Автоматизация технологических объектов нефтесборного пункта "Манчарово"

Датчик крепится в верхней части емкости на фланце ДУ 100x16. Если резервуар или технологический аппарат не имеет соответствующего посадочного места, то датчик крепится на смотровых люках, к которым приваривается патрубок с фланцем. Патрубок представляет собой стандартный трубный переходник с диаметра 100 мм на диаметр 159 мм. Внутренний диаметр патрубка должен быть не менее 150 мм при высоте патрубка не более 300 мм и не менее 250 мм при высоте патрубка до 700 мм.

Высота патрубка должна быть минимальна. Установка патрубков высотой более 700 мм не допускается. Внутренняя часть патрубка должна быть защищена от коррозии. При выборе места расположения датчика следует обратить внимание на то, чтобы чувствительный элемент датчика находился на расстоянии не менее 0,5 м от внутренних металлических конструкций резервуара или технологического аппарата.

Датчик необходимо устанавливать, по возможности, дальше от входных и выходных коллекторов, т.к. при интенсивной выгрузке или загрузке резервуара чувствительный элемент потоком жидкости может быть притянут к входному или выходному маточнику резервуара.

Датчик может выдерживать давление до 8 МПа. Возможно увеличение рабочего давления при специальном заказе. Внутри корпуса датчика находится электронный блок детектора отраженных сигналов, поэтому кабельный ввод в датчик должен быть тщательно загеметизирован во избежании образования конденсата внутри датчика.

Датчик устанавливается вблизи от места выгрузки продукта или воды, качество которых необходимо контролировать. Особое внимание этому следует уделить при установке датчиков в аппаратах с большим динамическим режимом. При неправильном выборе места установки датчика в этих аппаратах технологическая ситуация в месте установки датчика и месте выгрузки продукта или воды может существенно отличаться, что приведет либо к неэффективному динамическому режиму работы аппарата, либо к выгрузке продукта или воды недостаточно высокого качества.

К каждому центральному блоку системы может быть подключено до 64 датчиков. Существует ограничение по максимальному расстоянию от датчика до центрального блока, которое не должно превышать 120 м. По этой причине центральный блок необходимо располагать в максимально близости от резервуаров или технологических аппаратов. Следует иметь в виду, что контроллер имеет степень защиты оболочки класса 1Р65. Поэтому центральный блок следует устанавливать на обваловании стараясь расположить его на оптимальном расстоянии по отношению ко всем обвязываемым резервуарам.

Центральный блок соединяется с датчиком посредством двух кабелей: высокочастотного типа RG58U/C и типа BELDEN 8303 с тремя витыми парами. При проектировании желательно проводить кабельные линии между центральным блоком и датчиками на растяжках для минимизации расстояний. Все измерения, тарировка и тестирование системы осуществляются с компьютера, который следует располагать в операторных, связывая их с центральным блоком по последовательному RS232 порту. Если расстояние между центральным блоком и компьютером больше 50 м, то при специфицировании системы следует включать RS232 линейный экстендер. Для связи используется четырехжильный экранированный кабель.

Контроллер и термостат, входящие в центральный блок имеют раздельные питания. Контроллер должен питаться напряжением 220 В частой 50 Гц. Для защиты от импульсных помех по сети, питающее напряжение следует подключать через источник бесперебойного питания или трансфильтр типа ТФ-500. При их отсутствии можно использовать разделительный трансформатор 220Вх220В мощностью 500 Вт. Напряжение питания термостата составляет 220 ± 22 В. Для питания контроллера и термостата желательно использовать пятижильный кабель. Компьютер и центральный блок должны быть обязательно заземлены. Сопротивление земляного контура не должно превышать 3 Ом.

Программное обеспечение многоуровневых измерений требует значительной производительности компьютера, а также необходимость записи оцифрованных сигналов с датчиков, что требует наличия большой памяти на жестком носителе. Минимальные требования к компьютеру: центральный процессор не ниже Pentium II Celeron, 32Мb оперативной памяти, накопитель на жестком диске 6 Gb, видеокарта 4 Mb; операционная система Windows 95/98/2000/NT 4.0. Кроме того, компьютер должен иметь последовательные порты по количеству подключаемых к нему систем.

4.4 Расчет настроек ПИД регулятора

Рассмотрим и исследуем систему регулирования уровня границы раздела фаз в трубном водоотделителе. Она предназначена для обеспечения заданного значения уровня границы раздела фаз что способствует лучшему отделению воды от нефти. Для поддержания уровня границы раздела фаз относительно выставленного задания необходимо управлять приводом клапана, регулирующего расход воды из водоотделителя.

При построении математической модели исследуемой системы используется структурный метод. При составлении функциональной схемы контур регулирования следует разбить на функциональные элементы, каждый из которых может быть представлен типовым структурным звеном, т.е. может быть описан дифференциальным уравнением не выше второго порядка. На рисунке 4.3 приведена функциональная схема контура регулирования уровня.

Уз(t) - электрический сигнал, пропорциональный заданному уровню; У(t) - электрический сигнал с датчика уровня, пропорциональный измеренному уровню; Хош(t) - рассогласование (ошибка); Uу(t) - сигнал управления клапаном; S(t) - проходное сечение трубы; L(t) - измеряемый уровень

Рисунок 4.3 - Функциональная схема контура регулирования уровня

В контур регулирования входят: датчик уровня, ПИД-регулятор и исполнительный механизм (клапан с приводом).

