НПС без емкости предназначена для повышения давления в магистральном нефтепроводе при перекачке нефти.

Нефтеперекачивающая станция представляет собой комплекс сооружений и устройств (рисунок 1.1) для перекачки нефти по магистральным нефтепроводам.

В состав НПС входят:

насосный цех с магистральными насосными агрегатами и системой смазки, охлаждения и откачки утечек;

фильтры-грязеуловители;

узел регуляторов давления;

система сглаживания волн давления (ССВД);

технологические трубопроводы;

системы водоснабжения, теплоснабжения, вентиляции, канализации, пожаротушения, электроснабжения, автоматики, телемеханики, связи, производственно-бытовые здания и сооружения.

Нефть от предыдущей станции с давлением, больше необходимого для бескавитационной работы насосов, поступает в устройство приема и пуска скребка, а затем, пройдя фильтры-грязеуловители, попадает во всасывающую линию насосной с подключенными к ней сбросными предохранительными устройствами. Пройдя последовательно насосные агрегаты, нефть через регулирующие клапаны направляется в магистраль.

Утечки нефти с торцевых уплотнений магистральных насосных агрегатов, камер пуска и приема средств отчистки и диагностики (КПП СОД), регуляторов давления и узла сброса давления поступают в подземные емкости. Откачка нефти из емкостей сбора утечек производится автоматически, включением насоса в подводящий технологический трубопровод НПС.

Рисунок 1.1 - Технологическая схема НПС "Дебесы"

1.2 Технологические схемы объектов и их характеристики

Насосный цех (рисунок 1.2) - сооружение нефтеперекачивающей станции, в котором устанавливается основное (магистральные насосы, электродвигатели) и вспомогательное (системы смазки, охлаждения, подачи топлива, контроля и защит) оборудование [1].

Рисунок 1.2 - Технологическая схема насосного цеха

Насосные относятся к взрывоопасным помещениям класса В-1а, в которых при нормальной эксплуатации взрывоопасных смесей горючих паров с воздухом быть не должно; их появление возможно только в результате аварий или неисправностей. Оборудование насосных делится на основное и вспомогательное. К основному оборудованию относятся магистральные насосы и электродвигатели к ним, к вспомогательному - системы, предназначенные для обслуживания основного оборудования: смазки подшипников насосов, оборотного водоснабжения для охлаждения масла в маслоохладителях и воздушного пространства электродвигателей при замкнутом цикле вентиляции, отвода перекачиваемой жидкости от разгрузочных устройств насосов и отвода утечек от торцовых уплотнений, вентиляции, отопления, а также грузоподъемные механизмы [2].

Основным оборудованием насосного цеха являются четыре магистральных насосных агрегата (МНА) типа НМ 1000-210 с электроприводом СТДП5000-2У4 во взрывозащищенном исполнении.

Насосы типа НМ - центробежные горизонтальные одноступенчатые с рабочим колесом двухстороннего входа.

Предназначены для перекачивания нефти с температурой от 5 до 80 ^оС кинематической вязкостью не более 3•10^-4 м²/с, с содержанием механических примесей по объему не более 0,05% и размером не более 0,2 мм. Предельное давление 75 кгс/см².

Характеристики насоса НМ 10000-210:

подача, м³/ч 10000

напор, м 210

частота вращения, об/мин 3000

масса, кг 32150

габариты LxBxH, мм. 7250x3600x2223

На каждом из насосных агрегатов контролируются следующие параметры:

давление на входе насоса;

давление на выходе насоса;

температура подшипников насоса;

температура корпуса насоса;

вибрации на опоре подшипника.

Управление магистральными насосными агрегатами предусматривается в различных режимах.

Автоматический. В этом режиме пуск или остановка агрегата происходит по программе при получении соответствующей команды непосредственно из операторной, местного диспетчерского пункта или пункта управления более высокого уровня.

Резервный. В этом режиме осуществляется автоматическое включение данного агрегата при отключении из-за неисправности одного из работавших насосных агрегатов устройствами защиты работавшего агрегата. При переводе агрегата в режим "резервный" должна быть выполнена часть программы запуска, предшествующая включению масляного выключателя.

Кнопочный. В этом режиме управление каждым элементом агрегата выполняется по индивидуальным командам из операторной или по месту.

Испытательный. В этом режиме проводится проверка работы схемы управления агрегатом без включения масляного выключателя (или приводов всех элементов магистрального насосного агрегата).

