Разработка противоаварийной защиты для пожароопасных объектов

Содержание
Введение................................................................................................................... 5
1 Обзор противоаварийной защиты ...................................................................... 8
1.1 Общие требования к системе ПАЗ ................................................................ 9
1.2 Технические требования к системе ПАЗ .................................................... 10
1.3 Общие сведения и назначение модуля системы ПАЗ ............................... 10
1.4 Требования к ПАЗ и характеристика объекта автоматизации ................. 11
2 Аналитический обзор существующих систем пожарообнаружения и
пожаротушения ................................................................................................. 13
2.1 Классификация автоматических систем пожарообнаружения и
пожаротушения ............................................................................................. 13
2.2 Виды пожарных извещателей ...................................................................... 14
2.3 Системы пожаротушения ............................................................................. 16
3 Разработка противоаварийной защиты, пожарообнаружения и
пожаротушения операторского блока АЗС .................................................... 17
3.1 Описание объекта.......................................................................................... 17
3.2 Основные технические решения. ................................................................ 17
3.3 Принцип работы установки.......................................................................... 19
3.4 Выбор оборудования..................................................................................... 20
3.5 Сравнительный анализ оборудования ........................................................ 29
3.6 Принципиальная схема АЗС ........................................................................ 30
3.7 Решения по кабельной разводке. ................................................................. 32
3.8 Электропитание ............................................................................................. 32
3.9 Защитное заземление и зануление .............................................................. 33
3.10 Требования к монтажу и эксплуатации .................................................... 33
3.11 Требования к защищаемым помещениям................................................. 33
3.12 Основные требования по технике безопасности. .................................... 33
3.13 Система пожарной сигнализации и автоматики пожаротушения здания
операторского блока ................................................................................... 34
3.14 Выбор способа тушения и огнетушащего вещества .............................. 34
3.15 Связь установок пожарной сигнализации с технологическим и
электротехническим оборудованием ........................................................ 35
4 Разработка программного обеспечения для расчета массы ГОТВ ............... 36
4.1 Исходные данные для расчета массы ГОТВ .............................................. 36
4.2 Интерфейс программы.................................................................................. 36
4.3 Листинг программы ...................................................................................... 39
4.4 Блок – схема................................................................................................... 39
5 Экономическая часть ......................................................................................... 40
5.1 Технологическое описание процесса .......................................................... 40
5.2 Определение затрат в системах автоматизации......................................... 40
6 Безопасность жизнедеятельности..................................................................... 48
6.1 Анализ производственных факторов, влияющих на работников
операторского блока ................................................................................... 48
6.2 Расчет системы кондиционирования ......................................................... 50
6.3 Расчеты выбросов ЗВ в атмосферу............................................................. 53
Список принятых сокращений............................................................................. 55
Заключение ............................................................................................................ 56
Список литературы ............................................................................................... 57
Приложение А…………………………….……………………………………..
1 Обзор противоаварийной защиты
Противоаварийная защита технологических процессов направлена
помимо всего прочего и на обеспечение промышленной безопасности,
предупреждение аварий, случаев производственного травматизма и т.п. на
опасных производственных объектах. Объектом разработки
противоаварийной защиты является автозаправочная станция на территории
города. Различные химические вещества согласно технологии ввода/вывода
подаются в резервуары и в автомобили через соответствующие клапана,
которые управляются основной системой автоматического управления
операторского блока. Связи с высокой категорией взрывоопасности и
взрывопожароопасности данная система регламентируется с ГОСТ 12.1.010-
76 ССБТ. Взрывобезопасность. Общие требования. Следовательно, требуется
на всех ответственных узлах, разработать противоаварийную защиту,
которая отвечает всем требованиям безопасности и надежности. В рамках
данного проекта необходимо разработать модуль системы противоаварийной
защиты, который будет контролировать изменение температуры, давления и
объема количества химических жидкостей в АЗС и в случае аварийной
ситуации выполнить перечень действий указанных в технических условиях
для предотвращения аварии.
Контроль за состоянием клапанов и температурой на АЗС в текущей
системе осуществляет основной системой автоматического управления
(САУ) операторского блока. С точки зрения структурной логической схем
надежности САУ операторского блока является системой с
последовательным соединением элементов (см. рисунок 1.1). При сбое в этой
системе противоаварийная защита может не сработать, т.к. вероятность
безотказной работы (ВБР) всей системы определяется как произведение ВБР
ее элементов.

