6.6.3. Система контроля загазованности

Для контроля довзрывоопасных концентраций газа (ДВК) на КС применяются специальные газоанализаторы. В соответствии с существующими правилами датчики ДВК устанавливаются у каждого газоперекачивающего агрегата в местах, наиболее вероятных источников выделения газа, но не далее 3 м от источника (по горизонтали). Как правило, на ГПА устанавливаются 2 датчика - по одному у ГТУ и нагнетателя.

На компрессорных станциях применяются в основном газосигнализаторы с термохимическими датчиками. Наличие метана довзрывоопасной концентрации в окружающей атмосфере в месте установки датчика метана определяется путем измерения теплового эффекта химической реакции беспламенного сжигания метана на поверхности измерительного элемента первичного датчика, включенного в измерительный мост, преобразования в электрический сигнал, пропорциональный концентрации метана и передачи сигнала от датчика метана к блоку измерений и сигнализаций.

Газосигнализаторы призваны обеспечивать подачу предупреждающих звукового и светового сигналов при концентрации газа 0,5% объемных долей метана (или 10% НКПВ) и аварийного при концентрации 1,0% (или 20% НКПВ). Кроме того, при концентрации газа 0,5% выдается команда на включение аварийно-вытяжной вентиляции, а при концентрации 1,0% - команда на аварийную остановку газоперекачивающего агрегата.

Наибольшее распространение в газовой промышленности находят системы загазованности типов ГАЗ-1М, ГАЗ-3, СТМ-10 и др.

Конструктивно системы ГАЗ-1М и ГАЗ-3 выполнены в виде отдельных стоек, которые рассчитаны на обработку сигналов от 12 до 16 датчиков. Система СТМ-10 выпускается в виде отдельных приборов, количество датчиков зависит от модификации прибора и может включить в себя от 1 до 10 датчиков.

В последнее время начато внедрение инфракрасных (ИК) датчиков. Эти датчики работают по принципу поглощения ИК-излучения. Луч модулированного света проектируется из внутреннего источника инфракрасного излучения на рефлектор, который посылает его обратно на пару ИК-датчиков. Один из датчиков является эталонным (опорным), а другой - активным, причем перед обоими датчиками установлены различные оптические фильтры с тем, чтобы они были чувствительными к различным длинам волн ИК-света. Горючие газы не реагируют на опорную длину волны, в то время как длина волны активного датчика поглощается горючими газами. Для определения концентрации загазованности детектор измеряет соотношение активной длины волны к опорной. Затем эта величина преобразуется в токовый выходной сигнал 4 -20 мА для передачи на внешний дисплей и системы управления.

Основное преимущество инфракрасных датчиков по сравнению с каталитическими - безотказная работа при высоких уровнях загазованности (чувствительный элемент каталитического датчика при длительном нахождении в загазованной среде больше 1% перегорает, а ИК работает в диапазоне 0-100% НКПВ).

6.7. Телемеханика

Одной из важнейших составляющих информационно-управляющих систем предприятий газовой промышленности являются системы нижнего уровня - системы линейной телемеханики. Системы телемеханики выполняют функции основного инструмента диспетчерских служб по сбору информации и управлению технологическими объектами, а также передачи данных на верхний уровень ИУС. Сокращение потерь газа в результате разрывов газопроводов и контроль за учетом расхода газа на ГРС является основной задачей систем телемеханики.

Системы телемеханики выполняют три основные функции:

- управление технологическими объектами (запорная арматура, станции катодной защиты, регуляторы и т.д.);

- опрос датчиков измерения параметров газа установленных на объектах газового хозяйства и отображение их значений на мониторе диспетчера (давления, температуры, расхода, потенциала трубы, параметров СКЗ и т.д.);

- опрос и отображение датчиков состояния технологических объектов.

Технические средства систем телемеханики состоят из двух основных частей: Пульт управления (ПУ) на базе промышленной ПЭВМ и Контролируемый пункт (КП) управления технологическим объектом. Пульт управления (ПУ) включает промышленный компьютер (класса INTEL486), модемы связи, блок бесперебойного питания, программное обеспечение.

Пульт управления осуществляет следующие функции:

- управление с клавиатуры технологическими объектами;

- опрос всех подключенных датчиков в режиме индивидуального опроса;

- выявление нештатных ситуаций путем опроса КП в непрерывном циклическом режиме на предмет определения изменений состояния параметров;

- прием экстренных сообщений от КП в активном режиме работы КП;

- передача необходимых данных на программно-технические средства верхнего уровня;

- защита от несанкционированного вмешательства и ошибочных действий персонала путем введения двухступенчатого режима управления и присвоения паролей исполнителям.

Общесистемное программное обеспечение включает:

- операционную систему;

- средства поддержки базы данных;

- средства поддержки графического стандарта;

- средства CASЕ-технологии реального времени;

- средства тестирования, контроля и диагностики аппаратных и программных средств, каналов связи.

Операционная система призвана обеспечивать:

- запуск функциональных задач по времени или событию в мультипрограммном режиме;

- анализ и обработку прерываний с сохранением программы выполняемого задания;

- реализацию функций службы времени;

- рестарт системы;

- формирование и обслуживание очередей в соответствии с запросами;

- организацию взаимодействия между заданиями по передаче данных и управлению.

Контролируемые пункты (КП) предназначены для сбора информации и управления конкретным объектом газового предприятия (Крановый узел, ГРС и т.д.). КП систем старого поколения являлись обычными коммутаторами, распределяющими запросы и команды управления от ПУ на соответствующие датчики или объекты управления, согласно присвоенным им адресом (Магистраль-1, Импульс-2, ТМ-120).

