Исполнитель: Саяпин Олег Юрьевич, Шепелев Константин Олегович , 641-об
Научный руководитель: Рыбалев Андрей Николаевич
Тема: "Автоматизация технологических процессов склада хранения светлых нефтепродуктов"
Целью курсового проекта является разработка систем автоматизации склада хранения светлых нефтепродуктов, располагаемый в Амурской области в Свободненском районе.
Данный склад нефтепродуктов является перевалочным пунктом и предназначен для перегрузки светлых нефтепродуктов, таких как ДТ,92 и 95, с железнодорожных цистерн для хранения нефтепродуктов в резервуарах, и последующего слива в автоцистерны.
Склад хранения состоит из:
1) Сливная ж/д эстакада
2) Площадка налива в а/ц
3) Резервуарный парк хранения
4) Насосная слива светлых нефтепродуктов со СНЭ, совмещенная с насосной налива светлых нефтепродуктов в а/ц
В ходе выполнения курсовой работы были разработаны структурная схема АСУ ТП нефтебазы, функциональные схемы объектов с применением средств автоматизации, а также произведен подбор этих средств.
Курсовой проект выполнен на основании технического задания на проектирование, проектных решений, принятых в смежных разделах проекта и действующей нормативно-технической документации.
Основные задачи, которые необходимо решить автоматизированной системе на нефтебазе:
1) Повышение уровня безопасности эксплуатации объектов, улучшение экологической
обстановки за счет внедрения автоматической защиты оборудования для предотвращения
аварийных ситуаций и пожаров;
2)Контроль и управление в автоматизированном режиме технологическими процессами нефтебазы, обеспечения приема, хранения и отгрузки нефтепродуктов, минимизация последствий «человеческого фактора»;
3)Полное информационное обеспечение основных процессов нефтебазы.
АСУ ТП нефтебазы реализована в виде децентрализованной территориально распределенной системы управления.
Рисунок 2 - Структурная схема АСУ ТП нефтебазы.
Верхний и средний уровень объедены при помощи коммутатора EDS-408A производителя MOXA в высоконадежную промышленную информационную сеть - Industrial Ethernet.
Верхний уровень представляет собой - серверное оборудование, операторские и инженерные рабочие станции.
В качестве программно-технического комплекса для АРМ оператора используется SCADA-пакет WinCC (Siemens, Германия).
Средний уровень содержит программируемые контроллеры S7-300.
В системе используется «интеллектуальный» КИП с возможностью диагностики и настройки. Связь с системой учета резервуарных запасов Rosemount Tank Gauging, с системой защиты от переливов осуществляется напрямую по протоколам Modbus TCP, а с АСН10ВГ и с системой загазованности УПЭС-50 по Modbus RTU через 4-портовый усовершенствованный преобразователь RS-485 в Ethernet NPORT IA5450AI.
Обмен данными между ПЧ насосных агрегатов SiNAMICSG120P и блоками управления Auma ACExC 01.2 электроприводов клиновой задвижки Auma Norm SAEx 10.2 с ПЛК S7-300 осуществляется по протоколу Profibus DP.
Дискретные сигналы поступают на ПЛК с объектов с уровнем сигнала 24В постоянного тока (сигналы датчиков КИПиА). Дискретные выходные сигналы, формируемые управляющими контроллерами, имеют уровень сигнала 24В постоянного тока. Для гальванической развязки цепей модулей дискретных выходов контроллеров и силовых управляющих цепей предусмотрены малогабаритные промежуточные реле PLC-RSC-24VDC/1/SEN.
Аналоговые сигналы 4-20 мА поступают на ПЛК через барьер-преобразователь с гальванической развязкой D1010D.
Таким образом, техническая структура предусматривает полное гальваническое разделение технических средств нижнего и среднего уровней. Появление в цепях аналоговых и дискретных сигналов напряжения высокого уровня не приводит к выходу из строя дорогостоящих модулей контроллеров и исключает возникновение аварийных ситуаций из-за отказа технических средств систем.
Автоматизация резервуарного парка хранения светлых нефтепродуктов.
Рисунок 3 - Функциональная схема автоматизации резервуарного парка.
Проектными решениями предусматривается:
- система учета резервуарных запасов Rosemount Tank Gauging
- система защиты от перелива;
- защита от низкого уровня в резервуаре;
- автоматическое закрытие приемных задвижек резервуаров при предельных верхних уровнях налива;
- автоматическое закрытие задвижек при пожаре на резервуаре;
- контроль загазованности по периметру каре резервуарного парка и на узлах запорной арматуры;
- местная и дистанционная светозвуковая сигнализация 20% НКПР, 50% НКПР;
- технологические блокировки при загазованности 50% НКПР.
