ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Современные производственные процессы и аппараты, как правило, характеризуются сложностью и высокой производительностью. Повышение сложности производств делает задачу обеспечения безопасного и безаварийного производственного процесса особенно актуальной. Опасные ситуации на производстве могут быть чреваты различными последствиями, среди которых:

Поскольку лучшим способом борьбы с последствиями является их профилактика, основной задачей управления безопасностью в техносфере является диагностика и мониторинг состояния технических систем с учетом повреждающих и поражающих факторов.

На решение задач обеспечения безопасности в техносфере затрачиваются большие материальные и человеческие ресурсы, разрабатываются и внедряются комплексы соответствующих мероприятий. Поэтому зачастую цель управления процессом обеспечения безопасности формируется как максимальное снижение риска техногенного происшествия при минимальных затратах [1, 2].

Всё вышеперечисленное в полной мере применимо к аппаратам и процессам химической промышленности. Общая сложность технологических процессов, работа аппаратов с токсичными, пожароопасными или взрывоопасными веществами, протекание процессов под высокими температурами или давлением, повышенное коррозийное влияние на оборудование – всё это лишь в большей степени делает актуальной задачу недопущения опасных ситуаций.

1. Описание предметной области

Выпаривание – процесс испарения растворителя из раствора, процесс этот может сопровождаться кристаллизацией.

Выпаривание используется для разделения раствора на части с большей и меньшей концентрацией. В идеальном случае при выпаривании раствор разделяется на чистый растворитель и раствор повышенной концентрации.

При выпаривании достигаются следующие основные цели: концентрирование растворов; выделение из раствора растворителя (дистилляция); кристаллизация растворенных веществ. Выпаривание осуществляется также для совместного достижения нескольких целей. В ряде случаев вспомогательной функцией выпарных установок является теплоснабжение промышленных потребителей паром. При этом повышается экономичность использования энергии [5].

Выпарные установки широко применяются для концентрирования растворов в различных отраслях промышленности (химической, пищевой, металлургической и др.) и для термического опреснения соленых вод и получения высококачественного дистиллята. Большое значение выпарные установки приобретают в связи с проблемой защиты окружающей среды от загрязнения промышленными сточными водами. Они являются важными звеньями технологических комплексов, определяющими качество и стоимость выпускаемой продукции [5].

В рамках дипломного проекта рассматривается двухконтурный выпарной агрегат [6], схема которого приведена на рисунке 1.1.

Двухконтурный выпарной агрегат

Рисунок 1.1 – Двухконтурный выпарной агрегат с одномерными контурами регулирования

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Целью исследования является исследование системы обеспечения двухконтурного выпарного агрегата.

Основные задачи исследования:

  1. Анализ работы персонала, обслуживающего выпарной агрегат;
  2. Выбор метода моделирования процесса возникновения происшествий;
  3. Моделирование опасных ситуаций, возникающих во время функционирования выпарного агрегата;
  4. Качественный и количественный анализ модели. Определение надежности модели и системы;
  5. Разработка алгоритма управления процессом обеспечения безопасности выпарного агрегата.

Объект исследования: двухконтурный выпарной агрегат.

Предмет исследования: система обеспечения безопасности двухконтурного выпарного агрегата.

В рамках магистерской работы планируется получение актуальных научных результатов по направлению разработки системы обеспечения безопасности, которая будет позволять производить анализ системы на основе текущих и статистических показателей, определение потенциально возможных опасных ситуации в соответствии с ними.

3. Анализ работы оператора выпарного агрегата

Прежде всего, стоит условиться, что существует несколько возможных вариантов работы персонала выпарного агрегата:

  1. Управление основными технологическими параметрами происходит в ручном режиме;
  2. Управление основными технологическими параметрами происходит в полуавтоматическом режиме;
  3. Управление основными технологическими параметрами происходит в автоматическом режиме.

Ручной режим управления предусматривает непосредственную работу персонала с выпарным агрегатом:

  1. Наблюдение за показателями датчиков;
  2. Работа с вентилями, клапанами, задвижками.

Полуавтоматический режим подразумевает управление выпарным агрегатом посредством оператора. При этом управляющим устройством является АСУТП выпаривания.

Автоматический режим заключается в наблюдении за параметрами работы агрегата. При этом оператор является исключительно наблюдателем, все управление берет на себя автоматическая система управления.

