Удосконалення вузла динамометрування системи контролю параметрів штангових глибинних насосних установок

У роботі пропонується застосувати вимірювальний перетворювач ДВ-02. Технічні характеристики запропонованого давача навантаження наводяться в таблиці 2.1.

Таблица 2.1 - Технічні характеристики

	ДВ-02
Номінальне зусилля:	2000 Н
Роздільна здатність:	0,5 Н
Повна приведена похибка, не більше:	0,5%
Напруга живлення:	24В
Діапазон робочих температур:	-40...85°С
Габаритні розміри, мм:	215х22х55
Вихідний сигнал: - Цифровий інтерфейс - Аналоговий струмовий	RS - 485 4.20 мА
Максимальна довжина кабелю:	500…800 м
Максимальний споживаний струм, не більше:	0,1 А

2.2 Проектування давача положення ШГНУ на основі інтегральних акселерометрів

При автоматизації роботи установок ШГН необхідно вимірювати параметри руху точки підвісу насосних штанг. Ця інформація потрібна для побудови динамограм і ватметрограм (відповідно графіків зміни зусилля і споживаної електродвигуном активної потужності у функції переміщення штока), що в свою чергу необхідно для діагностики стану обладнання, режиму її функціонування, а також регулювання продуктивності установки ШГН.

Параметри руху установки ШГН включають в себе довжину ходу, частоту і період хитань, моменти проходження штоком нижньої і верхньої мертвих точок.

Для вимірювання параметрів руху штока використовуються різні засоби: давачі кута нахилу, маятники з потенціометрами, кінцеві вимикачі, безконтактні давачі положення, що встановлюються на вихідному валу редуктора і лінійні акселерометри.

На даний час на балансирних верстатах-гойдалках широко використовуються безконтактні давачі положення. Вони встановлюються, як правило, на вихідному валу редуктора і являють собою геркони або давачі Холла, що спрацьовують при проходженні поруч з ними постійних магнітів. Так як один оборот валу редуктора відповідає одному повному циклу гойдання, це дозволяє з необхідною точністю фіксувати моменти проходження штоком однієї (нижньої) або двох - (нижньої і верхньої) мертвих точок. Недоліки такого способу визначення параметрів руху штока наступні:

1. Давачі положення розташований окремо від інших елементів системи автоматизації (наприклад, давача зусилля в системах динамометруванні), що викликає додаткові проблеми зі з'єднувальними кабелями.

2. Давач вимагає дуже точної установки (суміщення давача Холла з магнітами має відбуватися точно в мертвих точках, також потрібне забезпечення малого зазору між ними). Природно, після проведення будь-яких ремонтних робіт на свердловині ці налаштування збиваються, і потрібно виїзд спеціальної бригади для відновлення працездатності давача.

3. Давач непридатний для установок ШГН з ланцюговим приводом, у яких немає однозначної залежності між кутом повороту вихідного валу редуктора і положенням точки підвісу штанг.

Виходом з даної ситуації могли б стати аналогічні давачі, що встановлюються на гирлі свердловини і реагують на магніти, закріплені безпосередньо на штоку. Однак на практиці такі системи не прижилися в силу ряду причин:

1. Давач знаходиться у вибухонебезпечній зоні, потрібно його спеціальне виконання, що відбивається на ціні.

2. При проведенні будь-яких ремонтних робіт на свердловині будуть зміщуватися налаштування елементів давача і буде потрібно їх подальше регулювання.

3. Після зміни довжини ходу штока знову потрібна настройка елементів давача.

Найбільш оптимальним, з цієї точки зору способом визначення параметрів руху штока, є використання лінійного акселерометра для вимірювання прискорення, що виникає при зворотно-поступальному русі штока насосної установки, і наступному інтегруванні цього сигналу спочатку у швидкість, а потім в переміщення.

2.2.1 Аналіз інтегральних акселерометрів

Застосування акселерометрів для визначення параметрів руху штока є дуже зручним і практичним рішенням: малогабаритний інтегральний акселерометр може бути поєднаний в одному корпусі з давачем навантаження, що зменшує кількість кабельних з'єднань, значно спрощує монтаж, знижує металоємність і вартість системи динамометрування.

Однак такі давачі працюють в діапазоні дуже низьких рівні прискорень, що виникають при русі точки підвісу штанг і наявності паразитних вібрацій.

При цьому механічні збурення, створювані ударами і вібраціями механічних вузлів обладнання будуть створювати перешкоди, що мають значно більшу амплітуду прискорень. Використання фільтрів, в свою чергу, вносить в сигнал фазові спотворення, через що відповідні моменти ходу штока будуть фіксуватися з деяким тимчасовим запізненням.

Важливим чинником є ??широкий діапазон зміни температури навколишнього середовища від мінус 40 до + 60 ° С, тоді як всі інтегральні акселерометри мають значні температурні похибки.

