Автоматизация дожимной компрессорной станции Фаинского месторождения

В аппаратах воздушного охлаждения Х1.1, Х1.2 предусматривается:

- местный контроль температуры на подводящих и отводящих линиях газа;

- местный контроль давления на поводящих и отводящих линиях газа;

- дистанционное измерение температуры газа в входном и выходном коллекторах;

- дистанционное измерение давления газа в входном и выходном коллекторах;

- местное и дистанционное управление воздуходувками.

Емкость сбора конденсата ЕК1.

В емкости сбора конденсата ЕК1 предусматривается:

- дистанционный контроль температуры газового конденсата;

- местный контроль давления в нагнетательном трубопроводе насоса откачки;

- дистанционное измерение давления в трубопроводе выкида насоса откачки;

- дистанционное измерение уровня конденсата;

- дистанционная сигнализация верхнего аварийного, верхнего рабочего и нижнего аварийного уровней конденсата;

- автоматическое включение и отключение насоса откачки при заданных значениях верхнего рабочего и нижнего аварийного уровней конденсата.

На трубопроводе газового конденсата предусматривается дистанционное измерение расхода конденсата турбинным расходомером взрывозащищенного исполнения типа «МИГ-50-1,6».

Операторная.

В помещении операторной размещается:

- автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) разработки ООО «РН-Информ» г. Москва, в составе:

1) сервер базы данных;

2) станция управления (технологическая площадка);

3) станция оператора (АРМ);

4) АРМ оператора;

5) коммутационное оборудование.

6) щит оператора для установки вторичных приборов и аппаратуры управления.

Блок компримирования газа КСУ.

Блок компримирования комплектуется заводом-изготовителем

ОАО НПО «Искра» г. Пермь. Комплектно с установкой поставляются местные показывающие приборы, датчики и преобразователи дистанционного контроля, обеспечивающие управление установкой, контроль параметров, защиту от аварийных режимов.

Информация от датчиков и преобразователей поступает в блок-бокс системы контроля и управления в шкаф СКУ и КИП.

Вся информация со шкафа СКУ и КИП передается в операторную на станцию оператора (АРМ) и далее, по действующей системе «Телескоп+», в диспетчерский пункт ЦППН-4.

На АРМ оператора выводится следующая информация:

- положение затворов (открыть / закрыть);

- давление в газовом коллекторе КСУ;

- концентрация сероводорода в ББК;

- концентрация углеводородных газов в ББК;

- аварийно высокий уровень конденсата в скруббере;

- высокий уровень конденсата в скруббере;

- температура воздуха в ББК;

- нет давления масла в системе смазки компрессора;

- высокая t-ра обмоток электродвигателя компрессора;

- высокая t-ра газа после компрессора;

- высокое давление газа после компрессора;

- недостаточно масла в МБК;

- температура воздуха в блок-боксе системы контроля и управления;

- ручное управление включено.

3.6 Выбор объекта для специального раздела

В ходе обзора существующего объема автоматизации, установлено, что система управления блочными компрессорами позволяет эксплуатировать агрегат без постоянного присутствия обслуживающего персонала в помещении и обеспечивает следующие функции:

- учет отработанного времени;

- местный пуск / остановку и загрузку / разгрузку КУ;

- аварийную остановку КУ;

- выполнение автоматических защит и блокировок;

- автоматическое регулирование производительности КУ;

- отображение текущего состояния КУ и параметров её работы, предупредительная сигнализация и расшифровка причин аварийной остановки.

При этом данным блочным компрессором предусматривается дистанционный пуск и остановка, для этого он поставляется комплектно с датчиками и преобразователями дистанционного контроля. Но на ДКС автоматический запуск и остановка не реализованы, поэтому данный объект выбран для специального раздела с целью реализации логического управления.

4. Логическая программа запуска компрессорной установки

Цель данного раздела - реализация логического управления (запуском / остановкой) блочными компрессорами.

Информация со станции управления компрессорами передается на АРМ, следовательно оттуда будет осуществляться дистанциооный запуск. АРМ передает команду локальным средствам автоматики (ПЛК), которые осуществляют алгоритм управления (формируют выходные сигналы на основе входов) и предают информацию о состоянии процесса на объект. В компрессорном цехе уже используется контроллер XPAC-8000 (поддерживает стандарт IEC61131-3), с наличеем свободных плат ввода / вывода, поэтому он будет использован в качестве локального средства автоматики. Выбран язык программирования ST, так как из линейки стандарта IEC61131-3 он считается наиболеее оптимальным.