На основе функциональной схемы составляем структурную схему (рисунок 4.4).

Wp(p) - передаточная функция ПИД-регулятора; Wкл(p) - передаточная функция регулирующего клапана; Wо(p)- передаточная функция ТВО; Wд(p) - передаточная функция датчика уровня

Рисунок 4.4 - Структурная схема контура

На данном этапе необходимо привести исходную структурную схему к структуре с единичной обратной связью. Преобразование осуществим путем переноса сумматора, а фиктивное звено отбросим, поскольку при описании неважно каким образом получено Lзад(t).

Структурная схема с единичной обратной связью представлена на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5 - Структурная схема с единичной обратной связью

Рассчитываем параметры передаточных функции звеньев.

Датчик уровня. Для измерения уровня в системе установлен уровнемер LM 7000. В документации описано, что он имеет свойства инерционного звена со следующими параметрами: Тду = 5с (постоянная времени). Коэффициент усиления найдем из следующих соображений: наименьшему значению уровня 0,1 м соответствует выходной сигнал - 0,004 А; наибольшему уровню - 1,4 м соответствует сигнал - 0,02 А. Отсюда:

Кду = (0,02-0,004)/(1,4-0,1) = 0,012.

Тогда передаточная функция датчика уровня будет выглядеть:

. (4.1)

Водоотделитель описываем интегрирующим звеном:

(4.2)

Где kР - коэффициент усиления для ТВО, равный 1/S, где S - площадь водоотделителя (10 м2). Кр=1/10 = 0,1;

Зная значение параметра kР и подставив его в формулу (4.2), запишем передаточную функцию для водоотделителя:

.

Регулирующий клапан. В качестве клапана используется регулирующий клапан с механизмом исполнительным электрическим однооборотным Siemens-100/25-0,25. В технической документации на клапан указано, что при расчетах его следует считать колебательным звеном с постоянными времени Т1кл=0,25, Т2кл=0,36. При определении передаточной функции учитываем, что клапан имеет позиционер, сигнал на входе которого составляет 4-20 мА.

Определяем коэффициент усиления следующим образом. Входному сигналу 4 мА соответствует проходное сечение 0 м2, а входному сигналу 20 мА соответствует проходное сечение:

. (4.3)

Тогда:

К=(0,001-0)/(0,02-0,004)=0,063,

.

ПИД - регулятор. Использование ПИД - регулятора необходимо для компенсации колебательного звена. Регулятор представляет собой комбинацию пропорционального, интегрального и дифференциального каналов. В общем виде передаточная функция ПИД регулятора:

. (4.4)

Подставив вместо получим:

(4.5)

Так как в составе системы есть интегрирующее звено, то из ПИД-регулятора необходимо исключить интегрирующий канал, иначе передаточная функция системы будет иметь в знаменателе 2-ю степень и система будет неустойчивой. Исследование системы управления ведется с применением программы Matlab. Исследуемая система задается в виде структурной схемы, набираемой из типовых звеньев имеющихся в библиотеке (рисунок 4.6).

Рисунок 4.6 - Структурная схема системы поддержания заданного уровня

График переходного процесса при любых значениях коэффициентов - расходящийся (рисунок 4.7).

Таким образом, для данной системы необходимо использовать ПИД-регулятор: = 0; / = . Значение выбираем для компенсации одной составляющей колебательного звена. Выбираем = = 0,36.

Передаточная функция ПИД-регулятора выглядит следующим образом:

.

Выбираем настройки ПИД-регулятора на основе сравнительного анализа вариантов.

Примем = 1, тогда = * = 0,36 (настройки 1). При данных настройках переходный процесс апериодический (рисунок 4.8).

Время переходного процесса составляет =1,49 с.

Рисунок 4.7 - График переходного процесса



Рисунок 4.8 - График переходного процесса (настройки 1)

Для получения логарифмической амплитудной и фазовой характеристики необходимо удалить обратную связь и задать точки ввода-вывода (input point, output point). Далее в окне LTI Viewer выбрать график типа Bode. Графики ЛФХ и ЛАХ системы приведены на рисунке 4.10.

Определим запас устойчивости системы по фазе по формуле

Определим запас устойчивости системы по амплитуде по формуле

дб.

Необходимо подобрать kи так, чтобы L(w) заняло положение удовлетворительного качества. Будем увеличивать коэффициент усиления K разомкнутой системы. При этом ЛАХ будет смещаться вверх параллельно самой себе и частота среза щс будет увеличиваться.

Примем =10, тогда = *=3,6 (настройки 2). При данных настройках переходный процесс апериодический (рисунок 4.9), но время переходного процесса составляет =1470с.

Запас устойчивости системы по фазе: .

Запас устойчивости системы по амплитуде: дБ.

Из этого видно, что с увеличением коэффициента увеличивается время переходного процесса и запас устойчивости по фазе.

Рисунок 4.9 - График переходного процесса (настройки 2)

Рисунок 4.10 - Логарифмическая амплитудная (сверху) и фазовая характеристики

Таким образом, получены следующие лучшие характеристики для системы с ПИД-регулятором: коэффициент усиления пропорционального звена регулятора 1; коэффициент усиления дифференциального звена регулятора 0,36; длительность переходного процесса 1,49 с; перерегулирование отсутствует; статическая ошибка отсутствует.