Из формул (1.1) очевидно, что даже при высокой надежности
элементов надежность системы при последовательном соединении
оказывается тем более низкой, чем больше число элементов (например, при р
= 0.95 и n =10 имеем Р = 0.60, при n=15 Р =0.46, а при n = 20 P = 0.36). Кроме
того, поскольку все сомножители в правой части выражения (1.1) не
превышают единицы, вероятность безотказной работы ТС при
последовательном соединении не может быть выше вероятности безотказной
работы самого ненадежного из ее элементов (принцип “хуже худшего”) и из
малонадежных элементов нельзя создать высоконадежной ТС с
последовательным соединением.
Следовательно, необходимо разработать такую систему ПАЗ, которая
независимо от сбоев САУ операторского блока в случае аварийной ситуации
выполнит перечень действий указанных в технических условиях для
предотвращения аварии.
Рисунок 1.1 - Структурная схема надежности

1.1 Общие требования к системе ПАЗ
Методы и средства защиты технологических объектов выбираются на
основе анализа опасностей и условий возникновения и развития
предаварийных и аварийных ситуаций, особенностей технологических
процессов и аппаратурного оформления.
Система безопасности (ПАЗ) должна обеспечивать:
1. Сбор аналоговой и дискретной информации от датчиков
технологических параметров, и дискретных параметров состояния
исполнительных механизмов.
2. Выделение достоверной входной информации.
3. Анализ и логическую обработку входной информации.
4. Автоматическую выдачу сигналов двухпозиционного управления на
исполнительные механизмы.
5. Дистанционное управление исполнительными механизмами
операторского блока САУ при условии санкционированного доступа, либо со
специальной оперативной панели ПАЗ.
6. Передачу оперативной информации от системы ПАЗ в САУ для
сигнализации, регистрации и архивирования (отклонение параметров,
срабатывание исполнительных механизмов ПАЗ, и т.п.).
7. Выделение первопричины останова технологического процесса.
8. Самодиагностику состояния технических средств системы ПАЗ.
В системах ПАЗ запрещается мультиплексирование входных
параметров, определяющих взрывоопасность процесса.
1.2 Технические требования к системе ПАЗ
Основные технические условия к системе ПАЗ приведены в таблице
1.1.

Таблица 1.1 - Технические параметры средств измерения
1.3 Общие сведения и назначение модуля системы ПАЗ
Разрабатываемая противоаварийная защита предназначена для защиты
АЗС. Разрабатываемая ПАЗ обеспечит безопасность работы всей системы
автоматического управления операторного блока. В рамках данной работы
требуется разработать ПАЗ, которая отвечает всем требованиям безопасности
и надежности и способен функционировать независимо от САУ
операторного блока. При этом уровень защиты от аварийной ситуации
должен быть выше, чем при действующей системе.
Структурная схема процесса контроля и предотвращения аварийной
ситуации приведена на рисунке 1.2. В случае возникновения аварийной
ситуации сигнал с датчика Т1 поступает на ПЛК ПАЗ, который открывает
клапана Кл1 для гашения смеси пожарнохозяйственной водой, затем
открывается клапан Кл2 для сброса загашенной смеси в аварийную емкость.
Если произойдет сбои и Т1 не выдаст необходимый сигнал, то САУ
операторного блока получив сигнал с датчика Т1 передаст его на ПЛК ПАЗ,
который откроет в нужной последовательности клапана Кл1 и Кл2.
Рисунок 1.2 - Структурная схема процесса контроля и предотвращения
аварийной ситуации.

