SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Оптимальный уровень защиты. Применение технологий измерения и контроля уровня – надежная защита от аварийных ситуаций

Сегодня, чтобы соответствовать ужесточившимся требованиям законодательства, регулирующим защиту от переливов в критически важных применениях, необходимо обеспечивать резервирование, применять дублирующие технологии, внедрять устройства с присвоенным классом безопасности SIL. Интеллектуальные радарные уровнемеры и вибрационные сигнализаторы уровня со встроенными функциями диагностики – оптимальное решение для обеспечения сигнализации верхнего и нижнего предельного уровня жидкости в резервуаре. Организация беспроводных сетей на основе промышленного стандарта WirelessHART® на предприятиях снижает затраты на установку новых КИП.

Emerson Process Management


Измерение уровня жидкости в резервуарах играет значительную роль в управлении запасами. Однако при работе с опасными или потенциально вредными для окружающей среды жидкостями важно не только измерять их уровень, но и обеспечивать систему защиты от переливов. Предотвратить серьез­ные аварийные ситуации помогают технологии контроля уровня.

В условиях хранения жидкости в резервуарах, что характерно для предприятий нефтегазовой, химической, нефтехимической и фармацевтической отраслей промышленности, переливы – это прежде всего угроза для окружающей среды и людей, а также ущерб для предприятия. Несколько серьезных аварий, произошедших в Великобритании и связанных с применением резервуаров‑хранилищ, привлекли внимание к вопросу повышения степени безопасности систем первичной защитной оболочки. Чтобы добиться максимальной вместимости резервуара и при этом снизить риск разливов и переливов, необходимо комплексное внедрение решений для измерения и контроля уровня. Для примера можно взять радарные уровнемеры, которые обеспечивают точность вне зависимости от свойств среды, при этом установка сигнализатора уровня позволяет обеспечить дополнительную защиту.

Для измерения уровня в резервуарах инженеры предприятий широко применяют бесконтактные или волноводные радары. Принцип их работы позволяет повысить точность и надежность измерений, сократив при этом расходы на техническое обслуживание. Он основан на распространении микроволнового наносекундного радарного импульса вниз по зонду. Когда радарный импульс достигает поверхности измеряемой среды, часть энергии отражается в обратном направлении. Уровнемер измеряет время, которое потребовалось для того, чтобы импульс достиг поверхности среды и отразился в обратном направлении, после чего встроенный микропроцессор точно рассчитывает расстояние до поверхности среды посредством технологии рефлектометрии с временным разрешением.

Ris.1.png

Рис. Данные об уровне, полученные от радарного уровнемера, часто используют для генерирования различных сигналов в целях предотвращения возможного перелива и реже – для оповещения о низком уровне жидкости во избежание перегрева исполнительного механизма


Волноводный радарный уровнемер не чувствителен к плотности среды и не подвержен влиянию турбулентности или вибрации, благодаря чему повышается точность и надежность измерений в сложных условиях применения. Прибор не имеет подвижных частей, подверженных заклиниванию и износу, что позволяет снизить затраты на техническое обслуживание и предотвратить ложные показания, которые могут стать причиной опасных ситуаций.

Как правило, измерения с помощью радарных уровнемеров необходимы для контроля уровня и вычисления свободного объема в резервуарах. Показания таких уровнемеров являются точными и надежными. Полученные данные об уровне часто используют для генерирования различных алармов в целях предотвращения возможного перелива и реже – для оповещения о низком уровне жидкости, что помогает избежать перегрева исполнительного механизма. Однако при неисправности радарного уровнемера или неправильной настройке такие тревожные сигналы, возможно, не смогут предотвратить понижение уровня или перелив.


Комплексные технологии

Ужесточение законодательства, регулирующего защиту от переливов в критически важных применениях, требует обеспечения резервирования. Кроме того, многие компании, стремясь свести к минимуму возможные риски, внедряют комплексные решения. Существуют даже рекомендации устанавливать в резервуары автономные сигнализаторы предельного уровня. Таким образом, обеспечивается защита от переливов из-за неисправностей уровнемера или ошибочного преобразования показателей измерения уровня в объемное содержание, а также дополнительная защита от переливов. Алармы генерируются вибрационными сигнализаторами или радарными уровнемерами, установленными на резервуар, при контакте с жидкостью. Такая система оповещения может использоваться в качестве дополнительной к аварийной сигнализации предельного уровня.

Традиционно, в 80 % случаев, для измерения уровня в резервуарах НПЗ применяются буйковые и поплавковые уровнемеры. Такие уровнемеры точно идентифицируют превышение заданного уровня в резервуаре и активизируют сигнал о критическом или чрезмерном его превышении. Однако точность подобного типа приборов варьируется в зависимости от плотности и температуры измеряемой среды, при этом отклонения могут привести к неточным показаниям и нарушить управление технологическим процессом. Более того, наслоение частиц измеряемой среды на буйковом элементе ухудшает точность измерений, а наличие механического привода означает, что буйковый уровнемер изношен и даже вышел из строя.


Вибрационные сигнализаторы уровня

Эти устройства представляют собой оптимальное решение для обеспечения сигнализации верхнего или нижнего предельного уровня жидкости в резервуаре. Вибрационные сигнализаторы уровня работают по принципу камертона, согласно которому встроенный пьезоэлектрический кристалл возбуждает колебания внешней вилки с их собственной частотой. Изменение частоты колебаний зависит от среды, в которую погружена вилка, при этом частота обратно пропорциональна плотности жидкости. Таким образом, значение частоты меняется в зависимости от того, погружена вилка в среду измерения или нет. Изменения собственной частоты отслеживаются и используются для включения сигнала оповещения о высоком или низком предельном уровне.