В зависимости от пусковых характеристик электродвигателя, схемы электроснабжения и системы разгрузки уплотнений могут применяться различные программы пуска, отличающиеся положением задвижки на выходе насоса в момент пуска основного электродвигателя:

на открытую (полностью) задвижку;

на закрытую задвижку;

на открывающуюся задвижку (задвижка стронулась с закрытого положения или находится в промежуточном положении).

Программа пуска "на открытую задвижку" является предпочтительной, так как обеспечивает наименьшие динамические нагрузки в трубопроводной обвязке агрегата и наименьшие хлопки обратных клапанов, установленных на обводной линии насосов. Программа применяется, если пусковые характеристики электродвигателя и схема электроснабжения рассчитаны на соответствующие пусковые режимы.

Программа пуска "на закрытую задвижку" применяется, если установленное электрооборудование не может обеспечить пуск на открытую задвижку.

Программа пуска "на открывающуюся задвижку" применяется, когда неприемлема программа "на открытую задвижку" и когда установленные у насоса задвижки имеют привод небольшой мощности и поэтому не могут быть открыты при перепаде давления, создаваемом насосным агрегатом при закрытой задвижке.

Программа автоматического отключения предусматривает остановку магистрального насосного агрегата, а также закрытие задвижек агрегата.

При срабатывании систем автоматической защиты магистральной насосной или магистрального насосного агрегата выполняется программа автоматического отключения магистральных насосных агрегатов, переведенных на режим "автоматический" и "резервный".

В схемах автоматики магистрального насосного агрегата предусматривается:

время задержки срабатывания защиты (по вибрации) на период переходного процесса при включении и отключении любого из магистральных насосных агрегатов (в пределах до 15 с);

прекращение программы пуска агрегата и остановку задвижек при получении команды на его отключение до завершения ранее выполнявшейся программы запуска;

отключение агрегата и выдачу аварийного сигнала при произвольном изменении положения любой из задвижек включенного агрегата, работающего в режимах "автоматический" или "резервный";

подачу команды на включение основного электродвигателя коротким импульсом длительностью 1 с;

постоянный контроль исправности цепей включения и отключения масляного выключателя;

перевод в другой режим управления без изменения состояния агрегата, если такое изменение не предусматривается при переводе в другой режим.

Для каждого магистрального насосного агрегата кроме показывающих манометров для контроля давлений на приеме и выходе насоса установлены приборы контроля давления масла, охлаждающей воды, а также кнопки аварийного отключения [1].

1.2.2 Вспомогательные системы насосных агрегатов

Каждый насосный агрегат оборудован и оснащен системами:

принудительной смазки подшипников качения и скольжения;

сбора утечек нефти:

охлаждения;

вентиляции;

разгрузки торцевых уплотнений.

1.2.2.1 Маслосистема. Маслосистема предназначена для принудительной смазки подшипников качения и скольжения насосов и электродвигателей. В качестве смазки подшипников применяется турбинное масло Т-22 или Т-30. Техническая характеристика масла, применяемого в маслосистеме, должна соответствовать требованиям ГОСТ-32-74.

Система смазки магистральных насосных агрегатов состоит из рабочего и резервного масляного насосов, оборудованных фильтрами очистки масла, рабочего и резервного маслобаков, аккумулирующего маслобака и маслоохладителей (рисунок 1.3).

Масло с основного маслобака забирается работающим маслонасосом типа "Ш" проходит через маслофильтр и подается на маслоохладители, откуда поступает в аккумулирующий бак, расположенный на высоте 6-8 м от уровня пола насосной. С аккумулирующего бака масло подается к подшипникам насосного агрегата и далее возвращается в рабочий маслобак. Рабочая температура масла в общем коллекторе перед поступлением на магистральные насосные агрегаты должна находится в пределе от +35 ⁰С до +55 ⁰С, при превышении температуры масла на выходе из маслоохладителя более +55 ⁰С, автоматически включаются дополнительные вентиляторы обдува. При низкой температуре масла допускается работа маслосистемы, минуя маслоохладители.

Давление масла перед подшипниками насоса и электродвигателя устанавливается не более 0,08 МПа и не менее 0,03 МПа. Регулирование подачи масла к каждому подшипнику осуществляется с помощью подбора дроссельных шайб, устанавливаемых на подводящих маслопроводах.

1 - аккумулирующая емкость; 2 - маслобаки; 3 - маслонасос; 4 - агрегат воздушного охлаждения масла; 5 - фильтры; 6 - электродвигатель; 7 - насос

Рисунок 1.3 - Система смазки подшипниковых узлов насосных агрегатов

В маслосистеме предусмотрено:

регулирование, измерение и сигнализация температуры масла;

сигнализация максимального и минимального уровней в баках маслосистемы;

сигнализация максимального и минимального уровней в аккумулирующем баке при работе маслосистемы.

