Устройство для электроснабжения противоаварийных систем опасного промышленного объекта

Полезная модель относится к устройствам электроснабжения электроприемников противоаварийных систем опасного промышленного объекта, нарушение бесперебойной работы которого может привести к возникновению угрозы взрывов и пожаров. Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение, при минимальных затратах, живучести защищаемого объекта в борьбе с такими пожарами и взрывами, которые могут быть вызваны полным аварийным обесточиванием объекта. Технический результат достигается за счет выделения электроприемников противоаварийных систем, используемых для такой борьбы, в специальную подгруппу защиты (из состава первой категории надежности особой группы электроснабжения). При этом для аварийного электроснабжения подгруппы защиты используются дополнительные источники бесперебойного питания, которые автоматически подают питание на электроприемники противоаварийных систем только после аварийного исчезновения всех входных независимых взаимно резервирующих напряжений электроснабжения опасного промышленного объекта.

Настоящая полезная модель относится к схемам аварийного энергоснабжения электроприемников противоаварийных (в первую очередь противопожарных) систем опасного промышленного объекта, а именно к устройствам аварийного электроснабжения электроприемников автоматических установок пожаротушения, систем оповещения и управления эвакуацией персонала с аппаратурой аварийного видеоконтроля и других систем опасного промышленного объекта, необходимых для активной (с потреблением энергии) борьбы с такими пожарами и взрывами, к которым может привести полное аварийное нарушение электроснабжения объекта.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Согласно действующих правил устройства электроустановок (ПУЭ), седьмое издание, дата введения 2003-01-01, глава 1.2, "Электроснабжение и электрические сети", раздел "Категории электроприемников и обеспечение надежности электроснабжения": электроприемники первой категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.

Электроприемники первой категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

Однако согласно ПУЭ из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.

При этом для электроснабжения особой группы электроприемников первой категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания. В качестве третьего независимого источника питания для особой группы электроприемников могут быть использованы местные электростанции, электростанции энергосистем (в частности, шины генераторного напряжения), предназначенные для этих целей агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т.п.

При этом анализ рисков показывает:

1) Даже запитывание технологического оборудования опасного промышленного объекта от трех независимых взаимно резервирующих источников питания не исключает риск аварии из-за обесточивания объекта. Например, на компрессорных станциях широко используются обслуживаемые аккумуляторы для организации батарей технологических агрегатов резервного электропитания промышленного оборудования (включая газоперекачивающие агрегаты), что приводит к возникновению определенных рисков в связи с необходимостью их периодического обслуживания (в том числе из-за человеческого фактора). Так, из-за неправильного обслуживания персоналом резервных обслуживаемых аккумуляторов их емкости может не хватить на время необходимое для штатного останова опасного производства после аварийного исчезновении питания по основным вводам переменного напряжения. При этом использование более надежных необслуживаемых аккумуляторов для организации батарей значительной емкости, необходимых для резервного электроснабжения всего опасного промышленного объекта, может быть признано экономически не целесообразным.

2) Инцидент с несанкционированным обесточиванием опасной промышленной установки (например, из-за срабатывания защитных устройств в цепях электропитания) в процессе работы может действительно вызвать аварийную ситуацию (в том числе пожар или взрыв). Например, сбой электроснабжения газотурбинного газоперекачивающего агрегата (ГПА) может вызвать нештатное обесточивание вентиляторов, обеспечивающих продувку воздухом кожуха взрывоопасного горячего газотурбинного двигателя (при нормальной работе безопасность обеспечивается разбавлением газовоздушной смеси под кожухом газотурбинного двигателя воздухом до безопасных концентраций вблизи потенциальных источников воспламенения). При этом даже небольшая утечка топливного горючего газа (незаметная при нормальной работе вентиляторов обдува двигателя) может создать взрывоопасную концентрацию вблизи источника воспламенения ("горячего" элемента конструкции газотурбинного двигателя).