4.1 Выбор редактора

Для проверки правильности работы программы необходимо использовать редактор с возможностью эмуляции процесса. Поэтому для реализации алгоритма запуска компрессора выбран инструмент разработки ISaGRAF, так как он прост в освоении и хорошо подходит для эмуляции процесса с небольшим количеством переменных.

ISaGRAF - инструмент разработки прикладных программ для программируемых логических контроллеров на языках стандарта IEC 61131-3 и IEC 61499, который позволяет создавать локальные или распределенные системы управления. Основа технологии - среда разработки приложений (ISaGRAF Workbench) и адаптируемая под различные аппаратно-программные платформы исполнительная система (ISaGRAF Runtime). В настоящее время ISaGRAF производится и распространяется компанией ICS Triplex ISaGRAF. В ISaGRAF поддерживаются все пять языков стандарта IEC 61131-3 (International Electrotechnical Commission, МЭК):

- IL (Instruction List). Язык инструкций;

- ST (Structured Text). Структурированный текст (адаптированный вариант языка Паскаль);

- LD (Ladder Diagram). Язык релейных диаграмм (графический язык в терминах контактов и катушек);

- FBD (Function Block Diagram). Язык функциональных блоков;

- SFC (Sequential Function Chart). Язык последовательных функциональных схем.

Ядро ISaGRAF реализует поддержку стандартных языков программирования, типового набора функций и функциональных блоков и драйверов ввода / вывода. Задача связи обеспечивает поддержку процедуры загрузки пользовательского ISaGRAF - приложения со стороны программируемого контроллера, а также доступ к рабочим переменным этого приложения со стороны отладчика системы разработки ISaGRAF.

Взаимодействие систем разработки и исполнения осуществляется по протоколу MODBUS, что дает возможность доступа к данным контроллера не только отладчику ISaGRAF, но и любой системе визуализации и управления данными (SCADA). Драйверы устройств сопряжения с объектом организуют прозрачный доступ к аппаратуре ввода / вывода. Функции пользователя реализуют процедуры и алгоритмы функций. Системные функции предназначены для описания специфики конкретной (ОС), реализованной на данном типе контроллеров.

В версии ISaGRAF 5.0 реализована поддержка нового типа функциональных блоков, определяемых стандартом IEC 61499. В ISaGRAF реализован ряд расширений спецификации стандарта IEC 61131-3, в частности язык Flow Chart. На основе вычислительного ядра ISaGRAF разработаны расширения, которые позволяют рассматривать ISaGRAF в качестве универсальной среды для создания интегрированных решений в области АСУ ТП [7].

4.2 Описание работы контроллера XPAC-8000

Управление (формирование выходных сигналов на ИМ) осуществляется ПЛК. Он производит опрос датчиков и вырабатывает сигналы управления. К функциям, выполняемым контроллером, можно отнести следующие:

- контроль и сигнализация предельных значений;

- управление объектом.

Сигнализация реализуются путем сравнения технологического параметра с определенным предельным значением. В результате вырабатывается соответствующий сигнал.

Управление реализуется при помощи сравнения с граничными значениями, по которым вырабатывается сигнал отключения. В частности для данного объекта это управляющие сигналы на отключение электродвигателя компрессора.

Все первичные преобразователи подают на вход контроллера унифицированные токовые сигналы 4 - 20 мА. Данные сигналы принимаются контроллером и обрабатываются при помощи программы, загруженной из памяти программ.

4.3 Программирование контроллера

Работа начинается с создания проекта в ISaGRAF. В описании проекта (Edit description) можно указать автора проекта, его название, версию. В самом проекте создается программа (File - New), при этом можно указать какой язык программирования будет использоваться.

Перед тем, как ввести текст программы, необходимо объявить используемые в ней переменные. Это выполняется с помощью команд меню «Dictionary».

Переменные выбраны на основе анализа датчиков и первичных преобразователей которые имеются на компрессорах и электроприводной ЗРА.

Глобальные переменные (global variables) доступны любой программе созданного проекта. Среди переменных можно выделить следующие:

- аналоговые;

- логические;

- таймерные.

Переменные могут быть входными, выходными и внутренними. Аналоговые переменные могут быть целочисленными или вещественными.