1.2.2.2 Система сбора утечек нефти. Данная система служит для сбора утечек нефти с магистральных насосных агрегатов и состоит из насосов откачки утечек и четырех емкостей сбора утечек объемом 100 м³.

Утечки нефти с торцовых уплотнений насосов поступают в емкости сбора утечек.

Система утечек оснащена защитой по максимальным утечкам. Для контроля утечек магистральных насосных агрегатов установлен бачок сигнализации особой конструкции. При превышении рабочего уровня нефти в сосуде срабатывает защита на отключение насосного агрегата.

Откачка нефти из емкостей сбора утечек производится автоматически, включением вертикального насоса Worthington типа 4WUC-9 в подводящий технологический трубопровод НПС.

1.2.2.3 Система охлаждения насосных агрегатов. Система охлаждения насосных агрегатов предназначена для обеспечения требуемого температурного режима электродвигателей и охлаждения масла, подаваемого к подшипникам насосного агрегата.

Взрывозащищенные электродвигатели типа СТДП, установленные в одном зале с насосом, имеют водяное охлаждение. Вода циркулирует по замкнутому контуру при помощи насосов, устанавливаемых в специальном помещении. В жаркое время года вода охлаждается в радиаторах, имеющих воздушное охлаждение.

1.2.2.4 Система приточно-вытяжной вентиляции насосной. Система состоит из двух приточных вентиляторов с калориферами, четырех вытяжных вентиляторов и разводящих воздуховодов. В функции системы приточно-вытяжной вентиляции входит:

ограничение максимальной концентрации паров в воздухе насосного зала;

подача воздуха для отопления машинного зала и поддержания температуры в пределах требований, предъявляемых по техническим уровням установленного там оборудования и аппаратуры автоматики;

Вентиляторы установлены снаружи помещения. Вытягиваемый из насоса воздух по воздуховоду направляется наверх выше крыши здания насосной. Воздуховод заканчивается перекидным клапаном и факельной насадкой. Вентиляторы расположены попарно с каждого торца здания. Один из вентиляторов каждой пары - резервный.

Пристенные воздушные насадки, располагаемые внутри насосной, обеспечивают забор и отсос воздуха из помещения. Воздушные насадки вытяжной вентиляции установлены также в приямке насосного зала, где расположены маслонасосы.

В состав вытяжной вентиляции входят также дефлекторы, установленные на крыше насосной. Дефлекторы имеют шибера, регулирующие расход воздуха. Открытие шибера осуществляется при помощи троса. Дефлекторы обеспечивают естественное удаление из верхней зоны помещения воздуха, в котором могут содержаться взрывоопасные смеси газов [1].

1.2.3 Фильтры-грязеуловители

Фильтры-грязеуловители установлены на приеме насосной станции для улавливания крупных механических частиц (рисунок 1.4). О работоспособности фильтров судят по разнице давлений на приеме и выходе фильтров. При увеличении перепада давления до величины более 0,05 МПа или уменьшении до величины менее 0,03 МПа, которое свидетельствуют о засорении или повреждении фильтрующего элемента, должно проводиться переключение на резервный фильтр.

Рисунок 1.4 - Технологическая схема площадки фильтров-грязеуловителей

1.2.4 Система сглаживания волн давления

ССВД (рисунок 1.5) служит для предохранения приемного коллектора технологических трубопроводов НПС от чрезмерных давлений на приеме станции, возникающих при внезапных отключениях НПС. Сброс избыточного давления производится в безнапорные технологические емкости. ССВД работает по следующему принципу: при резком нарастании давления на приеме станции со скоростью более 0,2 МПа/с открываются гибкие клапаны "Флекс-Фло" и происходит уменьшение скорости нарастания давления, что гарантирует невозможность гидравлического удара. При постепенном нарастании давления (со скоростью менее 0,2 МПа/с) ССВД не срабатывает [1].

Рисунок 1.5 - Технологическая схема ССВД НПС

1.2.5 Узел регулирования давления

Для обеспечения нормальной работы насосов и магистрального нефтепровода в целом необходимо поддержание определённого давления на входе и выходе нефтеперекачивающей станции.

Регулирование давления осуществляется методом дросселирования. Метод дросселирования заключается в частичном перекрытии потока регулирующими заслонками (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 - Технологическая схема узла регулирования давления

1.2.6 Система автоматического пожаротушения

Система автоматического пожаротушения помещений со взрывоопасными зонами предусмотрено на НПС согласно СНиП 2.04.09-84.