Как следствие, при проектировании противоаварийных (в первую очередь противопожарных) систем опасного промышленного объекта нарушение электроснабжения которого может привести к пожару и взрыву, проектировщик должен учесть данную особенность (характер) технологического производства и предусмотреть соответствующие компенсирующие технические и организационные противопожарные мероприятия по защите от пожара и взрыва, вызванного полным аварийным обесточиванием объекта защиты.

В качестве одного из таких мероприятий можно предложить обеспечить аварийное электроснабжение электроприемников автоматических установок пожаротушения (АУП), систем оповещения и управления эвакуацией персонала с аппаратурой аварийного видеоконтроля и других противоаварийных систем опасного промышленного объекта, необходимых для активной (с потреблением энергии) борьбы с такими пожарами и взрывами, к которым может привести полное аварийное нарушение электроснабжения объекта. Основную активную функцию противоаварийной защиты на опасном промышленном объекте выполняют системы противопожарной защиты на базе АУП, к которым нормативные документы и стандарты предъявляют наиболее четкие требования в части электроснабжения. Как следствие основной практический интерес представляет именно организация электроснабжения АУП, от эффективности которых во многом зависит активная живучесть объекта при пожарах и взрывах.

Известны различные способы и устройства электропитания АУП.

Например, в нормативных документах в области пожарной безопасности (см. п.15 свода правил СП 5.13130.2009 Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования) приведены требования электропитания систем пожарной сигнализации и установок пожаротушения: по степени обеспечения надежности электроснабжения электроприемники автоматических установок пожаротушения и систем пожарной сигнализации следует относить к I категории согласно Правилам устройства электроустановок.

В п.п.4.2-4.4 свода правил СП 6.13130.2009 "Системы противопожарной защиты. Электрооборудование. Требования пожарной безопасности" сказано:

4.2 В отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприемники СПЗ должны относиться к электроприемникам I категории надежности электроснабжения, за исключением электродвигателей компрессоров, насосов дренажного и подкачки пенообразователя, относящихся к III категории надежности электроснабжения, а также случаев, указанных в 4.3, 4.4.

4.3 При наличии одного источника электропитания (на объектах III категории надежности электроснабжения) допускается использовать в качестве резервного источника питания электроприемников автоматических установок пожаротушения и систем пожарной сигнализации аккумуляторные батареи или блоки бесперебойного питания, которые должны обеспечивать питание указанных электроприемников в дежурном режиме в течение 24 ч плюс 3 ч работы системы пожарной автоматики в тревожном режиме.

Примечание - Время работы системы пожарной автоматики в тревожном режиме может быть сокращено до 1,3 времени выполнения задач системой пожарной автоматики.

При использовании аккумулятора в качестве источника питания должен быть обеспечен режим подзарядки аккумулятора.

4.4 При отсутствии по местным условиям возможности осуществлять питание электроприемников автоматических установок пожаротушения и систем пожарной сигнализации от двух независимых источников допускается осуществлять их питание от одного источника - от разных трансформаторов двухтрансформаторной подстанции или от двух близлежащих однотрансформаторных подстанций, подключенных к разным питающим линиям, проложенным но разным трассам, с устройством автоматического ввода резерва, как правило, на стороне низкого напряжения.

4.7 Питание электроприемников систем противопожарной защиты должно осуществляться от самостоятельного вводно-распределительного устройства (ВРУ), расположенного в каждом пожарном отсеке с устройством автоматического включения резерва (АВР), имеющего отличительную окраску.

Одновременно необходимо учитывать, что для систем противопожарной защиты использование отдельного (энергия которого может использоваться только для борьбы с пожаром в соответствии с п.1.7 ГОСТ 12.4.009-83 "Пожарная техника для защиты объектов") и сертифицированного (технологические агрегаты бесперебойного питания, как правило, не сертифицированы в области пожарной безопасности) источника бесперебойного питания предусмотрено требованиями федерального закона 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности":

- технические средства автоматических установок пожарной сигнализации должны быть обеспечены бесперебойным электропитанием на время выполнения ими своих функций.