5. Охрана труда и техника безопасности

Темой данного дипломного проекта, как уже отмечено ранее, является автоматизация нефтесборного пункта «Манчарово» НГДУ «Чекмагушнефть». С целью обеспечения безопасности производства при монтаже, эксплуатации и ремонте средств автоматизации, в данном разделе необходимо дать характеристику производственной среды и произвести анализ производственных опасностей и вредных факторов. Безопасность производства должна соблюдаться при всех видах работы, связанных с монтажом, эксплуатацией и ремонтом средств автоматизации.

Несоблюдение требования безопасности производства при монтаже, эксплуатации и ремонте средств автоматизации может привести к производственным травмам.

5.1 Характеристика производственной среды и анализ потенциальных опасностей и производственных вредностей

В предыдущих разделах дипломного проекта рассматривалась система автоматического управления технологическими процессами нефтесборного пункта «Манчарово» НГДУ «Чекмагушнефть».

Первичные датчики устанавливаются непосредственно на технологических объектах: уровнемер - на сепараторах, отстойниках, резервуарах, дренажных емкостях; термометр - на насосных агрегатах; манометр - на трубопроводе и т.д., где в процессе эксплуатации системы рабочей средой является продукция нефтяных скважин - нефть, нефтяной (попутный) газ.

При монтаже, эксплуатации и ремонте приборов может возникнуть опасность отравления выделением паров нефтяного газа через неплотные соединения арматуры трубопроводов, при испарении нефти из резервуаров.

Ароматические углеводороды, входящие в состав нефтяного газа, могут вызвать острые хронические отравления, а при длительном соприкосновении рабочих с сырой нефтью могут развиваться и кожные заболевания.

Характеристики вредных веществ, которые используются и образуются в производственном процессе, приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Характеристика вредных веществ

Наименование вещества на рассматриваемом объекте	Агрегатное состояние	Класс опасности веществ	Температура, °С	Концентрационный предел взрываемости, % объем	Характеристика токсичности (воздействие на организм человека)	Предельно допустимая концентрация веществ в воздухе рабочей зоны производственных помещений, мг/м3
			Вспышки	Самовоспламенения	Нижний предел	Верхний предел
Нефть сырая	Ж	4	-18	233	1,1	7,4	Наиболее сильное влияние на ЦНС	100
Попутный нефтяной газ	Г	4	-	405…580	6,0	13,5	Отравление организма	300

Вторичные приборы системы автоматизации расположены в помещении с нормальными условиями работы. Классификация основных помещений сооружений НСП в пределах взрывоопасной зоны приведена в таблице 5.2.

Таблица 5.2 - Классификация помещений и наружных установок по взрывопожарной безопасности

Наименование производственных зданий, помещений, наружных установок	Категории взрывопожароопасной и пожарной опасности зданий и помещений (НПБ 105-03)	Классификация зон внутри и вне помещений
		Класс взрывопожароопасной или пожароопасной зоны (ПУЭ и ПБ 08-624-03)	Категория и группа взрывопожароопасных смесей (ГОСТ 12.1.011-78) Р51330.5-99 Р51330.11-99
Насосная	А	В-1а	IIА-Т3
Операторная	Д	-	-

Потенциальные опасности, связанные с наличием давления в аппаратах до 0,5 МПа, возникают при нарушении «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» ПБ 03-576-03, а также в случаях отказа регулирующих органов и приборов контроля системы автоматизации установки.

При монтаже, эксплуатации и ремонте приборов может возникнуть целый ряд опасных факторов, регламентируемых ГОСТ 12.0.003-99 «ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы»:

- монтаж приборов проводится на резервуарах высотой 12 м и более, поэтому может возникнуть опасность падения с высоты;

- ароматические углеводороды, входящие в состав нефтяного газа, могут вызвать острые хронические отравления, а при длительном соприкосновении рабочих с сырой нефтью могут развиваться кожные заболевания;

- опасность воспламенения нефтепродукта при нагревании и при использовании для монтажа приборов на резервуарах неискробезопасного инструмента или при необходимости газо- или электросварки;

- воздействие атмосферного и статического электричества. Для предотвращения от атмосферного электричества применяются молниеотводы.

Статическое электричество также опасно и может служить причиной пожара;

- опасность воздействия электрического тока на организм человека со стороны эксплутационного оборудования: при нарушении ПТЭ и ПТБ обслуживающим персоналом, в случае повреждения изоляции кабелей, проводов и других токоведущих проводников.

5.2 Мероприятия по обеспечению безопасности производства

5.2.1 Мероприятия по технике безопасности

В данном пункте следует отметить мероприятия по технике безопасности при монтаже, наладке и эксплуатации средств автоматизации на нефтесборного пункта «Манчарово» НГДУ «Чекмагушнефть».

Во избежание несчастных случаев при обслуживании средств автоматизации, направляемый на работу, персонал должен иметь соответствующую подготовку, пройти производственный инструктаж, общими правилами техники безопасности и с безопасными методами работы на поручаемом ему для обслуживания участке или агрегате, а также с методами оказания первой помощи. По окончании инструктажа направляемые на работу сдают экзамен по технике безопасности в соответствии с ПБ 08-624-03, ПУЭ, ПТЭ и получают удостоверение с присвоенной квалификационной группы, дающее им право работать по обслуживанию действующих электроустановок.

