Система противоаварийной автоматической защиты

Система противоаварийной защиты (СПАЗ)

Назначение

Система противоаварийной защиты (СПАЗ) предназначена для обеспечения безопасного автоматического управления технологическим процессом (газоперекачивающих цехов и агрегатов, цехов нефтеперерабатывающих производств или нефтехранилищ). В реальном масштабе времени при нештатных технологических ситуациях, развитие которых может привести к аварии.

Основные функции

СПАЗ обеспечивает защиту персонала, технологического оборудования и окружающей среды в случае нарушения техпроцесса, выхода из строя компонентов системы управления объектом или нештатном отключении электропитания. СПАЗ функционирует независимо от системы управления объектом и нарушение работы последней не влияет на её работу.

• автоматическое обнаружение потенциально опасных изменений состояния технологического объекта или системы его управления;
• автоматическое измерение технологических переменных, важных для безопасного ведения технологического процесса (например, измерение переменных, значения которых характеризуют близость объекта к границам режима безопасного ведения процесса);
• автоматическую (в реальном времени) диагностику отказов, возникающих в СПАЗ и (или) в используемых ею средствах технического и программного обеспечения;
• автоматическую предаварийную сигнализацию, информирующую оператора технологического процесса о потенциально опасных изменениях, произошедших в объекте или в СПАЗ;
• автоматическую защиту от несанкционированного доступа к параметрам настройки и (или) выбора режима работы СПАЗ.

Конструкция

Конструктивно компоненты СПАЗ размещаются в одном или нескольких шкафах ПТК Пилон в зависимости от требуемого количества входов/ выходов. При количестве сигналов от единиц до десяти СПАЗ выполняется в виде блока. Например, блок защиты газотурбинного двигателя.Структура СПАЗ построена с резервированием входящих в неё компонентов, т. е. такой, чтобы исключить наличие узлов (единичных элементов и связей), отказ которых приведет к её отказу в целом.
В состав СПАЗ входят:

• дублированные процессорные модули;
• дублированные модули ввода-вывода;
• дублированные модули питания;
• дублированные модули передачи данных;
• дублированные АРМ оператора СПАЗ.

Замена этих модулей производится на работающем оборудовании без отключения питания и снижения надежности системы.
Информация о работе СПАЗ выводится на экран АРМ оператора и заносится в память. Протоколы ее работы могут распечатываться. Срабатывание блокировок регистрируется с указанием времени. После срабатывания блокировки и возврата параметра в нормальное состояние сброс отображения аварийного параметра на АРМ оператора происходит автоматически. Перезапуск электрооборудования и вкл./откл. исполнительных механизмов производится оператором.

Преимущества

Система противоаварийной защиты позволяет достичь уровня безопасности SIL 3 и соответствует международным стандартам МЭК 61508 и МЭК 61511.

Система противоаварийной автоматической защиты

baseurl ?>/templates/ws_spb/images/menu_razdel.jpg» alt=»»> Главная baseurl ?>/templates/ws_spb/images/menu_razdel.jpg» alt=»»> О компании baseurl ?>/templates/ws_spb/images/menu_razdel.jpg» alt=»»> Проекты baseurl ?>/templates/ws_spb/images/menu_razdel.jpg» alt=»»> Семинары baseurl ?>/templates/ws_spb/images/menu_razdel.jpg» alt=»»> Стандарты baseurl ?>/templates/ws_spb/images/menu_razdel.jpg» alt=»»> Статьи baseurl ?>/templates/ws_spb/images/menu_razdel.jpg» alt=»»> Вакансии baseurl ?>/templates/ws_spb/images/menu_razdel.jpg» alt=»»> Контакты baseurl ?>/templates/ws_spb/images/menu_razdel.jpg» alt=»»>

Проектные решения:

Продукция:

Технические инновации:

Интеграция в РСУ и SCADA

Системы противоаварийной автоматической защиты (ПАЗ) исторически возникли как наборы защитных блокировок, переводящих технологический процесс в безопасное состояние при выходе его параметров за предельно допустимые значения. На практике блокировки обычно приводили к останову процесса.

Необходимость применения систем ПАЗ устанавливается «Общими правилами взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств», утвержденных приказом Ростехнадзора №96 от 11.03.2013, пункты 3.10, 3.12, 3.20, а более детальные требования описываются в разделах 6.3 и частично 6.2 указанных правил.