На резервуарном парке было решено использовать в качестве технических средств для создания подсистемы учета резервуарных запасов - система Rosemount Tank Gauging производства Emerson для оперативного контроля количества нефтепродуктов, находящихся на хранении.
В состав Rosemount Tank Gauging входят:
- Системный концентратор Rosemount 2460;
- Модуль связи Rosemount 2410;
- Радарный уровнемер 5900S;
- Измерительный преобразователь температуры Rosemount 2240S;
- Измерительный преобразователь давления 3051S;
- Дисплейный модуль 2230.
Рисунок 4 - Система учета резервуарных запасов Rosemount Tank Gauging .
Rosemount Tank Gauging -- ультрасовременная система измерения уровня в резервуарах с помощью уровнемера, применяющаяся в коммерческом учете при измерении запасов и отгрузке потребителям. Система разработана для широкого спектра применений на нефтеперерабатывающих заводах, в резервуарных парках и в топливных хранилищах и отвечает самым высоким требованиям производительности и безопасности.
Модуль связи Rosemount 2410 собирает данные измерений и информацию о состоянии полевых устройств, предназначенных для измерительных систем для резервуарных парков с помощью 2-проводной искробезопасной шины Tankbus. Данные измерений и информация о состоянии резервуаров передаются по первичной шине до системного концентратора Rosemount 2460. Данные буферизуются в системном концентраторе Rosemount 2460 и направляются в хост-систему по протоколу Modbus TCP.
Особое внимание в куросовом проекте уделено защите резервуаров от переливов. Вопрос защиты от перелива стоит довольно остро, т. к. каждый день происходят сотни примеров разливов опасных жидкостей. Именно переливы является главной причиной крупных аварий в обрабатывающей промышленности и отрасли хранения жидкостей в резервуарах. Однако переливы - не случайное явление. Обычно переливы резервуаров считаются следствием неисправного оборудования. Отчасти так оно и есть, однако основная причина как правило более сложна и включает человеческий фактор. Таким образом, определяющей в современной защите от перелива является установка надлежащей системы управления, единой для всей организации и отвечающей реальным условиям работы.
Система управления защитой от перелива становится все более востребованной. Наличие такой системы является обязательным требованием стандарта API 2350. Для предотвращения перелива требуется ряд уровней защиты. Однако уровнем защиты, связанным с защитой от перелива, как правило, считается уровень безопасности, обычно именуемый системой защиты от перелива (SIL).
В курсовом проекте системы защиты от перелива отдельно и независима от основного процесса системы управления.
Рисунок 5 - Система защиты от переливов.
Из рисунка 5 видно, что автоматизированная система защиты от перелива базируется на радарном уровнемере Rosemount 5900S, модуле связи Rosemount 2410, а также на системном концентраторе Rosemount 2460.
Данная система защиты от перелива разработана в соответствии с требованиями SIL (англ. Safety Integrity Level), которая работает по следующему принципу: при достижении критического уровня уровнемер отправляет сигнал на модуль связи. Модуль связи отправляет сигнал на ПЛК, который в свою очередь останавливает весь технологический процесс. Кроме того, в случае, когда связь с ПЛК нарушена или же ПЛК неисправен, модуль связи отправляет сигнал напрямую на блок управления электропривода клиновой задвижки Auma Norm SAEx 10 ACExC 01.2 исполнение SIL PROFIBUS , чтобы принудительно закрыть ее во избежание пролива.
Также, данные приходящие на концентратор данных с модуля связи передаются на верхние уровни системы автоматизации.
Для сигнализации нижнего предела используется резервуара полнофункциональный вибрационный сигнализатор уровня жидкости Rosemount 2120.
Защита от низкого уровня предусматривается для того, чтобы избежать поломок насоса, которые могут возникнуть как следствие сухого хода. При отсутствии нужного уровня происходит деформация и перегрев деталей и последующее сгорание двигателя, выход оборудования из строя.
Автоматизация насосной станции
.
Рисунок 6 - Функциональная схема автоматизации насосной станции.
Рисунок 7 - Функциональная схема автоматизации насосной станции.
В состав насосной станции входят:
- насосная установка УОДН-200-150-125 - 5 шт.;
- электронасос центробежный одноступенчатый КМ 80-50-215E - 1 шт.;
- электронасос центробежный одноступенчатый КМH 100-80-160E - 4 шт.;
-емкость подземная дренажная ЕП-2 V=40 м, D=2.4 м, L=9.03 м , - 1 шт.