В целях снижения опасности и вредности производства при монтаже, эксплуатации и ремонте установок, а также проведения технологического процесса в соответствии с ГОСТ 12.3.002-75 «ССБТ. Процессы производственные. Общие требования безопасности» предусмотрен ряд основных мероприятий:

- все оборудование снабжено перилами и лестницами, переходными мостиками, освещаемыми электрическими светильниками в темное время суток, для свободного доступа обслуживающего персонала к арматуре и приборам КИПиА;

- весь производственный процесс на технологических площадках автоматизирован; управление процессом осуществляется автоматически или дистанционно из операторной;

- все агрегаты размещены в полностью автоматизированных блоках, не требующих постоянного присутствия обслуживающего персонала;

- заземление по ГОСТ 12.1.030-81 «Электробезопасность, защитное заземление и зануление». Зануление должно обеспечивать безопасность обслуживающего персонала при эксплуатации и ремонте электрооборудования;

- проведение профилактических работ и операций для предотвращения различных аварийных ситуаций;

- соблюдение безопасных минимально допустимых расстояний между сооружениями и аппаратами;

- оснащение технологического оборудования предохранительными устройствами;

- оснащение устройствами принудительной вентиляции и установками сигнализации во взрыво - и пожароопасных помещениях;

- блокировка оборудования и сигнализация при нарушениях технологического режима;

- для предотвращения возникновения опасных потенциалов от статического электричества и вторичных проявлений молний, здания, металлоконструкции, аппараты и трубопроводы имеют защиту, выполненную в соответствии с «Инструкцией по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» (СО 153--34.21.122-2003).

- создание необходимых производственно-бытовых условий труда для обслуживающего персонала;

- на каждом рабочем месте должна находиться аптечка с необходимым запасом медикаментов и перевязочных материалов;

- для индивидуальной защиты обслуживающего персонала предусмотрены основные и вспомогательные изолирующие средства, исправность которых проверяется перед каждым их применением, а также каждые 6-12 месяцев.

Основным направлением работ по охране труда в данное время, является планомерное осуществление комплекса организационных и технических мероприятий, обеспечивающих надежность, эффективность, безопасность работы объектов с необходимой степенью защиты персонала.

5.2.2 Мероприятия по электробезопасности

Одним из основных мероприятий по обеспечению безопасности при эксплуатации средств автоматизации является обеспечение электробезопасности. Она обеспечивается следующими мероприятиями:

- к работе допускаются лица, имеющие допуск к работе с напряжением до 1000 В;

- изоляцией электрических устройств в соответствии с техническими условиями (Rиз > 5 МОм);

- все части устройств, находящихся под напряжением размещены в корпусах, обеспечивающих защиту обслуживающего персонала от прикосновения к деталям, находящимся под напряжением;

- надежным креплением оборудования при монтаже на объекте автоматизации.

Корпуса устройств заземляются в соответствии с ГОСТ 12.2.007-75 (Rз < 1 Ом). Измерение сопротивления заземляющего устройства производится не реже одного раза в год.

5.3 Мероприятия по промышленной санитарии

Для устранения воздействия на организм человека вредных веществ, в проекте предусмотрены следующие мероприятия:

- в помещениях насосной предусмотрен дистанционный контроль загазованности с помощью сигнализатора, взрывоопасных концентраций СТМ-10, который непрерывно определяет качество воздуха и при достижении концентрации выше предельно допустимой выдает предупредительный сигнал (это 20% от нижнего предела взрываемости), автоматически включаются вентиляторы. Если концентрация продолжает увеличиваться и достигает 50% от нижнего предела взрываемости, посылается аварийный сигнал, отключается электроэнергия, установка отключается.

- в связи с вводом автоматического регулирования межфазного уровня в резервуаре, время пребывания операторов в местах наибольшей загазованности сокращено до минимума;

Помимо этого предусмотрены мероприятия:

- весь работающий персонал ежегодно проходит медосмотр с целью выявления и предупреждения профессиональных заболеваний;

- имеется возможность приобретения путевок в дома отдыха, санатории и лечебные профилактории.

5.4 Мероприятия по пожарной безопасности

Мероприятия по пожарной безопасности, должны разрабатываться в соответствии с нормативным документом ППБ-01-03. Все первичные приборы контроля и регулирования, установленные по месту, предусматривается выполнять в искробезопасном исполнении 2ExiIIAT2 и lExdIIAT3 (ГОСТ 12.2.020-76 «ССБТ. Электрооборудование взрывозащищенное. Термины и определения. Классификация. Маркировка»), что позволяет производить измерение во взрывоопасной среде.

Согласно НПБ 104-03 «Проектирование систем оповещения людей о пожаре в зданиях и сооружениях» и СниП 21-01-03 «Пожарная безопасность зданий и сооружений», проектом предусмотрено отключение вентиляции при пожаре и звуковое оповещение о пожаре. Пожарная связь также осуществляется по телефону, радио или посредством электрической пожарной сигнализации.

Разбор воды для ликвидации больших пожаров осуществляется через гидранты водопровода высокого давления.

Для тушения пожаров в резервуарах воздушно-механической пеной, предусмотрены стационарные пенокамеры, установленные вблизи крышки резервуаров.

