15 Типовые локальные системы и средства безопасности

Учитывая мощности современных ТС, технологических линий и отдельных агрегатов, сложность алгоритмов управления ими, трудно ожидать от обслуживающего персонала безошибочной ориентации в каждой возможной аварийной ситуации и правильных оперативных действий, направленных на предупреждение появляющихся опасностей. В связи с этим в состав сложной и потенциально опасной ТС, помимо подсистемы автоматического регулирования, обеспечивающей при нормальном режиме работы поддержание параметров в заданных пределах, обязательно входит система защиты и блокировки, призванная путем автоматического переключения и введения резервного оборудования, снижения мощности или останова агрегата предотвратить развитие аварии.

Таким образом, защита применяется для предотвращения повреждения и выхода из строя ТС при возникновении аварийных режимов ее работы путем автоматического отключения (защита на отключение) или подачи сигналов (защита на сигнал).

Различают защиту, основанную на непосредственном контроле за режимами работы систем или их элементов, и защиту при косвенном контроле за режимом работы оборудования, например, по параметрам привода, в частности электродвигателей; по характеристикам вибрации системы и др. Защита тесно связана с контролем и сигнализацией. Например, при изменении контролируемого параметра сначала может быть сформирован предупреждающий сигнал, а затем срабатывает защита.

Задача системы контроля – обеспечение безопасной работы установки в заданных пределах. Для этого используют такие системы, как ручное управление, автоматический контроль, системы автоматического выключения, предохранительные устройства, системы аварийной сигнализации.

Основная идея безопасности производственного процесса заключается в том, чтобы надежно обеспечивать безопасные условия его работы. На рисунке показано, как при помощи системы контроля переменные характеристики производственного процесса в случае нарушения нормального режима удерживаются в безопасных пределах.

Переменными в контролируемом процессе могут быть температура, давление, скорость потока и др. Системы тройного контроля или защиты действуют следующим образом.

Первая система. Как только переменные ТС достигнут значения, превышающего установленный предел (C₁), это регистрируется специальным сигналом на устройстве управления, после чего производится коррекция (чаще всего оператором вручную). Если этого действия не производится, и процесс при этом все же не создает опасных условий, включение следующей системы не происходит.

A - переменные характеристики процесса; t – время Рисунок – Схема работы защитных устройств в системе тройного контроля

Вторая система. Когда переменная величина показателя процесса превышает предельное значение (C₂), автоматически включается система контроля, возвращающая эту переменную величину в диапазон её нормальных значений. Если этого сделать не удается, переменная величина показателя процесса может достичь таких значений, которые могут вызвать аварийную ситуацию.

В этом случае появляется необходимость применения других предохранительных устройств, например разрывных мембран или предохранительных клапанов, действующих по принципу сброса давления, сливных емкостей и охлаждающих устройств.

Третья система. При отсутствии предохранительных устройств с упомянутыми характеристиками в случае, когда переменная величина показателя процесса достигает значений, при которых повышается вероятность крупной аварии, становится необходимым установка независимой защитной системы, автоматически включающейся при нарушениях процесса, чреватых аварией.

Примером такой системы является терморегуляционное устройство, регистрирующее превышение предельной температуры в процессе химических реакций. Как только достигается критическая температура, система включает дополнительное охлаждение процесса и добавляет в химическую смесь вещество, останавливающее реакцию.

Отказ любой промышленной установки, входящей в систему, может привести к отказу всей системы и к аварии. Ниже рассмотрены типовые локальные системы и средства безопасности для отдельных узлов, агрегатов, установок и их назначение.

Системы предотвращения отклонений от допустимых рабочих режимов

Системы сброса давления. Разрывные мембраны и клапаны безопасности обеспечивают аварийный выпуск вещества из реакционного сосуда в атмосферу. Если выброшенное вещество образует взрывоопасную смесь с воздухом, необходимо не допустить его контакта с возможными источниками огня до того, как будет достигнут нижний концентрационный предел взрывоопасности. Если произошел выброс токсичного вещества, оно должно быть отведено во вспомогательную систему, например в нагнетательные адсорберы, скрубберы или установки каталитического дожигания.

Датчики температуры и давления потока предназначены для автоматического аварийного включения систем аварийного охлаждения, остановки реакции или перепускной системы.

Системы, препятствующие переполнению. Устройства контроля уровня веществ предотвращают переполнение сосудов; они автоматически прекращают подачу потока вещества и обеспечивают его отвод.

Системы аварийного выключения оборудования. Это системы, отключающие производственное оборудование (например, насосы и компрессоры), открывающие или закрывающие быстродействующие клапаны с тем, чтобы обеспечить безопасность и целостность систем и всего предприятия. Эти системы могут приводиться в действие как вручную, так и автоматически.

Системы, предотвращающие разрушение деталей и узлов систем безопасности

Элементы и узлы систем безопасности должны быть оборудованы устройствами, обеспечивающими надежность их работы, в зависимости от важности их функций. В промышленных установках могут действовать различные системы, дублирующие функции этих узлов, или могут использоваться аналогичные дополнительные системы, например второй охлаждающий насос.

Системы энергоснабжения

Системам снабжения, таким как электроснабжения систем контроля, подачи сжатого воздуха в аппаратуру или подачи азота в качества инертного газа, может потребоваться второй источник питания, например аккумуляторные батареи, буферная емкость или дополнительный комплект баллонов для сжатого воздуха в случае неисправности основных источников.

Системы аварийной сигнализации

Эти системы позволяют оператору определить причину неисправности при ее обнаружении.

Такие системы используются для:

– управления параметрами процесса (например, температурой, давлением, скоростью потока, его количеством, уровнем, соотношением веществ в смеси, содержанием кислорода);

– обнаружения неисправностей в узлах системы (насосах, смесителях, компрессорах, вентиляторах и др.);

– обнаружения утечек (газовые детекторы, эксплозиметры);

– обнаружения открытого огня или дыма;

– обнаружения повреждения защитных устройств.

Защитная автоматика 

В зависимости от типа и назначения систем используются механические, термические, электромагнитные средства (непосредственный контроль) и различные реле (косвенный контроль). Распространенным видом защиты электрооборудования является релейная. При срабатывании защиты поврежденный элемент или система автоматически отключается (защита на отключение) или появляется световой (звуковой) сигнал (защита на сигнал). Применяется также защита в виде прекращения подачи электроэнергии к объекту.

Разработка систем защитной автоматики основана в настоящее время на использовании микропроцессорной техники.

Технические средства защиты 

Работу систем безопасности на предприятии должны обеспечивать технические средства, за счет которых можно ослабить последствия несчастных случаев. К ним относятся:

– газовые детекторы;

– системы распыления воды (для охлаждения цистерн или для тушения пожара);

– струйно-водяные установки;

– системы для распыления пара;

– коллекторные сборники.

Предотвращение человеческих и организационных ошибок

Ошибки операторов могут стать причиной крупных аварий. Поэтому их предотвращение – один из важнейших аспектов обеспечения безопасности. В этой связи, например, на химическом предприятии принимают следующие меры:

– применяют загрузочные шланги с разными соединительными штуцерами для предотвращения нежелательного смешивания веществ;

– исключают возможность путаницы при соединении монтажных проводов путем надлежащей маркировки и соответствующих разъемов;

– обеспечивают блокировку предохранительных клапанов и выключателей, которые не должны работать одновременно;

– следят за четкой маркировкой переключателей, кнопок и панелей управления;

– используют предохранительные устройства, исключающие случайные переключения;

– проводят обучение работающего персонала.