Преимущество вибрационных сигнализаторов над буйковыми и поплавковыми уровнемерами заключается в отсутствии частей, которые могут заклинивать, что снижает риск отказа оборудования. Единственная подвижная часть такого типа сигнализатора – вибрирующая вилка – износ не провоцирует, в результате чего приборы практически не требуют технического обслуживания. Вибрационные сигнализаторы уровня характеризуются высокой надежностью, что является очень важным свойством контролирующего устройства для предотвращения переливов.

Ris.2.png

Рис. Вибрационные сигнализаторы уровня, например серии Rosemount 2100, не имеют подвижных частей, а также частей, подверженных налипанию, что снижает риск отказа оборудования


Отложения оказывают большое влияние на традиционный сигнализатор и могут привести к его поломке и даже стать причиной более серьезных проблем, например, переливов. Получив простой релейный сигнал от буйкового сигнализатора уровня, невозможно определить, сработал ли он из-за превышения предельного уровня или его просто заклинило. Кроме того, невозможно установить, какое обстоятельство вызвало некорректный сигнал – повреждение или выход из строя реле уровня. По этой причине технические специалисты вынуждены периодически проводить проверки, которые, как правило, не выявляют никаких неполадок.

Изменяющаяся частота вибрационных сигнализаторов уровня позволяет выявить не только высокий или низкий уровень содержимого резервуара, но и образование отложений на вилке, ее внешние повреждения, внутренние повреждения пьезоэлектрического кристалла, а также повышенный уровень коррозии. Образование отложений на поверхности вибрирующей вилки можно определить с помощью специального информирующего сигнала. Благодаря этому специалисты на производстве могут запланировать проведение очистки вилок до того, как скопление продукта приведет к выдаче ошибочных показаний о состоянии технологического процесса.

Функция самодиагностики позволяет заранее спланировать техническое обслуживание сигнализатора. Диагностику прибора можно производить удаленно из диспетчерской и, в зависимости от полученных результатов, планировать проведение очистки или технического обслуживания. Специалисты по сервису могут заниматься действительно нужными ремонтными работами, вместо того чтобы проверять состояние вилок, которые не требовали обслуживания.


Беспроводное подключение

Одним из обстоятельств, препятствующих применению средств измерения уровня, является отсутствие кабельной инфраструктуры, обеспечивающей подключение к удаленным резервуарам. Монтаж новой кабельной трассы может повлечь за собой большие затраты, потому что включает в себя создание каналов, подготовку траншей, установку кабельных коробов. Кроме того, выполнять такую работу на функ­ционирующем предприятии не­удобно и проблематично.

Организация беспроводных сетей на предприятиях снижает затраты на установку новых контрольно-измерительных приборов. Теперь, благодаря беспроводным адаптерам, с помощью которых можно организовать беспроводное подключение традиционных датчиков, радарные уровнемеры смогут передавать данные об уровне в резервуарах при отсутствии кабельных соединений. Применение беспроводных устройств позволит внедрить систему защиты от переливов на резервуарах-хранилищах, которые ранее были недоступны.

Ris.3.png

Рис. Благодаря беспроводной сети на основе промышленного стандарта WirelessHART® беспроводные устройства могут быть оперативно и экономически выгодно установлены на удаленных резервуарах


Система противоаварийной защиты (СПАЗ)

Для мониторинга уровня в резервуарах рекомендуется дублирование технологий измерения. Вместе с тем на современных предприятиях принято, а во многих случаях и просто необходимо по требованиям законодательства, устанавливать стационарные системы безопасности, которые препятствуют заполнению резервуаров выше безопасного уровня. Системы защиты от переливов созданы для повышения уровня безопасности уже существующих систем, предотвращающих потенциальную угрозу, которую способны вызвать переливы. Они основаны на системе противоаварийной защиты (СПАЗ) и состоят из датчика (уровнемера), логического контроллера и управляющего элемента (клапана). Контролируя уровень в резервуаре, системы защиты автоматически отключают подачу жидкости при достижении критического уровня.

Локальная защита от переливов обеспечивается посредством передачи управляющего сигнала в систему управления, которая автоматически отключает подачу продукта в резервуар. Класс безопасности (SIL), предполагающий известный уровень защиты, определяется на основе комплексной оценки безопасности и анализа технологического процесса. Система защиты должна быть спроектирована в соответствии с установленным классом безопасности. В условиях, где необходимо управление с помощью СПАЗ, применяются радарные уровнемеры и вибрационные сигнализаторы уровня, имеющие класс безопасности SIL2. Такие устройства обеспечивают высокую надежность в различных применениях.

Последствия установки несоответствующих систем мониторинга в резервуарах-хранилищах широко известны, поэтому важно применение передовых практик и соблюдение актуальных требований законодательства в области безопасности. Необходимо проводить комплекс­ную оценку безопасности, выбирать и внедрять несколько технологий измерения уровня, обеспечивающих резервирование, независимое функционирование и предупредительную сигнализацию, а также использовать приборы, соответствующие требуемому классу безопасности SIL. Новейшие средства измерения уровня отвечают всем упомянутым требованиям, повышают надежность измерений, оповещают о своем техническом состоянии, а также позволяют проводить измерения, которые раньше были невозможны.


Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 1(43)_2013

Кевин Кален,
Emerson Process Management.
Первоначально опубликовано 
в журнале InTech в 2012 году.

Дополнительная информация на сайте:
www.EmersonProcess.com/RU/Level