Для локализации возможного пожара взрывопожароопасные производства размещаются в изолированных помещениях. Приемные и выкидные трубопроводы имеют запорные устройства, расположенные снаружи помещений.

Для ликвидации небольших очагов возгорания, на территории предусмотрена установка щитов с пожарным инвентарем, а также используются огнетушители серии ОХП-10 и ОУ-8.

К электроустановкам, находящимся в помещении предъявляются следующие требования пожарной безопасности в соответствии с ППБ 01-03:

- контрольно-измерительная и защитная аппаратура, вспомогательные электродвигатели и аппаратуры управления, должны иметь степень защиты, которая соответствует классу зоны, а также должны иметь аппараты защиты от коротких замыканий и перегрузок;

- запрещается использовать электрические аппараты и приборы в условиях, не соответствующих рекомендациям предприятий изготовителей или имеющих неисправности, которые могут привести к пожару, а также эксплуатировать провода и кабели с поврежденной или потерявшей защитные свойства изоляцией;

- запрещается пользоваться электронагревательными приборами без подставок из негорючих материалов;

- запрещается оставлять без присмотра электронагревательные приборы;

- смазочные материалы хранятся только в специальных металлических лотках с плотно закрывающимися крышками, промасленная ветошь собирается только в специально отведенные ей места.

Система пожарной сигнализации обеспечивает надежную охрану объектов и своевременное оповещение дежурного персонала о возникновении пожара.

5.5 Мероприятия по обеспечению безопасности при работе с электрооборудованием

В данном пункте следует отметить мероприятия по технике безопасности при монтаже, наладке и эксплуатации средств автоматизации на нефтесборном пункте.

Мероприятия по электробезопасности при обслуживании электроустановок до 1000 В для электромонтера диспетчерского оборудования и телемеханики слесарей контрольно-измерительных приборов и автоматики. К работам со средствами автоматизации допускаются лица прошедшие инструктаж по электробезопасности на рабочем месте и сдавшие экзамен по технике безопасности в соответствии с ПБ-08-624-03. Инструктажи допуска персонала к самостоятельной работе соответствует требованиям ГОСТ 12.0.004-91.

При работе в электроустановках до 1000 В без снятия напряжения на токоведущих частях и вблизи них необходимо:

- оградить, расположенные вблизи рабочего места и другие токоведущие части, находящиеся под напряжением, к которым возможно прикосновение;

- работать в диэлектрических калошах или стоя на изолирующей подставке, либо на диэлектрическом ковре;

- применять инструмент с изолирующими рукоятками (у отвёрток должен быть изолирован стержень).

Установка и снятие предохранителей, производится при снятом напряжении. При снятии предохранителей под напряжением необходимо пользоваться изолирующими клещами (штангой), диэлектрическими перчатками и защитными очками (маской).

Непосредственно перед работой (после проведения необходимых отключений), на ключах и кнопках дистанционного управления или коммутационной аппаратуры до 1000 В, должны быть вывешены плакаты: «НЕ ВКЛЮЧАТЬ», «РАБОТАЮТ ЛЮДИ».

Для обеспечения электробезопасности следует применять защитное заземление в соответствии с ГОСТ 12.1.030-81 электроустановки напряжением до 1 кВт сети с изолированной нейтралью не более 4 Ом, согласно ПУЭ.

Заземления электрооборудования обеспечивает безопасность обслуживающего персонала при эксплуатации и ремонте электроустановок, при мощности источника не более 100 кВт, сопротивление заземления составляет не более 10 Ом, согласно ПУЭ.

Заземление токоведущих частей производится в целях защиты работающих от поражения электрическим током в случае ошибочной подачи напряжения на место работы. Внутри зданий, в которых размещается электрооборудование, подлежащее заземлению, прокладывается специальный внутренний контур заземления, обычно по внешнему периметру стен. Внутренний контур соединяется с наружным в двух местах и выполнены сваркой внахлёстку.

При работах в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных применяются ручные электрические светильники напряжением не выше 42 В, а при работах в особо неблагоприятных условиях должны использоваться светильники напряжением не выше 12 В.

Все питающие и измерительные линии выполнены изолированными кабелями. Силовые кабели проложены в трубе, провода системы КИПиА в защищенной коробке. Марка и сечение выбираются согласно ПУЭ и обеспечивают безопасность персонала от случайных прикосновений.

Питание аппаратуры контроля и управления осуществляется через отключающуюся аппаратуру, которая обеспечивает аварийное отключение при возникновении опасности поражения электрическим током, в частности, при коротком замыкании или при пробое фазы на корпус.

5.6 Расчет защитного заземления электродвигателя центробежного насоса

Центробежный насос предназначен для перекачки товарной нефти. Приводом насоса является электродвигатель марки В3Г. Для обеспечения электробезопасности в насосной предусмотрено защитное заземление.

Расчет защитного заземления электродвигателя имеет целью определить необходимое число вертикальных электродов при принятых их размера и размещении на плане электроустановки, длину соединительной полосы, исходя из условия, что общее сопротивление растеканию тока заземляющего устройства не превысит допустимых ПУЭ значений.