- автоматические установки пожарной сигнализации, пожаротушения должны быть оборудована источниками бесперебойного электропитания.

- системы оповещения людей о пожаре и управления эвакуацией людей должны быть оборудованы источниками бесперебойного электропитания.

При этом, согласно п.4.1 свода правил СИ 5.13130.2009:

Автоматические установки пожаротушения.следует проектировать... исходя из характера технологического процесса производства.

С учетом сказанного выше, в качестве одного из компенсирующих мероприятий используется повышение надежности электроснабжение АУП до первой категории особой группы (от трех независимых взаимно резервирующих источников питания используемых для электроснабжения защищаемого технологического оборудования), что позволяет исключить возможность эксплуатации опасного промышленного объекта с обесточенной АУП. Например, п.9.2 стандарта организации СТО Газпром 2-3.5-138-2007 "Типовые технические требования к ГПА и их системам" относит автоматическую противопожарную защиту газоперекачивающего агрегата к особой группе из состава электроприемников первой категории.

Однако способ отнесения электроприемников АУП даже к особой группе из состава электроприемников первой категории (в которую входят электроприемники технологического оборудования защищаемого опасного объекта, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства) не решает всех задач:

- если для электроснабжения технологических и противопожарных систем используются одни и те же источники электроснабжения (при условии, что резервный источник бесперебойного питания сертифицирован в области пожарной безопасности), то не решается задача обеспечения выполнения пожарной автоматикой своих функций при полном аварийном обесточивании объекта, которое может спровоцировать пожар;

- если система противопожарной защиты использует в качестве третьего (резервного) источника электроснабжения только отдельный сертифицированный пожарный блок бесперебойного питания, то не решается задача минимизации издержек, т.к. нормативные документы предполагают использование резервной аккумуляторной батареи, рассчитанной на длительное время работы (в течение 24 ч в дежурном режиме плюс 3 ч работы системы пожарной автоматики в тревожном режиме).

Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели устройства для электроснабжения противоаварийных систем опасного промышленного объекта является, на наш взгляд, способ электроснабжения электроприемников, обеспечивающих сложный непрерывный технологический процесс промышленных предприятий (патент РФ RU 2 352 046 С1). Способ электроснабжения электроприемников по патенту РФ N RU 2352046 С1 предусматривает повышение надежности электроснабжения за счет выделение в отдельную группу электроприемников, для которых недопустимы нормативные отклонения параметров электроснабжения, и обеспечения их электроснабжения от дополнительного независимого взаимно резервируемого источника питания с требуемыми характеристиками. Указанный дополнительный источник (который можно позиционировать как "внутренний", т.к. он располагается в непосредственной близости от питаемой отдельной группы электроприемников, в одном технологическом боксе) является основным для указанной отдельной группы электроприемников. При этом внешние независимые взаимно резервирующие источники питания являются резервными для данной отдельной группы. Электроснабжение остальных электроприемников (в том числе особой группы электроприемников, обеспечивающих безаварийный останов), не критичных к нормативным отклонениям параметров, осуществляется как от двух внешних независимых взаимно резервирующих внешних источников питания, так и указанного выше дополнительного независимого взаимно резервируемого источника питания. Предложенное патентом РФ N RU 2352046 С1 выделение отдельной группы электроприемников надежности электроснабжения (с обеспечением их основного электроснабжения от дополнительного независимого взаимно резервируемого источника питания, характеристики которого согласованы с характеристиками электроприемников и расположенного в непосредственной близости от указанных электроприемников) позволяет обеспечить работоспособность сложного промышленного процесса при любых (нормативных или недопустимых) возмущениях со стороны внешнего электроснабжения.

Однако нормативные документы и способ электроснабжения электроприемников по патенту РФ RU 2352046 С1 не предусматривают выделение в специальную подгруппу защиты (из состава особой группы первой категории надежности электроснабжения) электроприемников систем противопожарной защиты, которым необходимо аварийное электропитание на время, необходимое для выполнения задач борьбы с пожарами и взрывами, которые может спровоцировать полное аварийное обесточивание сложного непрерывного технологического процесса промышленного предприятия.

