Автоматика ОВЕН для обогрева трубопроводов на взрывоопасных предприятиях
На нефтехимических предприятиях безопасность технологических процессов и персонала стоит на первом месте. На взрывоопасном производстве значение имеет все: исполнение шкафов управления, характеристики электротехнического оборудования, способы подключения датчиков и исполнительных механизмов, работа системы при возникновении аварийной ситуации.
Завод «ВЭЛАН» – один из старейших российских производителей взрывозащищенного оборудования, в частности, шкафов и щитов управления для предприятий нефтегазового сектора. «Завод ТЛТ» (г. Тюмень) осуществляет полный комплекс работ и услуг в сфере промышленного электрообогрева для компаний топливно-энергетического комплекса в районах Сибири и Крайнего Севера. Для Иркутского завода полимеров, нефтеперерабатывающего завода в Хабаровске и многих других предприятий нефтегазового комплекса при реализации проектов по обогреву трубопроводов применяется оборудование ОВЕН.
О том, как реализуются требования к системе электрообогрева трубопроводов, рассказали Николай Сватеев – главный конструктор АО «ВЭЛАН», Денис Тучин – инженер-конструктор I категории АО «ВЭЛАН», и Николай Натальин – технический директор ООО «Завод ТЛТ».
Н.С.: Перед нами стояла комплексная задача – исключить замерзание жидкости в технологических трубопроводах и обеспечить управление и мониторинг системами электрообогрева. По трубопроводам проходят различные текучие и газообразные среды, и очень важно не допустить выпадения конденсата и образования наледи на трубопроводах, на поверхностях и внутренних стенках емкостей и резервуаров.
Оптимальным решением для поддержания технологических температур, защиты от замерзания и обледенения, а также для компенсации теплопотерь на данных опасных производственных объектах является греющий саморегулирующий кабель. А задача таких проектов заключается в разработке автоматизированной системы управления и мониторинга электрообогрева трубопроводов.
Поскольку речь идет о взрывоопасном производстве, требования к оборудованию и системе управления особенно высоки. Необходимо учитывать класс взрывоопасной зоны, вид возможной взрывоопасной смеси, климатические условия и место расположения шкафов управления (ШУ). Взрывозащищенные ШУ устанавливаются непосредственно во взрывоопасной зоне вблизи обслуживаемых технологических участков. Выносить их на значительное расстояние нецелесообразно: это потребовало бы прокладки протяженных кабельных линий.
Управляющее оборудование располагается внутри шкафа, а сигналы от датчиков и исполнительных механизмов, находящихся во взрывоопасной зоне, передаются через соответствующие средства взрывозащиты, в том числе барьеры искрозащиты. Для решения части задач мы выбрали оборудование ОВЕН: программируемый контроллер ПЛК110, модули ввода-вывода МВ110 и МУ110, блоки питания, барьеры искрозащиты ИСКРА-ТС.03, ИСКРА-АТ.03 и преобразователи интерфейсов АС5.
Д.Т.: ПЛК110 является центральным элементом системы управления. Он получает информацию от полевых устройств, обрабатывает ее в соответствии с заложенным алгоритмом и управляет контакторами и реле, через которые включаются линии электрообогрева. ПЛК контролирует не только температуру, но и состояние самих линий электрообогрева: токи нагрузки и утечки, обрывы, перегрев греющего кабеля и рабочей среды. Работа автоматики предупреждает аварийные ситуации.
Температура измеряется преимущественно термопреобразователями сопротивления ОВЕН, также используются датчики ОВЕН с выходным сигналом 4…20 мА. Датчики измеряют температуру наружного (окружающего) воздуха, обогреваемой поверхности трубопроводов, греющего кабеля, температуру рабочей среды (жидкости или газа).
Каждый шкаф управления отвечает за свой технологический участок. Все данные о состоянии электрических аппаратов, показания датчиков, параметры электрической сети передаются в систему верхнего уровня. Таким образом персонал может контролировать включение и отключение электрообогрева, оперативно выявлять аварийные состояния, своевременно отключать аварийные участки и включать резервные.
Н.Н: Задача электрообогрева в подобных системах – прежде всего компенсация теплопотерь. Мы не нагреваем продукт до какой-то новой технологической температуры, а не позволяем трубопроводу остыть ниже установленного значения. Обогрев может управляться двумя основными способами: по контролируемой температуре непосредственно трубопровода либо в зависимости от температуры окружающего воздуха. В проекте реализовано в том числе пропорциональное адаптивное регулирование мощности обогрева: процент мощности изменяется в зависимости от температуры окружающей среды.
ПЛК110 управляет нагрузкой через контакторы. При этом он не только выполняет алгоритм регулирования, но и участвует в реализации функций безопасности. Один из интересных примеров – контроль температуры греющего кабеля. Для отдельных линий при достижении температуры +190 °C предусмотрена блокировка работы обогрева. Для такой задачи использовались модули дискретного вывода МУ110-8Р – у них можно настроить требуемое состояние выходов при потере связи с ПЛК.
НПЗ – масштабные объекты по площади и протяженности трубопроводов, они могут включать десятки линий обогрева. Каждый ПЛК при этом отвечает за свой шкаф и свою зону электрообогрева. Таких узлов на предприятии может быть много, а данные от них передаются в общезаводскую систему диспетчеризации по Modbus RTU или Modbus TCP.
При выборе оборудования мы учитывали не только технические характеристики, но и удобство последующего монтажа и обслуживания. У оборудования ОВЕН понятная маркировка, удобное подключение, унифицированный монтаж на DIN-рейку и доступная техническая документация. Для крупного проекта, где используется большое количество оборудования, эти факторы напрямую влияют на скорость сборки, наладки и последующего обслуживания шкафов. Не менее важным стала возможность подобрать необходимое количество каналов ввода-вывода под конкретную задачу и при необходимости расширить систему. Отдельным аргументом при выборе ПЛК110 стало сочетание цены и функциональности. Кроме того, контроллер достаточно удобен с точки зрения программирования. Для нас это важно, поскольку сокращает время разработки программного обеспечения для шкафов управления и упрощает реализацию типовых алгоритмов электрообогрева.
