Алгоритм срабатывание системы ПАЗ

ВВЕДЕНИЕ

     Процесс каталитического риформинга является промежуточным и  основным звеном в структуре каталитического производства и вместе с этим относится к  пожароопасным и взрывоопасным объектам, так как связан с переработкой взрывопожароопасных сред при повышенных температурах и давлениях.
     Продуктами, определяющими взрывоопасность установки каталитического риформинга, являются водородсодержащий и углеводородный газы, пары углеводородов, которые с кислородом воздуха образуют смеси, взрывающиеся при наличии огня или искры.
     Оснащение технологических нроцессов системами ПАЗ, предназначенными
для обеснечения промышленной безопасности, является обязательным условием при проектировании, строительстве и реконструкции онасных промышленных объектов и установок. Такие системы обеспечивают останов технологи ческого процесса или перевод его в безопасное состояние, что позволяет избежать аварии, но приводит к серьезным последствиям и зпачительным потерям.
     Целью данной выпускной квалификационной работы является обеспечение стабильной, безопасной и надежной работы установки секции 100 установки ЛГ-35-11/300-95 и предотвращения аварийных ситуаций с помощью разработки алгоритмов системы ПАЗ.
     Объектом исследования является секция 100 установки ЛГ-35-11/300-95 ТОО «Атырауского НПЗ».
     Разрабатывается алгоритм программы противоаварийной автоматической защиты, для уменьшения последствий аварии. Контроллер привязывается со SCADA системой WinCC, чтобы управлять процессом можно было из операторной.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

     В выпускной квалификационной работе рассмотрена реакторный блок установки каталитического риформинга.
     В работе рассмотрена технология процесса каталитического риформинга. Был проведен анализ существующей АСУТП, также описание технических средств. Мнемосхема колонны стабилизации была создана в Centum CS3000.
     В работе было разработана распределенная АСУТП секции 100 установки ЛГ-35-11/300-95, которая позволит обеспечить оптимальное безаварийное ведение процесса, повышенную надежность за счет  разработанных алгоритмов системы ПАЗ, эффективное эргономическое взаимодействие с оператором за счет использования технологий HMI по средсвам системы SCADA с помощью разработанной мнемосхемы.
     Разработанная система блокировок ПАЗ основана на использовании программной среды SIMATIC S7. Особое преимущество алгоритмов состоит в том, что язык программирование  соответствует стандарту IEC 11311-3, что позволяет избежать проблем с совместимостью, масштабированием и добиться высокого уровня быстродействия, функциональности и надежности.


1 Расчетно-исследовательская часть

     Разработка правил и логических алгоритмов ПАЗ печи Н-101.
     Технические решения по системе ПАЗ печи Н-101 установки должны быть приняты с учетом требований, предъявляемых правилами приказа №96 к печам.
     Основным действием при защите печи является отсечка топлива (газообразного и жидкого), а при прогаре змеевиков и подача пара в топочное пространство печи быстродействующими запорными     устройствами.
     Отсекатели, установленные на линиях газообразного топлива к горелкам печи имеют исполнение – нормально закрыт (НЗ) или нормально открыт(НО) и приводятся в действие подачей дискретного управляющего сигнала, который в рабочем режиме постоянно находится под током, при этом воздух клапан открывает. В случае прекращения электропитания или аварийного отсутствия питающего воздуха отсекатель займет свое безопасное положение, то есть закроется и откроется соответственно для НЗ и НО. 
     
1.1 Алгоритм срабатывание системы ПАЗ.

1.1.1 Прогар змеевика печи.
Если:
     - температура перевала печи (TISA2105A) больше 800 оС;
     - содержание О2 в дымовых газах (QISA2101A) меньше 5%;
     - давление на входе продукта в печь (PISA0405) меньше 20кПа,
     то:
     - закрыть отсекающий клапан по основному потоку топливного газа (UV1530) и по потоку сырья (UV501);
     -открыть отсекающие клапаны водяного пара в топочное пространство (UV0201).


1.1.1 Погасание пламени.
     Если:
     -отсутствует пламя на основной горелке BISA2101A;
     - температура сырья из печи (TISA0103) больше 570 оС,
     то закрыть отсекающий клапан ПО основному потоку топливного газа (UV1530).
     3.1.3 Снижение давления топливного газа.
     Если давление топливного газа к печам PISA1569 меньше 20кПа, то закрыть отсекающий клапан по основному потоку топливного газа (UV1530) и по потоку сырья (UV0501);
     3.1.4 Повышение давления топливного газа.
     Если давление топливного газа к печам PISA1569 больше 250кПа, то закрыть отсекающий клапан по основному потоку топливного газа (UV1530) и по потоку сырья (UV501);
     
	Описание программы управления
	3.2.1 При  прогаре змеевика печи.
     Если:
     - температура перевала печи (TISA2105A) больше 800 оС;
     - содержание О2 в дымовых газах (QISA2101A) меньше 5%;
     - давление на входе продукта в печь (PISA0405) меньше 20кПа,
     то:
     - закрыть отсекающий клапан по основному потоку топливного газа (UV1530) и по потоку сырья (UV501);
     -открыть отсекающие клапаны водяного пара в топочное пространство (UV0201).
     В программе SIMATIC Step 7 создаем проект и в пункте «Hardware» задаем аналоговые входные и выходные сигналы (AI и AO). Далее в пункте  «Symbols» указываются все сигналы, адреса, присваиваемые к этим сигналам, и тип данных, как представлено на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Окно пункта «Symbols»

     Также создаем блок DB1, куда будут записываться данные с датчиков, что показано в рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Структура блока DB1
     
     В блоке DB1 находятся данные программы. Здесь определяется форма хранения данных, т.е. где и в какой последовательности используются блоки. 
     Далее переходим к созданию блока OB1, в котором пишется основная часть программы.
     Рассмотрим более подробно часть программы, которая отвечает за срабатывание блокировки при прогаре змеевика. С первичного преобразователя подается сигнал на нормирующий преобразователь, который преобразует сигнал в стандартный токовый сигнал, и отправляет его на контроллер. С контроллера сигнал поступает на выходной преобразователь, преобразующий сигнал к виду, воспринимаемому исполнительным механизмом (например, токовый в пневматический). И затем сигнал отправляется на исполнительное устройство.
     Устанавливается блок «SCALE» для преобразования сигнала, как показано на рисунке 3.3.
     
