HIPPS

Проектные решения:

Продукция:

Технические инновации:

Интеграция в РСУ и SCADA

Компания ООО «СПБ-XXI» проводит работы по проектированию и поставкам систем  HIPPS «под ключ».

 

Назначение HIPPS.

 HIPPS – это аббревиатура слов “High Integrity Pressure Protection System” (Система защиты от превышения давления с высоким уровнем полноты безопасности SIL).

                              HIPPS используются в газовой и нефтяной промышленности в целях обеспечения защиты трубопроводов, труб, резервуаров и технологических узлов от избыточного давления путем изолирования источника избыточного давления, позволяя использоваться более низкое расчетного давление при проектировании и строительстве технологических объектов, расположенных на выходе системы HIPPS.

 Основное преимущество более низкого допустимого расчетного давления в трубопроводе и резервуаре, состоит в уменьшении толщины стенки и как результат:

 - Уменьшение веса и стоимости трубопровода и резервуаров на выходе HIPPS;

- Линейные применения с увеличенной производительностью / пропускной способностью;

- Уменьшение стоимости транспортировки и хранения технологического оборудования благодаря сокращению объема и весов.

 

Рисунок 1. Эффективная область применения HIPPS.

В традиционных системах с предохранительными клапанами/разрывными мембранами избыточное давление сбрасывается в факельный коллектор или атмосферу.

Недостатками таких систем защиты являются: 

- выброс технологических сред (огнеопасных и токсичных) в окружающую среду;

- большая занимаемая площадь, необходимая для размещения самой системы;

- сложность проверки и технического обслуживания;

- невысокая точность задания порога срабатывания защитного устройства. 

Система HIPPS обеспечивает технически обоснованное и экономически более привлекательное решение задачи защиты оборудования в тех случаях, когда:

- имеют место высокие давления и/или расходы;

- высокие требования к защите окружающей среде;

- необходимо улучшение экономических показателей разрабатываемого месторождения за счет упрощения и снижения частоты сервисных процедур;

- необходимо снижение уровня риска эксплуатации установки. 

 

Стандарты, регламентирующие HIPPS. 

HIPPS является специальным применением приборной системы безопасности (SIS) и проектируется в соответствии с требованиями ряда стандартов. 

В случае построения HIPPS с использованием компонентов, содержащих электрические/электронные/программируемые электронные устройства это: 

- IEC 61508/ГОСТ Р МЭК 61508 –  Функциональная безопасность. Общий стандарт для всех отраслей промышленности. 

- IEC 61511/ГОСТ Р МЭК 61511 (проект) – Функциональная безопасность для добывающих и перерабатывающих отраслей промышленности.

 Для (механических) приборных систем защиты от превышения давления:

– EN12186  - Системы газоснабжения. Станции, регулирующие давление газа для его передачи и распределения. Функциональные требования.(Gas supply systems. Gas pressure regulating stations for transmission and distribution. Functional requirements).

EN14382  – Устройства обеспечения безопасности станций, регулирующих давление. Отсекающие клапана для трубопроводов с давлением до 100 Bar.(Safety Devices For Gas Pressure Regulating Stations And Installations - Gas Safety Shut-off Devices For Inlet Pressures Up To 100 Bar).

 Эти стандарты описывают требования к системам защиты установок газовой промышленности от превышения давления в целом, а также к их компонентам.

 Они устанавливают не только показатели быстродействия и надежности контура защиты, но также и коэффициенты запаса при выборе размера привода исполнительного органа.

 Независимый контроль и испытания конструкции для проверки соответствия стандарту IEC 61508, IEC 61511 и EN14382 обязательны.

 

Состав системы HIPPS. 

Система HIPPS в должна состоять  из следующих подсистем: 

-  логического решающего устройства на базе программируемого логического контроллера  HIMAX или HIMATRIX (максимальный допуск до уровня SIL3) или на базе полупроводникового контроллера  PLANAR 4 с аппаратно реализуемой логикой (максимальный допуск до уровня SIL4). Контроллеры могут содержать избыточные (резервированные) компоненты для обеспечения требуемой непрерывности функционирования (готовности);

-  двух последовательно соединенных исполнительных элементов (каждый включает клапан, привод и несколько соленоидов в линии пневматического/гидравлического питания),  реализующих логическую схему “1 из 2”;

-  трёх электронных датчиков давления или дискретных инициаторов, реализующих логическую схему “2 из 3”. 

 

Рисунок 2. Типовая структура HIPPS. 

Каждая подсистема должна удовлетворять определенным архитектурным ограничениям, установленными общим требованием по суммарному снижению риска и уровню полноты безопасности для всей системы HIPPS в целом. 

 

Пример реализации системы HIPPS.

 

Рисунок 3. Пример реализации HIPPS – функциональная схема. 

SDV1, SDV2 – специализированный клапан HIPPS;

PB – местная кнопка закрытия клапанов или инициатор PST.

Каждый из клапанов SDV оборудован тремя последовательными соленоидами (электромагнитными клапанами) в цепи пневматического/гидравлического питания.

Закрытие любого из трех соленоидов приводит к закрытию клапана.