Таблица № 5.3 - Данные для расчета

Показатели	Значение
Тип двигателя	В3Г
Напряжение электроустановки, В	380
Мощность электродвигателя, кВт	17
Расчетный ток замыкания на землю, А	-
Форма вертикальных электродов	Труба
Длина электродов, м	2
Диаметр электродов, м	0,05
Глубина заложения, м	-
Расстояние между вертикальными электродами, м	4
Форма соединительной полосы	Полоса
Размер полосы, м	0,04
Род грунта	Чернозем
Климатическая зона	2

Допустимое нормативное сопротивление заземляющего устройства Rз определяется согласно ПУЭ

.

Удельное сопротивление грунта для вертикальных электродов, определяется по формуле:

где pгр - удельное сопротивление грунта (принимается в зависимости от грунта );

в - коэффициент сезонности.

Подставив значения в формулу (5.1) получим:

Удельное сопротивление грунта для горизонтальной соединительной полосы определим по формуле

где г - коэффициент сезонности.

Подставив значения в формулу (5.2) получим:

.

Сопротивление одиночного заземлителя вычислим по формуле:

,

где L - длина вертикального заземлителя, м;

d - диаметр вертикального заземлителя, м.

.

Необходимое количество вертикальных электродов определяется по формуле

Подставив в формулу (5.4) значения получим:

.

Принимаем n1= 7 шт.

Коэффициент использования вертикальных электродов для найденного количества вертикальных электродов с учетом их расположения и отношения расстояния между электродами к их длине при n1= 7 и при отношениях 4/2 = 2 получим:

.

Сопротивление группы вертикальных электродов определим по формуле

Подставив в формулу полученные значения получим:

.

Длину горизонтальной соединительной полосы для электродов расположенных в ряд определим но формуле:

где а - расстояние между вертикальными электродами а=4 м.

.

Сопротивление растеканию тока соединительной полосы определим по формуле:

.

Подставив значения в формулу (5.7) получим:

.

Коэффициент использования горизонтальной соединительной полосы для найденного числа электродов:

.

Сопротивление соединительной полосы с учетом коэффициента использования определим по формуле

Подставив значения в формулу (5.8) получим:

.

Результирующее сопротивление растекания тока всего заземляющего устройства определяется по формуле:



Подставив полученные значения в формулу (5.9) получим:

.

Сравним вычисленное значение сопротивления растекания тока всего заземляющего устройства с допустимой величиной
.

Имеем:

т.к. .

Следовательно необходимое число вертикальных электродов равно 7 для защитного заземления электродвигателя центробежного насоса предназначенного для перекачки нефти.



6. Оценка экономической эффективности от внедрения системы автоматизации

Назначением нефтесборного пункта «Манчарово» является подготовка определенного качества товарной нефти.

Данное предложение было обосновано тем, что существующие на данном предприятии (ООО «НГДУ «Чекмагушнефть») средства автоматизации нефтесборных пунктов нефти не могут обеспечить требования, предъявляемые к сдаваемой товарной нефти.

6.1 Основные источники экономической эффективности

Экономическая эффективность от внедрения предлагаемого мероприятия обусловлена следующими факторами:

- получение достоверной информации с технологических объектов для решения задач оперативного контроля и управления процессами подготовки нефти, работы регуляторов, систем сигнализации и защиты;

- повышение уровня автоматизации, точности и оперативности измерения параметров технологических процессов;

- сокращение затрат электроэнергии;

- снижение трудоемкости управления технологическими процессами на НСП;

6.2 Методика расчета экономической эффективности

Инвестиции - средства (денежные средства, ценные бумаги, иное имущество, в том числе и имущественные права, имеющие денежную оценку), вкладываемые в объекты предпринимательской и (или) иной деятельности с целью получения прибыли и (или) достижения иного полезного эффекта.

Различаются:

- капиталообразующие инвестиции, обеспечивающие создание и воспроизводство фондов; состоят из капитальных вложений, оборотного капитала, а также, иных средств, необходимых для проекта;

- портфельные инвестиции - помещение средств в финансовые активы.

Капитальные вложения - инвестиции в основной капитал (основные средства), в том числе затраты на новое строительство, расширение, реконструкцию и техническое перевооружение действующих предприятий, приобретение машин, оборудования, инструмента, инвентаря, проектноизыскательные работы и другие затраты.

Проект - комплекс действий (работ, услуг, приобретений, управленческих операций и решений), направленных на достижение сформулированной цели.

Инвестиционный проект - обоснование экономической целесообразности, объема и сроков осуществления капитальных вложений, в том числе необходимая проектно-сметная документация. Эффективность инвестиционного проекта характеризуется системой показателей, отражающих соотношение затрат и результатов применительно к интересам его участников.

Необходимо различать понятия: экономическая эффективность и экономический эффект. Под экономическим эффектом в общем случае понимается величина экономии затрат в рублях в результате осуществления какого-либо мероприятия или их совокупности. В традиционных технико-экономических расчетах чаще всего используется величина годового экономического эффекта, т.е. экономии средств за год. Под экономической эффективностью понимается относительная величина, получаемая в результате сопоставления экономического эффекта с затратами, вызвавшими этот эффект. Причем это может быть простое отношение эффекта к соответствующим затратам и более сложные отношения.

Анализ эффективности инвестиционного проекта основывается на моделировании денежных потоков, складывающихся в течении всего срока жизни проекта. Денежный поток (поток реальных денег) складывается из всех притоков и оттоков денежных средств в некоторый момент времени (или на некотором шаге расчета).