     
     Рисунок 3.3 – Блоки «SCALE»
     
     На вход «IN» подаются целочисленные значения, которые прописаны в пункте «Symbols». В данном случае «PISA1569» (давление в трубопроводе топливного газа) и «TISA 0103» (температура сырья на выходе из печи). На входах «HI_LIM» и «LO_LIM» задаются верхний и нижний предел в технических единицах. В первом случае от 0 до 1МПа, во втором от 0 до 1000 °C. 
     На выходе «OUT» устанавливается результат изменения сигнала, прописанный в блоке DB1.
     Таким образом при подаче целочисленного значения на вход «IN» значение будет преобразовано в реальное значение давления и температуры, измеренную в интервале от 0 до 1МПа и от 0 до 1000 °C, и записанное на выход «OUT».
     Далее эти преобразованные значения подаются  на вход блоков «Compare Real», чтобы сравнить их с верхним и нижним пределами, как представлено на рисунке 3.4.
     

Рисунок 3.4 – Условие срабатывание отсекателя  «UV1530»
     
     На входы «IN1» подаются значения с выходов блока «SCALE» и на входы «IN2» подаются значения, прописанные в блоках DB1. Значение, которое задается на входе «IN1», сравнивается с аварийным значением входа «IN2». Если значение входа «IN1» превышает аварийного значения, то срабатывает одно из условий блока «OR», и подается сигнал на закрытие «Клапан2».
     Аналогичным образом программируются остальные условия срабатывание правил. Программируя правило при прогаре змеевика  на входы блока «SCALE» подаются значения температуры на перевале печи (TISA2105A), содержание кислорода в дымовых газа (QISA 2101A), давление в трубопроводе сырьевого потока (PISA0405). Затем эти значения подаются на вход блоков «Compare Real» и сравниваются с верхним и нижним пределами, как представлено на рисунке 3.5.
     

Рисунок 3.5 – Условие срабатывание отсекателя  «UV501»



Рисунок 3.6 – Условие для сырьевого насоса  «P-101-a»

	Результат работы
     Вызываем окно симулятора. Загружаем проект в контроллер. После этого запускаем программу в режиме «Run», что представлено на рисунке 3.7.
     
     
     Рисунок 3.7 – Режимы симулятора
     
     Когда состояние отсекатели «UV1530», «UV501» находится в единице, клапан открыт, и соответственно, когда подается ноль, то клапан закрывается, как представлено на рисунках 3.8 и 3.9.
     
     Рисунок 3.8 –Клапан закрыт
     
     
     Рисунок 3.9 – Клапан открыт
     
     Задаем на вход значения, не превышающие верхнего предела, чтобы проверить работу блоков, как показано на рисунке 3.10. 
     
     
     Рисунок 3.10 – Режим работы блоков «SCALE»
     «UV1530», «UV501» открыты, поскольку значения давления в трубопроводе сырьевого потока на входе печи и содержание кислорода в дымовых газа не меньше заданных пределов, а температура на перевале печи не превышает верхнего предела. Затем зададим значение на один из параметров, превышающее верхний предел. Повышаем температуру на перевале печи и уменьшим содержание кислорода от заданным значений,  наблюдаем над тем, как отреагирует система, как представлено на рисунке 3.11.
     
     Рисунок 3.11– Условие срабатывание отсекателя UV1530
     
     Автоматический закроются отсекатели «UV1530», «UV501», но  подача водяного пара в топочное пространство произойдет если давление на змеевике, то есть давление сырьевого потока будет уменьшаться, что говорит по прогаре змеевика,  как показано на рисунке 3.12.
     
     Рисунок 3.12 – Условие срабатывание отсекателя UV1573
     

     Рисунок 3.13 – Блок DB1 в рабочем режиме

     Далее сигналы с контроллера SIMATIC STEP7 поступают в SCADA WinCC. Для этого соединим  SIMATIC STEP 7 и WinCC. Чтоб соединить SIMATIC STEP 7 и WinCC, создаем протокол в иерархии «Управление тэгами» в программе WinCC, и далее создаем новый драйвер, в котором создаются глобальные переменные, как представлено на рисунке 3.14
     

     Рисунок 3.14 – Список тегов
     

     Рисунок 3.15 – Мнемосхема печи Н-101
     
     Также добавим окно для сообщения событий, как показано на рисунке 3.16
     .

     Рисунок 3.16 – Окно для сообщение событии


     Выводы по разделу
     
     Была написана программа по алгоритму срабатывания блокировок сырьевой печи Н-101, в случае аварийного состояния в среде программирования Simatic Step 7. Программа написана на языке FBD. Также была собрана мнемосхема установки в WinCC, и связана с контроллером, чтобы можно было контролировать процесс. 
     Данная программа в режиме симуляции проверена на адекватность, и удовлетворяет всем требованиям по заданию, поэтому ее можно использовать и применять в дальнейшем на практике.

.......................