пожарные напорные 23
1.2.11 Высоконапорные пеногенераторы 24
1.2.12 Мембраны разрывные 25
1.2.13 Резервуар вертикальный стальной 26
1.3 Цели и задачи автоматизации, требования к системе автоматизации 27
1.4 Обзор существующих вариантов автоматизации технологического
процесса 28
1.5 Разработка упрощенной функциональной схемы автоматизации 34
2. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 35
2.1 Разработка архитектуры системы автоматизации 34
2.2 Выбор технических средств автоматизации 38
2.2.1 Выбор программируемого логического контроллера 38
2.2.2 Датчик уровня 40
2.2.3 Инфракрасный ультрафиолетовый извещатель пламени 42
2.2.4 Извещатель пожарный тепловой точечный 43
2.2.5 Расходомер 44
2.2.6 Термосопротивление 46
2.3 Разработка схем соединения элементов системы автоматизации 48
2.4 Разработка алгоритма управления и программирования и программного
обеспечения систем автоматизации 50
2.5 Разработка системы визуализации управления технологическим
процессом 56
3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 59
3.1 Организация и планирование работ по реализации автоматизированной
системы пожаротушения 59
3.2 Расчёт сметы капитальных затрат 59
3.3 Расчет потенциальной прибыли во время простоя оборудования 62
3.4 Расчет амортизационных расходов 62
3.5 Расчет затрат на оплату труда со страховыми отчислениями 63
3.6 Расчет затрат на электроэнергию, ремонт и обслужвание оборудования .. 64
3.7 Расчет срока окупаемости 65
3.8 Составление таблицы затрат на проект после внедрения системы 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 68
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 69
ПРИЛОЖЕНИЕ А 71
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 72
Промышленная добыча, транспортировка и переработка нефти требуют специальной инфраструктуры, предназначенной для кратковременного и долговременного хранения нефти. Одними из объектов, являющихся неотъемлемой частью подобной инфраструктуры и служащих для хранения нефти, являются резервуарные парки. Эти объекты являются достаточно материалоемкими, сложными с точки зрения оснащения и эксплуатации, требующими постоянного контроля не только технологических параметров, но и параметров безопасности.
В связи с тем, что нефть является легковоспламеняющейся жидкостью, существует высокая вероятность возникновения пожаров на территории резервуарных парков. Пожары в резервуарных парках представляют опасность как для самого промышленного объекта, так и для находящихся в непосредственной близости населенных пунктов. Неточности в проектировании, монтаже и техническом обслуживании систем пожаротушения могут иметь последствия социальные, финансовые, экологические, инфраструктурные.
Организация тушения нефти и нефтепродуктов в резервуарах и резервуарных парках основана на оценке возможных вариантов возникновения и развития пожара. Пожары в резервуарах характеризуются сложными процессами развития, как правило, носят затяжной характер и требуют привлечения большого количества сил и средств для их ликвидации.
Возникновение пожара в резервуаре зависит от следующих факторов: наличия источника зажигания, свойств горючей жидкости, конструктивных особенностей резервуара, наличия взрывоопасных концентраций внутри и снаружи резервуара.
Пожар в резервуаре в большинстве случаев начинается со взрыва паровоздушной смеси. На образование взрывоопасных концентраций внутри резервуаров оказывают существенное влияние физико -химические свойства хранимых нефти и нефтепродуктов, конструкция резервуара, технологические режимы эксплуатации, а также климатические и метеорологические условия. Взрыв в резервуаре приводит к подрыву (реже срыву) крыши с последующим горением на всей поверхности горючей жидкости. При этом, даже в начальной стадии, горение нефти и нефтепродуктов в резервуаре может сопровождаться мощным тепловым излучением в окружающую среду, а высота светящейся части пламени составляет 1-2 диаметра горящего резервуара. Отклонение факела пламени от вертикальной оси при скорости ветра около 4 м/с2 составляет 60 - 70° [1].
Факельное горение может возникнуть на дыхательной арматуре, местах соединения пенных камер со стенками резервуара, других отверстиях или трещинах в крыше или стенке резервуара при концентрации паров хранимой жидкости в резервуаре выше верхнего концентрационного предела распространения пламени. Условиями для возникновения пожара в обваловании резервуаров являются: перелив хранимого продукта, нарушение герметичности резервуара, задвижек, фланцевых соединений.
При пожаре в резервуаре возможно образование «карманов», которые значительно усложняют процесс тушения. «Карманы» могут иметь различную форму и площадь и образуются как на стадии возникновения в результате частичного обрушения крыши, так и в процессе развития пожара при деформации стенок.
Устойчивость горящего резервуара зависит от организации действий по его охлаждению. При отсутствии охлаждения горящего резервуара в течение 5-15 минут, стенка резервуара может деформироваться до уровня взлива горючей жидкости.
Дальнейшее развитие пожара зависит от места его возникновения, размеров начального очага горения, устойчивости конструкций резервуара, климатических и метеорологических условий, оперативности действий персонала объекта, работы систем противопожарной защиты, времени прибытия пожарных подразделений.