Приток денежных средств равен величине денежных поступлений (результатов в стоимостном выражении) на соответствующем шаге. Отток равен платежам (затратам) на этом шаге.

Срок жизни проекта (расчетный период) должен охватывать весь жизненный цикл разработки и реализации проекта вплоть до его прекращения. Срок жизни проекта включает в себя следующие основные стадии (этапы): инвестиционную, эксплуатационную, ликвидационную.

Для оценки эффективности инвестиционных проектов применяется метод дисконтированной оценки, который базируется на учете временного фактора. Данный метод учитывает временной фактор с позиции стоимости денег в будущем. Метод определения экономического эффекта за расчетный период осуществляется следующим образом:

где Pt - стоимостная оценка результата реализации проекта (приток денежных средств);

3t - стоимостная оценка затрат, включая капитальные вложения (отток денежных средств);

Т - срок жизни проекта (расчетный период);

г - ставка (норма) дисконта;

(Pt - 3t) - поток реальных денег для проекта в целом или отдельного его участника.

Расчетный период разбивается на шаги, в пределах которых производится агрегирование данных, используемых для оценки финансовых показателей. Шаги расчета определяются их номерами (0, 1, ...). Время в расчетном периоде измеряется в годах или долях года и отсчитывается от фиксированного момента, принимаемого за базовый (обычно в качестве базового принимается момент начала или конца нулевого шага).

Норма дисконта (приведения) отражает возможную стоимость капитала, соответствую щую возможной прибыли инвестора, которую он мог бы получить на ту же сумму капитала, вкладывая его в другом месте, при допущении, что финансовые риски одинаковы для обоих вариантов инвестирования. Другими словами, норма дисконта должна являться минимальной нормой прибыли, ниже которой предприниматель счел бы инвестиции невыгодными для себя.

Для инвестиционного проекта в качестве нормы дисконта иногда используется ставка процента по долгосрочным ссудам на рынке капитала или ставка процента, которая уплачивается получателем ссуды.

Если рассчитанный ЧДД положителен, то прибыльность инвестиций выше нормы дисконта и проект следует принять. Если ЧДД равен нулю, то прибыльность равна норме дисконта. Если ЧДД меньше нуля, то прибыльность инвестиций ниже нормы дисконта и от этого проекта следует отказаться. При сравнении альтернативных проектов предпочтение должно отдаваться проекту с большим значением ЧДД.

6.3 Формирование капитальных вложений

К капитальным вложениям относятся затраты на приобретение оборудования, монтаж и наладку приборов. Стоимостные показатели предоставлены плановым отделом ООО «НГДУ «Чекмагушнефть» и приведены в таблице 6.1.

Объём капиталовложений рассчитывается по формуле:

где К - объём капиталовложений, тыс. руб.;

- затраты на оборудование, тыс. руб.;

- затраты на пуско-наладочные работы (ПНР), тыс. руб.;

- затраты на строительно-монтажные работы (СМР), тыс. руб.

Таблица 6.1 - Вид капитальных затрат и их объём

Вид капитальных затрат	Значение, тыс. руб.
Стоимость оборудования	11000
Стоимость СМР и ПНР (в сумме)	1300
Итого	12300

6.4 Формирование эксплуатационных затрат

Эксплуатационные затраты рассчитываются по формуле:

Э = At + ЗПоб + Со + Рт + Эл

где Э - эксплуатационные затраты, тыс. руб.;

At - амортизационные отчисления, тыс. руб.;

ЗПоб - заработная плата персонала, тыс. руб.;

С0 - отчисления на социальные нужды, тыс. руб.;

Рт - затраты на текущий ремонт и обслуживание оборудования, тыс. руб.;

Эл - затраты на электроэнергию, тыс. руб.

Амортизационные отчисления рассчитываются по формуле:



где Na - норма амортизации;

t - эксплуатационный срок (t=10 лет).

Расчет заработной платы обслуживающего персонала производится по формуле (6.5):

,

где ЗПИ, ЗПСЛ, ЗП0 - ЗП соответственно инженера, слесаря КИПиА,

оператора, тыс. руб.;

NH, NCJI, N0 - количество соответственно инженеров, слесарей КИПиА, операторов.

Расчет отчислений на социальные нужды производится исходя из фонда оплаты труда и берётся 34,6 % от ЗПоб

Трудозатраты определяются как 20% от амортизационных отчислений:

Энергетические затраты определяются по формуле:

где Wy - установленная электромощность;

Тр - число рабочих часов;

Sэ - тариф на электроэнергию, руб/кВт*ч.

Результаты всех расчётов сведены в таблицу 6.2.



Таблица 6.2 - Эксплутационные затраты

Наименование затрат	Значение, тыс. руб.
Амортизация	1100
Фонд оплаты труда	360
Отчисления на социальные нужды	136,800
Отчисления на ремонт и техническое обслуживание	220
Отчисления на электроэнергию	257,894
Итого	2074,694

6.5 Расчет экономии от использования автоматизации НСП

Введение предлагаемых мероприятий на НСП позволит:

- уменьшить себестоимость операций подготовки нефти на НСП; для определения экономического эффекта по данной статье Эобр воспользуемся формулой:

,

где Кобр - показатель, учитывающий снижение себестоимости процессов НСП за счет внедряемых мероприятий;

QH - производительность НСП;

Ст - себестоимость подготовки 1 тонны нефти.

