Автореферат (Электромагнитные воздействия и защита от них оборудования нефтеперекачивающих станций)

кописи ИСАМ МОХАМЕД АХМЕД АБДЕЛЬШАФИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ И ЗАЩИТА ОТ НИХ ОБОРУДОВАНИЯ НЕФТКПКРККАЧИВМОЩИХ СТАНЦИЙ Специальность 05.14.12- Техника высоких напряжений АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва — 2017 Работа выполнена в: Федеральном государственном бюджетном учреждении высшего образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ», кафедра «Техники и электрофизики высоких напряжений». Научный руководитель: 'Борисов Руслан Константинович кандидат технических наук, с.н.с. кафедра «техники и электрофизики высоких напряжений» ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ». Официальные оппонен- ты: Овсянников Александр Георгиевич доктор технических наук, профессор кафедра «Техника и электрофизика высоких напряже- ний», Новосибирский государственный техниче- ский университет.

Янковский Борис Денисович кандидат технических наук, кандидат физико- математических наук, старший научный сотруд- ник, Объединенный институт высоких темпера- тур РАН. Ведущая организация: Акционерное общество «Энергетический институт им. Г.м. Кржижа- новского» 119071, г.Москва, Ленинский пр-т,19. Защита состоится «09» Февраля 2018 г. в 13 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.157.03 при ФГБОУ ВО Национальном Исследовательском Университете «МЭИ» по адресу: 111250, г.

Москва, Красноказарменная ул., 14, ауд. Г-200. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ». Автореферат разослан " Ученый секретарь диссертационного Совета Д 212.157.03 к.т.н. Дичина О.В. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ). ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Нефтеперекачивающие станции (НПС), являясь одним из основных узлов системы перекачки нефти, представляют собой сложный объект, содержащий весь спектр электромагнитных воздействий (ЭМВ), в том числе, опасных для различных систем, обеспечивающих соблюдение технологического процесса. В мировой практике (Россия, Республика Судан и др.) имели место не только нарушения технологического процесса, но и большие материальные потери по не выясненным обстоятельствам.

Так, например, в 1994 году в результате пожара полностью была уничтожена НПС на трубопроводе из г. Порт-Судан в г. Хартум. Причина аварии заключается в том, что верхний клапан начал закрываться ложным сигналом, что привело к увеличению давления на выходе насоса, пока не разрушилось уплотнение у насоса, и не возник пожар. Рассматриваемая в данной работе НПС была построена в 1999 году по проекту французских специалистов в Республике Судан для транспортировки легких нефтепродуктов.

В процессе эксплуатации были перерывы в работе станции из-за возникших проблем с ложными отключениями насосов по сигналам, поступающим с датчиков. Наиболее вероятной причиной таких нарушений в работе НПС являются электромагнитные воздействия на автоматизированные системы управления технологическим процессом (АСУ ТП).

Для выяснения роли ЭМВ и предотвращения их опасных проявлений необходимо провести расчетно-экспериментальные исследования по определению уровней ЭМВ в условиях эксплуатации НПС и разработать мероприятия по защите оборудования от их воздействий. Приведенные примеры технологических нарушений и аварии на НПС свидетельствуют об актуальности темы диссертации. Степень проработанности темы. Применительно к НПС в комплексной форме проблема опасных проявлений ЭМВ и защиты от них не проработана.

ЭМВ на объектах входят составной частью проблемы под названием электромагнитная совместимость - "молния и молниезащита", "заземление и заземлители" и др. По направлениям этих проблем внесли существенный вклад ряд российских и зарубежных ученых. Среди них Дьяков А.Ф., Борисов Р.К., Жуков А.В., Максимов Б.К., Овсянников А.Г., Шишигин С,Л., Хабигер Э., Шваб А., Уильямс Т., Армстрон~ К., и многие другие. При работе над диссертацией использованы результаты основных работ перечисленных ученьгх. Цель работы.

Определение электрома нитных воздействий на входные цепи АСУ ТП нефтеперекачивающих станций и формирование мероприятий по защите от опасных проявлений этих воздействий. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи. 1. Определение и анализ источников ЭМВ потенциально опасных для нормального функционирования оборудования НПС. 2. Анализ и выбор методов расчетно-экспериментального определения ЭМВ на вторичные цепи и оборудование НПС.