Каждый из вариантов работы с выпарным агрегатом имеет определенную степень риска возникновения опасных ситуаций. Данный риск определяется как человеческим фактором в процессе управления, так и деградационными процессами, которые имеют место в узлах выпарного агрегата.

Для понимания возможных опасных ситуаций, необходимо рассмотреть работу оператора в каждом из вариантов подробнее.

3.1 Работа оператора при ручном режиме управления

Ручной режим управления подразумевает как ручной пуск, так и ручное управление выпарным агрегатом.

В процессе пуска оператор должен открыть заслонки и вентили в соответствии со структурными особенностями и требованиями работы выпарного агрегата.

В процессе работы выпарного агрегата оператор контролирует основные технологические показатели на необходимом уровне:

  1. Давление пара;
  2. Концентрацию раствора;
  3. Температурный режим корпусов;
  4. Объем подаваемого в агрегат пара;
  5. Объем раствора, получаемого на выходе выпарного агрегата;
  6. Объем раствора, поступающий из одного корпуса в другой;
  7. Разность температур пара и раствора.

При этом оператор находится в непосредственной близости с выпарным агрегатом.

В возможные задачи оператора также может включаться чистка узлов выпарного агрегата.

Рассмотрим порядок работы оператора на примере двухкорпусного выпарного агрегата [4], представленного на рисунке 3.1.

Схема двухкорпусного выпарного агрегата

Рисунок 3.1 — Схема двухкорпусного выпарного агрегата

В данной схеме использованы следующие обозначения: 1, 1а – выпарные аппараты; 2 – бак-хранилище; 3, 4 – сборники упаренного раствора; 5, 5а – брызгоуловители; 6 – барометрический конденсатор; 7, 8 – ротаметры; 9 – холодильник; 10 – барометрический ящик; 11, 12 – сборники конденсата; 13 – центробежный насос; 14 – водокольцевой вакуум-насос; 15 – водоотделитель; 16 – смотровой фонарь.

Перед пуском установки необходимо: закрыть все воздушные краны и вентили на линии вакуума, паровой линии и линии раствора. Проверить наличие исходного раствора в баке 2. Проверить наличие воды в водопроводе.

Пуск установки производить следующим образом: Открыть вентили на отборных устройствах манометров и вакуумметров. Подать воду в холодильник упаренного раствора. Затем заполнить аппарат 1 исходным раствором из бака 2 с помощью насоса 13 через ротаметр 7 до верхней красной черты и подать пар на установку. Продуть межтрубное пространство греющей камеры первого корпуса по обводной линии. После продувки направить конденсат через конденсационные горшки и нагреть раствор до кипения. После того, как раствор в корпусе 1 начнет кипеть, следует создать вакуум во втором аппарате. Под действием разности давлений раствор из корпуса 1 начнет самотеком переливаться в корпус 1а. Перелив раствора производить до тех пор, пока уровень в корпусе 1 не достигнет нижней красной черты. После этого первый аппарат заполнить до верхней красной черты и процесс повторить. Когда во втором аппарате уровень раствора достигнет красной черты, заполнение системы прекращают и начинают процесс выпаривания. Далее необходимо продуть греющую камеру второго аппарата, выпустив часть пара по обводной линии. Затем конденсат направить через конденсационный горшок. Установить по ротаметру указанный преподавателем расход исходного раствора в первый корпус. Начать подачу раствора из корпуса 1 в корпус 1а. для чего открыть регулирующий вентиль на линии раствора между корпусами с таким расчетом, чтобы уровень в первом аппарате не опускался ниже красной черты. Одновременно с началом подачи раствора подать воду в барометрический конденсатор. Расход воды установить по ротаметру 8. Подключить к корпусу 1а сборники упаренного раствора. Пустив, таким образом, всю установку, обязательно при непрерывной подаче раствора в аппараты, дать ей поработать 40-45 минут. После этого приступить к замерам. Измерения производятся через каждые 10-15 минут 3-4 раза.

3.2 Работа оператора при полуавтоматическом режиме управления

Полуавтоматический режим заключается в управлении параметрами работы агрегата, но при этом оператор находится не в непосредственной близости с выпарным агрегатом, а располагается за операторской панелью, вынесенной в отдельное помещение. Контроль и регулирование основных показателей осуществляется дистанционно. Панель оператора предоставляет необходимую статистическую информацию в совокупности со съемом показателей с датчиков в реальном времени.

