Автоматика на страже – Журнал «Сибирская нефть»

Автоматика на страже


Фото: Юрий Молодковец, Николай Кривич, Александр Таран
Инфографика: Татьяна Удалова

Автоматический контроль за обстановкой на современном нефтеперерабатывающем заводе, начиная от содержания в воздухе взрывоопасных газов и заканчивая рабочими параметрами на различных установках, — обычное дело. Сегодня сверхзадача автоматизированных систем, обеспечивающих безопасную, надежную работу оборудования, — действовать на опережение и заранее предсказывать возможность наступления критических ситуаций

Все под контролем

Нефтеперерабатывающий завод — это десятки сложных процессов, в результате которых нефть превращается в бензины, масла, сырье для нефтехимии, битумы и множество других востребованных продуктов. Чтобы понять, насколько сложны и рискованны процессы переработки нефти, обозначим лишь некоторые предельные параметры работы оборудования (давления, температуры и т.д.), с которыми приходится иметь дело на НПЗ. Так, в печи прокаливания нефтяного кокса температура может достигать 1290°С, а на установке регенерации отработанной серной кислоты в печи расщепления поддерживается нагревание до 1200°С. Причем это предельные нормативные параметры процессов, и с точки зрения безопасности важно следить за тем, чтобы они не превышались, — все равно что постоянно держать под контролем вулкан, в котором лава, изливающаяся из кратера, раскаляется до сопоставимых температур — от 800 до 1200°С. Большинство процессов на заводе проходит под высоким давлением. В частности, на установке реактора гидроочистки дизельного топлива создается давление в 8 МПа, что примерно равняется 80 атмосферам. При работе установки замедленного коксования нефтяного сырья максимальное давление еще выше — оно может достигать 18 МПа. Под таким давлением подается вода на установку для гидрорезки кокса. Для сравнения: давление в шине легкового автомобиля составляет всего 0,2 МПа.

Центры мониторинга и диагностики на нефтеперерабатывающих заводах «Газпром нефти» круглосуточно контролируют состояние систем автоматизации управления производством, давая возможность спрогнозировать и на ранней стадии предупредить многие неисправности.

Неудивительно, что именно давление и температура становятся одними из ключевых контролируемых параметров на всех заводских установках. В режиме онлайн датчики давления и температуры передают данные на пульт оператора. В случае если значения по каким-либо причинам становятся критическими, система безопасности срабатывает автоматически. Для сброса лишнего давления открываются предохранительные клапаны, а печи при слишком высоких температурах просто гасятся — прекращается подача топливного газа. В аэродинамических машинах, например в компрессорах, электроника ведет наблюдение за вибрацией, изменением давлений и скоростей потока. При внештатных ситуациях насос, обеспечивающий работу машин, автоматически останавливается.

Пожарное кольцо

Фото: Юрий Молодковец, Николай Кривич, Александр Таран

По периметру каждой установки на НПЗ обустроено так называемое пожарное кольцо, или пожарный трубопровод, и оборудованы водяные пушки. На территории завода также имеются пожарные краны, к которым в случае необходимости можно присоединить пожарный рукав — и начать тушение из пожарных трубопроводов.

Есть и традиционные пожарные гидранты для подключения к ним пожарных машин, а также первичные средства пожаротушения (песок, огнетушитель и т.д.) для локализации и ликвидации мелких возгораний. Помимо различных систем пожаротушения на всех НПЗ имеется пункт пожарной охраны.

Противопожарные технологии и системы постоянно совершенствуются. Так, в конце прошлого года МЧС объявило о разработке новой технологии ликвидации пожаров в резервуарах НПЗ при помощи самовспенивающейся газоаэрозоленаполненной пены. Комбинированное огнетушащее вещество — это пена, пузырьки которой заполнены смесью негорючих газов (азот, углекислый газ). На их поверхности сконденсированы частицы аэрозоля микронных размеров, состоящие из различных ингибиторов горения. Ожидается, что соответствующие установки будут как стационарными, так и мобильными.