Основная цель систем ПАЗ – предупреждение возникновения аварий при выходе параметров технологического процесса за пределы допустимых значений. Системы ПАЗ должны обеспечивать защиту персонала, оборудования и окружающей среды при нештатной ситуации, развитие которой может привести к аварии. Но функциональность современных систем ПАЗ значительно вышла за рамки простого аварийного останова. В действующих нормативно-технических документах и в передовой инженерной практике встречается широкий набор функций ПАЗ:

• автоматическое измерение технологических переменных, важных для безопасного ведения технологического процесса;
• автоматическое обнаружение потенциально опасных изменений состояния технологического объекта и системы его автоматизации;
• автоматическая предаварийная сигнализация (сообщения оператору, средства пультовой и местной индикации);
• автоматическое срабатывание средств ПАЗ, прекращающих развитие нештатной ситуации (останов насосов, компрессоров, конвейеров, шнеков, открытие/закрытие электрозадвижек, отсекателей и др.);
• процедуры управляемого последовательного останова технологических процессов, машин и оборудования, для которых «ударный» единовременный внезапный останов может привести к аварии;
• последовательности предпусковых и пусковых операций с контролем выполнения условий, необходимых для следующего шага;
• дистанционное управление средствами ПАЗ с пульта оператора или иных рабочих мест персонала, если это предусмотрено технологическим регламентом;
• контроль действий персонала и блокировка заведомо ошибочных операций, способных при фактическом состоянии объекта привести к аварии («защита от дурака»);
• самодиагностика системы ПАЗ;
• диагностика внешних электрических цепей и технических средств, используемых системой ПАЗ;
• автоматический контроль срабатывания средств ПАЗ по сигналам из электрических схем, от конечных и муфтовых выключателей, от реле расхода и др., формирование сообщений о сбое в случае невыполнения отданной команды за установленное время;
• реализация деблокировочных ключей для периода пуска процесса (технологические деблоки) и для обслуживания/замены технических средств (сервисные деблоки), автоматический сброс деблокировочных ключей (взведение блокировок) по выходу процесса на режим или по иным алгоритмически заданным условиям;
• непрерывная автоматическая регистрация последовательности событий ( SOE ), влияющих на безопасность процесса, включая потенциально опасные изменения технологических переменных, выходные сигналы системы ПАЗ, команды персонала, изменения состояния деблокировочных ключей и диагностические сообщения; обеспечение высокого разрешения по времени с целью установления точной первопричины нештатной ситуации;
• автоматическое включение резервного технологического оборудования в случаях, определенных технологическим регламентом производства;
• непрерывное получение текущей информации от автоматических средств газового анализа на объекте; включение в необходимых случаях вентиляционных систем, водяных завес и иных средств предотвращения развития аварии;
• защита от несанкционированного доступа;

Исторически применявшиеся для систем ПАЗ средства релейной автоматики и программируемые логические контроллеры (ПЛК) общепромышленного назначения изжили себя. Первые – в связи с негибкостью реализуемых алгоритмов, с отсутствием или недостаточностью средств диагностики и самодиагностики, с огромным количеством технических элементов и проводных соединений при реализации сложных схем, которое порождало большие трудности при обслуживании. Вторые – в связи с недостаточными показателями надежности и с уязвимостью к факторам внешней среды (электропитание, заземление, ошибки персонала, несанкционированный доступ и др.).

В настоящее время пункт 6.3.4 «Общих правил взрывобезопасности» однозначно устанавливает: системы ПАЗ для объектов, имеющих в составе технологические блоки I и II категорий взрывоопасности, должны строиться на базе программируемых логических контроллеров, способных функционировать по отказобезопасной структуре и проверенных на соответствие требованиям функциональной безопасности.

Требования функциональной безопасности определяет стандарт ГОСТ Р МЭК 61508 «Функциональная безопасность систем электрических, электронных, программируемых электронных, связанных с безопасностью». Данный стандарт состоит из 7 частей, рассматривая все элементы и все этапы жизненного цикла промышленных систем, связанных с безопасностью. В качестве основополагающего фактора стандарт вводит понятие уровня полноты безопасности ( SIL ), определяемого как для производственного объекта в целом, так и для отдельных контуров безопасности. В зависимости от уровня SIL устанавливаются требования к архитектуре и количественным показателям надежности систем.