Задача, стоявшая перед разработчиками настоящей полезной модели, заключалась в создании экономичного устройства для обеспечения аварийного электроснабжения электроприемников противоаварийных систем на время, необходимое для выполнения задач активной борьбы с пожарами и взрывами, которые может спровоцировать полное аварийное обесточивание опасного промышленного объекта.

РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Рассматриваемая задача решается за счет использования дополнительного аварийного источника бесперебойного питания (ИБП) с необслуживаемыми аккумуляторами, расположенного рядом с электроприемниками противоаварийных систем (что позволяет снизить влияние на надежность электроснабжения внешних факторов), автоматически подключаемого для обеспечения аварийного электроснабжения противоаварийных систем на время необходимое для выполнения задач борьбы с такими пожарами и взрывами, которые может спровоцировать полное аварийное обесточивание опасного промышленного объекта.

При этом относительно небольшая требуемая емкость аварийной батареи (т.к. она используется в дополнение к имеющимся трем независимым взаимно резервирующим источникам электроснабжения) позволяет без значительных затрат использовать наиболее надежные необслуживаемые аккумуляторы для аварийного электроснабжения противоаварийных систем, что существенно снижает вероятность воздействия человеческого фактора на надежность аварийного электроснабжения противоаварийных систем (в первую очередь АУП).

Использование дополнительных аварийных ИБП с надежными необслуживаемыми аккумуляторами, расположенных рядом с электроприемниками противоаварийных (в первую очередь противопожарных) систем, автоматически подключаемых для обеспечения аварийного электроснабжения противоаварийных систем на время, необходимое для выполнения задач по борьбе с такими пожарами и взрывами, к которым может привести полное аварийное нарушение электроснабжения опасного промышленного объекта, позволяет при минимальных затратах повысить живучесть защищаемого объекта при аварии. В этом заключается технический результат заявляемого технического решения.

Указанный результат достигается за счет того, что устройство для электроснабжения противоаварийных систем опасного промышленного объекта выполняется в виде вводно-распределительного устройства для электроснабжения специальной подгруппы электроприемников, выделенной из электроприемников первой категории особой группы надежности электроснабжения, используемой для борьбы с возгораниями, пожарами и взрывами, к которым может привести аварийное исчезновение электроснабжение опасного промышленного объекта, электроснабжение которого осуществляется от трех независимых взаимно резервирующих источников электроснабжения, отличающееся тем, что устройство содержит аварийный источник бесперебойного питания, связанный через контрольно-коммутирующую аппаратуру со всеми независимыми взаимно резервирующими источниками электроснабжения опасного промышленного объекта и со специальной подгруппой электроприемников с возможностью осуществления в автоматическом режиме электроснабжения специальной подгруппы электроприемников:

- как электроприемников первой категории особой группы надежности электроснабжения от трех независимых взаимно резервирующих источников электроснабжения;

- с дополнительного аварийного источника бесперебойного питания, после аварийного исчезновения всех входных независимых взаимно резервирующих напряжений на время, необходимое для выполнения противоаварийными системами своих функций по борьбе с пожарами и взрывами при полном аварийном обесточивании защищаемого объекта.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - блок-схема способа электроснабжения электроприемников противоаварийных систем опасных промышленных объектов;

Фиг.2 - блок-схема устройства для электроснабжения противоаварийных систем опасного промышленного объекта.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

На Фиг.1 представлен в виде блок-схемы предпочтительный вариант последовательности действий (этапов) для реализации аварийного электроснабжения электроприемников противоаварийных (в первую очередь противопожарных) систем опасных промышленных объектов, где:

1-ый этап - определяют возможные сценарии развития аварийной ситуации при полном аварийном отключении электроснабжения на запитанном по первой категории особой группы надежности электроснабжения опасном промышленном объекте.