3. Расчетно-экспериментальное определение уровней ЭМВ в условиях эксплуатации НПС. 4. Формулирование мероприятий по защите АСУ ТП и оборудования НПС от опасных ЭМВ. Объекты исследования. Силовое оборудование напряжением выше 1 кВ, система молниезащиты, АСУ ТП. Методы исследования. Применены методы математического моделирования, методы численного решения задач, использованы компьютерные программы, выполнены лабораторные исследования. Научная новизна заключается в следующем. 1. Впервые применительно к условиям эксплуатации НПС Республики Судан на основе расчетно-экспериментального анализа выявлен и обоснован состав источников ЭМВ (короткие замыкания в сети выше 1 кВ, удары молнии, разряды статического электричества и магнитные поля 50 Гц), представляющих опасность для нормального функционирования АСУ ТП и технологического оборудования.

2. Разработана и реализована (на примере программы "1п1ег(егепсе") экспериментальная методика для верификации компьютерных программ, применяемых при расчете наведенных от молнии перенапряжений в кабельных линиях, отличающаяся тем, что канал молнии моделируется протеканием тока по вертикальному проводнику. 3. Разработана и реализована на практике новая методика экспериментального определения коэффициентов экранирования с использованием магнитопровода для воздействия электромагнитных полей на испытуемые кабели, которая обеспечила получени: более точных результатов, чем расчеты.

4. Предложена уточненная методика расчета потенциала оператора и снижения его до допустимых значений, определяемых из условия соблюдения требования устойчивости АСУ ТП к разрядам СЗ, впервые комплексно учитывающая геометрические и физические параметры напольного покрытия и окружающей среды. Достоверность результатов базируется на использовании фундаментальных положений теории (теория электромагнитного поля, теория цепей), использовании апробированных компьютерных программ и лабораторных исследований, результаты которых соответствуют опубликованным в литературе данным. Практическая ценность работы. 1.

Разработанная методика экспериментального определения коэффициентов экранирования позволила установить, что для типовых контрольных кабелей: на низких частотах в диапазоне (50 —:500) Гц заземление резервных жил кабелей более эффективно, чем заземление экранов; на высоких частотах (0,5 —:10) МГц и при апериодических импульсах (1,2/50; 8/20) мкс - заземление экранов кабелей более эффективно: при воздействии магнитного поля на часто- тах (5 10' —: 10) МГц необходимо заземлять с двух сторон экраны кабелей и резервные жилы.

2. Применительно к НПС Республики Судан определено для наиболее опасных ЭМВ, что: - разность потенциалов между местом однофазного КЗ на землю в сети электропитания двигателей и заземляющим устройством (ЗУ) технического здания составляет более 10 кВ, что представляет опасность для контрольных кабелей; - наведенные от молнии перенапряжения в кабелях существенно превышают допустимые значения; - устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) имеют ограниченную зону действия и не защищают кабели по всей длине. В учебном центре нефти (Ре1го1ешп тга|п1пд сеп1ег) в г.

Хартум доложены конкретные технико-экономически обоснованные рекомендации: прокладка горизонтальных и вертикальных заземлителей для выравнивания потенциалов на заземляющем устройстве; экранирование кабелей при прокладке в стальных трубах; замена напольных покрытий на антистатические, а в отдельных помещениях регулирование климатических условий.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту. 1. Результаты выявления и анализа источников ЭМВ, потенциально опасных для нормального функционирования оборудования НПС. 2. Результаты анализа и выбора методов расчетно-экспериментального определения ЭМВ на вторичные цепи и оборудование НПС. 3. Результаты расчетно-экспериментального определения уровней ЭМВ в условиях эксплуатации НПС. 4. Мероприятия по защите АСУ ТП и оборудования НПС от опасных ЭМВ.

Соответствие паспорту специальности. Научные положения, отраженные в диссертации, соответствуют специальности 05.14.12 "Техника влсоких напряжений" п. 5 области исследований: "Исследование атмосферных ч внутренних перенапряжений, разработка методов и устройств для ограничения перенапряжений, изучение проблем электромагнитной совместимости". Апробация работы. Научные и практические результаты диссертационной работы представлялись в «НИУ «МЭИ» (2015-2017 г.г.), ООО «НПФ ЭЧНАП» (2017 г.) и в Учебном Центре нефти (Регго1ецгп гга1п1пд сепгег) в г. Хартум (Республика Судан, 2017 г.). Публикации по теме диссертации.