ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат з теми випускної роботи

Зміст

Введення

Сучасні виробничі процеси і апарати, як правило, характеризуються складністю і високою продуктивністю. Підвищення складності виробництв робить завдання забезпечення безпечного і безаварійного виробничого процесу особливо актуальним. Небезпечні ситуації на виробництві можуть бути чреваті різними наслідками, серед яких:

Оскільки кращим способом боротьби з наслідками є їх профілактика, основним завданням управління безпекою в техносфері є діагностика та моніторинг стану технічних систем з урахуванням ушкоджучих або вражаючих факторів.

На рішення задач забезпечення безпеки в техносфери витрачаються великі матеріальні та людські ресурси, розробляються і впроваджуються комплекси відповідних заходів. Тому часто мета управління процесом забезпечення безпеки формується як максимальне зниження ризику техногенної події при мінімальних витратах [1, 2].

Все вищезазначене повною мірою стосується апаратів і процесів хімічної промисловості. Загальна складність технологічних процесів, робота апаратів з токсичними, пожежонебезпечними або вибухонебезпечними речовинами, протікання процесів під високими температурами або тиском, підвищений корозійний вплив на обладнання – все це лише більшою мірою робить актуальним завдання недопущення небезпечних ситуацій.

1. Опис предметної області

Випарювання – процес випаровування розчинника з розчину, процес цей може супроводжуватися кристалізацією.

Випарювання використовується для розділення розчину на частини з більшою і меншою концентрацією. В ідеальному випадку при випарюванні розчин розділяється на чистий розчинник і розчин підвищеної концентрації.

При випарюванні досягаються наступні основні цілі: концентрування розчинів; виділення з розчину розчинника (дистиляція); кристалізація розчинених речовин. Випарювання здійснюється також для спільного досягнення кількох цілей. У ряді випадків допоміжною функцією випарних установок є теплопостачання промислових споживачів парою. При цьому підвищується економічність використання енергії [5].

Випарні установки широко застосовуються для концентрування розчинів у різних галузях промисловості (хімічної, харчової, металургійної та ін.) і для термічного опріснення солоних вод і отримання високоякісного дистиляту. Велике значення випарні установки набувають у зв'язку з проблемою захисту навколишнього середовища від забруднення промисловими стічними водами. Вони є важливими ланками технологічних комплексів, що визначають якість і вартість продукції що випускається [5].

У рамках дипломного проекту розглядається двоконтурний випарний агрегат [6], схема якого наведена на рисунку 1.1.

Двоконтурний випарний агрегат

Рисунок 1.1 – Двоконтурний випарний агрегат з одновимірними контурами регулювання

2. Мета і завдання дослідження, плановані результати

Метою дослідження є дослідження системи забезпечення двоконтурного випарного агрегату.

Основні завдання дослідження:

  1. Аналіз роботи персоналу, що обслуговує випарний агрегат.
  2. Вибір методу моделювання процесу виникнення подій.
  3. Моделювання небезпечних ситуацій, що виникають під час функціонування випарного агрегату.
  4. Якісний і кількісний аналіз моделі. Визначення надійності моделі та системи.
  5. Розробка алгоритму управління процесом забезпечення безпеки випарного агрегату.

Об'єкт дослідження: двоконтурний випарний агрегат.

Предмет дослідження: система забезпечення безпеки двоконтурного випарного агрегату.

У рамках магістерської роботи планується отримання актуальних наукових результатів за напрямом розробки системи забезпечення безпеки, яка дозволятиме проводити аналіз системи на основі поточних та статистичних показників, визначати потенційно можливі небезпечні ситуації відповідно з ними.

3. Аналіз роботи оператора випарного агрегату

Перш за все, варто домовитися, що існує кілька можливих варіантів роботи персоналу випарного агрегату:

  1. Управління основними технологічними параметрами відбувається в ручному режимі.
  2. Управління основними технологічними параметрами відбувається в напівавтоматичному режимі.
  3. Управління основними технологічними параметрами відбувається в автоматичному режимі.