Задача оператора данной схемы управления – наблюдение за параметрами и их корректировка непосредственно с панели оператора, подающей сигналы на исполнительные механизмы, расположенные на выпарном агрегате.

3.3 Работа оператора при автоматическом режиме управления

Данная схема предусматривает то же расположение оператора агрегата, что и в полуавтоматическом режиме, но при этом контроль над показателями работы выпарного агрегата ведет не человек, а автоматическая система управления. При этом оператор выполняет задачу наблюдения за функционированием системы управления, также ведется контроль показателей, во избежание чрезвычайных ситуаций в случае сбоя в работе системы.

4. Выбор метода моделирования

Решение проблем производственно-экологической безопасности невозможно без принятия единой научно обоснованной методологии, созданной на объективных представлениях о природе, факторах и закономерностях аварийности и травматизма в техносфере. Такая методология должна обосновать выбор объекта, предмета и основных методов исследования и совершенствования безопасности производственных и технологических процессов [1, 2].

Вышеперечисленным требованиям отвечает энергоэнтропийная концепция и классификация объективно существующих в техносфере опасностей.

Сущность данной концепции может быть представлена следующими утверждениями:

  1. Производственная деятельность потенциально опасна, так как связана с проведением технологических процессов, а последние – с энергопотреблением (выработкой, хранением, преобразованием тепловой, механической, электрической, химической и другой энергии).
  2. Техногенная опасность проявляется в результате несанкционированного или неуправляемого выхода энергии, накопленной в технологическом оборудовании и вредных веществах, непосредственно в самих работающих, во внешней относительно их и техники среде.
  3. Несанкционированный или неуправляемый выход больших количеств энергии или вредного вещества приводит к происшествиям с гибелью и травмированием людей, повреждениями технологического оборудования, загрязнением окружающей их природной среды.
  4. Возникновение техногенных происшествий является следствием появления причинной цепи предпосылок, приводящих к потере управления технологическим процессом, несанкционированному высвобождению используемой при этом энергии (рассеиванию вредных веществ) и их разрушительному воздействию на людей, объекты производственного оборудования и природной среды.
  5. Инициаторами и звеньями причинной цепи каждого такого происшествия являются ошибочные и несанкционированные действия работающих, неисправности и отказы технологического оборудования, а также неблагоприятное влияние на них внешних факторов.
  6. Ошибочные и несанкционированные действия персонала обусловлены его недостаточной технологической дисциплинированностью и профессиональной неподготовленностью к работам, характеризуемым потенциально опасной технологией и конструктивным несовершенством используемого производственного оборудования.
  7. Отказы и неисправности технологического и производственного оборудования вызваны его собственной низкой надежностью, а также несанкционированными или ошибочными действиями работающих.
  8. Нерасчетные (неожиданные или превышающие допустимые пределы) внешние воздействия связаны с недостаточной комфортностью рабочей среды для человека, ее агрессивным воздействием на технологическое оборудование, а также с неблагоприятными климатическими или гидрогеологическими условиями дислокации производственного объекта.

В соответствии с концепцией энергоэнтропийной теории и требованиями задач исследования, наиболее предпочтительным является моделирование опасных процессов при помощи диаграмм влияния.

Диаграммы влияния представляют процесс появления отдельных предпосылок и их развития в виде соответствующих диаграмм причинно-следственных связей. Под такими диаграммами понимают некоторое формализованное представление моделируемых категорий (процессов, целей, свойств) в виде множества графических символов и отношений – предполагаемых связей между ними. Широкое распространение получили диаграммы в виде графов, деревьев и функциональных сетей различного предназначения и структуры.

В рамках данной работы рассматриваются диаграммы влияния в виде деревьев.

5. Моделирование опасных ситуаций

Анализ объекта исследования, а также режимов работы персонала позволяет выделить следующие поражающие факторы:

Рассмотрение объекта в рамках энергоэнтропийной концепции и использование метода моделирования опасных ситуаций с помощью диаграмм влияния позволяет построить дерево происшествий.

Дерево происшествий представляет собой диаграмму причинно следственных связей, которая обычно включает одно головное событие, соединяемое при помощи логических условий с промежуточными и исходными предпосылками. Головное событие представляет собой аварию, несчастный случай или катастрофу, а его ветви – наборы соответствующих предпосылок, образующие их причинные цепи. Листья дерева – исходные события-предпосылки (ошибки, отказы, неблагоприятные воздействия) [1, 4].

