ПРЕЗЕНТАЦИЯ: "ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА АППАРАТОВ КОЛОННОГО ТИПА"

 

Интеллектуальная система мониторинга аппаратов колонного типа

Здравствуйте уважаемые слушатели!

В данном докладе описываются преимущества установки интеллектуальной системы мониторинга на опасные производственные объекты.

На примере ректификационной колонны будут рассмотрены различные места установки тензометрических датчиков, а также предложены критерии для правильного выбора этих мест.

Также будет рассмотрено такое понятие как индикаторные интервалы и применение их на практике.

 

Нагрузки на колонну

В ХХ и ХХI веке нефть является одним из важнейших ресурсов для человека. Для получения из неё технически ценных продуктов ее подвергают ректификации, для чего применяются аппараты различных конструкций, среди которых наибольшее распространение получили вертикальные аппараты колонного типа.

Конструктивные особенности аппаратов таковы, что они имеют значительную высоту и располагаются на открытых площадках. Также данное оборудование содержит значительное количество продукта и эксплуатируется в условиях внутреннего давления и температур.

Как следствие, в процессе эксплуатации на колонный аппарат действует широкий спектр нагрузок - внутреннее давление, собственный вес, температурные и ветровые воздействия. В результате действия этих нагрузок аппарат находится в сложном напряженно-деформированном состоянии, что может стать причиной аварий. 

 

Интеллектуальная система мониторинга

Гарантией безопасной эксплуатации подобных объектов является установка системы мониторинга, которая позволит оценивать техническое состояние, обнаруживать дефекты, а также прогнозировать ресурс объекта в реальном времени без вывода его из эксплуатации.

По собранным данным система мониторинга заблаговременно сигнализирует оператору о необходимости принятия мер с целью обеспечения требуемого запаса безопасности технологической системы и качества ее функционирования.

При создании базы данных и обратной связи с исполнительным оборудованием становится возможным автоматическое управление рабочими параметрами аппарата, без вмешательства оператора, что переводит систему из разряда поддержки принятия решений в статус интеллектуальной системы мониторинга. 

 

Структурная схема системы мониторинга

Рассмотрим одну из возможных структурных схем такой системы.

Она содержит в себе следующие основные элементы:
- диагностические и параметрические датчики, предназначенные для сбора первичной информации об объекте;
- многофункциональный модуль сбора и передачи данных (ММСП), который производит оцифровку сигналов, полученных от датчиков, предварительную обработку и передачу сигналов далее в цифровом виде;
- следующим элементом является концентратор. Концентратор организует измерительные линии из ММСП, а также получает информацию от всех ММСП и направляет ее далее на обработку;
- коммутационный шкаф гальванической развязки. Он обеспечивает измерительные линии питанием, ретранслирует данные полученные от концентраторов в центральную вычислительную станцию;
- центральная вычислительная станция обрабатывает и отображает информацию оператору, архивирует данные, обеспечивает управление исполнительным оборудованием;
- автоматизированное рабочее место оператора - служит для ввода и вывода информации оператором и контроля работы системы.

 

Зоны установки датчиков

В качестве примера аппарата колонного типа для установки системы мониторинга рассмотрим ректификационную колонну высотой 80 метров.

Куда бы Вы установили тензодатчики для контроля ее максимальных напряжений?

Для ответа на данный вопрос рассмотрим наиболее характерные варианты установки тензодатчиков в верхнюю, среднюю и нижнюю зоны и отметим маркерами области их расположения.

Для оценки выбранных мест проведем уточненные расчеты методом конечных элементов и рассмотрим карты распределения продольных напряжений в каждой выбранной зоне. 

 

Распеределение напряжений в колонне

Поскольку тензодатчик имеет малые размеры (порядка нескольких сантиметров), то возможна его неточная установка внутри выбранной зоны.

Однако, из карты распределения напряжений видно, что тензодатчик в верхней зоне (обозначим его номером №1.1) установлен в однородном поле напряжений, а значит и точное позиционирование не нужно.

