В настоящее время одной из актуальных мировых проблем является ежегодная «утечка» в атмосферу, вызванная техногенной деятельностью человека, около 30 млн. тонн углеводородов. Это приводит не только к прямому экономическому ущербу, но и способствует интенсификации «парникового» эффекта на планете [1, с. 30; 2, с. 51]. В значительной степени указанная проблема актуальна и при транспортировке углеводородов танкерным флотом.
Нами предложена современная концепция утилизации паров углеводородов при транспортировке нефти и нефтепродуктов. Помимо разработки собственно технологии для утилизации паров углеводородов, предлагаемая концепция интересна современным подходом к созданию автоматизированной системы управления технологическими процессами утилизации.
Особенностью этого подхода является разработка системы автоматизации в комплексе с разработкой технологии и оборудования для утилизации паров углеводородов. В результате удалось устранить те ограничения, которые обычно имеют место при проектировании системы управления под готовую технологическую установку. Это позволяет исходить из новейшего уровня развития автоматики при выборе комплекса технических средств, достигая максимальной эффективности работы всей системы управления. При этом появляется также возможность корректировать технические решения технологии и оборудования, например, в сторону упрощения и, следовательно, надёжности, за счёт имеющихся резервных возможностей создаваемой системы управления.
По результатам предварительных исследований нами сформулированы требования к достижению конечного результата по степени утилизации паров углеводородов α = 99,99%, которая обеспечивается оптимальной ресурсосберегающей технологией, разработанной на основе современных методов исследований [3, с. 260; 4, с. 137].
Исследования проводились на лабораторных установках проточного типа (идеальное вытеснение), проточно-циркуляционного типа (идеальное смешение). Основные направления исследований:
1) подбор селективного адсорбента;
2) изучение кинетики процесса адсорбции паров углеводородов, регенерации адсорбента;
3) определение оптимальных параметров ведения непрерывного процесса адсорбции паров углеводородов и регенерации адсорбента;
4) разработка эффективной технологии получения инертного газа непосредственно на борту судна;
5) разработка технологии утилизации паров углеводородов и регенерации насыщенного адсорбента;
6) получение исходных данных для технико-экономического обоснования процесса;
7) разработка технико-экономического обоснования процесса утилизации углеводородов.
В результате комплекса научно-исследовательских работ разработана принципиальная схема утилизации паров углеводородов [3, с. 263; 5, с. 5] (рис. 1) и получения инертного газа на борту судна[6, с. 7].
Величина степени утилизации должна быть всегда α≥99,99 %. Если степень утилизации убывает ниже значения α < 99,99 %,один из адсорберов 7 или 17 автоматически переводится в режим регенерации, а другой, чистый, – в режим утилизации.
Величина степени утилизации является главным критерием результатов технологического процесса утилизации паров углеводородов. Поддержание заданного значения критерия утилизации осуществляют средствами автоматизированной системы управления технологическим процессом. Система автоматизированного управления технологией утилизации паров углеводородов двухуровневая, интегрирована в систему автоматизированного управления ходового мостика [7, с. 80].
Нижний уровень системы автоматизации размещён непосредственно на технологическом оборудовании установки утилизации паров углеводородов, размещённой в машинном отделении, где установлен также приборный щит шкафного типа. Основой функционирования нижнего уровня системы управления являются управляющие контроллеры морского исполнения, входы которых посредством интерфейсов соединены с датчиками, а выходы – с исполнительными механизмами. Назначение нижнего уровня – локальное регулирование параметров технологического процесса, а также сбор и обработка информации для передачи на верхний уровень.
Программно-логические функции управления верхнего уровня реализованы на базе компьютера морского исполнения интегрированной автоматизированной системы управления ходового мостика. Связь оператора с компьютером осуществляют посредством универсального дисплея на жидких кристаллах, а также трекбола и стандартной клавиатуры. Специальное программное обеспечение, разработанное на базе SCADA-системы [9, с. 26],выводит на экран дисплея мнемосхему технологической установки утилизации с указанием средств автоматизации, а также параметры технологического процесса.
Параметры, которые подлежат контролю, регулированию и управлению[8, с. 3]:
— расход смеси компонентов ИГ + ПБ;
— давление смеси компонентов ИГ + ПБ;
— температура, °С, в адсорберах 7, 17 как на стадии утилизации, так и на стадии регенерации;
— концентрация паров углеводородов на входе и выходе адсорберов 7, 17;
— расход компонента Б на выходе сборника 22;
— температура смеси компонентов ИГ + ПБ на входе и выходе холодильника-конденсатора 18.
Основной режим работы автоматизированной системы управления технологическим процессом утилизации паров углеводородов – супервизорный. В этом режиме оператор наблюдает за соответствием значения степени утилизации заданному значению, которое поддерживается автоматически, отслеживает изменение других параметров, исправность системы. Включается оператор в контур управления только в исключительных случаях – если по какой-либо причине значение степени утилизации убывает ниже заданного предела, и посредством клавиатуры, трекбола, а также дисплея в качестве устройства обратной связи, производит необходимые корректирующие воздействия с целью устранения нарушения работы системы.
