Дипломная работа на тему "ТЮМГУ | Модернизация системы управления противоаварийной защитой на производстве бутадиена"

Работа на тему: Модернизация системы управления противоаварийной защитой на производстве бутадиена
Оценка: хорошо.
Оригинальность работы на момент публикации 50+% на антиплагиат.ру.
Ниже прилагаю все данные для покупки.
https://studentu24.ru/list/suppliers/Anastasiya1---1326

Описание работы

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ МАТЕМАТИКИ И КОМПЬЮТЕРНЫХ НАУК
Кафедра программной и системной инженерии

РЕКОМЕНДОВАНО К ЗАЩИТЕ В ГЭК

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
Бакалаврская работа
МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ ЗАЩИТОЙ НА ПРОИЗВОДСТВЕ БУТАДИЕНА
15.03.06 «Мехатроника и робототехника»

Тюмень 2022 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 4
СПИСОК ТЕРМИНОВ 6
ВВЕДЕНИЕ 8
ГЛАВА 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 11
1.1. Описание установки газоразделения. 11
1.2. Описание существующей АСУ ТП установки газоразделения. 11
1.3. Определение несоответствий существующей АСУ ТП приказу Ростехнадзора. 13
1.4. Определение требований к проектируемой СБиПАЗ 14
1.5. Техническое задание. 15
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 16
2.1. Описание технологического процесса. 16
2.2. Описание контуров функций безопасности. 21
2.2.1. Динамическое оборудование. 22
2.2.2. Отсечные клапаны 26
2.3. Спецификация выделенных сигналов. 31
2.4. Определение категории взрывоопасности 31
2.5. Выводы 32
ГЛАВА 3. ПРЕДЛАГАЕМЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ. 33
3.1. Понятие о безопасных ПЛК 33
3.2. Понятие архитектуры 1oo2D 34
3.3. Решения по обеспечению уровня полноты безопасности 36
3.3.1. Процессорный модуль бПЛК 36
3.3.2. Конфигурация модулей ввода. 37
3.3.3. Конфигурация модулей вывода. 39
3.3.4. Предлагаемая архитектура системы 41
3.4. Основные технические решения по миграции ДБО-1. 43
3.4.1. Безопасный ПЛК 43
3.4.2. Ввод-вывод сигналов от электрооборудования. 45
3.4.3. Ввод-вывод сигналов от средств измерения и исполнительных механизмов. 46
3.4.4. Решения по взаимосвязи СБиПАЗ с РСУ 47
3.4.5. Положение СБиПАЗ в иерархии АСУ ТП 49
3.4.6. Итоговая конфигурация СБиПАЗ 50
ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ВЕРОЯТНОСТЕЙ ОТКАЗОВ АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ ПРОЕКТИРУЕМОЙ СИСТЕМЫ. 55
4.1. Понятие уровня полноты безопасности. 55
4.2. Основание для оценки 56
4.3. Оценка средней частоты опасного отказа. 57
ГЛАВА 5. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ 69
5.1. Исходные данные для расчета. 69
5.2. Расчет обобщенных метрологических характеристик ИК температуры 74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 78
ПРИЛОЖЕНИЕ А 82
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 83
ПРИЛОЖЕНИЕ В. 84
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. 85
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. 152
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 154

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
AI – Analog input (аналоговый входной сигнал). DI – Discrete Input (входной цифровой сигнал).
DO – Discrete Output (выходной цифровой сигнал).
FCS – Field Control Station (полевая станция управления). HIS – Human Interface Station (станция оператора).
OPC – Open Platform Communications (открытая платформа коммуникаций) PFD – Probability of Failure on Demand (Вероятность отказа при запросе).
PRM – Plant Resource Manager (менеджер полевых приборов). SCS – Safety Control Station (контроллер системы безопасности).
SIF – Safety Instrumented function (Аппаратная (инструментальная) функция безопасности).
SIL – System Integrity Level (УПБ).
SIS – Safety Instrumented System (Приборная (Аппаратная) система безопасности).
VAC – volts alternating current (напряжение переменного тока). VDC – volts direct current (напряжение постоянного тока).
Абгаз – абсорбционный газ.
АВО – аппарат воздушного охлаждения.
АСИ – автоматизированное средство измерения.
АСУ ТП – автоматизированная система управления технологическим процессом.
бПЛК – безопасный программируемы логический контроллер.
ВКР – выпускная квалификационная работа. ИМ – исполнительный механизм.
КИП – контрольно-измерительные приборы. МХ – метрологические характеристики.
НКПР - нижний концентрационный предел распространения пламени. ПАЗ – противоаварийная защита.
ПЛК – программируемый логический контроллер. ПСБ – приборная система безопасности.
Ростехнадзор - Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору.
РСУ – распределенная система управления. РФ – Российская Федерация.
СБиПАЗ – система безопасности и противоаварийной защиты. СБиПАЗ – система противоаварийной защиты.
ТП – технологический процесс. УО – управляемое оборудование.
УПБ – уровень полноты безопасности. ФБ – функциональная безопасность.
ФСА – функциональная схема автоматизации.
Э/Э/ПЭ – электрическая/электронная/программируемая электронная система.