2-ой этап - определяют противоаварийные (в первую очередь противопожарные) системы опасных промышленных объектов, которые необходимо задействовать, если развитие аварийной ситуации при полном аварийном отключении электроснабжения привело к пожарам или взрывам.

3-ий этап - определяют, для включения в специальную подгруппу защиты из состава особой группы первой категории надежности электроснабжения, перечень электроприемников противоаварийных (в первую очередь противопожарных) систем, которые будет необходимо обеспечить аварийным электропитанием при полном аварийном отключении электроснабжения опасного промышленного объекта.

4-ый этап - определяют время, в течение которого противоаварийные системы должны активно (потребляя энергию) бороться с пожарами и взрывами, вызванными полным аварийным отключением электроснабжения опасного промышленного объекта.

5-ый этап - исходя из характеристик электроприемников, включенных в специальную подгруппу защиты, и времени, в течение которого необходимо обеспечить аварийное электроснабжение противоаварийных систем, определяют характеристики аварийных источников бесперебойного питания с необслуживаемыми аккумуляторами.

6-ый этап - обеспечивают размещение выбранных аварийных источников бесперебойного питания с необслуживаемыми аккумуляторами рядом с питаемыми электроприемниками, включенными в специальную подгруппу защиты.

7-ой этап - выполняют подключение выбранных аварийных источников бесперебойного питания с необслуживаемыми аккумуляторами к электроприемникам, включенным в специальную подгруппу защиты, так, что обеспечивается автоматически подача питание на электроприемники противоаварийных систем после аварийного исчезновения входных независимых взаимно резервирующих напряжений на время, необходимое для выполнение противоаварийными системами своих функций по борьбе с пожарами и взрывами при полном аварийном обесточивании объекта.

На Фиг.2 представлен предпочтительный вариант блок-схемы устройства для электроснабжения противоаварийных систем, где:

8 - первый внешний независимый взаимно резервирующий источник питания;

9 - второй внешний независимый взаимно резервирующий источник питания;

10 - третий внешний независимый взаимно резервирующий источник питания;

11 - электроприемники технологического оборудования опасного промышленного объекта;

12 - контрольно-коммутирующая аппаратура; 13 - аварийный источник бесперебойного питания с необслуживаемыми аккумуляторами;

14 - электроприемники противоаварийных систем. Заявляемая полезная модель осуществляется следующим способом: электроснабжение электроприемников противоаварийных (в первую очередь противопожарных) систем опасных промышленных объектов, используемых для борьбы с такими пожарами и взрывами, к которым может привести полное аварийное отключение электроснабжения на запитанном по первой категории особой группы надежности электроснабжения опасном промышленном объекте, обеспечивается последовательностью действий, приведенной в блок схеме (см. Фиг.1).

Предпочтительный вариант схемы устройства для электроснабжения противоаварийных (в первую очередь противопожарных) систем опасного промышленного объекта (см. Фиг.2) предусматривает, что вводно-распределительное устройство с аварийным источником бесперебойного питания запитано параллельно электроприемникам технологического оборудования опасного промышленного объекта 11 по первой категории особой группы надежности электроснабжения. При этом напряжение внешних независимых взаимно резервирующих источников питания 8, 9, 10 поступает на вход электроприемников противоаварийных систем 14 через контрольно-коммутирующую аппаратуру 12. Одновременно к контрольно-коммутирующей аппаратуре 12 подключен аварийный источник бесперебойного питания 13. Контрольно-коммутирующая аппаратура 12 обеспечивает как электропитание аварийного источника бесперебойного питания 13, так и подачу выходного напряжения аварийного источника бесперебойного питания 13 на вход электроприемников противоаварийных систем 14 при аварийном исчезновении всех напряжений от внешних независимых взаимно резервирующих источников питания 8, 9, 10.

Аварийное электроснабжение противоаварийных систем (согласно Фиг.1) может быть рекомендовано к использованию при организации схемы электроснабжения (согласно Фиг.2) электроприемников автоматических установок пожаротушения, систем оповещения и управления эвакуацией персонала с аппаратурой аварийного видеоконтроля, обеспечивающих безопасность газотурбинных технологических установок, выполненных на базе горячего взрывоопасного газотурбинного двигателя (ГТД). Такие, применяющие в качестве топлива природный газ, ГТД используются в качестве силового привода в газотурбинных газоперекачивающих агрегатах и газотурбинных электростанциях на объектах газо-нефтяного комплекса.

При этом характер технологического процесса на газотурбинных технологических установках таков, что инцидент с несанкционированным обесточиванием всего технологического оборудования (например, из-за срабатывания защитных устройств в цепях электропитания) в процессе работы может действительно вызвать аварийную ситуацию (в том числе пожар или взрыв). Например, опасно нештатное обесточивание вентиляторов, выполняющих продувку воздухом кожуха взрывоопасного горячего газотурбинного двигателя (при нормальной работе безопасность обеспечивается разбавлением газовоздушной смеси под кожухом газотурбинного двигателя воздухом до безопасных концентраций вблизи потенциальных источников воспламенения). При отключении такой продувки даже небольшая утечка топливного горючего газа (незаметная при нормальной работе вентиляторов обдува двигателя) может создать взрывоопасную концентрацию вблизи источника воспламенения ("горячего" элемента конструкции газотурбинного двигателя).

Заявляемая полезная модель устройства аварийного электроснабжения электроприемников противоаварийных систем опасных промышленных объектов построена на выделении указанных электроприемников в специальную подгруппу защиты (из состава особой группы первой категории надежности электроснабжения), для аварийного электроснабжения которой используются дополнительные источники бесперебойного питания с необслуживаемыми аккумуляторами, расположенные вблизи питаемых электроприемников, которые автоматически подают питание на электроприемники противоаварийных систем после аварийного исчезновения входных независимых взаимно резервирующих напряжений как переменного тока, так и постоянного тока на время, необходимое для выполнение противоаварийными системами своих функций по борьбе с такими пожарами и взрывами, которые могут быть вызваны полным аварийным обесточивании опасного промышленного объекта.

Заявляемая полезная модель устройства аварийного электроснабжения электроприемников противоаварийных систем опасных промышленных объектов имеет преимущество, когда, исходя из характера технологического процесса производства, необходимы компенсирующие мероприятия, повышающие при минимальных затратах, живучесть защищаемого объекта в борьбе с такими пожарами и взрывами, которые могут быть вызваны полным аварийным обесточиванием объекта.

Настоящая полезная модель была подробно описано со ссылкой на предпочтительный вариант его осуществления, однако, очевидно, что она может быть осуществлена в различных вариантах, не выходя за рамки заявленного объема правовой охраны, определяемого формулой полезной модели.

Устройство для электроснабжения противоаварийных систем опасного промышленного объекта, выполненное в виде вводно-распределительного устройства для электроснабжения специальной подгруппы электроприемников, выделенной из электроприемников первой категории особой группы надежности электроснабжения, используемой для борьбы с возгораниями, пожарами и взрывами, к которым может привести аварийное исчезновение электроснабжения опасного промышленного объекта, электроснабжение которого осуществляется от трех независимых взаимно резервирующих источников электроснабжения, отличающееся тем, что устройство содержит аварийный источник бесперебойного питания, связанный через контрольно-коммутирующую аппаратуру, со всеми независимыми взаимно резервирующими источниками электроснабжения опасного промышленного объекта и со специальной подгруппой электроприемников с возможностью осуществления в автоматическом режиме электроснабжения специальной подгруппы электроприемников:

- как электроприемников первой категории особой группы надежности электроснабжения от трех независимых взаимно резервирующих источников электроснабжения;

- с дополнительного аварийного источника бесперебойного питания, после аварийного исчезновения всех входных независимых взаимно резервирующих напряжений на время, необходимое для выполнения противоаварийными системами своих функций по борьбе с пожарами и взрывами, при полном аварийном обесточивании защищаемого объекта.