Система автоматического пожаротушения одновременно выполняет функцию автоматической пожарной сигнализации.

Система автоматического пожаротушения включает:

автоматическую световую и звуковую сигнализацию в пункте управления и в защищаемом помещении о возникновении пожара;

автоматическое, дистанционное и местное управление средствами автоматического пожаротушения;

автоматическую защиту помещений и оборудования по пожару - автоматическое отключение насосных агрегатов, закрытие задвижек подключения магистральной насосной к нефтепроводу или резервуарному парку, отключение системы вентиляции в защищаемом помещении и включение аварийной вентиляции при срабатывании газосигнализаторов согласно СНиП 2.04.05-91;

устройства переключения с автоматического пуска на ручной с соответствующей сигнализацией.

Селективная сигнализация пожара, дистанционное управление средствами автоматического пожаротушения установлена в операторной с дублированием сигнализации о пожаре и срабатывании системы автоматического пожаротушения на пожарном посту [1].

2. Патентная проработка

Комплекс технических средств состоит из следующих составных частей:

шкаф устройств связи с объектом (УСО) 1.1, совмещенный с основным и резервным контроллером;

шкаф УСО 1.2;

шкаф УСО 1.3;

шкаф УСО 2.0;

автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора;

шкаф блока ручного управления (БРУ).

3.1.2.1 Шкафы устройств связи с объектом. Шкафы УСО являются составной частью комплекса технических средств.

Шкафы УСО предназначены для:

подачи питания на датчики, установленные на объектах управления;

приема сигналов от датчиков, установленных на объектах управления;

выдачи команд на объекты управления;

приема от центрального процессора и передачи в центральный процессор данных по сети удаленного ввода/вывода RIO.

3.1.2.2 Шкаф БРУ. Шкаф БРУ настенного исполнения содержит блок ручного управления, который предназначен для резервирования функций аварийных защит автоматизируемого объекта.

3.1.2.3 АРМ оператора. АРМ оператора построены на базе двух персональных компьютеров (ПК) с включением дополнительного оборудования, обеспечивающего выполнение заданных функций.

3.1.3 Устройство и работа системы

Структура комплекса технических (рисунок 3.1) средств АСУ ТП НПС соответствует магистрально-модульному принципу построения с сетевой организацией обмена информацией между устройствами и имеет распределенное программное обеспечение и базу данных.

Рисунок 3.1 - Структурная схема автоматики НПС

Для обеспечения надёжности работы системы управления, на каждой из станций предусмотрено резервирование контроллера и питания. Две одинаково сконфигурированные системы связываются между собой через процессор резервного контроллера, установленный в каждой из систем. В конфигурации каждого из контроллеров определены область и объём передаваемых данных и информации о состоянии между обоими контроллерами. Система автоматики выполнена по схеме удалённого ввода/вывода повышенной надёжности, что предусматривает двойную сеть, предохраняющую систему от последствий выхода из строя одной из них. Арбитраж кабеля и проверка целостности проводятся автоматически на головном конце и каждом из узлов. Система автоматизации НПС имеет трехуровневую структуру: нижний, средний и верхний уровни.

Аппаратура верхнего уровня представляет собой ПК промышленного исполнения. Верхний уровень системы также решает задачи архивирования информации, поступающей от всех элементов системы. Информация хранится на жестком диске.

Рабочие станции АРМ связаны друг с другом посредством сети Ethernet, по протоколу TCP/IP. К АРМ оператора подключен лазерный принтер для печати выводимых на экраны мониторов таблиц, периодических отчетов о работе станции, перечней событий за сутки, неделю, месяц и другую документацию. Питание АРМ осуществляется от источников бесперебойного питания (ИБП).

Верхний уровень системы автоматизации обеспечивает:

прием информации о состоянии объекта;

мониторинг технологического процесса и получение трендов измеряемых технологических параметров;

оперативное управление технологическим процессом;

архивацию событий нижнего уровня, действий оператора и команд районного диспетчерского пункта (РДП);

формирование базы данных.

На принтер АРМ оператора выводится информация:

таблицы, отображаемые на видеомониторе;

периодические отчеты о работе НПС;

перечни аварийных ситуаций за сутки, неделю, месяц;

перечни неисправностей с указанием времени их возникновения;

иная информация, формируемая АРМ оператора.

Компьютеры из состава АРМ оператора работают независимо друг от друга и связаны с контроллерами среднего уровня по собственным независимым (дублированным) полевым шинам.