СПИСОК ТЕРМИНОВ
Абсорбционная колонна: аппарат колонного типа, в котором процесс массопередачи на поверхности соприкосновения фаз – газ жидкость.
Компримирование: повышение давление газа при помощи компрессора.
Дегидрирование: реакция отщепления атома водорода от молекулы органического соединения.
Отказ: прекращение способности функционального блока выполнять необходимую функцию либо функционирование этого блока любым способом, отличным от требуемого [1].
Архитектура: Определенная конфигурация компонентов аппаратных средств и программного обеспечения в системе [2].
Относительный энергетический потенциал: показатель степени и масштабов возможных разрушений, вызванных взрывом парогазовой среды (ПГС) в технологическом блоке, при условии расхода общего энергетического потенциала технологического блока непосредственно на образование ударной волны [3].
Функция безопасности (safety function): Функция, реализуемая Э/Э/ПЭ- системой, связанной с безопасностью, или другими мерами по снижению риска, предназначенная для достижения или поддержания безопасного состояния УО по отношению к конкретному опасному событию [1].
Уровень полноты безопасности (safety integrity level (SIL): Дискретный уровень (принимающий одно из 4 возможных значений), соответствующий диапазону значений полноты безопасности, при котором уровень полноты безопасности, равный 4, является наивысшим уровнем полноты безопасности, а уровень полноты безопасности, равный 1, соответствует наименьшей полноте безопасности [1].
Интенсивность отказов: Отношение числа отказавших объектов в единицу времени к среднему числу объектов, продолжающих исправно работать в данный интервал времени [21].
Режим работы (mode of operation): способ выполнения функции безопасности в зависимости от частоты запросов к системе на обеспечение безопасности [1].
Риск: Сочетание вероятности события причинения вреда и тяжести этого вреда [1].
Непрерывный режим работы: режим работы, в котором функция безопасности поддерживает УО в безопасном состоянии, как и при нормальном функционировании [1].
Приборная (аппаратная) система безопасности: Приборная система, которая используется для выполнения одной или нескольких функций безопасности. ПСБ может состоять из одного или нескольких датчиков, из одного или нескольких логических устройств и из одного или нескольких исполнительных элементов [2].
Измерительный канал измерительной системы (измерительный канал ИС): конструктивно или функционально выделяемая часть ИС, выполняющая законченную функцию от восприятия измеряемой величины до получения результата ее измерений, выражаемого числом или соответствующим ему кодом, или до получения аналогового сигнала, один из параметров которого – функция измеряемой величины [26].