В КП систем ТМ нового поколения (Магистраль-2, Супер RTU-1, АПК ТМ УНТК), кроме обычного набора блоков (блоки питания, коммутатор, АЦП, блоки силовых реле, модемы связи), входят процессоры (типа Intel 386), управляющие работой всего КП, анализирующие поступающую информацию от датчиков, выявляя нештатные ситуации и передавая их на ПУ.

Контролируемый пункт системы телемеханики выполняет следующие функции:

- опрос всех подключенных датчиков непрерывно в циклическом режиме;

- сравнение уставок по всем параметрам;

- выдача аварийного сигнала при выходе любого параметра за уставки;

- вычисление коммерческого расхода газа (в случаях когда КП аттестовано как хозрасчетный прибор);

- вычисление скорости изменения параметра;

- прием управляющих сигналов от ПУ и воздействие на исполнительные органы объекта управления, согласно переданному адресу объекта;

- анализ состояния цепей управления;

- тестирование функциональных узлов КП.

Программное обеспечение КП ТМ должно обеспечивать алгоритм работы КП, конфигурацию КП и ее изменение, загрузку паспортов параметров и объектов (адреса, диапазоны и пределы измерения параметров, текущее состояние контактов сигнализации).

В случаях активного алгоритма работы КП выдает на ПУ аварийный сигнал. При пассивной работе КП выставляет сигнал "новая информация" и ждет опроса ПУ.

Контролируемый пункт обслуживает несколько объектов, находящихся рядом один с другим (до 1 км). Для объектов, расположенных в одном районе, но удаленных от основных объектов более 1 км, существуют мини-КП. Мини-КП обладает ограниченными функциями (только для одного объекта) и работает с основным КП по модемам связи (энергия и связь подключена от основного КП).

Пульт управления и Контролируемый пункт для передачи информации по каналам связи включают в себя модемы связи. Существуют различные модемы КП и ПУ в зависимости от вида связи:

- физическая цепь (усиление сигнала происходит только на КП и ПУ);

- радиокабельная связь с промежуточными усилительными пунктами (на протяжении всего канала поддерживается уровень сигнала приема-передачи 13 дБ - 0 в частотном диапазоне телефонного канала 300-3400 Гц);

- радиоканал с несущей частотой около 160 мГц.

Канал связи средств телемеханики является открытым селекторным каналом, когда все КП одновременно слушают ПУ и отвечают только в том случае, если их адрес совпал с принимаемым от ПУ адресом. Скорость передачи информации ТМ по каналам связи между ПУ и КП составляет для старых систем 300; 600 бит/с и новых 1200; 2400 бит/с.

Под отказом системы понимается прекращение выполнения системой любых функций, приводящее к невозможности контроля, управления и защиты технологического оборудования, в течение некоторого промежутка времени независимо от наличия или отсутствия ситуации, в которой требуется выполнение данной функции.

Отказами функций системы являются:

- для информационных функций - прекращение сбора, обработки или передачи необходимого объема информации, увеличение погрешности измерения параметров, установленной в технической документации;

- для управляющих функций - прекращение формирования или передачи команд управления, передача ложных команд;

- для функций защиты - отсутствие команд (сигнализации) на ликвидацию (о возникновении) аварийной ситуации при ее наличии, ошибочная или несанкционированная выдача аварийной команды (сигнализации) при отсутствии аварийной ситуации.

Надежность работы всей системы в целом, как показывает практика эксплуатации систем телемеханики, во многом зависит еще и от трех основных факторов:

- надежность электропитания аппаратных средств;

- защищенность аппаратных средств от воздействия окружающей среды;

- надежность работы первичных датчиков, преобразователей и исполнительных механизмов.

Надежность электропитания аппаратных средств телемеханики достигается путем резервирования основного питания, посредством применения агрегатов бесперебойного питания, автоматически переводящим питание аппаратуры на напряжение от аккумуляторов = 24В, при исчезновении основного питания. От воздействия перепадов температуры, влияния атмосферных осадков, а также для более надежной сохранности аппаратуру контролируемых пунктов телемеханики на трассе газопроводов устанавливают в наземных блок-боксах или подземных контейнерах типа НУП. Для защиты от ударов молнии по кабельным трассам, датчикам применяют дополнительные средства грозозащиты и контуры заземления аппаратуры.

Надежность первичных датчиков (давления, температуры, потенциала, перепада), преобразователей и исполнительных механизмов определяется применением их с соответствующими техническими требованиями, аналогичными требованиям, предъявляемым к аппаратуре телемеханики. Однако большую роль в надежной работе исполнительных механизмов играют наличие и степень очистки управляющего импульсного газа, являющегося исполнительным органом при управлении пневмоприводным технологическим оборудованием. Для обеспечения органов управления импульсным газом около одного или нескольких объектов монтируют установки подготовки и резервирования импульсного газа (рис. 6.24).

Рис. 6.24. Установка подготовки и резервирования импульсного газа:

- обратный кран; - кран; Квх - входной коллектор; Квых - выходной коллектор; Р - рессивер-аккумулятор импульсного газа; Ф - фильтр газа; У - узел управления; Ш - шток крана; О - цилиндр открытия; З - цилиндр закрытия

Они состоят из:

- сосудов высокого давления (подземного или наземного исполнения), содержащие объем резервного газа, необходимого для управления, в случае отсутствия газа в магистрали;

- фильтров очистки газа;

- обратных клапанов для предотвращения поступления газа в магистраль с более низким давлением;

- коллектора распределения импульсного газа к исполнительным механизмам.

Надежность работы систем линейной телемеханики определяется совокупностью всех элементов надежности одновременно. Отказ любого элемента комплекса (аппаратура ТМ, энергообеспечение, связь, датчик, исполнительный механизм, импульсный газ) приводит к невыполнению основных функций по контролю и управлению технологическим оборудованием предприятий газовой отрасли.