Системы противоаварийных защит объектов нефтегазопереработки

Анализ основных требований, предъявляемых в настоящее время к автоматизированным системам управления технологическими процессами (АСУ ТП) в области переработки нефти и газа, позволяет сформулировать две основные основные цели автоматизации:

• повышение уровня безопасности 
• снижение затрат на процессинг. 

В данной статье мы рассмотрим пути решения первой из указанных целей автоматизации. Необходимость повышения безопасности эксплуатации технологических установок обусловлено, в основном, усилением степени контроля инспектирующих органов за соблюдением действующих нормативных документов. Основными нормативными документами в этой области являются: Федеральный закон "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" №116-ФЗ от 21.07.97, "Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств ПБ 09-170-97 (ОПВБ)", "Правила устройства электроустановок", приказы Федерального горного и промышленного надзора России (Госгортехнадзор РФ). 

При этом ОПВБ прямо регламентируют необходимость применения средств микропроцессорной техники для систем противоаварийной защиты (ПАЗ) для объектов 1 категории взрывоопасности. Это означает, что в течение достаточно небольшого времени существующие на многих установках средства ПАЗ на базе аналоговой и релейной техники должны быть заменены на современные микропроцессорные системы.
Для объектов 2-ой и 3-ей категории такого жесткого инструктивного требования не существует. Однако, необходимо учесть следующие обстоятельства. Усилились требования по сложности и количеству защит и блокировок. 

Например, необходимость соблюдения требований поблочного останова, увеличения количества отсечных клапанов на установке, необходимость введения разумных выдержек времени приводит к тому, что реализация этих требований на традиционной аналоговой и релейной технике или практически невозможна, в т.ч. и по массогабаритным параметрам, или экономически не оправдана. И для этих категорий производств также технически и экономически целесообразна реализация подсистемы ПАЗ на микропроцессорной технике. 

Однако, из практики эксплуатации технологических установок известно, что бездумное соблюдение требований нормативных документов в области ПАЗ приводит к неизбежному увеличению количества ложных остановов. А это означает существенное снижение экономических показателей работы установки за счет потерь от простоя, повторного пуска и вывода на режим. И в этом случае менеджмент среднего звена сталкивается с непростым выбором: или издать распоряжение о снятии "нехорошей" блокировки, что рискует делать все меньше и меньшее количество менеджеров в связи с усилением упоминавшегося выше контроля государственных органов, или потребовать от поставщика системы ПАЗ резкого повышения ее "интеллекта". Последнее, в действительности, возможно за счет усложнения алгоритмов работы системы ПАЗ. Усложнение алгоритмов связано с необходимостью предварительного анализа достоверности сигналов всех датчиков, участвующих в блокировке, в т.ч. на обрыв кабеля, по скорости изменения и др., учета одновременного поведения нескольких сигналов, учета временных факторов (выдержек времени), возможностью реализации не полного останова всей установки, а частичного останова, а также реализации таких режимов, как перевод на циркуляцию и т.п. 

Микропроцессорные средства предоставляют возможность реализации таких "умных" систем ПАЗ. Но это только необходимое условие, но не достаточное. Для создания действительно "интеллектуальной" системы ПАЗ от ее поставщика требуется:

• глубокое знание технологии 
• умение тесно работать с эксплуатационным персоналом, разработчиками оборудования и проектантами 
• умение, что немаловажно, квалифицированно защитить и утвердить проект системы ПАЗ, в т.ч. "умные" алгоритмы, в Госгортехнадзоре. 

Только такой подход обеспечит создание системы ПАЗ, одновременно удовлетворяющей как действующим нормам и правилам в области безопасности так и требованию экономической эффективности. 