ВВЕДЕНИЕ
Производственные объекты нефтехимической промышленности являются одними из самых опасных на планете Земля. Технологические процессы современной нефтегазохимии представляют собой многопараметрические системы с весьма широким перечнем взаимосвязанных параметров. Подавляющее большинство физических и химических превращений на производстве протекают при экстремальных температурах и давлениях. Более того, многие из них аккумулируют колоссальное количество энергии, которая способна оказать катастрофическое воздействие на окружающую среду и рабочий персонал предприятий. Разумеется, для поддержания безопасного протекания технологического процесса, применяются мощные аппаратно- программные комплексы в составе АСУТП, однако иногда они не справляются с возложенной на них ответственностью. Причины могут быть любыми: отказ ответственного механизма, сбой программы, ошибка персонала и другие. С этого момента нарушается равновесие химической реакции и запускается неуправляемая цепочка событий, способная привести к взрыву/утечке и прочим катастрофическим последствиям. В эти мгновения особенно важно определить, что процесс выходит или вышел из-под контроля, выработать комплекс управляющих воздействий, способный перевести его в безопасное состояние. Именно этой цели служат системы противоаварийной защиты. Разумеется, перечень выполняемых функций также включает в себя: управление сигнализацией и оповещением, блокировка оборудования до устранения причин возникновения аварии, предварительная сигнализация о выходе технологического процесса за рамки регламентированных норм и другие.
Правовое поле в области регулирования обеспечения ФБ ПСБ постоянно совершенствуется и обновляется. В итоге это приводит к устареванию существующих решений, обеспечивающих безопасное выполнение технологических процессов. На территории РФ вопросы регулирования обеспечения безопасности технологических производств находятся в ведомстве федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору, далее Ростехнадзор. Все предприятия обязаны выполнять и соответствовать требованиям, предъявляемым Ростехнадзором. Как итог, компании нуждаются в регулярных мероприятиях по модернизации существующих производств, несоответствующих обновленным правилам.
Одной из подобных корпораций является крупнейшая интегрированная нефтегазохимическая компания в России ООО «СИБУР». Она занимается производством нефтехимической продукции, посредством переработки вторичных продуктов, получаемых при добыче нефти и газа [4]. В рамках данной работы, была поставлена задача от нефтехимического комбината ООО
«ЗапСибНефтехим», входящего в состав группы компаний «СИБУР», в лице руководителя производственной практики от предприятия, начальника участка АСУТП Боровикова Александра Александровича, по модернизации СБиПАЗ на существующем производстве бутадиена. Потребность в модернизации появилась после утверждения приказа «Ростехнадзора» от 15.12.2021 г. N 533
«ОБ УТВЕРЖДЕНИИ ФЕДЕРАЛЬНЫХ НОРМ И ПРАВИЛ В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ «ОБЩИЕ ПРАВИЛА ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНЫХ ХИМИЧЕСКИХ, НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ И НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ
ПРОИЗВОДСТВ» (далее «Приказ») [5].