Программное обеспечение верхнего уровня выполнено гибко настраиваемым и универсальным. Листы защит выполнены настраиваемыми из базы данных, что позволяет ввести новую защиту, разрешить или запретить маскирование, деблокировку или симуляцию защиты не останавливая рабочую программу. Тренды аналоговых сигналов позволяют настроить периодичность и процент изменения сигнала для сохранения данных по четырём независимым группам. При помощи процента изменения сигнала можно существенно сократить объём сохраняемой информации. Сводки работы оборудования легко можно настроить под любой вид и состав сигналов, что позволяет получить отчёт нужного вида. Базы данных сохраняемой информации имеют полное дублирование, что повышает надёжность системы при выходе из строя любого компьютера. Есть возможность синхронизации баз данных на компьютерах. Оперативные сообщения выполнены настраиваемыми с верхнего уровня, т.е. есть возможность задать название, цвет, звуковую сигнализацию, необходимость квитирования для каждого сообщения. Можно проконтролировать время появления аварийного сообщения и время реакции оператора на это сообщение. Контроллер имеет внутренний буфер оперативных сообщений, что позволяет даже при отсутствии связи с контроллером позже получить все сообщения. Оперативные сообщения всегда поступают в реальной последовательности, что обеспечивается передачей времени сообщения из контроллера. Имеется возможность введения скрытых сообщений для возможности просмотра более подробно отдельных параметров системы, а также для контроля за действиями оператора. Выполнена полная синхронизация времени на компьютерах и контроллерах. Контроллер может устанавливать время по телемеханике, либо от одного из компьютеров, при этом остальные компьютеры устанавливают время с контроллера. При отказе компьютера, устанавливающего время, контроллер автоматически переключается на установку времени с другого компьютера. Выполнена гибкая система паролирования, позволяющая настроить уровень допуска к управлению системой для каждого пользователя. Возможен сброс доступа к управлению системой, при этом возможен только просмотр состояний системы. Реализована удобная диагностика оборудования, доступная обслуживающему персоналу, которая включает в себя состояние работы контроллера, каналов интерфейсной связи и всех блоков ввода-вывода. Для каждого модуля ввода-вывода контроллера из любого шкафа УСО можно увидеть реальное состояние каналов, для аналоговых модулей отображается код аналого-цифрового преобразователя и преобразованное значение в инженерных единицах. Также возможно управление выходными каналами для модулей дискретного и аналогового вывода для возможности проверки работы оборудования и каналов.

К среднему уровню системы автоматизации относятся шкафы управления и установленные в них программно-аппаратные модули (блоки) управления.

Набор модулей, устанавливаемый в шкафы управления, обеспечивает:

сбор информации от датчиков, устанавливаемых по месту;

обработку и передачу информации о состоянии объектов на верхний уровень системы автоматизации НПС (центральный контроллер в операторной);

автоматическое управление технологическим оборудованием станции и контроль его работы;

прием информации с верхнего уровня системы автоматизации и формирование управляющих воздействий на исполнительные механизмы.

К нижнему уровню системы автоматизации относятся:

датчики технологических параметров;

исполнительные механизмы;

система автоматического регулирования;

показывающие приборы, устанавливаемые по месту.

К нижнему уровню относится также блок ручного управления, который размещается в месте постоянного присутствия оперативного персонала и имеет в своем составе сигнализацию непосредственно от датчиков сигналов и кнопки управления, воздействующие непосредственно на магнитные пускатели или соленоиды масляных выключателей.

Для различных классов технологического оборудования (задвижка, вспомсистема, МНА) реализованы типовые алгоритмы, которые настраиваются под различные типы данного класса оборудования. Алгоритмы нижнего уровня гибко адаптируются к технологическому оборудованию с разнообразными характеристикам. В алгоритмах среднего уровня предусмотрен многоуровневый контроль состояния с выявлением множества неисправностей, возникающих во всех режимах работы оборудования. Программный модуль обработки входных аналоговых сигналов для среднего уровня полностью конфигурируется с верхнего уровня:

верхний и нижний код аналого-цифрового преобразователя;

адрес источника сигнала;

уставки пределов измерений, аварийные и предупредительные, гистерезиса, коэффициента сглаживания;

установка признака выдачи сообщения и включения сигнализации при срабатывании любой уставки.

Уставки хранятся как на верхнем, в сторонней базе данных, так и на нижнем уровне. Передача уставок в контроллер осуществляется с проверкой их записи.

3.2 Система автоматического регулирования давления