1.4 Требования к ПАЗ и характеристика объекта автоматизации
АЗС делится на технологические участки. Помещения операторного
блока и кабельной, оснащенные датчиками и исполнительными
механизмами. Основные задачи системы управления операторного блока -
перекачка растворов (управление задвижками и насосами), контроль весовых
характеристик перекачиваемых жидкостей, контроль параметров в
технологических резервуарах, управление мешалками в баках и т.п..
Объектом автоматизации данного проекта по техническому заданию является
химический реактор для получения литейных смол. Различные химические
вещества согласно технологии изготовления подаются в реактор через
соответствующие клапана, которые управляются основной системой
автоматического управления цеха. В процессе варки смол, помимо основных
компонентов через регулирующий клапан 1.КР1 поступает водный раствор
NaOH. При дозировке водного раствора NaOH в реактор начинается
экзотермическая реакция. В случае резкого повышения температуры
реакционной смеси выше 98оС предпринимаются меры по выведению
системы в штатный режим САУ цеха (см. прилагаемую инструкцию
Производство смолы марок «Резоформ NB 95F» в реакторе поз. 1.Р1). В
случае если упомянутые меры не в состоянии нормализовать процесс и
скорость возрастания температуры становится критической необходимо
немедленно загасить реакционную смесь пожарнохозяйственной водой и
слить ее в специальный аварийный бак. Задачей данного проекта разработать
такую систему ПАЗ, которая за минимально короткое время способна
обнаружить критическое изменение температуры и с высокой долей
вероятности предотвратить развитие аварийной ситуации.
2 Аналитический обзор существующих систем пожарообнаружения
и пожаротушения

2.1 Классификация автоматических систем пожарообнаружения и
пожаротушения
Учитывая тот факт, что разработка противоаварийной защиты
осуществляется на АЗС – большая часть противоаварийной защиты
направлено на обнаружение, предотвращение и защиты от пожара.
Все системы пожарной сигнализации, предлагаемые сегодня на рынке
систем безопасности, по своим функциональным возможностям можно
разделить на три группы:
 неадресные;
 адресные;
 адресно-аналоговые.
Неадресные (пороговые) - неадресные извещатели в данной системе
имеют фиксированный порог чувствительности, при этом группа
извещателей включается в общий шлейф охранно-пожарной сигнализации, в
котором в случае срабатывания одного из приборов охранно-пожарной
сигнализации формируется обобщенный сигнал тревоги (номер датчика о
помещение на станции не указываются, инициируется только номер
шлейфа). Применение неадресных систем целесообразно для небольших
объектов (не более 30-40 помещений).
Адресные - в данных системах анализ состояния окружающей среды и
формирование сигнала также производится самим датчиком, но в шлейфе
сигнализации реализуется протокол обмена, позволяющий определить, какой
именно извещатель сработал, что предоставляет точную информацию о зоне
пожара.
Адресно-аналоговые - системы пожарной сигнализации являются
"интеллектуальными", т.к. обратившись по определённому адресу к
определённому извещателю, приемно-контрольная панель получает в ответ
аналоговую величину, свидетельствующую о состоянии извещателя.
Полученные данные запоминаются, накапливаются, и при каждом новом
обращении обрабатываются по определённому алгоритму. На основании
результатов этого анализа панель и принимает решение: "нормальное
состояние", "неисправность", "загрязнение извещателя" или "Пожар", тем
самым решение о состоянии "Пожар" возложено не на датчик, а на приёмно-
контрольный прибор, который представляет собой специализированный
компьютер со специализированным и очень надёжным программным
обеспечением. В связи с этим резко уменьшается вероятность ложных
срабатываний, повышается надёжность системы, облегчается её
обслуживание.
Автоматическая пожарная система состоит из следующих
составных частей:
 пожарные извещатели адресные и неадресные;

 прибор приёмно-контрольный;
 оповещатели - световые (проблесковые лампы) и звуковые (сирены),
табло и т.д.;
 исполнительные устройства - системы пожаротушения, устройства
автоматики и т.д. Бесперебойное питание.
Функции системы пожарной сигнализации:
 обнаружение пожара осуществляется автоматическими пожарными
извещателями с различными принципами обнаружения и различными
методами обработки и обмена информацией;
 обработка информации, поступающей с извещателей, и выдача
результатов оператору, выполняются центральной станцией и пультом
управления;
 выполнение предписанных действий для оповещения персонала и
пожарной части для устранения очага пожара, выполняется центральной
станцией, а также быстрое и точное реагирование подразделений пожарной
части и локальных постов пожарной охраны.