Интегрированная система ходового мостика включает множество систем автоматизированного управления(например, навигационную систему)[7, с. 80], функционирующих в супервизорном режиме и обслуживаемых вахтенным помощником капитана. В рамках расширения интегрированной системы логично возложить на него также функцию оператора системы автоматизации управления процессом утилизации паров углеводородов.
Разработанная технология утилизации паров углеводородов может быть использована не только на танкерном флоте, но и во многих других отраслях народного хозяйства – на морских терминалах, нефтеперерабатывающих заводах, предприятиях нефтехимического синтеза, топливно-энергетического комплекса и др.
Выводы:
- Предложена современная концепция утилизации паров углеводородов при транспортировке нефти и нефтепродуктов, которая включает, помимо технологической составляющей, также составляющую автоматизированного управления.
- 2. Выполнены научно-исследовательские работы по подбору селективного адсорбента углеводородов, пригодного для практического применения.
- 3. Исследована кинетика адсорбции и регенерации паров углеводородов на подобранном адсорбенте.
- 4. Разработана технология утилизации паров углеводородов при транспортировке нефти / нефтепродуктов танкерным флотом.
- 5. Разработано технико-экономическое обоснование процесса утилизации паров углеводородов на борту танкера.
- Предложен комплексный подход к созданию автоматизированной системы управления технологией утилизации паров углеводородов одновременно и взаимосвязанно с разработкой технологии и оборудования для утилизации паров углеводородов, что позволяет повысить эффективность работы комплекса «технологическая установка – система управления».
- Определены параметры, которые подлежат контролю, регулированию и управлению в системе автоматизации технологического процесса утилизации паров углеводородов.
- Выполнена проработка двухуровневой автоматизированной системы управления технологией утилизации паров углеводородов на базе SCADA-системы, интегрированной в автоматизированную систему управления ходового мостика.
Список рекомендуемой литературы:
- Леонов В.Е., Ходаковский В.Ф., Куликова Л.Б.Основы экологии и охрана окружающей среды: монография / Под ред. проф. В.Е. Леонова. Херсон: Издат. ХГМА, 2010. – 352 с.
- Леонов В.Е., Соляков О.В., Химич П.Г., Ходаковский В.Ф. Обеспечение экологической безопасности судоходства: монография/ Под ред. проф. В.Е. Леонова. Херсон: Издат. ХГМА,2014. – 188 с.
- Дмитриев В.И., Леонов В.Е., Химич П.Г., Ходаковский В.Ф., Куликова Л.Б. Обеспечение безопасности плавания судов и предотвращение загрязнения окружающей среды: монография/ Под ред. проф. В.И. Дмитриева, проф. В.Е. Леонова. Херсон: Издат. ХГМА,2012. – 400 с.
- Дмитриев В.И., Леонов В.Е., Химич П.Г., Ходаковский В.Ф., Куликова Л.Б. Основы обеспечения безопасности плавания судов и предотвращение загрязнения окружающей среды: монография/Под ред. проф. В.И. Дмитриева, проф. В.Е. Леонова. М.:МОРКНИГА,2014. – 407 с.
- Лєонов В.Є., Кареев І.А., Рогожа Г.А., Корсунський В.І. Патент України на корисну модель №20680 від 15.02.2011 «Утилізація парів вуглеводнів»
6. Лєонов В.Є., Бень А.П. Патент України на корисну модель№ 53121 від 27.09.2010«Пристрїй для отримання інертного газу». Бюл. №18. - ЛеоновВ.Е., ДмитриевВ.И., Безбах О.М., Гуров А.А., Сыс В.Б., Ходаковский В.Ф. Современные информационные технологии обеспечения безопасности судоходства и их комплексное использование: монография / Под ред. проф.В.Е.Леонова. – Херсон: Издат. ХГМА,2014. – 324 с.
- Лєонов В.Є. Патент України на корисну модель №37417 від 25.11.2012 «Спосіб сорбційного очищення гідросфери від нафтопродуктів».
- Пономарев О.П.Наладка и эксплуатация средств автоматизации. SCADA-системы. Промышленные шины и интерфейсы. Общие сведения о программируемых логических контроллерах и одноплатных компьютерах: Учебное пособие. Калининград: Изд-во Ин-та «КВШУ», 2006.– 80 с.[schema type=»book» name=»СОВРЕМЕННАЯ КОНЦЕПЦИЯ УТИЛИЗАЦИИ ПАРОВ УГЛЕВОДОРОДОВ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ ТАНКЕРНЫМ ФЛОТОМ» author=»Леонов Валерий Евгеньевич, Сыс Вячеслав Борисович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-04-20″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 28.03.2015_03(12)» ebook=»yes» ]