XVII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2025

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация технологических процессов и производств – это один из ключевых моментов, влияющих на ход технологического процесса. С помощью автоматизации повышается эффективность всего производства, а также улучшаются условия труда для персонала. На данный момент практически все существующие и проектирующиеся технические объекты так или иначе оборудуются средствами автоматизации.

Цель автоматизации — повышение производительности и эффективности труда, улучшение качества продукции, отстранение человека от работы в условиях, опасных для здоровья.

Способности нынешних технических средств столь разнообразны, что предоставляют возможность автоматизировать абсолютно любое технологическое производство. Тем не менее, степень автоматизации характеризуется, прежде всего, экономикой, поэтому всевозможные сферы промышленности в разной степени автоматизированы.

Таким образом, автоматизация целесообразна на тех производственных процессах, за развитием которых человек не может следить в одиночку и его нахождение на месте проведения этого процесса опасно для состояния здоровья. Поэтому автоматизация процесса получения чистого сероводорода блока очистки технологического конденсата установки производства элементарной серы, является актуальной задачей.

В состав производства может входить множество различных систем управления. Одной из таких является локальная система управления. Локальная система управления (ЛСУ) применяется для управления и оптимизации технологических процессов на уровне отдельных производственных участков. ЛСУ позволяет практически в реальном времени контролировать и регулировать рабочие параметры, что способствует быстрому реагированию на изменения в процессе. Кроме того, ЛСУ обеспечивает интеграцию с другими системами управления, что позволяет предприятиям строить более сложные распределенные системы управления для наиболее эффективного управления производством.

Наличие точного и обоснованного расчета помогает заранее выявить потенциальные слабые места в системе и определить оптимальные решения для их устранения. Это является особенно актуальным для сложных систем, состоящих из большого числа элементов и имеющих обширные внутренние и внешние связи [1].

1Общие сведения о надежности в отрасли нефтедобычи

2Описание технологического процесса

2.1Описание блока глубокой очистки технологических конденсатов

Данный блок предназначен для глубокой очистки технологических конденсатов с получением сероводородсодержащих газов высокой степени чистоты. Способ включает подачу неочищенного технологического конденсата в качестве питания абсорбционно-отпарной колонны, с отводом из этой колонны очищенного технологического конденсата и газообразного сероводорода, возврат части очищенного конденсата в абсорбционно-отпарную колонну. Способ обеспечивает повышение степени очистки технологического конденсата и сероводорода при непрерывной работе установки очистки без образования в аппаратах и трубопроводах солей гидросульфида аммония [3].

Первый холодный поток подается на верхнюю насадочную секцию колонны 320-Т001 (рис. 1) Расход холодного питания равен 12.3 м3/ч, температура составляет 41℃. Для поддержания расхода холодного потока неочищенного технологического конденсата в 320-Т001 осуществляется регистрация расхода расходомером (поз. FT400) и регулировка клапаном (поз. FV400).

Рисунок 1 - Автоматическая система регулирования подачи холодного потока технологического конденсата в колонну

Второй поток проходит через рекуперативный теплообменник 320-Е001, где нагревается за счет тепла кубового продукта колонны 320-Т001, и поступает на нижнюю тарелку колонны 320-Т001. Расход горячего питания равен 19.2 м3/ч, температура составляет 126℃. Так же осуществляется регистрация показаний расхода поступающего горячего потока расходомером

В колонне 320-Т001, при давлении 0,6 МПа происходит удаление из загрязненного конденсата сероводорода, выводимого с верха колонны газообразным продуктовым потоком.

На верх колонны 320-Т001 насосом 320-Р002/P на орошение верхней промывочной секции подается очищенный конденсат.

Подвод тепла в куб колонны 320-Т001 осуществляется через термосифонные подогреватели 320-Е002A/P, теплоносителем в котором является водяной пар с установки производства элементарной серы. Для стабилизации давления в колонне 320-Т001 в пусковой период и при необходимости в период работы в нее предусмотрена подача азота.

Для защиты колонны 320-Т001 от превышения давления проектом предусмотрен предохранительный клапан, установленный на шлемовой линии колонны. Сброс от предохранительного клапана осуществляется в факельную линию.

3Описание расчёта надежности системы

Для проведения общего расчета надежности системы необходимо предварительно определить надежность каждого ее отдельного элемента.Особое внимание стоит учесть и условия, в которых производится работа компонентов, поскольку в тех или иных условиях элементы системы могут работать иначе (производственная площадка, диспетчерский пункт) [4].

Логическая схема для расчета надежности представлена ниже (рис. 3).

Рисунок 1 -Логическая схема расчета надежности ЛСУ. А – аппаратная с электроустановками; В – расходомер; С – электропривод; D – GSM-модем ОУ ; E – ПЛК; F – сеть передачи данных; G – GSM-приемник ДП; H – сервер SCADA-системы; I – сеть КСПД; J – АРМ диспетчера.

3.1Расчет показателей надежности

Данные о надежности отдельных элементов системы фиксируются из официальной информации, предоставленной производителем оборудования. [5, 6]. Рассмотрим таблицу 1.

Таблица 1 - Параметры интенсивности отказов элементов АСКУ ЭР

Элемент АСКУ ЭР	Интенсивность отказов
Аппаратная с электроустановками
Расходомер, клапан с электроприводом
GSM-модем ОУ
ПЛК
Сеть передачи данных
GSM-приемник ДП
Сервер SCADA-системы
Сеть КСПД
АРМ диспетчера

При этом, примем следующие допущения при построении математической модели надежности системы:

1. элементы ЛСУ прошли период приработки;

2. справедлив экспоненциальный закон распределения;

3. отказы элементов независимы.