Список переменных, применяемых в программе для данного проекта, приведен в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Список переменных

Идентификатор	Сигнал	Тип сигнала	Описание
XotkZ1	Boolean	Input	Открытие задвижки Z1
Xev1	Boolean	Input	электропривод задвижки Z1 запустился на открытие
Xz1o	Boolean	Input	задвижка Z1 открыта
XzakZ1	Boolean	Input	закрыть задвижку Z1
Xez1	Boolean	Input	электропривод задвижки Z1 запустился на закрытие
Xz1z	Boolean	Input	задвижка Z1 закрыта
Yz	Boolean	Input	сброс аварии
XpuskK1	Boolean	Input	запуск компрессора К1
Xvd1	Boolean	Input	превышение давления на К1
Xm1	Boolean	Input	низкий уровень масла
Xtk11	Boolean	Input	температура масляно-газовой суспензии выше нормы
Xtk12	Boolean	Input	температура масла выше нормы
Xtk13	Boolean	Input	температура газа в цилиндре выше нормы
XstopK1	Boolean	Input	остановка компрессора К1
Uev1	Boolean	Output	включение электропривода задвижки Z1 на открытие
Uez1	Boolean	Output	включение электропривода задвижки Z1 на закрытие
Udk1	Boolean	Output	включение электродвигателя компрессора К1
Um1	Boolean	Output	открытие масляной задвижки
Ie1	Boolean	Output	электропривод задвижки Z1 не сработал
Iz1	Boolean	Output	задвижка Z1 не исправна
Uk1	Boolean	Output	открытие клапана масляно-газовой суспензии
Uk2	Boolean	Output	открытие клапана масла
Uk3	Boolean	Output	открытие клапана газа
Ik1	Boolean	Output	неисправность компрессора
T1	Timers	Internal	выдержка времени на включение электропривода Z1
T2	Timers	Internal	выдержка времени на открытие / закрытие Z1
imp	integer	Internal	переменная оператора case
XotkZ2	Boolean	Input	Открытие задвижки Z2
Xev2	Boolean	Input	электропривод задвижки Z2 запустился на открытие
Xz2o	Boolean	Input	задвижка Z2 открыта
XzakZ2	Boolean	Input	закрыть задвижку Z2
Xez2	Boolean	Input	электропривод задвижки Z2 запустился на закрытие
Xz2z	Boolean	Input	задвижка Z2 закрыта
XpuskK2	Boolean	Input	запуск компрессора К2
Xvd2	Boolean	Input	превышение давления на К2
Xm2	Boolean	Input	низкий уровень масла К2
Xtk21	Boolean	Input	температура масляно-газовой суспензии выше нормы
Xtk32	Boolean	Input	температура масла выше нормы
Xtk33	Boolean	Input	температура газа в цилиндре выше нормы
XstopK2	Boolean	Input	остановка компрессора К2
Uev2	Boolean	Output	включение электропривода задвижки Z2 на открытие
Uez2	Boolean	Output	включение электропривода задвижки Z2 на закрытие
Udk2	Boolean	Output	включение электродвигателя компрессора К2
Um2	Boolean	Output	открытие масляной задвижки К2
Ie2	Boolean	Output	электропривод задвижки Z2 не сработал
Iz2	Boolean	Output	задвижка Z2 не исправна
Uk21	Boolean	Output	открытие клапана масляно-газовой суспензии К2
Uk22	Boolean	Output	открытие клапана масла К2
Uk23	Boolean	Output	открытие клапана газа К2
Ik2	Boolean	Output	неисправность компрессора К2
XsmenaK1	Boolean	Input	замена компрессора К1 на К2
Xpz	Boolean	Input	открылась промежуточная задвижка
Upz	Boolean	Output	сигнал на открытие промежуточной задвижки

4.4 Алгоритм запуска и остановки компрессора

Программа запуска работает в следующей последовательности. С помощью электропривода, открывается задвижка Z1. После включение электропривода выдерживается определенное время (5 секунд), в течение которого должен прийти сигнал об открытии задвижки. Если этого не произошло, напряжение с электропривода снимается и включается сигнализация. После открытия задвижки запускается электродвигатель компрессора К1. При наличии сигнала об аварийном давлении на входе компрессора, запускается сигнализация, отключается питание электродвигателя. При наличии сигнала о недостаточном уровне масла в компрессоре открывается клапан с маслонакопителя, который закрывается как только сигнал пропадет. Система охлаждения К1 состоит из трех контуров, по которым протекают масло, газ и смесь масла с газом. При нормальном режиме работы жидкости циркулируют по малым кругам охлаждения, при появлении сигнала о высокой температуре среды, открывается клапан соответствующей среды и она протекает по дополнительному охлаждающему контуру. При наличии сразу трех сигналов о превышении температуры на протяжении 8 секунд, отключается электродвигатель компрессора К1, включается аварийная сигнализация. При смене компрессора К1 на резервный К2, открывается задвижка Z2, затем промежуточый клапан, затем запускается компрессор К2, работающий по такому же алгоритму что и К1. Во всех режимах работы при включенном агрегате контроллер непре-рывно следит за значениями технологических параметров, и при отклонении любого из них производится аварийное отключение с выдачей звуковой сигнализации и с фиксацией причины аварии на индикаторном поле.