Все три звена тесно взаимосвязаны между собой, и эффективность
работы системы пожарной сигнализации в целом зависит от надежности и
стабильности работы каждой ее составляющей. Однако основополагающую
роль при создании профессиональных систем пожарной безопасности
объектов играют пожарные извещатели. Именно они должны обеспечить
быстрое и надежное обнаружение очага пожара.

2.2 Виды пожарных извещателей
Пожарные извещатели по принципу работы делятся на:
1. Оптический дымовой (оптико-электронный) точечный пороговый.
Детектор реагирует на наличие дыма в дымовой камере извещателя. В камере
под определённым углом установлена оптическая пара - источник ИК
излучения и фотоприёмник - в нормальных условиях свет от излучателя не
попадает на фотоприёмник. При появлении дыма свет (ИК излучение)
начинает отражаться от его частиц и попадать на фотоприёмник.
Фотоприёмник под действием света начинает вырабатывать ток, тем
больший, чем больше дыма в камере и, соответственно, чем больше света на
него попадает. При достижении некоторого заранее заданного значения
(порога) извещатель переходит в состояние "Пожар". Это состояние
характеризуется резким уменьшением внутреннего сопротивления датчика
(где-то до уровня 500 Ом) и, соответственно, резким возрастанием тока через
извещатель (до 20 - 60 мА, для сравнения - в дежурном режиме ток
извещателя не более 0,2мА).
Извещатели данного типа наиболее распространены на сегодняшний день.
Недостатки:
- боится пыли
- плохо реагирует на "чёрный" дым, который образуется при горении
резины, изоляции кабелей, битума, нефти и пр.
2. Ионизационный дымовой точечный пороговый. В ионизационных
извещателях используется слабый радиоактивный источник, который
ионизирует воздух между двумя электродами, образуя положительные и
отрицательные ионы, и, таким образом, вызывает ток малой величины.
Частицы дыма притягивают ионизированные частицы, что приводит к
воссоединению положительных и отрицательных ионов. Как следствие,
количество ионов уменьшается, равно, как уменьшается и сила тока в
ионизационной камере.
Ионизационные извещатели особенно чувствительны к дыму,
содержащему мелкие частицы. Такой тип дым выделяется при быстро
горящих пожарах, например участки хранения бумажных материалов или
огнеопасных жидкостей. Чувствителен к "чёрному" дыму. Не допустим к
установке в помещениях, где постоянно находятся люди.
3. Оптический линейный. Этот датчик относится к активным и состоит
из двух частей: приёмника и передатчика разнесённых в пространстве на
расстояние от 10 до 100 м. В случае попадания дыма между приёмником и
передатчиком величина ИК излучения начинает уменьшаться. При
достижении некоего порогового значения возникает сообщение "Пожар". В
случае мгновенного пропадания сигнала выдаётся сообщение
"Неисправность". Обычно используется там, где другие детекторы
неприемлемы, например, в помещениях с высокими потолками. Требуют
значительного питания и настройки.
4. Лазерный. Аналогичен оптическому, только вместо ИК излучения
используется лазерное. Очень точный. Область применения - для чистых
помещений: серверных, операционных, для раннего обнаружения дыма. В
обычные помещения устанавливать нельзя.
5. Максимальной температуры пороговый датчик, реагирующий на
достижение определённой, заранее заданной температуры (например, 67 С).
При достижении этой температуры датчик выдаёт сигнал "Пожар".
6. Максимально-дифференциальный. Датчик реагирует не только на
достижение пороговой температуры, но и на скорость её изменения. Если
температура в помещении начинает быстро нарастать, то датчик выдаёт
сигнал "Пожар", даже если ещё и не достигнуто пороговое значение,
следовательно мы имеем более оперативное обнаружение пожара.
7. Линейные тепловые - термокабели, способные реагировать на
повышение температуры на определённом участке и передавать информацию
о его местонахождении. Обычно это конструкция из нескольких проводников
и диэлектриков. В последнее время стали использовать кабели на основе
оптоволокна. Основное использование - протяжённые объекты - тоннели,
кабелеканалы.....