Умные системы

Уже несколько лет в российской нефтеперерабатывающей отрасли идет масштабная модернизация производства — согласно четырехстороннему соглашению между Федеральной антимонопольной службой (ФАС), Росстандартом, Ростехнадзором и нефтяными компаниями. Это соглашение предусматривает реконструкцию отечественных НПЗ в период с 2011 по 2020 год. Главная цель государственной инициативы — перевести заводы на выпуск бензинов, соответствующих современным экологическим требованиям. Но сами компании попутно решают и другие задачи. Например, на НПЗ «Газпром нефти» при реализации программы модернизации идет как замена и реконструкция устаревшего оборудования, так и тотальная автоматизация, затрагивающая все аспекты производства, в том числе обеспечение безопасности.

В процессе переработки нефти и очистки нефтепродуктов образуется сероводород. Для его дальнейшего преобразования в товарную серу на НПЗ применяется процесс каталитической окислительной конверсии (так называемый процесс Клауса). В результате токсичный газ превращается в полезное сырье.

На деле это означает, что заводские установки не только снабжаются многочисленными контрольно-измерительными приборами, способными зафиксировать любые изменения, в том числе нежелательные, различных параметров. Принцип сегодняшней автоматизации — это внедрение умных автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП). По сути, это интеллектуальное развитие уже имеющихся базовых АСУТП, применять которые на производстве начали еще в конце прошлого века.

Вот яркий пример: АСУТП позволяет вести технологический процесс на той или иной установке в режиме автопилота. При этом работу автопилота контролирует оператор. Ежеминутно он отслеживает десятки сигналов — предупредительных, оповещающих, неотложных, аварийных. От оперативности его реагирования может зависеть не только качество конечного продукта, но и безопасность производства. Помочь оператору позволяет система ранжирования сигнализаций, поступающих с установки, — дополнительный модуль к основной АСУТП, переводящий ее в разряд умных. Система сама анализирует поступающие сигналы и ранжирует их в зависимости от важности. Такая система уже внедряется на установках НПЗ «Газпром нефти» — в частности, на установке переработки газа ГФУ-2 на Омском НПЗ она была внедрена еще в 2014 году.

Системы обеспечения безопасности на НПЗ

Инфографика: Татьяна Удалова

Есть и другие системы, непосредственно связанные с безопасностью завода. Например, система ТОРО — техническое обслуживание и ремонт оборудования. Система позволяет перейти от плановых ремонтов к ремонтам по состоянию — за счет непрерывной диагностики и анализа различных параметров система прогнозирует возможные поломки и дает возможность своевременно производить ремонты, не дожидаясь серьезных ЧП.

Экологическая безопасность

Фото: Юрий Молодковец, Николай Кривич, Александр Таран

Безопасный НПЗ — это предприятие, которое соблюдает все экологические нормы, чтобы воздействие на окружающую среду было минимальным. В ходе модернизации заводов «Газпром нефти» экологическим вопросам уделяется особое внимание. Уже сегодня за счет ряда решений удалось снизить общее воздействие МНПЗ на окружающую среду примерно вдвое по сравнению с 2011 годом — началом модернизации завода. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу сократились на 36%, а строительство новых закрытых механических очистных сооружений и демонтаж старых увеличили степень очистки сточных вод до 95%. Аналогичная работа и с тем же экологическим эффектом ведется на ОНПЗ. Также на обоих заводах были внедрены системы герметичной отгрузки нефтепродуктов в автомобильный и железнодорожный транспорт. Они обеспечивают улавливание и рекуперацию до 99% паров углеводородов и максимальную герметизацию процессов налива топлива. В настоящее время на МНПЗ заканчивается строительство инновационных биологических очистных сооружений «Биосфера». Объект планируется запустить до конца 2017 года. Ввод «Биосферы» повысит степень очистки сточных вод до 99% — очень высокий показатель в современной мировой нефтепереработке. Проект новых очистных с аналогичными показателями также разработан и реализуется на ОНПЗ.