Более того, практика показывает, что после внедрения "интеллектуальной" системы ПАЗ и создания ее потенциальных возможностей наиболее "продвинутые" технологи начинают ставить новые задачи, выходящие за рамки "классических" ПАЗ. Такими задачами, в частности являются: автоматизация многих действий по планам ликвидации аварийных ситуаций (ПЛАС), которые в настоящее время выполняются вручную оперативным персоналом, а также частичная автоматизация режимов "холодного" и "горячего" пусков, смены режимов и т.п. При этом, дополнительные затраты на реализацию вышеуказанных задач невелики, т.к. технические и программные средства системы ПАЗ, датчики клапана, отсекатели уже закуплены в составе действующей системы ПАЗ. Необходимо только, как правило, выполнить дополнительные инжиниринговые работы. 

Требования к системам ПАЗ 

К большому сожалению, в настоящее время отсутствуют какие-либо нормативные документы, в которых были бы сформулированы детальные технические требования к ПТК для систем ПАЗ для объектов нефте-, газопереработки. Поэтому мы попытаемся кратко сформулировать основные, на наш взгляд, требования к программно-техническим комплексам для систем ПАЗ. 

1. Обязательное наличие разрешения Госгортехнадзора РФ на применение в системах ПАЗ. В соответствии с его приказом № 221 от 19 декабря 1997 г. с 01.02.98 г. введены в действие "Методические указания по организации и осуществлению надзора за конструированием и изготовлением оборудования для опасных производственных объектов в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности" РД-09-167-97. В перечень поднадзорного Госгортехнадзору РФ технологического оборудования химических, нефтехимических, нефтеперерабатывающих и других взрыво-, пожаро- и химически опасных производств и объектов входят согласно приложения 1 - ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ, ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ. Для их применения на поднадзорных Госгортехнадзору объектах необходимо иметь РАЗРЕШЕНИЕ НА ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ПТК, выдаваемое Госгортехнадзором России.
2. Регистрация ПТК как средства измерения в Госреестре средств измерений, т.к. в состав ПТК должны входить аналоговые каналы
3. Взрывобезопасное исполнение ПТК, например с видом защиты "искробезопасная электрическая цепь", что должно быть подтверждено соответствующим сертификатом Госгортехнадзора 
4. Гибкость при реализации различных схем резервирования. ПТК должен обеспечивать, как минимум, возможность выбора следующих схем резервирования:
   • 100% "горячее" резервирование (дублирование) контроллеров ПАЗ
   • 100% "горячее" резервирование вычислительных модулей контроллера без дублирования модулей ввода-вывода
   • 100% "горячее" резервирование вычислительных модулей и 100% "горячее" резервирование наиболее ответственных каналов ввода-вывода
   • троирование (для особо опасных производств, для объектов нефте-газопереработки практически не применяется).
   Принятие окончательного решения об уровне структурной избыточности системы ПАЗ зависит от следующих факторов:
   • категория взрывоопасности объекта
   • уровень надежности отдельных компонентов ПТК и всего ПТК в целом
   • размер экономического ущерба от ложных остановов и др.
5. Масштабируемость. ПТК должен быть рассчитан на применение как для небольших технологических агрегатов (ЭЛОУ, печь и т.п.), так и для сложных комбинированных установок. 
6. Модульность. Номенклатура модулей ввода-вывода должна охватывать практически все типы входных-выходных сигналов (от мВ до 220 В переменного тока), желательно, без промежуточных преобразователей. 
7. Гальваническая изоляция всех входных и выходных цепей, в т.ч. межканальная. Желательный уровень изоляции - не менее 1000 В. 