Ручний режим управління передбачає безпосередню роботу персоналу з випарним агрегатом:

Напівавтоматичний режим передбачає управління випарним агрегатом з допомогою оператора. При цьому керуючим пристроєм є АСУТП випарювання.

Автоматичний режим полягає у спостереженні за параметрами роботи агрегату. При цьому оператор є виключно спостерігачем, все управління бере на себе автоматична система управління.

Кожен з варіантів роботи з випарним агрегатом має певну ступінь ризику виникнення небезпечних ситуацій. Даний ризик визначається як людським фактором у процесі управління, так і деградаційними процесами, які мають місце у вузлах випарного агрегату.

Для розуміння можливих небезпечних ситуацій, необхідно розглянути роботу оператора в кожному з варіантів докладніше.

3.1 Робота оператора при ручному режимі управління

Ручний режим управління передбачає як ручний пуск, так і ручне управління випарим агрегатом.

У процесі пуску оператор повинен відкрити заслінки і вентилі у відповідності зі структурними особливостями і вимогами роботи випарного агрегату.

У процесі роботи випарного агрегату оператор контролює основні технологічні показники на необхідному рівні:

При цьому оператор знаходиться в безпосередній близькості з випарним агрегатом.

У можливі завдання оператора також може включатися чистка вузлів випарного агрегату.

Розглянемо порядок роботи оператора на прикладі двокорпусного випарного агрегату [4], представленого на рисунку 3.1.

Двоконтурний випарний агрегат

Рисунок 3.1 – Схема двокорпусного випарного агрегату

У даній схемі використані такі позначення: 1, 1а – випарні апарати; 2 – бак-сховище; 3, 4 – збірники упареного розчину; 5, 5а – бризкоулавлювач; 6 – барометричний конденсатор; 7, 8 – ротаметри; 9 – холодильник; 10 – барометричний ящик; 11, 12 – збірники конденсату; 13 – відцентровий насос; 14 – водокільцевий вакуум-насос; 15 – водовіддільник; 16 – оглядовий ліхтар.

Перед пуском установки необхідно: закрити всі повітряні крани і вентилі на лінії вакууму, паровій лінії та лінії розчину. Перевірити наявність вихідного розчину в баці 2. Перевірити наявність води у водопроводі.

Пуск установки виконувати наступним чином: Відкрити вентилі на добірних пристроях манометрів і вакуумметрів. Подати воду в холодильник упареного розчину. Потім заповнити апарат 1 вихідним розчином з бака 2 за допомогою насосу 13 через ротаметр 7 до верхньої червоної межі і подати пару в установку. Продути міжтрубний простір гріючої камери першого корпусу по обвідній лінії. Після продувки направити конденсат через конденсаційні горщики і нагріти розчин до кипіння. Після того, як розчин у корпусі 1 почне кипіти, слід створити вакуум у другому апараті. Під дією різниці тисків розчин з корпусу 1 почне самопливом переливатися в корпус 1а. Перелив розчину виконувати до тих пір, поки рівень в корпусі 1 не досягне нижньої червоної межі. Після цього перший апарат заповнити до верхньої червоної межі і процес повторити. Коли в другому апараті рівень розчину досягне червоної межі, заповнення системи припиняють і починають процес випарювання. Далі необхідно продути гріючу камеру другого апарату, випустивши частину пари по обвідній лінії. Потім конденсат направити через конденсаційний горщик. Встановити по ротаметру вказану витрату вихідного розчину в перший корпус. Розпочати подачу розчину з корпуса 1 в корпус 1а для чого відкрити регулюючий вентиль на лінії розчину між корпусами з таким розрахунком, щоб рівень у першому апараті не опускався нижче червоної межі. Одночасно з початком подачі розчину подати воду в барометричний конденсатор. Витрату води встановити за ротаметром 8. Підключити до корпусу 1а збірники упареного розчину. Пустивши, таким чином, всю установку, обов'язково при безперервній подачі розчину в апарати, дати їй попрацювати 40–45 хвилин. Після цього приступити до вимірів. Вимірювання проводяться через кожні 10–15 хвилин 3–4 рази.