Целью ВКР является разработка технического проекта модернизации существующей СБиПАЗ установки газоразделения узла абсорбции и десорбции углеводородов, предлагающего технические решения, способные обеспечить выполнение требований «Ростехнадзора» и соответствие одной из частей системы управления (контроллер с модулями ввода и вывода) уровню полноты безопасности равного трем.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1. Провести анализ технологического процесса.
2. Вычленить входные и выходные сигналы, входящие в состав СБиПАЗ.
3. Определить архитектуру СБиПАЗ, способную обеспечить исполнение требуемых функций защиты и требуемый SIL для функций безопасности.
4. Описать контуры функций безопасности.
5. Составить конфигурацию СБиПАЗ, отвечающую установленным техническим требованиям (объем обрабатываемой информации, соответствие SIL3).
6. Составить структурную схему расположения оборудования в операторной.
Для успешной подготовки и защиты выпускной квалификационной работы автором ВКР использовались средства и методы физической культуры и спорта с целью поддержания должного уровня физической подготовленности, обеспечивающую высокую умственную и физической работоспособность. В режим рабочего дня включались различные формы организации занятий физической культурой (физкультпаузы, физкультминутки, занятия избранным видом спорта) с целью профилактики утомления, появления хронических заболеваний и нормализации деятельности различных систем организма.
В рамках подготовки к защите выпускной квалификационной работы автором созданы и поддерживались безопасные условия жизнедеятельности, учитывающие возможность возникновении чрезвычайных ситуаций.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ГОСТ Р МЭК 61508-4-2012. Функциональная безопасность систем электрических, электронных, программируемых электронных, связанных с безопасностью. Часть 4. Термины и определения: дата введения 2013-08-01. Москва: Стандартинформ, 2020. 34 с.
2. ГОСТ Р МЭК 61511-1-2018. Безопасность функциональная. Системы безопасности приборные для промышленных процессов. Часть 1. Термины, определения и технические требования: дата введения 2019-07-01. Москва: Стандартинформ, 2018. 89 с.
3. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств: (ПБ 09- 170-97): [сайт]. Москва.
4. ООО «СИБУР» — управляющая организация ПАО «СИБУР Холдинг»: официальный сайт. Москва.
5. Об утверждении федеральных норм и правил в области промышленной безопасности "общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств": приказ федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору № 533: от 15 декабря 2020 г. // Минюст России. 2020. № 61808. 84 с.
6. Будалеев В.А., Пенегин В.В., Степанов С.А. Технологическая инструкция ТИ-1 по установке газоразделения (ДБО-1): Тобольск, 2020. 173 с.
7. Техническое задание на проектирование «Оптимизация и внедрение АСУТП отделения ДБО-1 цеха ДБО-0,1»: протокол технического комитета
№348150 от 27 декабря 2021 г. // ООО «СИБУР Тобольск». 2021. 8 с.
8. Федоров Ю.Н. Справочник инженера по АСУТП: проектирование и разработка: учебно-практическое пособие. 2-е изд. доп. и перераб., - В 2-х т. – Том 1. М.: Инфра-Инженерия, 2018. 448 с.
9. Safety manual for QUADLOG. Version 3.32. Rev. 8. Berlin. 2004. 82 с.
10. Hima: Smart Safety - HIMAX: официальный сайт. Брюль, Германия.
11. Yokogawa Electric Corporation – Safety System: официальный сайт. Токио, Япония.
12. Yokogawa Partner Portal: электронная библиотека. General Specification. ProSafe-RS. Safety Instrumented System Overview (for Vnet/IP): [сайт]. Токио, 2022.
13. ProsafeRS. Workbench. Руководство по курсу обучения. Версия 1.2.1. Москва. 2006. 378 с.
14. Prof. Dr.-ing. Habil. Josef borcsok. Modern 2oo4-processing architecture for safety systems. // Электронная библиотека Semantic Scholar [сайт]. 2005.
15. Правила устройства электроустановок. Седьмое издание: утверждено Министерством энергетики Российской Федерации, приказ от 8 июля 2002 г. N 204: введены в действие 2003-01-01. Москва. ОАО «ВНИИЭ», 2003. 115 с.
16. ГОСТ Р МЭК 61508-7-2012. Функциональная безопасность систем электрических, электронных, программируемых электронных, связанных с
безопасность. Часть 7. Методы и средства: дата введения 2013-08-01. Москва: Стандартинформ, 2020. 137 с.
17. Федеральный фонд по обеспечению единства измерений: официальный сайт. Описание типа средств измерений. Преобразователи
измерительные серий MTL45xx, MTL55xx: [сайт]. Москва, 2018.
18. General specifications. Models SSC60S, SSC60D Safety Control Unit, Duplexed Safety Control Unit (for Vnet/IP, Rack Mountable Type). 9-th edition. Tokyo. 2020. 5 с.
19. General specifications. SNB10D Safety Node Unit (Rack Mountable Type). 3-rd edition. Tokyo. 2015. 3 с.
20. Глизенте Ландрини. Критерии выбора компонентов с уровнем SIL3 для РСУ и систем ПАЗ в соответствии со стандартами МЭК. // Стандартизация и сертификация: [сайт]. 2009.
21. Острейковский В.А. Теория надежности: Учебник для вузов. 2-е изд. испр. М.: Высш. Шк., 2008. 463 с.
22. ГОСТ Р МЭК 61508-1-2012. Функциональная безопасность систем электрических, электронных, программируемых электронных, связанных с безопасность. Часть 1. Общие требования: дата введения 2013-08-01. Москва: Стандартинформ, 2014. 67 с.
23. ГОСТ Р МЭК 61508-6-2012. Функциональная безопасность систем электрических, электронных, программируемых электронных, связанных с безопасность. Часть 6. Руководство по применению ГОСТ Р МЭК 61508–2 и ГОСТ Р МЭК 61508–3: дата введения 2013-08-01. Москва: Стандартинформ, 2020. 107 с.
24. Усманов И.Р. Общесистемная документация. Проектная оценка надежности системы.: Тобольск, 2011. 44 с.
25. Yokogawa CentumVP and ProSafe-RS integrated solutions. MTL4500 series IS interfaces.: [сайт]. 2022.
26. ГОСТ Р 8.596–2002. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения: дата введения 2002-09-30. Москва: Стандартинформ 2008. 15 с.
27. РД 153–34.0–11.201–97. Методика определения обобщенных метрологических характеристик измерительных каналов ИИС и АСУ ТП по метрологическим характеристикам агрегатных средств измерений: дата введения 1999-02-01. М: СПО ОРГРЭС, 1999 год официальное издание. 17 с.
28. Федеральный фонд по обеспечению единства измерений: официальный сайт. Описание типа средств измерений. Термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом ТПУ-205: [сайт]. Москва, 2018.
29. ГОСТ Р 8.585–2001. Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования: дата введения 2002-07-01. М.: Стандартинформ, 2010. 81 с.
30. MTL4541Y Repeater power supply for 4-20mA HART, 2- or 3-wire transmitters.: [сайт]. 2022.
31. ГОСТ Р МЭК 61131-6-2015. Контроллеры программируемые. Часть
6. Безопасность функциональная: дата введения 2016-05-01. Москва: Стандартинформ, 2020. 104 с.
32. TUV Rheinland Certificate. Safety control system. ProSafe-RS R4.04.
№.:968/EZ 196.45/19: [сайт]. 2022.