Тому практично всі динамографи з давачами переміщення на основі акселерометрів за паспортом мають похибку не менше 5%. Така похибка не може забезпечити достовірність отриманих динамограм і, відповідно, адекватне прийняття рішень за результатами їх аналізу. Тому була зроблена спроба розробки давача параметрів руху штока установки ШГН, який забезпечує, перш за все, фіксацію моментів проходження штоком нижньої і верхньої мертвих точок з похибкою не більше 0,5 ... 1,0%, а також проаналізувати можливість вимірювання за допомогою акселерометра довжини ходу штока.

Розглядалося кілька видів інтегральних акселерометрів: плівкові п'єзоелектричні, об'ємні і поверхневі.

Плівкові п'єзоелектричні інтегральні акселерометри випускає компанія Atochem Sensors - акселерометри серії ACH.

Об'ємні інтегральні акселерометри виробляє компанії Lucas NovaSensor - акселерометри серії NAC.

Поверхневі інтегральні акселерометри випускає компанія Analog Devices - акселерометри серії ADXL, а також компанія Motorola - акселерометри серії XMMA.

Для розроблювального давача переміщення найбільш доцільно з точки зору ціни, доступності, якості та габаритів, виявилося використовувати інтегральні акселерометри фірми Analog Devices [4].

У таблиці 2.2 наведені основні технічні характеристики інтегральних акселерометрів фірми Analog Devices.

Таблиця 2.2 -Технічні характеристики акселерометрів, які випускаються фірмою Analog Devices

Модель акселерометра	ADXL103	ADXL204	ADXL213	ADXL322	ADXL202
Кількість осей	1	2	2	2	2
Діапазон вимірювань, g	±1,7	±1,7	±1,2	±2	±2
Тип выходного сигнала	Аналог.	Аналог.	ШІМ	Аналог.	ШІМ
Чутливість	1000 mV/g	620 mV/g	30 %/g	420 mV/g	12.5 %/g
Нелінійність шкали, %	0,5 - 2,5	0,5 - 2,5	0,5	0,2	0,2
Поперечна чутливість, %	2 - 5	2 - 5	2	2	2
Температурний дрейф нуля, mg/0C	0,1	0,2	0,25	0,5	2
Температурний дрейф чутливості, % від величини вимірювання	0,2	0,3	0,3	0,4	0,5
Густина шумів, mg/VГц	110	170	160	220	200
Споживаний струм, мА	0,7	0,5	0,7	0,5	0,6
Діапазон робочих температур, °С	- 40 - 125	- 40 - 125	- 40 - 85	- 20 - 70	- 40 - 85

З таблиці 2.2 видно, що найбільшою чутливістю і мінімальної сумарної похибкою володіє інтегральний акселерометр ADXL103.

Акселерометр ADXL213 має дещо більшу чутливість, але поступається ADXL103 за такими параметрами як нелінійність, температурний дрейф нуля і щільність шумів. Широтно-імпульсний тип вихідного сигналу менш зручний, ніж аналоговий. Крім того, для даної задачі потрібно вимірювати прискорення тільки по одній осі, тоді як ADXL213 має дві осі вимірювання прискорення і, відповідно, є надлишковим. Як видно з таблиці 2.2, найбільший внесок у загальну величину похибки акселерометра ADXL103 вносять зсув нуля і чутливості - по 10% і 6%, відповідно, потім йде похибка поперечної чутливості (2 ... 5%) і нелінійність акселерометра (0,5. ..2,5%) і зовсім невеликий внесок вносять температурний дрейф нуля і чутливості акселерометра - по 0,265% і 0,2%, відповідно.

2.2.2 Проектування вимірювального кола давача переміщення

Вимірювальне коло акселерометра стосовно до даної задачі повинне відповідати таким умовам: бути простим і компактним для монтажу в обмеженому просторі давача, забезпечувати фільтрацію сигналу прискорення для ослаблення шумів власне акселерометра і шумів, викликаних вібраціями елементів насосної установки та електродвигуна, забезпечувати високу ступінь посилення сигналу з акселерометра , який працює лише в початковій ділянці свого діапазону.

Сучасна елементна база дозволяє частково спростити останню умову за рахунок використання АЦП з високою роздільною здатністю.

При розробці перетворювача було вирішено відмовитись від апаратного інтегрування сигналу прискорення і вирішено використовувати цифрову обробку масиву даних вже в мікроконтролері давача, оскільки в цьому випадку з'являється можливість гнучкого використання різних алгоритмів перетворення сигналів []. З урахуванням вищесказаного була вибрана схема, представлена на рис 2.5.

Рисунок 2.3- Схема вимірювального кола акселерометра

Вихідний сигнал з акселерометра DA1 ADXL103 надходить на неінвертуючий вхід диференціального підсилювача DA2 AD627 через коло R1C1. Включення резистора R1 на землю необхідно для розрядки конденсатора С1. На інвертується вхід підсилювача подається постійна напруга з дільника R2R3 для компенсації постійної складової на виході акселерометра, відповідної воздействующему прискоренню в 1g (викликаної вертикальною орієнтацією осі акселерометра).

Коефіцієнт підсилення DA2 був підібраний експериментально виходячи з прискорень руху штока, динамічного діапазону реального шуму і рівня перешкоди вібрації і приблизно становить 8. Сигнал на вхід АЦП подається через ФНЧ R4C3.