Согласно приведенной схеме, вероятность безотказной работы системы будет выражаться формулой:

Определим интенсивность отказов данной системы по формуле и построим график с помощью программного пакета Matlab (рис. 4,5).

Рисунок 2 - Программный код для построения переходного процесса интенсивности отказов

Рисунок 3 - График интенсивности отказов ЛСУ

Как видно, переходный процесс интенсивности отказов к 6500 часам наработки переходит в установившейся значение, равное примерно 2.85*10^-5, что соответствует не менее 35000 часам средней наработки на отказ.

3.2Повышение надежности системы

Изучим доступные методы улучшения надежности автоматизированных систем управления:

1. Использование резервных систем. Включает в себя создание резервных систем, которые могут заменить основную систему в случае отказа или сбоя. Резервные системы могут быть идентичными основной системе или иметь меньшие функциональные возможности, но они должны быть готовы принять на себя функции основной системы в случае необходимости.

2. Модернизация оборудования. Замена старого оборудования на новое является одним из самых популярных вариантов повышения надежности для автоматизированных систем управления. Чтобы замена старого оборудования на новое была успешной, необходимо учитывать совместимость нового оборудования с существующими системами и оборудованием, а также наличие доступной технической поддержки и документации.

3. Создание систем, которые могут обнаруживать и корректировать ошибки в автоматизированных системах управления. Системы обнаружения и коррекции ошибок могут быть программными или аппаратными и должны быть в состоянии быстро обнаруживать и исправлять ошибки, чтобы предотвратить дальнейшее распространение ошибок.

4. Создание систем мониторинга и контроля автоматизированных систем управления. Системы мониторинга и контроля могут быть программными или аппаратными и должны быть в состоянии быстро обнаруживать и отслеживать любые проблемы или аномалии в системе.

5. Использование систем автоматического восстановления. Процесс включает в себя создание систем, которые могут автоматически восстанавливать автоматизированные системы управления после сбоя или отказа. Системы автоматического восстановления могут быть программными или аппаратными и должны быть в состоянии быстро восстанавливать систему и обеспечивать минимальное время простоя.

Ниже представлены сравнительные данные нового оборудования (Таблица 2).

Таблица 2 - Сравнительные данные по средней наработки на отказ старого и нового оборудования

Назначение прибора	Старое оборудование		Новое оборудование
	Название	Средняя наработка на отказ, ч	Название	Средняя наработка на отказ, ч
Ультразвуковой расходомер	СУР-97.002-01	200000	СУР-97.002-02	220000
Клапан с электроприводом	КР-1М	200000	КР-2-ТР	220000
ПЛК	ОВЕН ПЛК100	20000	ОВЕН ПЛК210	100000
GSM-модем	TELEOFIS RX108-L2	16000	TELEOFIS RX608-R2	40000

Найдем параметр интенсивности отказов для представленного оборудования и внесем изменения в код программы для построения графика по формуле безотказной работы, описанной выше (рис. 6).

Рисунок 4 - Обновленный программный код для построения переходного процесса интенсивности отказов

Переменные с индексом «2» являются характеристиками нового оборудования. Запустив программу, получим следующие графики (рис. 7).

Рисунок 5 – Графики интенсивности отказов ЛСУ с модернизированным оборудованием

Обновление устаревшего оборудования привело к заметному улучшению надежности системы. Представленные расчетные данные и графики наглядно иллюстрируют стабильную работу, что подтверждает эффективность предпринятой модернизации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе был рассмотрен технологический процесс получения чистого сероводорода блока очистки технологического конденсата установки производства элементарной серы, в котором более детально был взят на рассмотрение и расчет надежности блок локальной системы управления колонный 320-Е001. Путем детального анализа факторов, влияющих на эксплуатацию колонны, а также проведения анализа интенсивности отдельных элементов системы, удалось выявить ключевые точки риска и разработать меры по повышению надежности системы в целом. Результаты расчетов подтверждают, что использованные технологии и организационные меры обеспечивают стабильную работу системы при различных условиях эксплуатации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алейников, Д. В. Разработка автоматизированной системы расчета надежности в моделях систем электроснабжения. Материалы IX Международной молодежной научно-практической конференции с элементами научной школы «Прикладная математика и фундаментальная информатика» – Омск: Омский государственный технический университет, 2019. – С. 85-88. – EDN DOVCPT;

2. Описание технологического процесса блока очистки технологического конденсата «ЭЛИСТЕК инжиниринг»;

3. Технологический регламент установки производства элементарной серы ОАО «КНПЗ» - Новокуйбышевск, 2014. – С. 17;

4. Касимов, С. А. Моделирование автоматизированной системы сбора данных интеллектуального мониторинга контроля точности изготовления распределительных валов на основе расчета надежности / С. А. Касимов // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. – 2015. – Т. 3, № 7-1(18-1). – С. 457-460. – DOI 10.12737/14904. – EDN VJHMLT.

5. Глазачев А.В. Интенсивность отказов элементов [Электронный ресурс]. URL: https://areliability.com/intensivnost-otkazov-elementov-spravochnik;

6. Самарская электроаккустическая лаборатория. [Электронный ресурс]. URL: http://sur-samara.ru/products?ysclid=m4k3xiswaj814098173;

Код для цитирования: Скопировать