Огнеборцы

Пожар на таком объекте, как НПЗ, — происшествие из ряда вон выходящее. В первую очередь все меры безопасности направлены на то, чтобы пожара не допустить. Тем не менее на случай, если возгорание все-таки произойдет, на НПЗ предусматриваются различные многоуровневые системы пожаротушения, эффективные для каждого объекта. Так, для тушения печей, которые даже при прекращении горения долго сохраняют высокую температуру, используются стационарные противопожарные системы, создающие паровую завесу. При срабатывании сигнализации подается пар, который преграждает доступ газа к раскаленному оборудованию, тем самым предотвращая возможность взрыва.

Компрессорные цеха оснащены стационарными системами тушения порошкового типа, которые незаменимы для тушения возгораний, где использование воды невозможно из-за наличия горючих жидкостей, электрооборудования под напряжением. При соприкосновении с горящими поверхностями порошок нагревается, в результате чего температура горения снижается, так как значительная часть тепла расходуется на нагрев порошка. Также при нагреве порошка начинается разложение солей металлов с выделением негорючих газов, не поддерживающих огонь. Смешиваясь с горячим воздухом, порошковая смесь создает вокруг места горения взвесь, которая препятствует доступу кислорода, активность горения снижается.

Первые упоминания о применении порошковых огнетушащих веществ относятся к 1770 году, когда артиллерийский полковник Рот потушил пожар в магазине города Эслинген (Германия), забросив в помещение бочку с алюминиевыми квасцами и пороховым зарядом для распыления порошка.

Аппараты колонного типа защищаются от огня лафетными стволами и/или стационарной установкой орошения. Лафетные установки, или так называемые водяные пушки, как правило, устраиваются стационарными — с постоянным присоединением лафетных стволов к водопроводной сети высокого давления, чтобы была возможность быстро маневрировать водяной струей. При высоте колонных аппаратов более 20 м лафетные стволы могут устанавливаться на специальных вышках или площадках.

Стационарные установки водяного орошения устанавливаются непосредственно на аппаратах колонного типа и имеют оросительные кольца, которые располагаются через 6–8 м. Верхнее кольцо располагается над колонной.

Установки водяного орошения, также как и лафетные, предназначены для защиты оборудования, расположенного на открытых площадках, поэтому они подключаются к водопроводной сети сухотрубами, чтобы при низких температурах наружного воздуха в них не замерзала вода. Проще говоря, сухотруб — это труба без воды. Принцип работы системы таков: при пожаре идет сигнал с датчика, включаются насосы пожаротушения и сухотрубы заполняются водой или пеной в зависимости от системы пожаротушения и категории опасности объекта.

Человеческий фактор

Отдельное внимание на НПЗ уделяется безопасности сотрудников. Для персонала каждой из установок на заводе строятся операторные бункерного типа, откуда ведется управление установкой. Операторные защищены от взрывной волны и построены так, чтобы при максимально негативном развитии событий персонал не пострадал. Впрочем, это достижение последних лет — высокий уровень защиты таких помещений пока обеспечивается лишь на новых и прошедших реконструкцию объектах НПЗ.

Операторная — ключевой пункт управления. Данные о параметрах работы оборудования отражаются на экране монитора старшего оператора, который управляет технологическим процессом установки и координирует работу технического персонала. Обобщенные данные с каждой операторной поступают в единый диспетчерский пункт, находящийся в административном здании. Здесь ведется контроль за перемещением основных потоков сырья и нефтепродуктов (см. схему). На каждом этапе сбора информации о работе оборудования ключевые параметры сверяются с предельно допустимыми значениями. Несмотря на то что в случае аварийной ситуации автоматика способна полностью остановить работу отдельной установки или даже всего завода, решения, принимаемые сотрудниками завода, по-прежнему могут повлиять на его безопасность. Именно поэтому в «Газпром нефти» придается особое значение развитию культуры безопасности — каждый сотрудник компании должен уметь оценивать существующие риски и последствия небезопасных действий для производства и окружающей среды. Эту задачу призвана решить программа «Пять шагов» (см. врез), которая внедряется в том числе и на перерабатывающих активах компании.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