Як показали експериментальні записи прискорень при такому підборі характеристик елементів вимірювального кола забезпечується максимальний розмах вхідного сигналу АЦП без догляду в насичення.

2.2.3 Обробка масиву результатів вимірювання давача переміщення

На рисунку 2.4 представлений отриманий за допомогою акселерометра вихідний сигнал прискорення за два періоди гойдання установки ШГН з ланцюговим приводом.

Рисунок 2.4- Вихідний сигнал прискорення з акселерометра

Сигнал прискорення містить високий рівень шуму, що перевершує корисний сигнал в кілька разів. Так як в умовах спокою давача цей шум відсутній, його природа зумовлена ??вібраціями і ривками штока насосної установки. Очевидно, що без відповідної математичної обробки сигналу ніякої корисної інформації з цього масиву отримати неможливо. У той же час, як відомо, використання будь-яких фільтрів супроводжується спотвореннями фази сигналу, що призведе до запізнілої фіксації мертвих точок.

Отриманий масив прискорень за період часу, свідомо перевершує один період гойдання, піддається цифровому інтегруванню з використанням методу медіанного фільтра. Отриманий при цьому сигнал швидкості представлений на рисунку 2.5.



Рисунок 2.5- Графік швидкості, отриманий при першому інтегруванні сигналу прискорення

За рахунок перешкод і шумових складових які проявляються при інтегруванні ми отримуємо швидкість, відмінну у відповідні моменти різних періодів гойдання. Таким чином, за цими даними не можна визначити точні значення швидкості руху штока.

На рисунку 2.6 наводиться отриманий при повторному інтегруванні прискорення сигнал переміщення. Переміщення між мертвими точками має лінійний характер, як і повинно бути на установках з ланцюговим приводом, але сигнал змінюється за амплітудою також за рахунок перешкод і шумів.

Таким чином, можна зробити висновок, що по сигналу переміщення не можна з необхідною точністю обчислити довжину ходу штока, але можна фіксувати моменти проходження штоком нижньої і верхньої мертвих точок. Оскільки довжина ходу є величиною постійною для кожної насосної установки, вона може бути задана в програму оператором один раз.



Рисунок 2.6- Кінцевий графік переміщення, отриманий за допомогою подвійного інтегрування сигналу прискорення

2.3 Розробка алгоритму вимірювання динамограми

Найбільш перcперспективне з точки зору ефективності використання при визначенні кількості витягнутої з надр нафти, є системи динамометрування з використанням динамографа. Вихідною інформацією для обчислення дебіту свердловини в таких системах є плунжерна динамограма (Рисунок 2.7 ).

Рисунок 2.7. Визначення ефективного ходу плунжера Sеф по динамограмі

Отримувати вимірювальну інформацію про характер зміни зусилля в плунжері (плунжерна динамограма, яка визначає наповнюваність насоса) штангової глибинної насосної установки (ШГНУ), переважніше на етапі передачі навантаження від плунжера до наземного устаткування - в траверсі канатної підвіски (ШГНУ), де встановлюється динамограф 3 (рисунок 2.8). Логічно виведеною частиною алгоритму визначення дебіту нафти є ефективна довжина ходу плунжера Sеф. Величина Sеф відповідає руху плунжера ШГН з моменту відкриття нагнітального клапана (точка Г) до його закриття (точка А). На практиці для всіх систем без винятку дебіт, що розраховується по динамограмі програмним шляхом, відрізняється від реального. Пояснюється це тим, що величина ефективного ходу плунжера Sеф не відповідає дійсній, оскільки точка Г, відповідаючи моменту відкриття нагнітального клапана, зміщена щодо реального положення. Одна з причин цього - наявність похибки засобів контролю, що визначають момент проходження штоком нижньої і верхньої мертвих точок. Точність визначення положення точки Г і інших характерних точок динамограми програмним шляхом також залежить від закладеного алгоритму та прийнятих ознак.

Рисунок 2.8 Штангова глибинно насосна установка

Алгоритм вимірювання динамограми полягає в наступному. Отримавши команду на вимірювання динамограми система очікує сигналу від давача прискорення, вбудованого в силовимірювальний давач, про проходження штоком нижньої мертвої точки. Якщо сигнал не проходить протягом тривалого часу, то вважається, що верстат-качалка зупинений, або несправний давач. Якщо сигнал з давача прийнятий, то запускається таймер, який визначає тривалість періоду коливання. Після цього система очікує сигналів про проходження штоком верхньої мертвої точки і подальшого проходження нижньої точки. Отримавши сигнал, контролер обчислює дискретність вимірювання зусилля, розділивши довжину періоду коливання на число точок динамограми. У наступному циклі коливання проводиться вимірювання зусилля через знайдені дискрети часу і їх запис у пам'ять. Таким чином, за два цикли коливання в пам'яті системи з'являється динамограма, що займає визначений заздалегідь відомий обсяг. Давач прискорення, що працює в складі силовимірювального давача, дозволяє точно синхронізувати моменти проходження штоком верхніх і нижніх мертвих точок і відкриття і закриття нагнітаючого клапана.

Глибинний штанговий насос можна представити у вигляді системи послідовно з'єднаних елементів: плунжерна пара, колона штанг, підвіска штанг. При моделюванні умов роботи глибинного штангового насоса ми замінюємо цю систему елементів одною штангою з «наведеною» жорсткістю, на верхньому і нижньому кінцях якої є силові та кінематичні умови. При цьому заданими граничними умовами можуть бути:

з боку підвіски штанг - дані заміру зусиль і переміщень на штоку;

з боку плунжерної пари - змодельовані зусилля і переміщення плунжера.

У цьому випадку переміщення штанги можливо описати диференціальним рівнянням поздовжніх коливань стержня:

(2.1)

де, а - швидкість поширення звуку в штанзі;

u - абсолютне переміщення деякого січення штанги;

х - координата січення;

t - час.

Загальний інтеграл рівняння (1) відомий і представляється у вигляді суми функції двох аргументів:

(2.2)

Таким чином, задаючи граничні умови на кінцях штанги, можна отримати конкретні рішення для наступних завдань:

розрахунок параметрів на плунжері по даним на штоку;

розрахунок параметрів на штоку за даними на плунжері;

розрахунок зусиль на штоку по зусиллям на плунжері і переміщенням на штоку.

Для побудови даної моделі використовуються наступні рівняння:

(2.3)

(2.4)

(2.5)

де, P, V, U - навантаження, швидкість і переміщення на верхньому кінці штанги;

P1, V1, U1 - навантаження, швидкість і переміщення на нижньому кінці

штанги;

t - змінна часу;

- час поширення хвилі переміщень від одного кінця штанги до іншого;

Н - довжина штанги (глибина занурення насоса);

f - площа перетину штанги;

Е - модуль пружності матеріалу штанги;

Q - вага штанг у рідині.

Характер зміни навантаження на верхньому кінці штанги визначається динамометруваням, а закон його переміщення з достатньою точністю може бути описаний, як гармонічний:

(2.6)

де L - довжина ходу штока;

T - період коливань.

Використовуючи рівняння (2.3-2.5), можна по напруженню і швидкості на штоку визначити навантаження, швидкість і переміщення на плунжері, тобто розрахувати плунжерну динамограму (Рисунок 2.9, 2.10).

Рисунок 2.9 Теоретична плунжерна динамограма

Процес зняття динамограм програмно-технічним комплексом повністю автоматизований. При кожному циклі заміру проходить калібрування силовимірювального давача, визначення періоду коливання верстата-качалки, визначення моменту проходження полірувальним штоком нижньої мертвої точки, оцифровка сигналу навантаження за повний період, починаючи з нижньої точки.



Рисунок 2.10 Практична плунжерна динамограма

Обробка динамограм (рисунок 2.11, 2.12) проходить за наступним принципом. Використовуючи вихідний масив навантаження, формується графік динамограми по функції переміщення. Потім отриманий графік аналізується, і в динамограмі виділяються лінії процесів (рисунок 2.11). Ці лінії згладжують коливальні процеси прямими лініями. В результаті згладжування будуються характерні точки (рисунок 2.12), які є точками стику процесів. При необхідності їх місцеположення можна змінити і програма розрахує параметри знову. Передбачений і режим накладення динамограм.

Рисунок 2.11 Лінії процесів на динамограмі



Рисунок 2.12 Характерні точки динамограми

За найденими точкам динамограми програма здійснює розрахунок ймовірності несправності, а також розрахунок ефективного ходу плунжера насоса, втрати ходу, дебіту по динамограмі (рисунок 2.13).

Рисунок 2.13 Плунжерна динамограма з врахуванням газового фактору

Діагностування можна здійснювати використовуючи модифіковану різницеву криву - результат віднімання реальної динамограми від еталонної. Перевага запропонованої модифікованої різницевої кривої в порівнянні з відомим методом - інваріантність щодо різного часу ходу вниз і вгору полірованого штока верстата-качалки та краща компенсація динамічних складових динамограми. Показано, що ряд відомих методів ґрунтуються на алгоритмах розпізнавання образів з формуванням вектора ознак із коефіцієнтів розкладу в деякій системі функцій, зокрема в базисі Фур'є, та розглянута можливість використання інших ортогональних перетворень, зокрема дискретного перетворення Уолша та вейвлет-перетворення стосовно діагностування ШГНУ.

Вибір перетворення Уолша був обумовлений тим, що воно вимагає проведення лише операцій додавання та віднімання (без множення та розрахунку тригонометричних функцій, як це необхідно для перетворення Фур'є). Досліджена кількість коефіцієнтів перетворення Уолша, достатня для передачі динамограми без суттєвих спотворень сигналу - 16. Ця кількість коефіцієнтів перетворення за якістю відтворення початкового сигналу відповідає 8-ми коефіцієнтам перетворення Фур'є, однак по часу розрахунку випереджає останнє.

Застосування вейвлет-перетворення зумовлене високими апроксимаційними можливостями його базисних функцій, що дозволяє досліджувати не лише розподіл енергії сигналу по частотах, але і зміну цього розподілу в часі. При застосуванні вейвлет-перетворення (ВП) за схемою "динамограма > (пряме ВП) > 16 коефіцієнтів ВП > (зворотнє ВП)> відновлена динамограма" виявлено, що на відновленій динамограмі чітко виявляються характерні точки, які можна використовувати у відомих методах діагностування ШГНУ за логічними ознаками, оскільки саме в пошуку характерних точок полягала основна складність цих методів. Вигляд отриманої динамограми наближається до ідеалізованої паралелограмної динамограми, що надає можливість використання спрощених паралелограмних еталонів. Проведений розрахунок характеристик відновлюваного сигналу для різної кількості коефіцієнтів вейвлет-перетворення, показав, що для відсутності суттєвих спотворень форми відновленої динамограми необхідно використовувати 16 коефіцієнтів.

Розширення області застосування динамометричних методів можливе за рахунок одночасного визначення за динамограмою рівня рідини в затрубному просторі свердловини. При цьому, окрім необхідності використання вимірювальних засобів високої точності, постає проблема визначення складової тертя в сигналі навантаження, неточність визначення якої вносить суттєву помилку в розраховане значення рівня. Існуючі методи визначення коефіцієнта тертя вимагають або спеціальних досліджень на свердловині із зміною режиму її роботи, або знання значної кількості параметрів (густини і в'язкості рідини, конфігурації свердловини тощо), окремі з яких можуть змінюватись у процесі експлуатації. Запропоновано метод визначення коефіцієнта тертя на основі розрахунку плунжерних динамограм за формулами Вірновського, який ґрунтується на тому, що при невірно заданому коефіцієнті тертя форма розрахованої плунжерної динамограми спотворюється, причому степінь спотворення залежить від похибки заданого коефіцієнта тертя відносно дійсного, що і дозволяє визначити дійсне його значення.

Враховуючи наявність похибки вимірювання динамограми, систематичної похибки моделювання при розрахунку плунжерної динамограми, а також можливість деякої зміни реального коефіцієнта тертя в процесі експлуатації ШГНУ, можна запропонувати лінійну апроксимацію цієї залежності за двома точками, розрахованими для двох вибраних значень коефіцієнта тертя, наприклад, 0 та 0.5. Дійсним значенням коефіцієнта тертя в цьому випадку слід вважати абсцису точки перетину кривих 1 і 2. Плунжерні динамограми, розраховані для отриманих значень коефіцієнта тертя 0.166 та 0.155, візуально фактично не відрізняються, а різниця між ними менша, ніж між двома динамограмами, знятими за два послідовні цикли качання ШГНУ.

3. МЕТРОЛОГІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ УДОСКОНАЛЕНОГО ВУЗЛА ДИНАМОМЕТРУВАННЯ

3.1 Методи компенсації похибок давача переміщення

Похибка поперечної чутливості акселерометра, при визначенні сумарної похибки акселерометра, приймемо рівною нулю, так як в нашому випадку на акселерометр не діють ніякі поперечні сили.

Нелінійність акселерометра змінюється від екземпляра до екземпляра виробу, її максимальне значення становить 2,5% (типове значення нелінійності становить 0,5%).

Знайдемо середньоквадратичне значення сумарної похибки акселерометра:

Отримане значення похибки дуже велике, тому в будь-якому випадку необхідно розглянути методи компенсації похибок акселерометра. При

цьому кожну складову повної похибки акселерометра необхідно розглядати окремо, оскільки різні види похибок акселерометра залежать від різних факторів, отже, для їх усунення необхідно використовувати різні методи.

Методи компенсації похибок акселерометра

Поперечна чутливість акселерометра

Похибка, обумовлена ??поперечної чутливістю акселерометра, в нашому випадку враховуватися не буде, оскільки на акселерометр не діють ніякі поперечні сили (прискорення, яке відчуває акселерометр при переміщенні полірованого штока насосної установки, діє тільки уздовж осі чутливості акселерометра).

Зсув нуля і температурний дрейф нуля акселерометра

Похибки зсуву нуля і температурного дрейфу нуля акселерометра змінюються в часі дуже повільно і їх можна вважати постійними величинами протягом одного періоду гойдання насосної установки. Таким чином, ці похибки є систематичною складовою похибки акселерометра.

У свою чергу, в законі прискорення полірованого штока відсутня постійна складова. Звідси випливає, що сумарна дія постійних похибок акселерометра досить легко можна усунути програмним шляхом, для цього достатньо видалити постійну складову з сигналу прискорення.

Постійна складова сигналу прискорення визначається як середнє значення сигналу прискорення за один період. Видалити постійну складову з сигналу прискорення можна шляхом вирахування з виміряних значень прискорення.

У разі використання даного методу відбувається практично повна компенсація систематичних складових похибок акселерометра, а точність компенсації в цьому випадку буде визначатися лише величиною шумів сигналу прискорення, усередненої протягом одного періоду.

Температурний дрейф коефіцієнта чутливості акселерометра

Температурний дрейф коефіцієнта чутливості акселерометра становить 0,2% від величини виміряного прискорення (переміщення). Таким чином, при довжині ходу полірованого штока 2м, максимальне значення цієї похибки складе величину

Отримане значення похибки дуже мале, тому немає необхідності використовувати які-небудь методи її компенсації.

Нелінійність акселерометра

Максимальне значення нелінійності акселерометра становить 2,5% від повної шкали.

Оскільки у нашому випадку буде використовуватися тільки невелика частина вимірювального діапазону акселерометра, можна знизити похибку нелінійності акселерометра шляхом калібрування шкали акселерометра в меншому діапазоні вимірюваних прискорень.

Сутність такого налаштування полягає у визначенні значення коефіцієнта чутливості акселерометра, який відповідає зменшеному діапазону вимірюваних прискорень (рис.3.1). При цьому коефіцієнт чутливості акселерометра визначається наступною формулою:

де k - коефіцієнт чутливості акселерометра;

Umax - напруга на виході акселерометра при максимальному значенні прискорення зменшеного діапазону вимірювань, В;

Uo - напруга на виході акселерометра при нульовому прискоренні, В;

- довжина зменшеного діапазону прискорення, м / с2.

Рисунок 3.1 - Метод лінеаризації вимірювальної шкали акселерометра в зменшеному діапазоні вимірюваних прискорень

При використанні даного методу похибка нелінійності знижується приблизно в

де а1тах - максимальне прискорення повного діапазону прискорень, м / с2;

а2тах - максимальне прискорення зменшеного діапазону, м / с2.

Розглянемо можливість застосування даного способу зниження похибки нелінійності акселерометра в нашому випадку (у разі застосування акселерометра як чутливий елемент давача параметрів руху штока установки ШГН). Визначимо максимальне значення прискорення, яке може відчувати акселерометр при русі штока (довжина ходу штока 0,5 м, вчиняється 12 хитань на хвилину):

де amax - максимальне прискорення, м / с2;

щ max- максимальне значення кутової частоти хитань верстата-качалки,

рад / с;

fmax- максимальне значення частоти хитань верстата-качалки, хит. ??/ хв;

l- довжина ходу верстата-качалки, відповідна максимальному прискоренню,

м.

Таким чином, у разі налаштування вимірювальної шкали акселерометра під зменшений діапазон вимірюваних прискорень (± 0,08 м / с2), похибка

нелінійності вимірювальної шкали акселерометра знизиться в

і складе величину

Результати компенсації похибок акселерометра

Як показав проведений аналіз, з усіх похибок залишаються лише температурний дрейф чутливості, рівний 0,2% і нелінійність, яка складає 0,125% в діапазоні діючих в установці ШГН прискорень. Тоді їх середньоквадратичне значення складе:

Таким чином, в ході аналізу похибок акселерометра з'ясувалося, що сумарну величину похибки акселерометра можна знизити з 11,93% до 0,24%, використовуючи при цьому тільки програмні засоби компенсації похибок: компенсація похибок зміщення нуля і температурного дрейфу нуля здійснюється методом видалення систематичної складової з сигналу прискорення; компенсація похибки нелінійності і похибки зсуву коефіцієнта чутливості акселерометра здійснюється методом калібрування акселерометра в зменшеному діапазоні вимірюваних прискорень.

3.2 Метрологічне забезпечення каналу вимірювання навантаження

Для градуювання та повірки зразкових переносних динамометрів 3-го розряду за ГОСТ 9500-84, робочих динамометрів і давачів сили методом прямих вимірювань відповідно до державної повірочної схеми для засобів вимірювання сили за ГОСТ 8.065-85 є зразкові силовимірювальні машини МОС-2 .

Машини силовимірювальні МОС-2 представляють собою силовимірювальний комплекс, що складається з:

двох навантажувальних пристроїв (стиснення і розтягування), крім машини МОС-2-5000, призначеної для повірки динамометрів і давачів сили стискання;

блоку гідроприводу з електрогідравлічною системою навантаження в реперних точках;

зразкової силовимірювальної системи, що складається із зразкових давачів 1-го розряду і вторинної апаратури;

системи комп'ютерного управління процесом навантажування з цифровою індикацією величин сили на дисплеї комп'ютера.

Комп'ютерна система силовимірювальної машини МОС-2 дозволяє виробляти зупинку процесу навантаження за заданою програмою при будь-яких значеннях сили і автоматично обробляти результати повірки з поданням їх у вигляді протоколу (для динамометрів і давачів сили з електричним вихідним сигналом).

До складу силовимірювальних машин МОС-2 входять пристосування для установки і кріплення повірочних динамометрів і давачів стиснення і розтягування.

Таблиця 3.2 Технічні характеристики зразкової силовимірювальної машини МОС-2

Найменування параметра силовимірювальної машини	Типорозмір силовимірювальної машини
	МОС-2- 50/50	МОС-2- 100/100	МОС-2- 500/500	МОС-2- 2000/2000	МОС-2- 5000
Найбільша межа відтворення сили, кН	50	100	500	2000	5000/-
Найменша границя відтворення сили, кН	0,5	1,0	5,0	20,0	50,0
Межа допустимої відносної похибки D0, від вимірюваного значення,%	0,1
Середнє квадратичне відхилення випадкової складової похибки,% від вимірюваного значення, не більше 0,05	0,05
Систематична складова похибки,% від вимірюваного значення, не більше	0,05
Діапазон швидкостей навантаження при випробуванні на розтяг, кН / с	0,025-5	0,1-20	0,4-80	1-250
Габаритні розміри, мм: (Довжина х Ширина х Висота)	2000х 1900х 1970	2400х 1900х 2500	2600х 1900х 3000	2800х 1900х 2500
Маса, кг	1400	2600	5400	5600
Споживана потужність, кВт	1,1	3,5	7,5	7,5

Особливості силовимірювальної зразкової машини МОС-2 є:

широкий діапазон швидкостей навантаження, що дозволяє збільшити продуктивність повірок в кілька разів;

наявність ручного, напівавтоматичного та автоматичного режимів роботи;

підвищена точність установки та фіксування навантажень;

високий рівень ергономіки, зручність у роботі і безпеку обслуговуючого персоналу;

порівняно малі габарити і низька вартість.

Поле робочих еталонів 3-го розряду введено в повірочну схему для додання правильності сформованій практиці застосування окремих екземплярів робочих засобів вимірювань для цілей повірки інших робочих засобів вимірювань, якщо співвідношення їх похибок вбирається 1:3.

Динамометри 3-го розряду повинні бути виготовлені відповідно до вимог стандарту і технічних умов на динамометри конкретних типів за робочими кресленнями, затвердженими в установленому порядку.

Вимоги до показників рівня уніфікації повинні бути встановлені в технічних умовах на динамометри конкретних типів.

Вимоги до метрологічних характеристик:

межа допустимої похибки динамометрів (для динамометрів з іменованою шкалою) повинна бути не більше 0,5% вимірюваного значення;

розмах показів динамометрів (різниця між найбільшим і найменшим показами вимірювань) для зростаючих і спадаючих навантажень не повинен перевищувати значень:

від 10 до 20 % вимірюваного значення, не більше 0,5,

від 20 до 100 % вимірюваного значення, не більше 0,3;

допустиме значення різниці середніх показів динамометрів при навантаженні та розвантаженні при 50%-ному навантаженні повинно бути не більше 0,7% вимірюваного значення;

поріг чутливості динамометрів повинен бути не більше 0,02% найбільшої межі вимірювання;

ціна найменшої поділки шкали динамометрів повинна бути не менше 0,1%. Допускається за вимогою споживача ціну найменшої поділки шкали встановлювати 0,2% найбільшої межі вимірювань;

номінальна ціна одиниці найменшого розряду коду динамометрів (при видачі результатів вимірювань в цифровому коді) повинна бути не більше 0,01% найбільшої межі вимірювань;

метрологічні характеристики не повинні перевищувати допустимі межі після перевищення найбільшої межі вимірювань на 10%;

при розвантаженні динамометрів повернення покажчика на нульову позначку не повинно перевищувати 0,001 протяжності шкали.

Для динамометрів з відліковим пристроєм у вигляді індикатора ИЧ-10 неповернення покажчика на нульову позначку повинно бути не більше 0,5 поділу.

4. ОХОРОНА ПРАЦІ

4.1 Значення охорони праці для забезпечення безпечних умов праці

Створення безпечних, нешкідливих і сприятливих виробничих умов праці одне з найважливіших завдань сучасного виробництва і має не тільки інженерне, але і соціальне значення.

На сучасному етапі охорона праці (ОП) являє собою систему правових, соціально-економічних, лікувально-профілактичних засобів та заходів спрямованих на забезпечення здоров'я і працездатності людини в процесі праці.

Основним принципом політики в галузі ОП є визнання пріоритету життя і здоров'я працівників.

Виходячи з цього сформовані основні завдання в галузі ОП:

розробка і впровадження високовиробничих технологій;

підвищення рівня безпеки діючого виробничого устаткування і технологічних процесів за рахунок ліквідації небезпечних і шкідливих виробничих факторів;

удосконалення оснащеності підприємств сучасними технічними засобами безпеки і виробничої санітарії;

впровадження стандартів (ССБП);

здійснення навчання населення і підвищення кваліфікації працівників з ОП;

зміцнення технологічної і виробничої дисциплін;

охорона навколишнього середовища.

У дипломному проекті запропоновано удосконалення системи контролю параметрів штангово-глибинних насосних установок(ШГНУ). ШГНУ використовують для видобування сирої нафти. Вона розміщена безпосередньо на гирлі свердловини і являє собою пожежонебезпечний об'єкт.

4.2 Аналіз потенційних небезпек виробничого середовища

При добуванні нафти з використанням ШГНУ робочі і інженерно-технічний персонал, який зайнятий на цих роботах, може піддаватися небезпеці ураження різноманітними факторами, що призводить при недотриманні правил техніки безпеки до виробничих травм, опіків від нафти при її попаданні на оголені ділянки шкіри та опіків від займання нафти, ураження електричним струмом і ін.