Для современных резервуаров типа РВС выравнивание температуры по всему объему горящей жидкости при нормальной интенсивности подачи раствора пенообразователя происходит в течение 10-15 мин тушения при подаче пены сверху.
Пожары подразделяются на следующие уровни:
первый (А) - возникновение и развитие пожара в одном резервуаре без влияния на соседние;
второй (Б) - распространение пожарах в пределах одной группы;
третий (В) - развитие пожара с возможным разрушением горящего и соседних с ним резервуаров, переходом его на соседние группы резервуаров и за пределы резервуарного парка. [2]
Для снижения вероятности возникновения пожаров, требуется обеспечивать постоянный и своевременный контроль возгораний на территории резервуарного парка с применением различных технических средств. К таким средствам относятся различные датчики дыма, пламени, повышения температуры и другие специализированные пожарные извещатели. В случае определения возгораний, появления задымленности, критических повышений температуры в критических зонах, необходимо обеспечить работу специализированного комплекса оборудования пожаротушения, который является неотъемлемой частью резервуарных хранилищ нефти. В основном, такое оборудование обеспечивает пенное тушение пожара и водяное охлаждение внешней стенки резервуаров с нефтью.
Современное производство насыщено различными системами автоматизации, локальными автоматическими системами управления и техническими средствами автоматизации. Это все минимизирует негативное влияние человеческого фактора на управляемые и контролируемые производственные процессы, позволяет систематизировать и анализировать информацию о производстве, а также своевременно принимать решения как персоналу, так и руководству.
В связи с тем, что каждое решение по разработке автоматических систем пожаротушения должно быть проверено и предварительно проработано для конкретных условий применения, то разработка автоматизированной системы пожаротушения на пункте хранения нефти является актуальной и востребованной инженерной задачей.
Объектом исследования и разработки в выпускной квалификационной работе, является система пожаротушения на пункте хранения нефти.
Предметом исследования и разработки в выпускной квалификационной работе, является автоматизированная система пожаротушения на пункте хранения нефти.
Целью выпускной квалификационной работы, является разработка автоматизированной системы пожаротушения на пункте хранения нефти.
Для достижения поставленной цели в работе необходимо сформулировать и решить следующие задачи:
1. Выполнить анализ технологического процесса и оборудования системы пожаротушения на пункте хранения нефти;
2. Разработать архитектуру автоматизированной системы пожаротушения;
3. Выполнить выбор технических средств управления и автоматизации для автоматизированной системы пожаротушения;
4. Разработать решения по соединениям элементов автоматизированной системы пожаротушения;
5. Разработать алгоритмы управления и программное обеспечение автоматизированной системы;
6. Разработать визуализацию для управления технологическим процессом автоматизированного пожаротушения;
7. Выполнить технико-экономические расчеты по реализации автоматизированной системы пожаротушения.
В связи с тем, что нефть является легковоспламеняющейся жидкостью, существует высокая вероятность возникновения пожаров на территории резервуарных парков. Пожары в резервуарных парках представляют опасность как для самого промышленного объекта, так и для находящихся в непосредственной близости населенных пунктов. Неточности в проектировании, монтаже и техническом обслуживании систем пожаротушения могут иметь последствия социальные, финансовые, экологические, инфраструктурные.
Организация тушения нефти и нефтепродуктов в резервуарах и резервуарных парках основана на оценке возможных вариантов возникновения и развития пожара. Пожары в резервуарах характеризуются сложными процессами развития, как правило, носят затяжной характер и требуют привлечения большого количества сил и средств для их ликвидации.
Возникновение пожара в резервуаре зависит от следующих факторов: наличия источника зажигания, свойств горючей жидкости, конструктивных особенностей резервуара, наличия взрывоопасных концентраций внутри и снаружи резервуара.
Пожар в резервуаре в большинстве случаев начинается со взрыва паровоздушной смеси. На образование взрывоопасных концентраций внутри резервуаров оказывают существенное влияние физико -химические свойства хранимых нефти и нефтепродуктов, конструкция резервуара, технологические режимы эксплуатации, а также климатические и метеорологические условия. Взрыв в резервуаре приводит к подрыву (реже срыву) крыши с последующим горением на всей поверхности горючей жидкости. При этом, даже в начальной стадии, горение нефти и нефтепродуктов в резервуаре может сопровождаться мощным тепловым излучением в окружающую среду, а высота светящейся части пламени составляет 1-2 диаметра горящего резервуара. Отклонение факела пламени от вертикальной оси при скорости ветра около 4 м/с2 составляет 60 - 70° [1].
Факельное горение может возникнуть на дыхательной арматуре, местах соединения пенных камер со стенками резервуара, других отверстиях или трещинах в крыше или стенке резервуара при концентрации паров хранимой жидкости в резервуаре выше верхнего концентрационного предела распространения пламени. Условиями для возникновения пожара в обваловании резервуаров являются: перелив хранимого продукта, нарушение герметичности резервуара, задвижек, фланцевых соединений.