8. Использование высоконадежных операционных систем (ОС) "жесткого" реального времени.
9. Наличие гибких программных средств настройки и программирования прикладных задач ПАЗ, в т.ч. наличие простого "технологического" языка (структурный текст) и/или языка функционально-блочных диаграмм, желательно, соответствующих требованиям международного стандарта IEC-61131-3. 
10. Наличие в ПТК развитой функции регистрации всех событий с привязкой к меткам астрономического времени с погрешностью не хуже 10 мсек. 
11. Наличие в ПТК функций протоколирования предаварийных и послеаварийных ситуаций в виде последовательности временных срезов (трендов) наиболее важных параметров с циклом записи не хуже 1 сек.
12. Наличие в ПТК развитых функций архивирования событий, действий операторов, протоколов предаварийного и послеаварийного состояний и т.п., в т.ч. на резервные носители информации.
13. Наличие программных и технических средств защиты от несанкционированного доступа к функциям ПАЗ. 
14. Простота и прозрачность интеграции с другими подсистемами АСУ ТП (регулирования, информационная и др.) 
15. Наличие развитых средств самодиагностики
16. Возможность передачи информации от системы ПАЗ в смежные или вышестоящие системы управления, желательно с использованием международных стандартов в области программных и сетевых технологий (TCP/IP, Ethernet, OPC, ODBC и т.д.). Примеры реализации НПФ "КРУГ" много лет занимается разработкой и поставкой АСУ ТП для объектов ТЭК, и накоплен значительный опыт, в том числе по системам ПАЗ. 
    Приведем перечень лишь некоторых успешных проектов систем ПАЗ, выполненных нашей фирмой и удовлетворяющих всем вышеперечисленным требованиям:
    • Системы контроля, управления и ПАЗ установок первичной переработки нефти (ОАО "Роснфеть-Туапсинский НПЗ", АО "Кемойл", АО "МОТО")
    • Системы управления и ПАЗ блока печей установок получения масел ( "Новокуйбышевский завод масел и присадок")
    • Система управления и ПАЗ блока стабилизации установки риформинга (ОАО "Роснефть - Туапсинский НПЗ")
    • Системы управления и ПАЗ установок производства масел ("Ярославский НПЗ им. Д.И.Менделеева")
    • Система управления и ПАЗ блока очистки сырья ГФУ от сероводородов (Киришский НПЗ)
    • Системы управления и ПАЗ приготовлением в потоке светлых и темных нефтепродуктов (Киришский НПЗ)
    • Система управления и ПАЗ установки гидроочистки (Астраханский ГПЗ).
    По результатам промышленной эксплуатации этих и других систем Заказчики зафиксировали достижение следующих результатов:
    • Существенно увеличилась надежность системы ПАЗ
    • Существенно снизились эксплуатационные затраты на систему ПАЗ, в том числе за счет резкого уменьшения количества единиц оборудования
    • Существенно сократилось количество ложных остановов
    • Повысилась технологическая дисциплина, в том числе благодаря протоколированию действий персонала.
    Не на всех из вышеперечисленных объектов была финансовая возможность осуществить разработку и поставку полномасштабной АСУ ТП в один прием. Поэтому в таких случаях ввод в эксплуатацию осуществлялся поэтапно в течение трех-четырех лет. В первую очередь были введены в эксплуатацию наиболее критичные для Заказчика системы ПАЗ, затем по мере появления средств были установлены подсистемы информационные и регулирования. Но так как все подсистемы были реализованы на компонентах универсального программно-технического комплекса ПТК "КРУГ-2000", поэтому поэтапное наращивание функциональной и информационной мощности АСУ ТП осуществлялось безболезненно во время проведения плановых ремонтов установок и, что очень важно, при этом полностью обеспечивалась защита ранее сделанных инвестиций. Краткая информация о ПТК "КРУГ-2000" Ниже приводятся краткие характеристики и преимущества программно-технического комплекса. 

ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ

• Более 110 действующих АСУ ТП, в т.ч. в особо в опасных отраслях 
• ПТК установлен на лучших предприятиях СНГ и за рубежом 

ПРИНЦИПЫ 
Комплексность решений 

• от контроллеров и SCADA 
• до проектов "под ключ" Надежность 
• технических средств 
• программных средств 
• структур Гарантии Открытость 

ПРЕИМУЩЕСТВА 

• Надежность (наработка на отказ от 75000 до 150000 часов) 
• Масштабируемость 
• Открытость
• Модульность 
• Глубокая интеграция SCADA и среды программирования контроллеров 
• Локализация 
• Сертифицировано Госстандартом 
• Сертифицировано Госгортехнадзором 
• Поддержка отраслевых стандартов 
• Наличие модулей коммерческого учета теплоресурсов, газов, нефти, нефтепродуктов
• Горячий и теплый перезапуск
• Горячая замена модулей ввода-вывода 
• Гальваническая изоляция всех входных и выходных сигналов не менее 1500 В 
• Наличие искробезопасного исполнения модулей ввода-вывода 
• Питание датчиков - от системы 

Возможности резервирования: 

• Сети - 100 % 
• Сервера, рабочие станции - 100 % 
• Контроллеры -100 % 
• Процессорные модули в контроллерах с дублированной вычислительной частью - 100 % 
• Открытость 
• Поддержка стандартов Ethernet, RS 485, CAN, Device Net, TCP/IP, UDP, Modbus и т.д. 
• COM, DCOM 
• API для опытных пользователей 
• OPC, ODBC 
• Обмен с цеховым, заводским файл-сервером 
• Конверторы данных в Excel, Access, XML 
• Система единого времени 
• Синхронизация таймеров всех устройств АСУ ТП (серверы, станции, контроллеры) 
• Резервирование функций коррекции системного времени 
• Переходы "зима-лето", "лето-зима" 
• Локализация 
• Все системные надписи и сообщения на русском языке 
• Вся документация на русском языке 
• Простота конфигурирования локализованных версий 
• Производство ПТК и АСУ ТП сертифицировано на соответствие ISO 9001 в системах сертификации DAR TGA и ГОСТ Р. 

ФУНКЦИИ ПТК 

• Контроль
• Регулирование 
• Противоаварийные защиты 
• Логическое управление 
• Представление информации 
• Архивирование данных 
• Связь с устройствами "третьих" фирм 
• Связь с вышестоящими системами 
• Диагностика 
• Синхронизация системного времени 
• Конфигурирование и настройка on-line и off-line 

АРХИТЕКТУРА 

• Локальная АСУ ТП установки 
• Локальная сеть цеха 
• Глобальная сеть управления предприятием 
• АСОДУ 

Варианты структур: с выделенным сервером, без выделенного сервера, одноранговая сеть, двухранговая сеть. 

ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ. Технические средства 

• Контроллеры 
• Станция (АРМ) оператора 
• Станция инжиниринга 
• Архивная станция 
• Сетевые средства (ETHERNET, Fast ETHERNET, RS485) 
• Коммуникационные серверы 
• WWW-сервер 

ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ. Интегрированная SCADA 

ДОСТОИНСТВА 

• Однократный набор базы данных (БД) 
• Целостность БД 
• Сетевая загрузка ПО контроллера 
• Наилучшие динамические характеристики 
• On-line диагностика 
• Распределенная обработка данных 
• Техническая поддержка "из одних рук" 
• On-line диагностика 
• Совместимость версий
• Заказные версии ПО для корпоративных Заказчиков 
• Поддержка Internet/Intranet 
• Интеграция с существующими на предприятии системами 
• Полная русификация 
• Функциональная полнота (от малых объектов до АСОДУ предприятия) 

Системное ПО 

• QNX, LINUX, DOS (32-разряд., с диспетчером задач реального времени реального времени) - для контроллеров 
• Верхний уровень: WINDOWS NT/2000/XP - для станций верхнего уровня 

СОСТАВ ПАКЕТА ПРОГРАММ 

Среда разработки 

• Генератор базы данных 
• Генератор динамики 
• Среда разработки программ пользователя на технологическом языке "КРУГОЛ-61131" (ФБД и СТ) Среда исполнения (Run-time модули) 
• Сервер БД (с сервером событий) 
• Сервер ввода - вывода 
• Сервер АБД (архивный) 
• Графический интерфейс 
• "Зеркализация" БД 
• "Зеркализация" АБД 
• Аппаратный перезапуск 
• Сервис печати 
• "Файл - обмен" 
• Резервирование сетей 
• 2-х мониторный менеджер Run-time комплексы (состоят из определенного набора Run-time модулей) 
• Сервер БД (СРВ - система реального времени) 
• Станция оператора-сервер БД 
• Станция оператора-клиент БД 
• Станция мониторинга-сервер БД 
• Станция мониторинга-клиент БД 
• Станция архивирования-сервер 
• Станция архивирования-клиент 
• Станция оператора/архивирования - сервер 
• Станция оператора/архивирования - клиент 

Дополнительное ПО 

• Система РВ коммуникационного сервера 
• WEB - КОНТРОЛЬ 
• Архивный центр 

Драйверы устройств "третьих фирм": Bailey, Ремиконт, Ломиконт, ТК-301, Ш-711, Solartron, MTL, Toshiba, VEGA и многие другие.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 

• Информационная мощность: от 30 до 64 000 вх/вых
• Количество типов входных выходных модулей - более 180 
• Максимальный период опроса в контроллере: 
• 100 мксек - дискретный вход 
• 1 мсек - аналоговый вход Интерфейс 
• Объектно-ориентированный графический редактор 
• Библиотека стандартных графических символов
• Техника "перенести и вставить" 
• Библиотека сложных графических объектов 
• Возможность работы с трендами 
• Анимация 
• Система отчетов 
• Встроенный генератор отчетов 
• Печать и архивация отчетов Тренды 
• Архивация / тренды 
• Дискретизация - от 100 мсек 
• Емкость архива - ограничений нет 
• Масштабирование трендов 
• Максимальное число кривых в тренде - Ограничений нет 
• Максимальное число трендов в окне - Ограничений нет 
• Одновременный вывод трендов РВ и исторических 
• Выбор перьев: он-лайн, предварительный 
• Вывод значения в точке курсора Алармы (Сигнализации) 
• Уровни приоритетов - 9
• Группировка 
• Онлайновая фильтрация 
• Сигнализации по скорости изменения 
• Сигнализации по отклонению 

СВЕДЕНИЯ О ФИРМЕ ВИДЫ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И СТРУКТУРА

Научно-производственная фирма "КРУГ" - инжиниринговая и производственная компания, разрабатывающая и поставляющая системы и средства автоматизации технологических процессов. За последние 10 лет на базе программных и технических решений фирмы введено в эксплуатацию более 110 систем, в основном, потенциально опасными процессами и агрегатами. Общая численность составляет более 120 человек. Филиалы и представительства действуют в Тамбове, Новочеркасске, Россоши, Москве. Основные структурные единицы: департаменты АСУТП, отдел систем учета, департамент проектирования и производства, отделы программирования, группы тестирования, технической поддержки, технического обеспечения. Мы гордимся высокой квалификацией своих сотрудников, при этом ряд специалистов имеет 10-20-летний опыт разработки, пусконаладки и эксплуатации распределенных АСУ ТП. 

ФИЛОСОФИЯ ФИРМЫ

В основании деятельности фирмы лежат 4 главных "кита": 

• Надежность 
• Гарантии 
• Качество 
• Поставка технических решений 

Надежность - это значит, что мы применяем только надежные, апробированные технические средства. Мы никогда не идем на компромиссы по снижению надежности и качества в угоду снижения стоимости. Программное обеспечение - один из важнейших элементов АСУ ТП, поэтому мы делаем свои программные продукты таким образом, чтобы они не сбоили, не "зависали" и не "зацикливались". 