3.2 Робота оператора при напівавтоматичному режимі керування

Напівавтоматичний режим полягає в управлінні параметрами роботи агрегату, але при цьому оператор знаходиться не в безпосередній близькості з випарним агрегатом, а розташовується за операторською панеллю, винесеною в окреме приміщення. Контроль і регулювання основних показників здійснюється дистанційно. Панель оператора надає необхідну статистичну інформацію в сукупності зі зніманням показників з датчиків у реальному часі.

Завдання оператора даної схеми управління – спостереження за параметрами та їх коригування безпосередньо з панелі оператора, що подає сигнали на виконавчі механізми, розташовані на випарному агрегаті.

3.3 Робота оператора при автоматичному режимі керування

Дана схема передбачає те ж розташування оператора агрегату, що і в напівавтоматичному режимі, але при цьому контроль над показниками роботи випарного агрегату веде не людина, а автоматична система управління. При цьому оператор виконує завдання спостереження за функціонуванням системи управління, також ведеться контроль показників, щоб уникнути надзвичайних ситуацій у разі збою в роботі системи.

4. Вибір методу моделювання

Вирішення проблем виробничо-екологічної безпеки неможливо без прийняття єдиної науково обґрунтованої методології, створеної на об'єктивних уявленнях про природу, фактори і закономірності аварійності і травматизм в техносфері. Така методологія повинна обґрунтувати вибір об'єкта, предмета та основних методів дослідження і вдосконалення безпеки виробничих і технологічних процесів [1, 2].

Вищепереліченим вимогам відповідає енергоентропійна концепція і класифікація об'єктивно існуючих в техносфері небезпек.

Сутність даної концепції може бути представлена наступними твердженнями:

  1. Виробнича діяльність потенційно небезпечна, тому що пов'язана з проведенням технологічних процесів, а останні – з енергоспоживанням (виробленням, зберіганням, перетворенням теплової, механічної, електричної, хімічної та іншої енергії).
  2. Техногенна небезпека проявляється в результаті несанкціонованого або некерованого виходу енергії, накопиченої в технологічному обладнанні і шкідливих речовинах, безпосередньо в самих працюючих, у зовнішньому щодо них і техніки середовищі.
  3. Несанкціонований або некерований вихід великих кількостей енергії або шкідливої речовини призводить до пригод з загибеллю і травмуванням людей, ушкодженнями технологічного обладнання, забрудненням навколишнього йому природного середовища.
  4. Виникнення техногенних пригод є наслідком появи причинного ланцюга передумов, що призводять до втрати керування технологічним процесом, несанкціонованого вивільнення енергії, що при цьому використовується (розсіюванню шкідливих речовин) і їх руйнівного впливу на людей, об'єкти виробничого обладнання та природного середовища.
  5. Ініціаторами і ланками причинного ланцюга кожної такої пригоди є помилкові і несанкціоновані дії працюючих, несправності і відмови технологічного обладнання, а також несприятливий вплив на них зовнішніх факторів.
  6. Помилкові і несанкціоновані дії персоналу обумовлені його недостатньою технологічною дисциплінованістю та професійною непідготовленістю до робіт, що характеризуються потенційно небезпечною технологією і конструктивною недосконалістю виробничого обладнання що використовується.
  7. Відмови і несправності технологічного і виробничого устаткування викликані його власною низькою надійністю, а також несанкціонованими або помилковими діями працюючих.
  8. Нерозрахункові (несподівані або ті, що перевищують допустимі межі) зовнішні впливи, пов'язані з недостатньою комфортністю робочого середовища для людини, його агресивним впливом на технологічне обладнання, а також з несприятливими кліматичними або гідрогеологічними умовами дислокації виробничого об'єкта.

Відповідно до концепції енергоентропійной теорії та вимог завдань дослідження, найбільш прийнятним є моделювання небезпечних процесів за допомогою діаграм впливу.

Діаграми впливу представляють процес появи окремих передумов та їх розвитку у вигляді відповідних діаграм причинно-наслідкових зв'язків. Під такими діаграмами розуміють деякий формалізоване подання модельованих категорій (процесів, цілей, властивостей) у вигляді безлічі графічних символів і відносин – передбачуваних зв'язків між ними. Широке поширення отримали діаграми у вигляді графів, дерев і функціональних мереж різного призначення і структури.