При пожаре в резервуаре возможно образование «карманов», которые значительно усложняют процесс тушения. «Карманы» могут иметь различную форму и площадь и образуются как на стадии возникновения в результате частичного обрушения крыши, так и в процессе развития пожара при деформации стенок.
Устойчивость горящего резервуара зависит от организации действий по его охлаждению. При отсутствии охлаждения горящего резервуара в течение 5-15 минут, стенка резервуара может деформироваться до уровня взлива горючей жидкости.
Дальнейшее развитие пожара зависит от места его возникновения, размеров начального очага горения, устойчивости конструкций резервуара, климатических и метеорологических условий, оперативности действий персонала объекта, работы систем противопожарной защиты, времени прибытия пожарных подразделений.
Для современных резервуаров типа РВС выравнивание температуры по всему объему горящей жидкости при нормальной интенсивности подачи раствора пенообразователя происходит в течение 10-15 мин тушения при подаче пены сверху.
Пожары подразделяются на следующие уровни:
первый (А) - возникновение и развитие пожара в одном резервуаре без влияния на соседние;
второй (Б) - распространение пожарах в пределах одной группы;
третий (В) - развитие пожара с возможным разрушением горящего и соседних с ним резервуаров, переходом его на соседние группы резервуаров и за пределы резервуарного парка. [2]
Для снижения вероятности возникновения пожаров, требуется обеспечивать постоянный и своевременный контроль возгораний на территории резервуарного парка с применением различных технических средств. К таким средствам относятся различные датчики дыма, пламени, повышения температуры и другие специализированные пожарные извещатели. В случае определения возгораний, появления задымленности, критических повышений температуры в критических зонах, необходимо обеспечить работу специализированного комплекса оборудования пожаротушения, который является неотъемлемой частью резервуарных хранилищ нефти. В основном, такое оборудование обеспечивает пенное тушение пожара и водяное охлаждение внешней стенки резервуаров с нефтью.
Современное производство насыщено различными системами автоматизации, локальными автоматическими системами управления и техническими средствами автоматизации. Это все минимизирует негативное влияние человеческого фактора на управляемые и контролируемые производственные процессы, позволяет систематизировать и анализировать информацию о производстве, а также своевременно принимать решения как персоналу, так и руководству.
В связи с тем, что каждое решение по разработке автоматических систем пожаротушения должно быть проверено и предварительно проработано для конкретных условий применения, то разработка автоматизированной системы пожаротушения на пункте хранения нефти является актуальной и востребованной инженерной задачей.
Объектом исследования и разработки в выпускной квалификационной работе, является система пожаротушения на пункте хранения нефти.
Предметом исследования и разработки в выпускной квалификационной работе, является автоматизированная система пожаротушения на пункте хранения нефти.
Целью выпускной квалификационной работы, является разработка автоматизированной системы пожаротушения на пункте хранения нефти.
Для достижения поставленной цели в работе необходимо сформулировать и решить следующие задачи:
1. Выполнить анализ технологического процесса и оборудования системы пожаротушения на пункте хранения нефти;
2. Разработать архитектуру автоматизированной системы пожаротушения;
3. Выполнить выбор технических средств управления и автоматизации для автоматизированной системы пожаротушения;
4. Разработать решения по соединениям элементов автоматизированной системы пожаротушения;
5. Разработать алгоритмы управления и программное обеспечение автоматизированной системы;
6. Разработать визуализацию для управления технологическим процессом автоматизированного пожаротушения;
7. Выполнить технико-экономические расчеты по реализации автоматизированной системы пожаротушения.
В ходе выпускной квалификационной работы была проведена разработка автоматизированной системы пожаротушения на пункте хранения нефти.
Поставленные задачи выполнены. Система обладает нужным функционалом для эффективной защиты объекта от пожарной опасности.
Автоматизированная система выполняет прием сигналов от ручных и автоматических пожарных извещателей, производит автоматический адресный пуск огнетушащего вещества на защищаемый объект, производит переключение оборудования при его неисправности, обеспечивает контроль уровней жидкостей в емкостях, а тк же производит оповещение оператора о текущей ситуации в режиме реального времени.
Экономические расчеты, проводившиеся по результатам разработки системы, показали, что система является экономически выгодной, а срок окупаемости лежит в разрешенных пределах.
Поставленные задачи выполнены. Система обладает нужным функционалом для эффективной защиты объекта от пожарной опасности.
Автоматизированная система выполняет прием сигналов от ручных и автоматических пожарных извещателей, производит автоматический адресный пуск огнетушащего вещества на защищаемый объект, производит переключение оборудования при его неисправности, обеспечивает контроль уровней жидкостей в емкостях, а тк же производит оповещение оператора о текущей ситуации в режиме реального времени.
Экономические расчеты, проводившиеся по результатам разработки системы, показали, что система является экономически выгодной, а срок окупаемости лежит в разрешенных пределах.