Два соленоида каждого из клапанов подключены к выходным управляющим каналам логического решающего устройства.

Один соленоид управляется местной кнопкой ”Закрытие клапанов HIPPS” или задействован для реализации функции контрольной проверки при неполном ходе клапана (контроль страгивания). 

ХИТЕКТУРА СИСТЕМЫ

Рисунок 4. Пример реализации HIPPS- внешний вид.

 

Датчики давления и распределительные манифольды. 

Датчики давления монтируются на общем распределительном манифольде в отдельном шкафу.

Распределительный манифольд сконструирован для подключения 3- х различных датчиков давления (принцип “ diversity – разнообразие конструкции и производителя для эффективной борьбы с отказами по общей причине).

 Конструкция распределительного манифольда должна обеспечивать индивидуальное тестирование, отсечку и продувку для каждого из трех датчиков.

 Выполнение указанных операций на одном из датчиков не должно влиять на 2 остальных датчика в работе.

  

Рисунок  5. Принципиальная схема трубной обвязки манифольда на 3 датчика давления. 

В составе распределительного манифольда предусматривается 4-х позиционное механическое устройство для управления изолирующими клапанами 3-х датчиков давления. 

Три положения механического ключа соответствуют закрытию одного из трех изолирующих клапанов датчиков давления, четвертое положение – все изолирующие клапаны открыты.

Такой подход позволяет оператору выводить единовременно из работы (изолировать) только один датчик давления, закрывая соответствующий изолирующий клапан. Также алгоритм вывода датчиков из работы не может быть изменен, поскольку определен механической конструкцией устройства. 

Каждый изолирующий клапан оборудован концевым выключателем – проксимитром (бесконтактный индукционный переключатель).

Информация о состоянии (открыто/закрыто) каждого из изолирующих клапанов передается на дискретные входные каналы логического решающего устройства для автоматической перестройки логики срабатывания HIPPS: от “2 из 3” (задействованы 3 датчика давления – все изолирующие клапаны открыты) до “1 из 2” (задействовано 2 датчика давления – один из изолирующих клапанов закрыт).

 

 Рисунок 6. Внешний вид распределительного манифольда с устройством отсечки изолирующих клапанов датчиков давления. 

 

Рисунок 7. Подключение проксиметров состояния изолирующих клапанов.     

 

Клапана HIPPS. 

Клапан  проектируется  и изготавливается для возможности открытия против полного перепада давления до и после клапана.  Конструкция клапана  исключает необходимость в организации байпасной линии для подачи среды (выравнивания давления до и после клапана) для открытии после срабатывания.

Для обеспечения высоких уровней полноты безопасности (SIL3 и SIL4) HIPPS наличие байпаса не допускается.

 

 

Рисунок 8. Запорные (отсечные) клапаны: осевой (axial) и шаровой (ball) конструкции. 

Каждый из клапанов  оборудовается 4 концевыми выключателями сигнализирующими о следующих положениях:

-    клапан полностью открыт

-    клапан полностью закрыт

-    клапан открыт на 70%

-    клапан открыт на 80%

Концевые выключатели положения открыт на 70% и 80% необходимы для реализации функции проведения испытаний клапана при неполном ходе (контроль страгивания). 

Запорные (отсечные) клапаны в системах HIPPS в течение длительного периода находятся в режиме ожидания срабатывания (клапан при этом долгое время остается полностью открытым). Поэтому их конструкция должна быть такой, чтобы:

- Длительное пребывание в открытом состоянии не влияло на способность закрыться с определенными требованиями по герметичности и на время реакции клапана (быстродействие) в момент запроса на выполнение функции безопасности.

- Была предусмотрена возможность проведения проверочных испытаний (Proof Test) при неполном ходе клапана PST, снижающих вероятность заклинивания клапана в открытом состоянии. 

 

 

 

Рисунок 9. Увеличение интервала между контрольными испытаниями клапана для соответствия требуемому уровню SIL

PST (Partial Stroke Test) – контрольное  испытание при неполном ходе клапана;

FST (Full Stroke Test) – контрольное  испытание при полном ходе клапана;

PFD (t) – функция вероятности возникновения опасного не обнаруживаемого отказа;

PFDagv – средняя вероятность возникновения опасного не обнаруживаемого отказа (усреднение PFD(t) за интервал времени между контрольными испытаниями FST);

PFDagv(PST) – средняя вероятность возникновения опасного не обнаруживаемого отказа c учетом проведения FST (усреднение PFD(t) за интервал времени между контрольными испытаниями FST).

 Пример:

При контрольных испытаний клапана с полным ходом (FST=3 года) и дополнительно контрольных испытаний с частичным ходом (PST=1 месяц) средняя вероятность опасного не обнаруживаемого отказа клапана PFDagv (PST) все еще ниже чем, средняя вероятность опасного не обнаруживаемого отказа PFDagv с (FST=1 год) и отсутствии PST.

 

Таким образом, периодические испытания при неполном ходе клапана позволяют существенно увеличить интервал между обязательными испытаниями с полным ходом клапана для соответствия требуемому уровню SIL для системы HIPPS в целом.

 

 
 

2009 В© Copyright.