Особое внимание при автоматизации насосной станции уделено управлению насосного агрегата и обеспечения его постоянной безаварийной работе.
Для обеспечения постоянной безаварийной работы используется:
- защита насосного агрегата при минимальном давлении на выходе (манометр сигнализирующий ДМ5010СаЕх)
- контроль и защита при минимальном давлении в системе охлаждения насоса, превышения температуры подшипников:
- интеллектуальный датчик избыточного давления Метран 150 Ех Ди;
- термопреобразователь сопротивления ТСПУ Метран 276 06 Exla-Pt100-160;
- датчик давления Метран 55-Ди-Ех-515-МП.
- защита насосных агрегатов от сухого хода(вибрационный датчик уровня OPTISWITCH 5200 С )
- контроль давления на выходе насоса (датчик давления МИДА-ДИ-13П-Ex).
Для плавного регулирования подачи насосов в соотвествии с текущим давлением используется преобразователь частоты
SiNAMICSG120P (Siemens, Германия).
Использование преобразователя частоты позволит обеспечить:
- исключение гидроударов в магистрали и как следствие снижение количество аварий на трубопроводах;
- продление срока службы оборудования за счет устранения ударных нагрузок на элекрическую сеть и двигатель при пуске элекропривода.
Так же проектными решениями на насосной предусматривается:
- контроль давления на выходе насоса;
- контроль предельных уровней в емкости аварийных проливов ЕП-2;
- сигнализация затопление насосной;
- сигнализация загазованности в насосном блоке;
- контроль состояния задвижек (открыто, закрыто);
- дистанционное управление оперативными задвижками (открыть, закрыть, стоп);
- контроль загазованности по периметру насосной и на узлах запорной арматуры;
- автоматическое отключение всех механизмов в случае загазованности 50% НКПР и пожара.
Автоматизация сливной Ж/Д эстакады
На сливной ж/д эстакаде находятся:
- УСН-150 - 6 шт.
- Подземная емкость для аварийных переливов ЕП-1 V=75м3, D=3.0 м , L=10.77 м -1 шт.
Проектными решениями предусматривается:
- местная и дистанционная контроль предельных уровней в емкости ЕП-1;
- контроль загазованности по фронту сливной эстакады;
- местную и дистанционную светозвуковую сигнализацию 20% НКПР, 50%НКПР;
- кнопки дистанционного останова грузовых насос со сливной эстакады;
- технологические блокировки при загазованности 50% НКПР.
Рисунок 8 - Функциональная схема автоматизация сливной Ж/Д эстакады.
Автоматизация площадки налива в а/ц
Рисунок 9 - Функциональная схема автоматизация площадки налива в а/ц.
На площадке налива в АЦ находятся:
- АСН 10-ВГ
- Подземная емкость для аварийных переливов ЕП-3 V=75м3, D=3.0 м , L=10.77 м -1 шт
АСН 10-ВГ - это автоматизированный измерительный комплекс верхнего дозированного налива маловязких неагрессивных жидкостей с коммерческим учетом в объемных и массовых единицах, АСН - 10ВГ модуль Ду100 2/2 с объемными счетчиками или массовыми расходомерами кориолисова типа.
Проектными решениями предусматривается:
- местный и дистанционный контроль предельных уровней в емкости ЕП - 3;
- контроль загазованности по периметру площадки;
- местную и дистанционную светозвуковую сигнализацию 10% НКПР,
20% НКПР;
Средствами штатной автоматики стояка налива предусматривается:
- контроль заземления автоцистерны;
- контроль гаражного положения трапа;
- контроль положения наконечника налива;
- контроль переполнения автоцистерны;
- контроль объемного расхода наливаемого нефтепродукта;
- контроль плотности и температуры наливаемого нефтепродукта;
- косвенный учет массы нефтепродукта;
- местное и дистанционное управление клапаном налива;
Автоматизированный налив по заданной массе/объему;
- технологические блокировки с прекращением налива при аварийных ситуациях;
- отключение установки по внешнему сигналу «Авария»;
Контроль загазованности по периметру объектов автоматизации и на узлах запорной арматуры выполняет системой загазованности УПЭС-50 с сигнализатором загазованности СГОЭС-М11 УПЭС-50А.
Имитационная модель склада хранения светлых нефтепродуктов в Matlab:
https://youtu.be/AA6ptiQljRA 