- в связи с использованием различных современных средств автоматизаций подготовки нефти на НСП снизить количество рабочего персонала на 4 человека (за счет операторов);

- в связи с использованием различных современных средств автоматизаций подготовки нефти на НСП снизить количество рабочего персонала на 4 человека (за счет операторов); для определения экономического эффекта по данной статье рассчитаем:

- оптимизация режимов работы технологического оборудования, повышение надежности и производительности, 20%;

Экономии по различным статьям от использования автоматизации НСП приведены в таблице 6.3.

Таблица 6.3 - Экономии от использования автоматизации на НСП

Наименование видов экономии	Значение, тыс. руб.
Уменьшение себестоимости подготовочных операций на НСП	2367,3
Сокращение численности персонала	288
Увеличение надежности оборудования	2000
Итого	4655,3

В результате получаем экономию =4655300 рублей в год.

6.6 Расчет экономического эффекта

Исходные данные для расчета экономического эффекта приведены выше, а результаты расчета представлены в таблице 6.4.

Поскольку полученное значение чистого дисконтированного дохода положительно (ЧДД=3563000 рублей), то можно утверждать, что автоматизация нефтесборного пункта «Манчарово» ООО «НГДУ «Чекмагушнефть» является эффективным. Потоки денежных средств представлены на рисунке 6.1.

Срок окупаемости проекта находят, как отношение капитальных вложений к доходу, получаемому от внедрения данного проекта:

Ток =12300 / 1618,4 = 7,6 года.



Таблица 6.4 - Расчет экономического эффекта

Год	Выгоды, тыс. руб.	Капитальные затраты, тыс. руб.	Экспл. затраты, тыс. руб.	Общие затраты, тыс. руб.	Амортизация, тыс. руб.	Чистый доход, тыс. руб.	Дисконт	Дисконт. доход, тыс. руб.	Накопленный дисконт. доход, тыс. руб.
0	-	12300	-	12300	-	-12300	1	-12300	-12300
1	4655,3	-	2074,7	2074,7	1100	1618,4	0,91	2345,8	-9954,2
2	4655,3	-	2074,7	2074,7	1100	1618,4	0,83	2131,6	-7822,6
3	4655,3	-	2074,7	2074,7	1100	1618,4	0,75	1938	-5884,6
4	4655,3	-	2074,7	2074,7	1100	1618,4	0,68	1762,6	-4122,1
5	4655,3	-	2074,7	2074,7	1100	1618,4	0,62	1610,3	-2511,8
6	4655,3	-	2074,7	2074,7	1100	1618,4	0,56	1455,5	-1056,3
7	4655,3	-	2074,7	2074,7	1100	1618,4	0,51	1323,9	267,5
8	4655,3	-	2074,7	2074,7	1100	1618,4	0,47	1205,1	1472,7
9	4655,3	-	2074,7	2074,7	1100	1618,4	0,42	1094,2	2566,9
10	4655,3	-	2074,7	2074,7	1100	1618,4	0,39	996,1	3563
Итого (ЧДД)	3563	3563

Рисунок 6.1 - Потоки денежных средств



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном дипломном проекте произведен анализ существующей системы автоматизации НСП «Манчарово», в результате которого были выявлены недостатки в системе управления трубным водоотделителем.

Для совершенствования системы решено произвести установку уровнемера границы раздела фаз, который будет обеспечивать непрерывный контроль и управление. Для этого был произведен анализ существующих принципов измерения. Предпочтение было отдано ультразвуковым уровнемерам. Произведя сравнительный анализ представленных на рынке приборов был выбран уровнемер LM-7000. Также для осуществления функции управления были рассчитаны настройки ПИД-регулятора.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Дудников, В. АСУ ТП на базе SCADA - пакета GENESIS 32: опыт, решения, наработки / Янина М., Савин С., Максименко В., Мурыжников А. - М.: Современные технологии автоматизации, 2003. - 38 с.

2 Бальцер, С. Автоматизация подготовки нефти / Красных В., Наумов А., Фролов А. - М.: Современные технологии автоматизации, 2003. - 32 с.

3 НПБ 88-2001. Нормы пожарной безопасности. Установки пожаротушения и сигнализации нормы и правила проектирования. - Взамен СНиП 2.04.09-84, НПБ 21-98, НПБ 22-96, НПБ 56-96; Введ 01.01.2002. - М.: 2002 - 18 с.

4 РД 08-200-98. Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности. - М.: НПО ОБТ, 1999. - 190 с.

5 ППБ-01-03. Правила пожарной безопасности в Российской Федерации. - Взамен ППБ 01-93; Введ. 30.06.2003. - М.: 2003 - 120 с.



ПРИЛОЖЕНИЕ

Перечень демонстрационных листов

1 Цели и задачи ВКР.

2 Технологическая схема НСП «Манчарово».

3 Функциональная схема автоматизации ТВО

4 Используемые средства автоматизации.

5 Конструкция датчика ДУЖЭ-200М.

6 Сравнение характеристик ультразвуковых уровнемеров.

7 Структурная схема LM-7000.

8 Расчет настроек ПИД-регулятора.

9 Функциональная схема автоматизации ТВО после модернизации.

10 Выводы.

Размещено на Allbest.ur