Графы переходов представлены на рисунках 4.1. Программа написана на языке ST с помощью оператора case. Case удобен в использовании, позволяет ориентироваться в программе, вносить в неё изменения при изменении алгоритма.

4.5 Результат работы программы

Система программирования ISaGRAF позволяет осуществить эмуляцию работы контроллера при помощи меню Debug - Simulate. Для этого необходимо связать входные и выходные переменные с панелями ввода / вывода (пункт меню Make - I/O Connection) и произвести компиляцию программы (пункт меню Make - Make application).

Рассмотрим нормальный режим работы компрессора К1, при наличии сигналов высокой температуры газа и смеси масла с газом (состояние 406).

Участок графа для данного состояния показан на рисунке:

Участок графа с состоянием 406

Листинг программы для данного состояния:

406:

Uk1:=true;

Uk3:=true;

if ((not Xtk13) and Xtk11) then imp:=4; end_if;

if ((not Xtk11) and Xtk13) then imp:=4; end_if;

if Xtk12 then imp:=64; end_if;

С учетом предсостояния:

4:

Udk1:=true;

Эмуляция должна показывать включенный электродвигатель компрессора и наличие выходных сигналов на открытие клапанов U1 и U3, что соответствует рисунку.

Эмуляция работы программы

Рассмотрим работу программы при неисправной задвижке Z1 (состояние 201).

Участок графа для данного состояния показан на рисунке:



Граф переходов для состояния 201

Листинг программы для данного состояния:

201:

TSTOP(T2);

Uez1:=false;

Uev1:=false;

Iz1:=true;

if Yz then imp:=0; end_if;

Эмуляция должна показывать все отключенные элементы системы и наличие сигнализации на задвижке Z1, что соответствует рисунку 4.6.



Эмуляция работы программы

Заключение

Использование дожимных компрессорных станций позволяет производить транспортировку газа с существенной экономией энергоресурсов. От уровня автоматизации ДКС зависит безопасность и эффективность технологического процесса.

В данном дипломном проекте:

- изучена технологическая схема компримирования газа. Технология включает процессы очистки, компримирования и последующего охлаждения попутного газа;

- описана существующая система автоматизации станции. Структура комплексной системы автоматизации станции является иерархической, на нижнем уровне управления автоматизирован запуск компрессора.

- разработана программа логического управления. Выполнен анализ входных и выходных сигналов, составлен формализованный алгоритм управления, проверена правильность работы программы с помощью эмулятора;

- произведен анализ производственных опасностей и вредностей;

- выполнен расчет по оценке экономической эффективности инвестиций.

В результате проведенных работ получены следующие выводы:

- использование разработанной программы логического управления компрессорами повысит скорость их запуска, остановки и переключения. Четкий контроль логики снизит вероятность возникновения аварийных ситуаций;

- принятые на станции меры по охране труда и технике безопасности отвечают всем действующим нормативным документам, уровень шумового воздействия ГПА не превышает установленные санитарно-защитные нормы;

- оценка экономической эффективности, при замене основного винтового компрессора RG282 «Ариель» с КСУ на ГВ-4/6У2, положительна (индекс доходности - 1,06 при сроке окупаемости - 6,22 года).

Список использованных источников

1 Технический регламент ДКС Фаинского месторождения - ООО «Уралтрубопроводстройпроект», 2008. - С. 28-36.

2 РТМ 36.22.13-90 «Системы автоматизации. Монтажно-технологические требования к проектированию», Минмонтажспецстрой 1990. - с. 74-76.

3 РТМ 36.22.8-90 «Правила проектирования систем автоматизации в ТЭО и проекте», Минмонтажспецстрой 1990. - 51 с.

4 Техническое описание и инструкции по эксплуатации Метран-100,
Emerson Process Management, [Электронный ресурс]. - 2012. - URL: http://www.emersonprocess.ru/

5 Датчик уровня ультразвуковой ДУУ4. Руководство по эксплуатации. - Сургут: Альбатрос, 2003. - C. 24-28.

6 Термопреобразователи ТСМУ-205Ех. Руководство по эксплуатации. - НПП Элемер 2009. - 31-33 с.

7 Учебное пособие ISaGRAF. - Уфа: УГНТУ, 2005. - c. 49-52

8 Методические указания к выполнению раздела «Охрана труда» в дипломных проектах студентов специальности 210203 (АГ) «Автоматизация технологических процессов в нефтяной и газовой промышленности». - Уфа: УГНТУ, 1996 - 19 с.

9 Методические рекомендации по экономическому обоснованию дипломных проектов, - Уфа, УГНТУ 2008, - С. 11-15

Размещено на Allbest.ru