У рамках даної роботи розглядаються діаграми впливу у вигляді дерев.

5. Моделювання небезпечних ситуацій

Аналіз об'єкта дослідження, а також режимів роботи персоналу дозволяє виділити наступні вражаючі фактори:

Розгляд об'єкта в рамках енергоентропійної концепції і використання методу моделювання небезпечних ситуацій за допомогою діаграм впливу дозволяє побудувати дерево пригод.

Дерево пригод являє собою діаграму причинно-наслідкових зв'язків, яка зазвичай включає одну головну подію, з'єднану за допомогою логічних умов з проміжними і початковими передумовами. Головна подія являє собою аварію, нещасний випадок або катастрофу, а її гілки – набори відповідних передумов, що утворюють її причинні ланцюги. Листя дерева – початковими події-передумови (помилки, відмови, несприятливі дії) [1, 4].

Процес появи конкретної події інтерпретується даною моделлю як проходження деякого сигналу від будь-яких вихідних передумов, що ініціюють причинний ланцюг, до головної події [1].

Таким чином, було побудовано дерево пригод для небезпечної ситуації – ураження людини перегрітою парою, представлене на рисунку 5.1.

Дерево пригод небезпечної ситуації - ураження людини перегрітою парою

Рисунок 5.1 – Дерево пригод небезпечної ситуацій – ураження людини перегрітою парою
(анімація: 6 кадрів, 5 циклів повторення, 27 кілобайт)

Позначення: {А} – безліч подій-передумов; {B} – безліч умов, при яких можливе ураження людини-оператора; {С} – безліч проміжних подій; {D} – безліч остаточних подій (пригод).

Події: D1 – поразка людини-оператора перегрітою парою.

Примітки:

1. Навколишнє середовище – простір, який безпосередньо примикає до випарного агрегату.

2. Вважаємо, що випарний агрегат оснащений:

Тут: А1 – відмова вентиля подачі перегрітої пари в перший контур випарювання (заклинювання вентиля в закритому положенні); А2 – відмова автоматичного регулятора рівня першого контуру випарювання (регулятор встановлює вентиль подачі пари в закрите положення і надалі не реагує на зміни вхідного сигналу); А3 – помилка людини-оператора (при пуску системи не відкрито вентиль подачі перегрітої пари в перший контур випарювання); А4 – відмова вентиля подачі перегрітої пари в перший контур випарювання (заклинювання вентиля у відкритому положенні); A5 – відмова автоматичного регулятора рівня першого контуру випарювання (регулятор встановлює вентиль подачі пари у відкрите положення і надалі не реагує на зміни вхідного сигналу); В1 – людина-оператор знаходиться поблизу першого контуру випарювання; В2 – людина-оператор знаходиться поблизу другого контуру випарювання; C1 – потрапляння перегрітої пари в навколишнє середовище першого контуру випарювання; C2 – потрапляння перегрітої пари в навколишнє середовище другого контуру випарювання.

Висновки

Забезпечення виробничої та техногенної безпеки випарних агрегатів є актуальним завданням, оскільки виникнення небезпечних ситуацій, надзвичайних подій або катастроф несе за собою потенційні людські, матеріальні втрати, згубно впливає на навколишнє середовище і екологічну ситуацію в цілому.

Магістерська робота присвячена актуальній задачі дослідження системи забезпечення безпеки випарних агрегатів. У рамках проведених досліджень виконано:

  1. Досліджена робота операторів випарних агрегатів при різних режимах управління.
  2. Проведено аналіз об'єкта дослідження, визначено потенційні вражаючі фактори.
  3. Проведено моделювання об'єкта дослідження з використанням енергоентропійної концепції і діаграм впливу.

Подальші дослідження спрямовані на наступні аспекти:

  1. Аналіз надійності моделі та об'єкта дослідження [7, 8].
  2. Розробка алгоритму управління процесом забезпечення безпеки двоконтурного випарного агрегату.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2013 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Список джерел

  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.