Процесс появления конкретного происшествия интерпретируется данной моделью как прохождение некоторого сигнала от каких-либо исходных предпосылок, инициирующих причинную цепь, к головному событию [1].

Таким образом, было построено дерево происшествий для опасной ситуации – поражение человека перегретым паром, представленное на рисунке 5.1.

Дерево происшествий опасной ситуаций - поражение человека перегретым паром

Рисунок 5.1 – Дерево происшествий опасной ситуаций – поражение человека перегретым паром
(анимация: 6 кадров, 5 циклов повторения, 27 килобайт)

Обозначения: {А} – множество событий-предпосылок; {B} – множество условий, при которых возможно поражение человека-оператора; {С} – множество промежуточных событий; {D} – множество окончательных событий (происшествий).

Происшествия: D1 – поражение человека-оператора перегретым паром.

Примечания:

1. Окружающая среда – пространство, непосредственно примыкающее к выпарному агрегату.

2. Считаем, что выпарной агрегат оснащен:

Здесь: А1 – отказ вентиля подачи перегретого пара в первый контур выпаривания (заклинивание вентиля в закрытом положении); А2 – отказ автоматического регулятора уровня первого контура выпаривания (регулятор устанавливает вентиль подачи пара в закрытое положение и в дальнейшем не реагирует на изменения входного сигнала); А3 – ошибка человека-оператора (при пуске системы не открыт вентиль подачи перегретого пара в первый контур выпаривания); А4 – отказ вентиля подачи перегретого пара в первый контур выпаривания (заклинивание вентиля в открытом положении); A5 – отказ автоматического регулятора уровня первого контура выпаривания (регулятор устанавливает вентиль подачи пара в открытое положение и в дальнейшем не реагирует на изменения входного сигнала); В1 – человек-оператор находится вблизи первого контура выпаривания; В2 – человек-оператор находится вблизи второго контура выпаривания; C1 – попадание перегретого пара в окружающую среду первого контура выпаривания; С2 – попадание перегретого пара в окружающую среду второго контура выпаривания.

Выводы

Обеспечение производственной и техногенной безопасности выпарных агрегатов является актуальной задачей, поскольку возникновение опасных ситуаций, чрезвычайных происшествий или катастроф несет за собой потенциальные человеческие, материальные потери, пагубно влияет на окружающую среду и экологическую ситуацию в целом.

Магистерская работа посвящена актуальной задаче исследования системы обеспечения безопасности выпарных агрегатов. В рамках проведенных исследований выполнено:

  1. Исследована работа операторов выпарных агрегатов при различных режимах управления.
  2. Проведен анализ объекта исследования, определены потенциальные поражающие факторы.
  3. Проведено моделирование объекта исследования с использованием энергоэнтропийной концепции и диаграмм влияния.

Дальнейшие исследования направлены на следующие аспекты:

  1. Анализ надежности модели и объекта исследования [7, 8].
  2. Разработка алгоритма управления процессом обеспечения безопасности двухконтурного выпарного агрегата.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2013 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Белов П.Г. Теоретические основы системной инженерии безопасности. – М.: ГНТБ Безопасность 1996. – 424 с.
  2. Белов П.Г. Системный анализ и моделирование опасных процессов в техносфере: Учебное пособие для студентов вузов. – М.: Издательский центр Академия, 2003. – 512 с.
  3. Губанов Н.Д., Баяндин В.В. Тепловые и массообменные процессы. Методические указания к лабораторным работам по курсу Процессы и аппараты химической технологии. – Иркутск, 2007. – 33 с.
  4. Бузанова Я.Б., Ярочкин В.И. Теория безопасности. – М.: Академический проектный фонд Мир, 2005.  –  176 с.
  5. Таубман Е.И. Выпаривание (Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии). / Таубман Е.И. – М.: Химия, 1982. – 328 с.
  6. Рей У. Методы управления технологическими процессами: Пер. с англ. – М.: Мир, 1983. – 368 с.
  7. Гайкович А.И. Основы теории проектирования сложных технических систем. – СПб.: МОАИНТЕХ, 2001. – 432 с.
  8. Глазунов Л.П., Грабовецкий В.П., Щербаков О.В. Основы теории надежности автоматических систем управления: Учебное пособие для студентов вузов. – Л.: Энергоатомиздат, 1984. – 208 с.