Гарантии. Это означает, что мы всегда предоставляем гарантию на системы, разработанные на базе программных и технических средств, поставляемых нами. Мы гордимся тем, что многие Заказчики, особенно корпоративные, считают одним из важных преимуществ нашей фирмы быструю и эффективную работу по техническому сопровождению уже действующих систем, независимо от расстояний. 

Качество. НПФ "КРУГ" является одной из первых в стране фирм, которая сертифицирована на соответствие требованиям стандарта ISO9000 системы качества применительно к проектированию, разработке и производству программно-технических комплексов для АСУ ТП (Сертификат №TGA-ZM-28-97-00.026 в международной системе DAR и сертификат № РОСС RU.ИС42.К00045 в системе ГОСТ Р). 

Поставка технических решений. Мы не торгуем "россыпью" - мы предоставляем Заказчику комплексные технические решения проблем автоматизации. На фирме поддерживается специализация разработчиков АСУТП по отраслям. Глубокие знания технологии плюс опыт работы в пусконаладочных организациях позволяет нам детально вникать в проблемы Заказчиков и предлагать им, как правило, не одно, а несколько вариантов решения проблем. Окончательный выбор, естественно, остается за Заказчиком. Если же по какой-либо отрасли у нас нет специалистов, то мы прибегаем к помощи специализированных организаций или непосредственно к службам КИП и АСУ ТП Заказчика. Мы выполнили ряд очень сложных проектов практически "под ключ", начиная от разработки ПСД, поставки средств КИПиА, кабеля, монтажных и кроссовых шкафов, шкафов с контроллерами и заканчивая вводом системы в эксплуатацию и метрологической аттестации АСУТП. 

ПРОДУКЦИЯ И УСЛУГИ 

Основные виды продукции 

• Программно-технический комплекс "КРУГ-2000". ПТК "КРУГ-2000" - первый на отечественном рынке средств автоматизации открытый сертифицированный ПТК, предназначенный для создания современных систем контроля и управления сосредоточенными и распределенными объектами. Кроме того, выпускаются модификации ПТК "КРУГ-2000/Т" и " КРУГ - 2000/Г " для коммерческого учета теплоресурсов и газов, а также для интеграции с учетом электроэнергии 
• Интегрированная SCADA "КРУГ-2000" - полнофункциональный, открытый пакет программ для создания систем автоматизации (для ОС WINDOWS NT/2000/XP, а некоторые модули также для LINUX и QNX). 
• АСУ ТП "под ключ" - Цифровой пневмоэлектропреобразователь ППМ 
• Пультовые конструкции - оборудование для создания пультов оператора. 

Услуги: обследование объекта и разработка ТЗ; разработка проектной документации; разработка заказного программного обеспечения; комплектация средствами КИПиА; инжиниринговые, шеф-монтажные и пусконаладочные работы; шеф-инжиниринговые и шеф- наладочные работы (для фирм-системных интеграторов); метрологическая аттестация; обучение персонала Заказчика; сопровождение систем. 

СЕРТИФИКАТЫ И ЛИЦЕНЗИИ 

НПФ "КРУГ" обладает коллекцией из более чем 20 сертификатов, лицензий, разрешений на продукцию и услуги. 
Вот лишь некоторые из них: 

• сертификаты Госстандарта РФ на ПТК "КРУГ-2000", "КРУГ-2000/Т", "КРУГ-2000/Г", на ППМ как средство измерения 
• сертификаты соответствия Госстандарта РФ на всю выпускаемую продукцию 
• разрешение Госгортехнадзора РФ на применение ПТК "КРУГ-2000" для автоматизации взрыво-пожароопасных производств, в том числе для систем противоаварийных защит и блокировок 
• лицензии Госгортехнадзора РФ на проектирование, изготовление, монтаж и наладку систем автоматизации 
• свидетельства об аккредитации фирмы в качестве поставщика РАО "ЕЭС России" и разрешение на применение. 
• сертификаты на систему качества в системах сертификации DAR/TGA и ГОСТ Р.