Программируемые электронные системы, производимые компанией HIMA Paul Hildebrandt GmbH (Германия) имеют базовую архитектуру 1 oo 2 D (один из двух с диагностикой). К числу таких систем на сегодня принадлежат HIMax , HIMatrix и HIQuad H 41 q / H 51 q . Все три системы сертифицированы для уровня полноты безопасности SIL 3 (сертификат TUV Rheinland ). При единстве архитектуры они значительно различаются единичной мощностью контроллеров, охватывая весь необходимый диапазон от малых систем ( HIMatrix , от 28 сигналов на полнофункциональный моноблочный контроллер) до ПАЗ крупных производственных объектов ( HIMax , до 16 штук 18-слотовых каркасов для модулей, до 64 каналов на модуль; в практических условиях – примерно до 5000 сигналов контроля и управления на одном контроллере). Построение системы ПАЗ производственного объекта на одном контроллере позволяет исключить ситуации нарушений п.6.3.2 «Общих правил взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств», когда алгоритмы ПАЗ, распределенные между несколькими контроллерами, оказываются зависимыми от работоспособности сети обмена данными системы управления.

Оборудование HIMA предоставляет ряд возможностей для построения структурно и территориально распределенных систем ПАЗ с отказобезопасной архитектурой:

• использование удаленных каркасов ввода/вывода системы HIMax с топологией «шина» и «звезда», с дублированной системной шиной на базе «витой пары» и оптоволоконных линий связи;
• пространственное разделение модулей центральных процессоров ( CPU ) путем размещения их на разных системных каркасах, позволяющее исключить потерю функциональности при нарушении линии связи;

• использование удаленных блоков ввода/ввода HIMatrix ;
• организация межконтроллерных коммуникаций на основе протокола SafeEthernet , сертифицированного для уровня полноты безопасности SIL 3 и позволяющего конфигурировать всю систему в рамках единого прикладного проекта.

Взаимодействие систем ПАЗ с распределенными системами управления (РСУ), иными контроллерами и интеллектуальными техническими средствами (датчиками, приводами) осуществляется на базе целого ряда протоколов и коммуникационных интерфейсов:

• серверы OPC DA (доступ к данным) и OPC A & E (тревоги и события) – собственная разработка и поставка компании HIMA ;
• MODBUS TCP Master / Slave – основной современный протокол для взаимодействия контроллеров разных производителей;
• MODBUS Master / Slave на базе последовательного интерфейса RS 485 – для поддержки систем предыдущего поколения и «полевых» интеллектуальных устройств;
• HART – де-факто мировой стандарт для интеллектуальных преобразователей и исполнительных механизмов, использующих унифицированный токовый сигнал 4…20 мА;
• Profibus DP – протокол, используемый контроллерами и «полевыми» устройствами преимущественно компании Siemens ;
• INTERBUS ;
• Send&Receive TCP:
• ComUserTask – общий термин для протоколов, задаваемых пользователем путем написания кода на языке C .

Использование одного или, при необходимости, нескольких из названных протоколов, в сочетании с глубиной проработки инженерных решений и наличием развитой документации, позволяет интегрировать системы ПАЗ на базе контроллеров HIMA с системами иных производителей:

• РСУ Emerson DeltaV;
• РСУ Yokogawa CENTUM;
• РСУ Honeywell Experion PKS;
• РСУ Invensys I/A Series;
• Контроллеры и системы управления Siemens , Rockwell Automation , ABB , ТЕКОН и др.

Требования к системам противоаварийной защиты

Надежная и безаварийная работа механизмов и агрегатов, объединенных в едином технологическом процессе, в значительной мере определяется безотказной работой систем защиты и блокировки, которые предотвращают повреждение оборудования.

Система противоаварийной защиты должна соответствовать следующим требованиям:

— предотвращать развитие предаварийной ситуации в аварийную;
— локализовать аварию в случае ее возникновения;
— не допустить повреждения оборудования;
— в случае необходимости перевести технологический процесс на альтернативный режим, гарантирующий непрерывность технологического процесса после локализации аварийной ситуации.