 

Распеределение напряжений в колонне

Рассмотрим среднюю зону. Как видите, здесь ситуация аналогична – поле напряжений тоже однородное, разве что напряжения в средней зоне больше.

 

Распеределение напряжений в колонне

Оценивая нижнюю зону, мы видим неоднородное поле напряжений. Это говорит о том, что в случае неточного позиционирования мы можем установить тензодатчик в места с различными напряжениями. Обозначим данные равновероятные места установки номерами 3.1, 3.2, 3.3. 

 

Распеределение напряжений в колонне

Определим элемент, который первым достигает допускаемых напряжений при увеличении нагрузки.

Для этого рассмотрим карту распределения эквивалентных напряжений и выделим на ней зону максимальных напряжений. В ней найдем искомый критический элемент, обозначенный на слайде МХ. 

 

Связь с критическим элементом

Обобщим вышесказанное. У нас есть датчики, установленные в трех зонах колонны, причем два из них (№1.1 и №2.1) установлены в однородное поле напряжений, а третий – в неоднородное (его возможные положения обозначены соответствующими номерами). Также есть критический элемент, имеющий наибольшие во всей колонне напряжения.

Стоит отметить, что значения напряжений в самих местах установки датчиков нам в принципе не нужны, т.к. основная задача тензодатчиков – возможность следить за напряжениями в критическом элементе.

Оценим эти возможности. 

 

Зависимость напряжений от нагрузки

Для этого построим графики зависимости напряжений от нагрузки для каждого датчика и критического элемента.

Рассмотрим зависимости подробнее:
- в верхней зоне показания датчика почти не меняются при увеличении нагрузки т е датчик имеет низкий отклик;
- в нижней зоне из-за неоднородности поля напряжений, и как следствие, наличия нескольких вариантов зависимостей, невозможно с высокой достоверностью однозначно определить напряжения;
- в средней зоне датчик установлен в однородное поле напряжений и имеет удовлетворительный отклик на внешнее воздействие.

Как Вы видите, только при одном из рассмотренных вариантов установки тензодатчиков возможно достоверное и однозначное определение напряжений в критическом элементе, а именно в средней зоне. 

 

Характерные точки зависимости

У зависимости выбранного тензодатчика выделим две характерные точки, значения напряжений в которых определяются следующим образом:
желтая – напряжения, показываемые датчиком при действии расчетных нагрузок;
красная – напряжения, показываемые датчиком при достижении критическим элементом допускаемых напряжений.

Введем индикаторные интервалы, ограниченные данными точками и основанные на фактическом техническом состоянии колонны. 

 

Определение индикаторных интервалов колонны

Данные интервалы можно характеризовать следующим образом:
- зеленый – на колонну действуют нагрузки, не превышающие расчетных, а значит состояние допустимо;
- желтый – нагрузки превышают расчетные значения, а значит состояние требует принятия мер;
- красный – в критическом элементе напряжения превысили допускаемые значения, а значит состояние недопустимо.

 

Инструкция

На основании полученных интервалов создается инструкция действий персонала. Например, в случае отображения красного интервала оператор принимает экстренные меры для предотвращения аварии и сообщает информацию службам быстрого реагирования. 

 

Автоматическая обратная связь

При наличии автоматической обратной связи с исполнительным оборудованием, система способна сама выполнять ряд необходимых действий (например, снижать рабочие параметры или полностью отключать аппарат) без участия оператора. Алгоритм функционирования такой системы представлен на слайде.

Входными данными системы являются рабочие параметры и техническое состояние объекта. Используя базу данных, интеллектуальная система мониторинга выдает текущее состояние объекта и осуществляет необходимый комплекс действий для обеспечения его безопасной эксплуатации. 

 

Выводы

В завершении доклада можно сделать выводы, представленные на слайде. 

 

02 prezentatsiya intellektualnaya sistema monitoringa 17

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить