Автоматизация работы электрообессоливающей установки

Главным аппаратом установки является электродегидратор - емкость, снабженная электродами, к которым подводится переменный ток высокого напряжения. В эксплуатации на промысловых и заводских установках ЭЛОУ находятся электродегидраторы различных конструкций: вертикальные, шаровые и горизонтальные.

Вертикальный электродегидратор (рис. 2) представляет собой цилиндрический сосуд диаметром 3 м, высотой 5 м и объемом 30 м3. Внутри находятся электроды - металлические пластины, подвешенные на фарфоровых изоляторах. Ток подается к электродам от двух повышающих трансформаторов мощностью по 5 ква (киловольтампер) каждый. Напряжение между электродами от 15 до 33 кв.

Сырье вводится в электродегидратор через вертикальную, вмонтированную по оси аппарата трубу, которая на половине высоты дегидратора заканчивается распределительной головкой. Головка устроена так, что через ее узкую кольцевую щель эмульсия нефти и воды вводится в виде тонкой веерообразной горизонтальной струи. Обработанная нефть выводится в центре верхнего днища электродегидратора, а отстоявшаяся вода - через нижнее днище.

Рис.3. Схема устройства электродегидратора 2ЭГ-160 (поперечное сечение): 1 - корпус, 2 - маточник ввода нефти; 3 -решетчатые электроды; 4 - подвески электродов; 5 - проходной высоковольтный изолятор; 6 - коллектор для вывода нефти; I-II - сырая обезвоженная нефть; III - дренажная вода

Недостатком вертикальных электродегидраторов, приведшим к их вытеснению более современными конструкциями, является низкая производительность, недостаточно высокая температура обессоливания. Из-за низкой производительности на установках ЭЛОУ приходилось соединять параллельно 6-12 аппаратов.

Наиболее эффективной и получившей наибольшее распространение конструкцией стали горизонтальные электродегидраторы ВНИИнефтемаш типа 2ЭГ-160 (рис. 3). Они имеют диаметр 3,4 м, длину около 18 м, рассчитаны на давление 1,8 МПа и включают два решетчатых электрода, подвешенных через изоляторы к корпусу аппарата.

Электроды представляют собой горизонтальные решетки, сваренные из металлических прутков диаметром 15-18 мм, с окном решетки 150 х 150 мм или 200 х 200 мм. Одна из решеток соединена с корпусом аппарата (нулевой электрод), а к другому подведено высокое напряжение (20 - 30 кВ).

Устройство электродегидраторов, используемых при промысловой подготовке нефти (обезвоживании), несколько иное и также отличается большим разнообразием. Схема одной из современных конструкций показана на рис. 4

Рис. 4. Промысловый элсктродегидратор нефти:

1 - корпус; 2 - огневая нагревательная труба; 3 - электроды; 4 - пакет коалесцирующих пластин; 5- карман отвода обезвоженной нефти; 6 и 7- перегородки; I- водный слой; II -нефть; III - газовая подушка

В аппарате совмещены три зоны, слева от перегородки 6 - термическая, где нефть нагревается и крупные капли оседают, между перегородками б и 7, где для коалесценции капель используется электрическое поле, и справа от перегородки 7 - зона механической коалесценции за счет фильтрации нефти через пакеты гофрированных пластин из полистирола (гофры под углом 30 - 60 ° расположены поперечно у смежных пакетов) Сочетание этих зон дает большой эффект как по производительности аппарата, так и по глубине обезвоживания Температура нефти после зоны нагрева обычно 65 - 70 °С При начальной обводненности нефти 9 - 10%(мас ) на выходе из такого аппарата содержание воды составляет не более 0,3% [обычно 0,1 - 0,25%(мас) Размеры аппарата диаметр - 2,4 м, длина - 7,6 м

Технологический режим глубокого обезвоживания и обессоливания нефти на ЭЛОУ (см. рис. 1) зависит от конкретной нефти и для нескольких различных по составу нефтей приведен в табл. 1. Температура и давление процесса обессоливания во многом зависят от конструкции аппарата. Большое значение имеют свойства обессоливаемой нефти. Многие нефти хорошо обессоливаются при 70-90°С. Однако для таких нефтей, как ромашкинская, особенно в тех случаях, когда они поступают с промыслов плохо подготовленными, приходится повышать температуру обессоливания до ПО-160°С. Повышение температуры обессоливания увеличивает электрическую проводимость и силу тока, усложняет условия работы изоляторов.

Если нефть содержит большое количество органических кислот, то в нефть (после ЭЛОУ или на ее последнюю ступень) подают раствор щелочи обычно в количестве 1 - 5 г/т (из расчета обеспечения рН 5,5 - 7,0).

Важным элементом технологии установок ЭЛОУ является промывная вода. Для того чтобы сократить или свести до нуля использование пресной воды из внешних источников (водопровода, реки), в качестве свежей воды на ЭЛОУ подают технологические конденсаты водяного пара, образующиеся на установке перегонки нефти, в состав которой входит блок ЭЛОУ, а также конденсаты с других технологических установок (каталитического крекинга, гидроочистки и др.). Конденсат с установки перегонки нефти используют обычно без специальной обработки, конденсаты с других установок часто содержат сульфиды и гидросульфиды аммония, которые при нагревании распадаются на сероводород и аммиак. Такие конденсаты перед подачей на ЭЛОУ продувают водяным паром для отдувки сероводорода и аммиака.[3]

2. Составление структуры АСУ ТП ЭЛОУ

В АСУ ТП используется обычно четырехуровневая организация системы контроля и управления.

1) Уровень возникновения информации - по оборудованию это, в основном, датчики (первичные преобразователи), исполнительные механизмы. На этом уровне формируется первичная информация, поступающая в систему АСУ ТП, на этот уровень адресуются управляющие воздействия.

2) Уровень контроля и управления технологическим процессом. Данный уровень предлагается как достаточно автономный, который при отсутствии связи с верхним уровнем способен работать достаточное время без потери информации и осуществлять автономное управление - в обычном режиме и в аварийном. В качестве оборудования, здесь программируемые логические контроллеры, в качестве программного обеспечения - средства программирования этих контроллеров. На этом уровне, возможно, также производить переконфигурирование контроллеров и получать локальное отображение хода технологического процесса на специальные устройства вывода.

3) Уровень человеко-машинных интерфейсов (Man-Machine Interface - MMI) и операторского контроля и межпроцессового взаимодействия (это так называемые SCADA-системы - Supervisory Control And Data Acquisition - операторский контроль и представление данных). На этом уровне в качестве оборудования используются рабочие станции оператора на RISC- или Intel-платформе, в зависимости от информационной нагруженности и требуемой надежности данного узла. Программное обеспечение представлено специальными продуктами для написания и конструирования SCADA-систем.

4) Последний, четвертый уровень - уровень информации необходимой для управления предприятием. Это уровень интегрированной информационной системы предприятия, корпоративной базы данных и крупных финансовых предложений. По оборудованию этот уровень представлен файл-сервером, сервером базы данных, клиентскими компьютерами пользователей. Программными обеспечениями этого уровня являются СУБД архитектуры «клиент-сервер», большие финансовые приложения, корпоративная база данных предприятия. Данные с нижних уровней поступают сюда в предварительно обработанном виде. Взаимодействие уровней 3 и 4 обеспечивает организацию общего информационного пространства, объединение промышленных сетей сбора данных и информационных сетей общего назначения.

В данном курсовом проекте применяются только первые 3 уровня АСУ ТП.

Технологический объект управления установка ЭЛОУ является взрывоопасным объектом, поэтому при проектировании системы автоматизации следует учитывать требования безопасности для опасных объектов данного типа. Структура системы автоматизации с учетом требований безопасности приведена на рис.5.

Рис.5 Барьеры искрозащиты располагаются в отдельной стойке

3. Выбор аппаратно-программных средств

Разработанная схема АСУ ТП выглядит следующим образом (рис.6)

Рис.6 Profibus PA протокол полевой шины Profibus

Использует уровни модели OSI:

· 1 -- физический уровень -- отвечает за характеристики физической передачи

· 2 -- Канальный уровень -- определяет протокол доступа к шине

· 3 -- уровень представления -- отвечает за прикладные функции

Данная сеть была спроектирована для высокоскоростной передачи данных между устройствами. В данной сети центральные контроллеры (программируемые логические контроллеры и PC) связаны с их распределенными полевыми устройствами через высоко скоростную последовательную связь. Большинство передач данных осуществляется циклическим способом.

В качестве ведущего устройства могут использоваться контроллеры. Как ведомые устройства, могут использоваться различные приводы, клапаны.

С помощью Profibus PA могут быть реализованы Mono и MultiMaster системы. Основной принцип работы заключается в следующем: центральный контроллер (ведущее устройство) циклически считывает входную информацию с ведомых устройств и циклически записывает на них выходную информацию. При этом время цикла шины должно быть короче, чем время цикла программы контроллера, которое для большинства приложений составляет приблизительно 10 мсек. В дополнение к циклической передаче пользовательских данных Profibus PA предоставляет мощные функции по диагностике и конфигурированию. Коммуникационные данные отображаются специальными функциями как со стороны ведущего, так и со стороны ведомого устройства.

В отличае от Profibus DP, Profibus PA искробезопасн и способн по одним и тем же проводам передавать как данные, так и электропитание для подключенных к сети устройств, что позволяет использовать его во взрывоопасных зонах.

Сетевой коммутатор или свитч, свич (от англ. switch -- переключатель) устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передает данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались. Свич работает на канальном уровне модели OSI.

Ethernet (этернет, от лат. aether -- эфир) -- пакетная технология компьютерных сетей, преимущественно локальных.

Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде -- на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3.

3.1 Выбор программных средств

Из всех программных средств представленных на рынке я выбрала SCADA КРУГ-2000 версия 4.0 из за ряда преимуществ:

1. Российские производители обычно продают всё одним пакетом, в свою очередь многие импортные SCADA\HMI - пакеты разбиты на отдельные продукты которые обычно продаются отдельно т.е. например - отдельно программа для "рисования экранов" мнемосхем, отдельно СУБД для хранения технологических параметров, отдельно ПО для программирования контроллеров, отдельно ПО для организации периодических процессов и т.п. предполагается что потребитель сам купит то что ему нужно. Однако для более менее нормальной работы необходимо приобретать всё (или почти всё).

2. Применение в проектировании и производстве однородных программно-технических средств, адаптированных к российским условиям, позволяет существенно снизить совокупную стоимость владения и обеспечить высокий экономический эффект от внедрения продукции.

3. Обеспечение более высокой надежности управления и точности передачи измеряемых величин в распределенных системах управления с сохранением высокой производительности обработки данных.

4. Повышение надежности системы. Улучшен алгоритм работы «Сервиса перезапуска» и новой платы перезапуска «WatchDog-USB 2.0 (WD-U 2.0)». Это обеспечивает более надёжный механизм запуска/останова/перезапуска процессов автоматизированной системы при «выходе» ресурсов за допустимые границы.

5. Мастер создания базы данных. Мастер создания базы данных значительно экономит время и превращает процесс создания базы данных в последовательность шагов, понятных и удобных для разработчика автоматизированной системы.

6. Событийные тренды и хранение архива событий на контроллере. Усовершенствованный механизм ведения трендов. Функция хранения трендов в контроллере позволяет гарантировать сохранность данных при обрывах связи между УСО и SCADA, регистрировать и передавать в SCADA реальные временные метки изменения параметров в контроллере, значительно уменьшить нагрузку на сеть за счёт асинхронного режима передачи данных. При регистрации событий, связанных с изменением значений физических переменных, используется именно время непосредственного изменения переменной, а не время регистрации данного события в автоматизированной системе.

SCADA КРУГ-2000 - это программный продукт для создания систем мониторинга, управления и сбора данных (Supervisory, Control And Data Acquisition), функционирующих на базе компьютеров, совместимых с IBM PC, под управлением операционной системы Windows.

Программное обеспечение (ПО) SCADA КРУГ-2000 имеет мощную базу данных, удобный и простой графический интерфейс, среду разработки программ пользователя КРУГОЛ, модульную среду исполнения и современные средства экспорта/импорта данных.

Базовые функции:

· Контроль, в том числе виброконтроль и контроль температур

· Авторегулирование

· Технологические защиты и технологические блокировки

· Регистрация аварийных ситуаций

· Логическое управление

· Визуализация информации

· Архивирование данных

· Резервирование станций операторов, серверов и сетей

· Связь с устройствами "третьих" фирм

· Связь с системами управления предприятием (MES, ERP)

· Диагностика

· Синхронизация системного времени

· Конфигурирование и настройка on-line и off-line

· Интеграция с АСУЭ и АСКУЭ

Функции сервера SCADA КРУГ-2000:

· Загрузка, ведение БД и предоставление доступа к ней клиентским приложениям.

· Опрос УСО и обработка полученных значений.

· Диагностика каналов связи и сетей.

· Регистрация событий системы и ведение протокола событий.

· Ведение трендов.

· Зеркализация данных и резервирование серверов БД .

· Резервирование сетей связи с УСО.

· Хранения и обработка архивов трендов, протоколов событий и печатных документов.

обессоливание обезвоживание нефть установка

3.2 Выбор контроллеров

Выбор контроллеров для распределенной системы управления обусловлен большим числом разнородных факторов, зависящих прежде всего от того, является ли система вновь проектируемой или решаются задачи модернизации существующей системы.

Среди требований к техническому обеспечению выделим основные требования к контроллерам с учетом специфики и тенденций развития ПЛК.

Технические характеристики контроллера, соответствующие требованиям проекта. К наиболее важным характеристикам относятся параметры процессорного модуля (тип и быстродействие процессора, объем памяти и пр.), наличие сопроцессора, время выполнения логической команды, наличие сторожевого таймера, часов реального времени, число встроенных и наращиваемых входов-выходов, наличие в контроллере необходимого числа модулей (ввода-вывода, специальных, коммуникационных), среда программирования контроллера (удобство и простота программирования). Ряд фирм поставляют программные пакеты для конфигурирования, программирования и отладки ПО контроллеров (например, Concept фирмы Schneider Electric, STEP7 фирмы Siemens, NAIS Control 1131 фирмы Matsushita, "Полигон" фирмы Промавтоматика и т.д.).

Также важным показателем контроллера является возможность резервирования модулей и плат, диагностика состояния контроллера и др. факторы (светодиодная индикация каналов и режимов работы, наличие панели визуализации и клавиатуры, гальваническая изоляция по входам и выходам, степень защиты контроллера и др.),.

Модульность структуры контроллера. После расчета каналов ввода-вывода (аналоговых и дискретных) следует сделать выбор типа контроллера моноблочный, модульный, PC-base контроллер. Моноблочный контроллер, имеющий, как правило, небольшое число встроенных дискретных входов-выходов и от одного до четырех аналоговых входов-выходов, может использоваться автономно или с дополнительными модулями ввода-вывода сигналов, с организацией обмена данными с контроллером по внутреннему интерфейсу (MPI и др.) или через коммуникационный порт по сети. При выборе модульного контроллера обеспечивается большее число каналов ввода-вывода, повышается функциональная надежность контроллера за счет функций самодиагностики, упрощается обслуживание контроллера, допускающее в ряде случаев "горячую" замену модулей (без выключения питания) и ряд др. При выборе PC-base контроллера значительно повышается за счет возможностей ПО многофункциональность контроллера, удобство программирования, снижается его стоимость. Однако при этом снижается надежность системы и ее способность к дальнейшему расширению.

Модульность контроллера с использованием мезонинных модулей ввода-вывода по стандартам Industry Pack и ModPack, специальных модулей различного назначения, является одной из тенденций развития контроллеров.

В случае модернизации существующей системы управления может быть рекомендована замена существующего контроллера на его новые модификации, которые, как правило, бывают полностью совместимы.

Соответствие Международным стандартам. Имеется ввиду выбор контроллера, соответствующего Международному стандарту качества ISO 9001, стандартам шинной архитектуры контроллера (VME, PCI, CompactPCI, MicroPC, PC/104 и др.), стандартным протоколам связи промышленных сетей (Profibus, Modbus, Interbus, CAN, Bitbus и др.), стандартам связи с полевыми приборами (HART-протокол, AS-интерфейс, Fieldbus Foundation, RS-485 и др.), стандартам на ОС РВ (QNX, OS 9000, VxWorks и др.), стандартам на программное обеспечение контроллеров (IEC 61131-3), стандартам на степень защиты корпуса (IEC 529), на габаритные размеры (IEC 297 -- 19"-конструктивы, Евромеханика и IEC 917 -- метрические конструктивы), на ударо- и вибропрочность (IEC 68-2) и др. В ряде случаев допускается соответствие отдельных показателей (например, габаритных размеров, показателей электропитания и др.) отраслевым стандартам (ТУ, ГОСТ).

В случае использования разработок на территории России необходимы сертификаты соответствия Госстандарта России на соответствие требованиям ГОСТ и разрешение Госгортехнадзора на применение в составе систем автоматизации на поднадзорных объектах.

Связь контроллера с верхним уровнем РСУ по интерфейсу Ethernet. Интерфейс Ethernet получил широкое распространение как интерфейс связи средств автоматизации от нижнего до верхнего уровней системы управления. Этот интерфейс обеспечивает высокую скорость передачи данных, низкую стоимость, поддерживается подавляющим большинством производителей программного и аппаратного обеспечения. Через сеть Ethernet серверы и операторские станции верхнего уровня управления предприятием получают непосредственный доступ к данным параметров технологического процесса. При наличии SCADA-системы, установленной на операторской станции, используется клиент- серверная архитектура связи, при которой SCADA-клиент получает прямой доступ к данным процесса с помощью ОРС-сервера. Использование, например, протокола на базе технологии Ethernet Modbus/TCP позволяет легко интегрировать контроллеры со SCADA-системами, поддерживающими протокол Modbus (без необходимости дополнительного драйвера для контроллера).

Дальнейшим развитием связи контроллеров с удаленными операторскими станциями является использование сети Internet и GSM- технологии.

PC-base контроллеры со встроенной SCADA-системой. Наличие у PC-base контроллера встроенной SCADA-системы (в настоящее время это Trace Mode и MasterSCADA) позволяет значительно ускорить процесс настройки проекта и повысить эффективность представления информации, снизить затраты на приобретение дорогостоящей SCADA-системы и коммуникационных интерфейсов. К таким контроллерам относятся российские контроллеры Р130 ТМ, Ломиконт ТМ, Лагуна, Теконик и др. При этом следует помнить, что применение PC-base контроллеров оправдано лишь при решении небольших задач, при отсутствии жестких требований к надежности системы, либо при ограниченных финансовых возможностях. При решении задач управления сложными ответственными процессами, характеризующимися множеством контролируемых и управляемых величин и их физической распределенностью в пространстве, с повышенными требованиями к надежности системы управления, следует отдавать предпочтение классическим модульным ПЛК. В этом случае следует сформулировать условия для выбора той или иной SCADA-системы.

Наличие у контроллера режима автонастройки параметров регулятора. Для ускорения процессов ввода в эксплуатацию систем регулирования, особенно в случае автоматизации малоизученных объектов управления, крайне важно в структуре ПО контроллера наличие режима автонастройки параметров ПИД-регулятора -- коэффициента усиления, постоянной времени интегрирования Ti (постоянная времени дифференцирования Td, как правило, устанавливается программно в соотношении с полученным значением времени интегрирования, Td = Ti/4,5). Известен ряд методик определения параметров настройки регулятора от классических до оригинальных. Известны режимы настройки параметров адаптивных регуляторов и других алгоритмов управления.

Показатели надежности и экономические показатели. К показателям надежности относятся время наработки на отказ (желательно иметь 100 тыс. часов и более), срок службы (10 лет и более), ремонтопригодность (возможность легкой замены модулей, блоков) и др. Повышение надежности и точности достигается за счет средств диагностики, прогнозирования отказов, режимов безударного переключения, "горячего" резервирования, гальванической развязки, дублирования и троирования аппаратных средств, рестарта ПО и др. методами.

Таким образом, по данной методики выбран модульный контроллер фирмы Advantage Adam-8000.

Основными отличиями контроллеров серии ADAM-8000 (рис. 7) являются возможность работы в сетях Fieldbus MPI, Profibus-PA, DeviceNet, Modbus/TCP и CANopen, а также полная программная совместимость с контроллерами Simatic S7-300 фирмы Siemens.

Рис. 7

В то же время модули ADAM-8000 являются более компактными. Программирование контроллеров возможно как с помощью стандартного пакета Simatic Manager на языке STEP7 фирмы Siemens, так и с помощью пакетов ADAM-WinPLC7 и ADAM-WinNCS. Для визуализации процесса используется программное обеспечение SCADA.

Таким образом, благодаря интеграции с популярными контроллерами Simatic S7-300 и доступным программным обеспечением появляется возможность использования модулей ADAM-8000 в структуре систем на базе контроллеров S7-300, а также возможность создания недорогих распределенных систем сбора данных и управления на всех уровнях автоматизации предприятия.

В состав серии входит 10 типов CPU, совместимых со STEP7, в том числе 3 CPU с памятью (ОЗУ) от 32 до 128 кбайт и интерфейсом MPI, 3 аналогичных CPU с интерфейсом Ethernet, 3 аналогичных CPU с интерфейсом Profibus-PА master со скоростью обмена от 9600 бит/с до 12 Мбит/с и 1 PCI-слот с ОЗУ -- 512 кбайт, интерфейсы MPI и Profibus-PA master.

Архитектура PLC-контроллера включает до 32-х модулей ввода-вывода на специальной шине и один модуль CPU с интерфейсом Ethernet. В случае отказа от использования ПО STEP7 возможна реализация PS-base контроллера ADAM-8000.

При этом в качестве CPU используется плата в формате PC-104+, а программирование может осуществляться с помощью ПО Ultralogik.

При установке вместо CPU Profibus-PA Slave-модуля пользователь получает многофункциональную станцию распределенного ввода-вывода, аналогичную станции ЕТ-200 фирмы Siemens.

Помимо модулей CPU серия ADAM-8000 содержит 8 типов коммуникационных модулей (Profibus-PA Master, Profibus-PA Slave, CANopen Master, CANopen Slave, DeviceNet Slave, Modbus), 8 модулей дискретного ввода, 6 модулей дискретного вывода, 3 выходных релейных модуля, 3 модуля аналогового ввода, 1 модуль аналогового вывода, 1 модуль аналогового ввода-вывода и 1 модуль счетчика. В таблице 2 представлены характеристики модулей ввода-вывода ADAM-8000.

Таблица 2. Характеристики модулей ввода-вывода серии ADAM-8000

Данный контроллер выбран для управления нефтегазосепараторами, дренажными емкостями, резервуарами, подачей деэмульсатора, печами нагрева. Как правило, при проектировании интегрированных систем, количество входов/выходов контроллера берётся на 15% больше реального количества входов/выходов объекта управления для возможной модернизации. Поэтому для каждого из перечисленных объектов выбирается контроллер ADAM-8000, два модуля аналоговых входов ADAM 8231-1BD52, два модуля дискретных выходов ADAM 8221-1BF00, коммуникационный модуль Profibus-PA Slave

3.3 Выбор контроллера электродегидраторов

Каждый из электродегидраторов (рис.8), включенных в схему содержит в комплекте силовую часть, состоящую из трех трансформаторов. В зависимости от показаний влагометра 7 и прибора контроля раздела фаз вода-нефть 6, блок управления электродегидратором подключает соответствующие трансформаторы 2, 3, 4. Напряжение может варьироваться от 22кВ до 27кВ, ток от 132-120 А соответственно.

Промышленностью выпускается специальный блок управления электродегидраторами ЭИП БУ-02 (рис.9), предназначен для: задания параметров режимов работы, осуществления операций управления, контроля и индикации параметров высоковольтных источников питания.

Характеристики

· работа по физическим интерфейсам RS-232 и RS-485

· настройка параметров работы драйвера

· чтение параметров и сигнализаций из устройства

· диагностика наличия связи с устройством возможность включения/выключения обмена с устройством посредством переменной БД.

Рис.9

Для контроля влажности нефти выбран влагометр ВСН-2. Влагомеры сырой нефти ВСН-2 с диапазонами измерения объёмной доли воды 0-60% и 0-100% предназначены для непрерывного определения содержания воды в нефти, вычисления среднего значения объёмной доли воды в нефти и объёма чистой нефти. Влагомеры сырой нефти серии ВСН-2 устанавливаются на объектах после предварительной сепарации свободного газа.

Измерение объёмной доли воды в нефти влагомерами ВСН-2 осуществляется путём определения полного комплексного сопротивления нефтяной эмульсии, протекающей через первичный измерительный преобразователь (ПИП). Информация о средней влажности и объёме чистой нефти может передаваться на систему телемеханики (сухой контакт), на компьютерную систему по RS-485 (протокол MODBUS) и самопишущий прибор(4-20ma). Вся информация о результатах измерений сохраняется в энергонезависимой памяти прибора.

Для контроля границы раздела фаз выбран прибор ЭЛИТА-1. В основу принципа действия положены зависимость токовой нагрузки электродов электродегидратора от положения уровня раздела сред в аппарате и кондуктометрический метод контроля уровня раздела сред по электропроводности (омическому сопротивлению) среды в зоне установки чувствительных элементов сигнального электрода.

Устройства ЭЛИТА осуществляют:

- Контроль положения границы раздела сред: соленая вода - нефть, соленая вода - светлые нефтепродукты.

- Контроль и регулирование электрического режима электродегидратора.

- Формирования электрического унифицированного аналогового выходного сигнала величиной от 0 до плюс 5.0 мА или от плюс 4.0 до плюс 20.0 мА для систем взаимосвязанного регулирования электрического режима и уровня раздела сред вода - нефть в электродегидраторах.

- Формирования дискретного электрического сигнала двухпозиционного регулирования положения границы раздела сред.

3.4 Управление насосами

Для управления группой насосов выбрана станции управления частотно-регулируемыми электроприводами СУ - ЧЭ. Данная станция управления предназначена для управления группой насосных агрегатов, как в автоматическом, так и в ручном режимах.

Несомненным плюсом представленной станции является то, что она используется при регулировке работы группы насосов с асинхронными электродвигателями. При этом они обеспечивают поддержание необходимого давления в трубопроводе.

Технические данные:

1. Переменный род тока питающей цепи;

2. 50 Гц номинальной частоты сети;

3. 380 В номинального напряжения питания;

4. Не более 5 подключаемых насосных агрегатов;

5. Исполнение IP21-54.

Состав станции:

1. Преобразователь частоты, оснащенный встроенным ПИД-регулятором, который, в свою очередь, обеспечивает плавный пуск, остановку и управление различными электродвигателями станции в функции определенной технологической переменной;

2. Панель сигнализации и управления, позволяющая осуществить выбор нужного режима управления насосными агрегатами и преобразователем частоты, а также визуальный контроль за режимом работы каждого насосного агрегата и преобразователя частоты, при этом панель позволяет оперативно изменять давление на преобразователь частоты прямо с панели управления;

3. Пускозащитная аппаратура, позволяющая осуществлять подключение к выходу преобразователя (сети или частоты) выбранного насосного агрегата, защиту от перегрузок по току и коротких замыканий.

Рис.10

Основные функции:

1. Управление насосами;

2. Поддержание необходимого давления группы насосных агрегатов на выходе;

3. Строгий контроль за работой насосов и переключением на резервный насос в случае аварии рабочего;

4. Переключение насосов в режим работы от сети, в случае неисправности преобразователя частоты ;

5. Управление режимом работы преобразователя частоты через панель управления станции;

6. Возможность запуска и остановки любого из насосов при помощи кнопок в ручном режиме управления прямым пуском от сети.

3.5 Выбор дозировочного блока

Из всех блоков дозирования выбрала блок дозировочный регулируемый БДР Д для подачи деэмульгаторов, потому что при прочих равных условиях его цена ниже.

Блок дозировочный регулируемый для подачи деэмульгаторов предназначен для дозированного ввода жидких деэмульгаторов в трубопровод промысловой системы транспорта и подготовки нефти с целью осуществления внутритрубопроводной деэмульсации нефти.

Всё оборудование блока размещается в теплоизолированном блок боксе со съёмной крышей и разделённым на два изолированных друг от друга отсека - технологического и аппаратурного.

В технологическом отсеке смонтированы:

- ёмкость технологическая безнапорная для хранения и подогрева реагента, оснащённая электрическим обогревателем, визуальным указателем уровня с мерной линейкой, датчиками предельных уровней, заправочной горловиной с фильтром и дыхательным отверстием;

- ёмкость мерная для измерения расхода химреагента (размещена в технологической ёмкости);

- насос шестерёнчатый, осуществляющий заполнение технологической ёмкости химреагентом и периодическое его перемешивание по программе;

- агрегаты электронасосные дозировочные, плунжерные или мембранные, осуществляющие непрерывное объёмное дозирование химреагента.

В аппаратурном отсеке смонтирован шкаф управления и электронагреватель. Оборудование шкафа управления обеспечивает объём автоматизации и контроля для работы без постоянного присутствия обслуживающего персонала с возможностью дистанционного контроля и управления:

- заполнение технологической ёмкости химреагентом и автоматическое отключение шестерёнчатого насоса при заполнении ёмкости, снижении уровня химреагента ниже минимума, превышении давления в нагнетательной линии выше или ниже допустимых значений;

- циклическое перемешивание химреагента и поддержание его температуры в заданных пределах;

- местный контроль давления и температуры химреагента;

- ручное местное управление насосами-дозаторами, вентилятором, электрическими нагревателями, освещением;

- автоматическое отключение насосов-дозаторов при повышении давления и минимальном уровне химреагента в технологической ёмкости;

- поддержание температуры воздуха в отсеках блок-бокса в заданных пределах;

- индикацию аварийного состояния технологического оборудования;

защиту эл. цепей освещения технологического и аппаратурного отсеков от короткого замыкания;

контроль и управление технологическим оборудованием в различных вариантах исполнения с возможностью дистанционного - управления и подключения блока к АСУТП верхнего уровня.

3.6 Выбор датчиков и исполнительных механизмов

При разработки данной системы автоматизации в выборе датчиков давления, температуры и уровнемеров я использовала комплексный подход. Проанализировав датчики нескольких фирм таких как отечественных «Новолаб», «НефтеКип»(специализируются на приборах для химической и нефтяной промышленности), «Тепловодохран», «Метран» и зарубежных Systemair, пришла к выводу что наиболее оптимальный вариант предлагает фирма «Метран». В основе выбора лежит то, что выбранные датчики являются новейшими разработками, использующими новые технологии коммуникации (в частности цифровой выход и Hart-протокол) требуемую технологическим процессом точность (датчики давления применяются для контроля давления в емкостях, резервуарах, аппаратах в системе безопасности, то есть завышенная точность в измерении давления не требуется) и взрывозащищенное исполнение, что очень важно на предприятиях нефтяной отрасли.

3.6.1 Датчики давления

При выборе конкретной модели я сравнила несколько датчиков различных фирм представителей:

Метран 150

Измеряемые среды: жидкости, в т.ч. нефтепродукты; пар, газ, газовые смеси

Диапазоны измеряемых давлений:

минимальный 0-0,025 кПа;

максимальный 0-60 МПа

Выходные сигналы:

4-20 мА с HART-протоколом; 0-5 мА

Основная приведенная погрешность ±0,075%

Диапазон температур окружающей среды от -40 до 80°С

Дополнительная температурная погрешность до ±0,05%/10°С

Диапазон перенастроек пределов измерений 50:1

Высокая стабильность характеристик Взрывозащищенное исполнение вида "искробезопасная цепь'' и "взрывонепроницаемая оболочка" Гарантийный срок эксплуатации - 3 года Внесены в Госреестр средств измерений под №32854-06, сертификат №25415, ТУ 4212-022-51453097-2006

Интеллектуальные датчики давления серии Метран-150 предназначены для непрерывного преобразования в унифицированный токовый выходной сигнал и/или цифровой сигнал в стандарте протокола HART входных измеряемых величин:

- избыточного давления;

- абсолютного давления;

- разности давлений.

Управление параметрами датчика:

- с помощью HART-коммуникатора;

- удаленно с помощью программы H-Master, HART-модема и компьютера или программных средств АСУТП;

- с помощью клавиатуры и ЖКИ.

Улучшенный дизайн и компактная конструкция. Поворотный электронный блок и ЖКИ. Высокая перегрузочная способность. Защита от переходных процессов. Внешняя кнопка установки "нуля". Непрерывная самодиагностика.

WIKA IS-20-H

Выходные сигналы: 4-20 мА

Допустимая температура окружающей среды: -30…+105

Основная приведенная погрешность ±0,25%

ПДТВХ-1-02

Выходные сигналы: 4-20 мА

Верхние пределы измерений, МПа до 100

Пределы допускаемой основной погрешности, % ±0,5%

Допустимая температура окружающей среды: -40…+80

Таким образом ПДТВХ-1-02 не подходит по точности и отсутствию выходного цифрового сигнала. WIKA IS-20-H не подходит по температуре окружающей среды, так как в северных регионах России температура -30 °С и ниже обычное дело. Метран 150 подходит по всем параметрам.

3.6.2 Датчики температуры

При выборе сравнивались несколько модификаций датчиков Метран и ТИН

Метран 280

• Высокая точность

* Высокая стабильность метрологических характеристик

* Выходной сигнал 4-20 мА/HART

* Цифровая передача информации по HART протоколу

* Использование 2-х-проводных токовых линий для передачи сигналов

* Дистанционные управление и диагностика

* Внесены в Госреестр средств измерений под №23410-06, сертификат №24979, ТУ-4211-007-12580824-2002

* Свидетельство о взрывозащищенности электрооборудования

№02.187 Метран-280Exia, №02.188 Метран-280Exd

* Сертификат соответствия

№РОСС RU.ГБ06.В00126 требованиям ГОСТ Р 51330.0, ГОСТ Р 51330.1, ГОСТ Р 51330.10

* Модернизированные ИПТ Метран-280-1

- гальваническая развязка входа от выхода;

- повышенная защита от электромагнитных помех;

- программируемые уровни аварийных сигналов и насыщения;

- конструктив электронного преобразователя обеспечивает высокую надежность при длительной эксплуатации;

- сокращен минимальный поддиапазон измерений.

Интеллектуальные преобразователи температуры (ИПТ) Метран-280 предназначены для точных измерений температуры в составе автоматических систем управления технологическими процессами (АСУ ТП).

Использование ИПТ допускается в нейтральных, а также агрессивных средах, по отношению к которым материал защитной арматуры является коррозионностойким.

Связь ИПТ Метран-280 с АСУ ТП осуществляется:

- по аналоговому каналу - передачей информации об измеряемой температуре в виде постоянного тока 4-20 мА;

- по цифровому каналу - в соответствии с HART-протоколом в стандарте Bell-202.

Для передачи сигнала на расстояние используются 2-х-проводные токовые линии.

Для измерения температуры нефти выбран ряд специализированный термодатчиков серии ТИН. Эти датчики отличаются хорошей надежностью, испытаны в сложных условиях работы на УКПН северных регионов России, обладают высокой точностью.

Danfoss MBT 5252

Выходной сигнал 4-20 мА

Диапазон измерения температуры -50 - +200

Точность: ±0,05%

Выбран датчик Метран 280-1, потому что имеет цифровой выходной сигнал. Датчики фирмы Danfoss дорогие не имеют цифрового сигнала и обладают точностью, которую на данном объекте управления нецелесообразно поддерживать.

3.6.3 Датчики уровня

Радарный уровнеметр Rosemount серии 5600

- Измеряемые среды:

• нефтепродукты, щелочи, кислоты, растворители, водные растворы, алкогольные напитки;

• суспензии, глина, извести, руды и бумажная пульпа;

• гранулированные материалы от руды до пластиковых гранул, мелкодисперсионные порошковые материалы, цемент и пр.

- Температура окружающего воздуха -40…70°С

- Выходные сигналы: 4-20 мА с цифровым сигналом на базе HART-протокола

- Исполнение:

• обыкновенное;

• взрывозащищенное;

- Степень зашиты от воздействия пыли и воды IP66

- Межповерочный интервал - 2 года

- Гарантийный срок эксплуатации - 1 год

- Внесены в Госреестр средств измерений под №25548-03, сертификат №15817

Радарные уровнемеры серии 5600 - интеллектуальные приборы для бесконтактных измерений уровня различных продуктов в резервуарах и емкостях любого типа и размеров. Рекомендуются для технологического учета продуктов с погрешностью измерений уровня ±5 мм. Серия уровнемеров 5600 позволяет осуществлять успешные измерения как в простых, так и сложных условиях технологического процесса. Благодаря высокой чувствительности радарные уровнемеры серии 5600 могут применяться для измерений уровня продуктов с малой диэлектрической проницаемостью, работать в широком диапазоне значений температур и давлений. В датчике серии 5600 собрано все лучшее, что позволяет обеспечить радарная технология при данных измерениях. Уровнемеры обладают высокой гибкостью благодаря широкому выбору сменных антенн и материалов, просты в обслуживании и управлении, что в совокупности удешевляет затраты на обслуживание и обладание в целом.

Взлет СУ.

Назначение Ультразвуковой сигнализатор уровня «Взлет СУ1» предназначен для определения предельных значений уровня жидких сред через стенку емкости без непосредственного контакта со средой. Способ установки Ультразвуковые датчики крепятся без врезки на наружной поверхности емкости на уровне, который необходимо отслеживать. Датчики имеют магнитное крепление для быстрого монтажа и демонтажа на объекте, что обеспечивает минимальные эксплуатационные расходы. Для емкостей из немагнитных материалов может быть выполнен другой способ крепления. Отличительные особенности * не требуют врезки; * благодаря бесконтактному методу определения уровня, сигнализаторы могут применяться на емкостях с агрессивными средами. Принцип действия Излучающий и приемный датчики крепятся друг напротив друга на стенке емкости на уровне, который необходимо отслеживать. Признаком наличия среды является появление ультразвукового сигнала на приемном датчике. Дополнительные возможности * измерение уровня в емкостях под давлением; * возможность измерения уровня любых жидкостей, проводящих ультразвуковой сигнал, таких как агрессивные, вязкие и т. д. эти характеристики даннаого прибора определили его выбор.

Датчик уровня Barcon Серия LHC/PPC

Давление: величина измеренного давления передаётся через мембрану из нержавеющей стали или измерительный преобразователь на основе керамического конденсатора и преобразуется в температурно-компенсированный выходной сигнал. Величина сигнала пропорциональна давлению или уровню жидкости.

Технические характеристики

· Износоустойчивый и предельно точный

· Используется пьезорезистивный эффект или керамический конденсатор

· Многочисленные варианты использования в различных технологических процессах

· Корпус из алюминия или нержавеющей стали

· Точность не хуже 0,2%

· Простота монтажа и конфигурирования

· По заказу поставляется устройство отображения

· Тип выхода: 4...20 мА, HART, PROFIBUS-DP