Исходя из вышеперечисленных требований, можно разделить функции локальных схем технологических защит и блокировок.
Под технологической защитой следует понимать устройства, контролирующие ход и состояние технологического процесса, и автоматически вступающие в действие при возникновении аварийной ситуации.
Под технологической блокировкой подразумевается связь между устройствами защиты, которая при срабатывании одного или нескольких механизмов автоматически включает (отключает) в заданной последовательности в заданном временном интервале другие механизмы без вмешательства обслуживающего персонала.
Таким образом, схемы противоаварийных защит предназначены для своевременного обнаружения аварийных ситуаций и проведения, оперативных мер по предотвращению аварий.
Схемы технологических блокировок предотвращают технологически недопустимые действия оперативного персонала, определяют заданную последовательность операций по отключению аппаратов основного и вспомогательного технологического оборудования, обеспечивают технологическую взаимозависимость отдельных механизмов и аппаратов.
Важную роль в системах противоаварийной защиты и блокировки играют схемы аварийно-предупредительной сигнализации (АПС), которые предупреждают об отклонении контролируемого значения (относительно номинального).
По алгоритму функционирования устройства АПС делятся на две группы: устройства предупредительной и устройства аварийной сигнализации.
Аварийная сигнализация отличается от предупредительной тем, что здесь должен быть запомнен сработавший датчик, поскольку в результате последующего действия противоаварийной автоматики датчик может вернуться в исходное состояние раньше, чем оператор успеет зафиксировать поврежденный канал. Запоминание канала должно осуществляться не только до квитирования сигнала, но и после. Для возврата элемента памяти должна иметься отдельная кнопка сброса. Кроме того, для отстройки от кратковременных нарушений параметров, не приводящих к авариям, в канал необходимо вводить регулируемую задержку срабатывания канала.
Существует два основных алгоритма функционирования схем технологической сигнализации:
1. При срабатывании датчика мигает сигнальная лампа, действует непрерывный или прерывистый звуковой сигнал; при нажатии кнопки квитирования лампа переходит на ровное свечение, а звуковой сигнал исчезает; при самовозврате датчика до нажатия кнопки квитирования лампа горит, а звук исчезает; кнопкой опробования проверяются сигнальные лампы.
2. При срабатывании датчика мигает сигнальная лампа, действует непрерывный или прерывистый звуковой сигнал; при нажатии кнопки квитирования лампа переходит на ровное свечение, а звуковой сигнал исчезает; при самовозврате датчика до нажатия кнопки квитирования лампа и звонок продолжают действовать; кнопкой опробования проверяются сигнальные лампы.
Значения уставок (величин срабатывания) устройств и систем ПАЗ должны определяться перечнем технологических и технических параметров, включенных в схемы сигнализации и блокировки.

Системы технологической сигнализации.

Локальные устройства технологической сигнализации основываются на различной элементной базе.
Наиболее распространенными являются схемы, установленные на релейных элементах. Они являются наиболее помехозащищенными, но для сигнализации большого числа параметров требуют значительного количества аппаратуры и, как следствие этого, низкой надежностью и значительным энергопотреблением.
В настоящее время накоплен опыт создания и применения достаточно надежных, помехозащищенных схем технологической сигнализации, реализованных на транзисторах и микросхемах.
Примером устройства, реализованного на такой элементной базе является широко применяемый УАС-20Б.
УАС-20Б имеет 20 каналов сигнализации и предназначено для оповещения оператора об отклонении контролируемых параметров от нормы. Датчики могут быть удалены от устройства на расстояние до 10 км. При срабатывании датчика по любому каналу, кроме основной световой сигнализации, включается дублирующая световая сигнализация, которая при исчезновении сигнала от датчика не пропадает, а снятие ее осуществляется оператором при нажатии кнопки «Снятие блокировки».
Квитирование звуковой и световой сигнализации в устройстве происходим в двух режимах. В первом режиме (при отжатой кнопке «Квитир», расположенной на задней стенке устройства) квитирование звуковой и световой сигнализации производится отдельно двумя разными кнопками: «Квитирование света» и «Квитирование звука». Во втором режиме (при нажатой зафиксированной кнопке «Квитир») квитирование звуковой и световой сигнализации производится нажатием одной из кнопок «Квитирование света» или «Квитирование звука». При этом звуковая сигнализация исчезает, а световая переходит на режим постоянного свечения.
Устройство имеет ряд дополнительных устройств. Для фиксирования кратковременных сигналов в устройстве встроено дополнительное световое табло, которое состоит из двадцати светодиодных индикаторов. Информация о срабатывании датчиков хранится постоянно до отключения питания. Уничтожается информация нажатием кнопки «Снятие блокировки».
В устройстве фиксируется сигнал, пришедшим первым из группы сигналов. Информация о сигнале, пришедшем первым, хранится постоянно при наличии питания и может быть уничтожена нажатием кнопки «Сброс» при отсутствии сигнала на входе устройства.
В химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей отраслях промышленности все большее применение находят АСУТП, построенные на базе агрегатных комплексов технических средств. Под агрегатным комплексом обычно подразумевают унифицированный набор технических средств, взаимодействующих между собой в составе системы в целях решения определенных функциональных задач. Унификация технических средств комплекса предусматривает однотипность их элементной и конструктивной базы и диапазонов изменения выходных и входных сигналов, обеспечивающую возможность построения из ограниченного набора блоков (устройств) систем различной функциональной сложности и информационной мощности.
Агрегатный принцип построения технических средств позволяет строить автоматизированные системы без проведения индивидуальной разработки, легко перестраивать систему при модернизации технологической схемы объекта автоматизации или самой системы. Поскольку агрегатные комплексы в сфере потребления имеют универсальный характер, то каждый из них обеспечивает обнаружение и сигнализацию технологических и аварийных отклонений контролируемых переменных от заданных значений.
Комплекс MOD-30 (MOD-300) предназначен для централизованного контроля и управления непрерывными технологическими процессами. В номенклатуру комплекса входят: аналоговые блоки обнаружения отклонений параметров от установленных границ, блоки для контроля отклонений параметров, представленных дискретными сигналами, и для контроля правильности положений двухпозиционных исполнительных механизмов. Комплекс имеет мнемоническое изображение основного технологического оборудования, сигнализации технологических режимов агрегатов и общей аварийной сигнализации.

Автоматизированная (автоматическая) система управления противоаварийной защиты (ПАЗ)

ПАЗ – это система противоаварийной защиты оборудования, персонала, и окружающей среды при отказах программно-технических средств, технологического оборудования, либо ошибочных действиях персонала, базирующаяся на средствах и элементах КИПиА, вычислительной техники и управляемых ими исполнительных устройствах.

Система аварийной защиты — это логическая контрольно-измерительная система, которая обнаруживает ненормальные события в технологическом процессе и инициирует автоматические действия по размыканию энергии и останову технологического объекта для приведения нарушения технологического режима к безопасному уровню и исключения, таким образом, возможных рисков и в частности рисков взрывоопасности.

Система ПАЗ является обязательной практически для всех объектов нефтегазовой отрасли. В большинстве случаев она существует независимо от всех остальных систем, и, согласно отечественным стандартам, никакое вмешательство в ее работу невозможно. Но, тем не менее, нормативными документами не запрещается получать и использовать информацию ПАЗ в ИСПУ. В результате использования информации ПАЗ можно ожидать появление синергетического эффекта увеличения безопасности АСУТП.

Проектирование ПАЗ осуществляется в следующей последовательности:

· Изучаются исходные данные (определяются характеристики опасностей в технологическом процессе);

· Анализируются известные аварии на подобных объектах, определяются возможные сценарии возникновения, развития и вероятности реализации аварийных ситуаций;

· Разрабатываются предложения по реализации мер, направленных на уменьшение риска аварий;

· Разрабатывается проектная документация.

Безопасность технологических процессов можно оптимизировать путем выбора компонентов, таких как устройства SIS и логические решатели, рассчитанные на использование в требуемое зоне SIL. Например, если требуемое значение SIL для определенного процесса – это SIL3, то разработчик ПАЗ должен выбрать устройства, сертифицированные как соответствующие для этой категории. Простое сочетание компонентов процесса, соответствующих определенной зоне SIL, не гарантирует, что данный процесс рассчитан на данный уровень SIL.

Методологией анализа опасностей технологического процесса является процедура HAZOP (Hazard and Operability Study)- всестороннее исследование опасности и работоспособности. Основой этой процедуры является разработка «деревьев» событий и отказов.

Особое внимание при проектировании ПАЗ уделяют отказоустойчивости ПАЗ. Системы безопасности по своей природе являются пассивными (они могут никогда не включиться в действие). Кроме того в режиме on-line выявить все виды отказов с помощью одной внутрисистемной диагностики невозможно. Поэтому опасный отказ может существовать абсолютно необнаруженным до тех пор, пока система неактивна.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: При сдаче лабораторной работы, студент делает вид, что все знает; преподаватель делает вид, что верит ему. 9888 — | 7543 — или читать все.