Обладнання і промислові установки на об'єктах нафтової промисловості постійно знаходяться під високим надлишковим тиском. У випадку корозії товщина стінок зменшується, що може привести до розривів, які зв'язані з руйнуваннями, людськими жертвами, до вибухів попутніх газоповітряних сумішей і пожеж.

Небезпеку для здоров'я людини на ШГНУ складають фізичні і хімічні властивості нафти і попутнього природного газу, а також небезпека враження струму.

Зведемо потенційно небезпечні виробничі фактори та речовини у таблиці 4.1 та 4.2.

Таблиця 4.1 - Потенційно небезпечні виробничі фактори при роботі на замірному вузлі.

Джерело небезпек	Характеристика потенційно-небезпечних виробничих факторів та їх допустимі значення
1. Електрообладнання системи вимірювання параметрів ШГНУ, а також її живлення	U=380В, I=10А, f=50Гц - можливість ураження електричним струмом
2. Нафтопроводи	Опіки і подразнення при попаданні нафти на відкриті ділянки шкіри. Вибух парів нафти при створенні особливих умов і досягненні % об'ємної концентрації: пропан - 2,31 %, бутан - 1,8 %. Допустиме значення тиску в трубопроводах резервуару 10 МПа - можливість прориву трубопроводу.
3. ЕОМ	Рентгенівське випромінювання - ГДД: 100мкр/год., ультрафіолетове випромінювання - до 0,01 Вт/м2, електростатичне поле - 20-60 кВ/м2 , яскравість - від 35 кд/м2 до 60 кд/м2 . Загальна втома, головний біль.

У осіб переважно розумової праці, роботи яких супроводжуються нервово-психічним напруженням, частіше реєструється патологія у якої є істотне порушення нервово-ендокринної регуляції: це захворювання нервової системи, органів травлення, органів чуття. Особливості характеру і режиму праці, значна розумова напруга і інші навантаження приводять до зміни в робітників функціонального стану центральної нервової системи, нервово-м'язового апарату рук. Праця робітників не повинна перевищувати оптимальних, а напруженість допустимих розмірів. Небезпека ураження електричним струмом на відміну від інших небезпек збільшується тим, що людина не може без допомоги спеціального обладнання визначити напругу дистанційно. Дія електричного струму на організм людини полягає в тому, що проходячи через живі клітини людини, електричний струм викликає термічну, електролітичну, біологічну дію. Це приводить до різних порушень в організмі, викликаючи як місцеве ураженя тканин і органів, так і загальне ураження організму.

Серед видів уражень електричним струмом слід виділити два основних: електричний удар і місцеві електричні травми. До місцевих електричних травм відносять: опіки, електричні знаки, електрометалізації шкіри, механічні пошкодження.

Електричні опіки можливі при проходженні через тіло людини значних струмів (більше 1А). В тканинах, через які проходить струм, виділяється деяка кількість теплоти, пропорційна прикладеній напрузі й струму. Такі опіки проникаю глибоко всередину тіла людини й вимагають тривалого лікування, а іноді приводять до часткової або повної інвалідності.

Електричний удар спостерігається внаслідок дії малих струмів - звичайно до декількох сотень міліампер й відповідно при невеликих напругах, до 1000 В. Струм діє на нервову систему й на м'язи, при цьому його дія може викликати параліч серця та дихальних шляхів і ураження органів. Параліч дихальних м'язів, а також м'язів серця може привести до смертельних наслідків, якщо потерпілому не надати своєчасну медичну допомогу. Невеликий струм викликає лише неприємне відчуття. Якщо струм має значення, достатнє, щоб паралізувати м'язи рук, людина не здатна самостійно звільнитися від струму, таким чином, дія струму буде тривалішою.

Щоб уникнути враження струмом необхідно ізолювати провідники приладів. Також необхідною є ізоляція обладнання, що працює під напругою, заземлення корпусів усіх приладів і металевих частин устаткування. Ефективним заземленням є заземлення трубчастого типу із товщиною стінки 3,5 мм. Довжина трубки звичайно складає 250 см, діаметр 5 см. Заземлювачі розташовуються по чотирикутному контуру із глибиною закладення біля 80 см, при чому опір заземлювача не повинний перевищувати 4 Ом.

Отруєння шкідливими випарами при вдиханні відбувається внаслідок негерметичності з'єднань допоміжних трубопроводів, запірних кранів та вентелів.

Таблиця 4.2 - Характеристика шкідливих речовин

Назва речовини	ГДК речовини у робочій зоні (мг/м3)	ГДК речовини в атмосфері (мг/м3)	Перша допомога при отруєнні
Природний газ	300	5	Випари газів викликають спазми, яким запобігають : свіже повітря, гарячий чай або кава, 20-30 крапель валер'янки.
Нафта	100	3

4.3 Забезпечення нормальних умов праці

4.3.1 Забезпечення нормальних умов праці у приміщенні з ПЕОМ

Всі види робіт в виробничих приміщеннях поділяються на три категорії по важкості робіт. Робота оператора ЕОМ відноситься до категорії робіт з затратами енергії до 150 ккал/год.

В таблиці 4.2 наведено основні вимоги до параметрів мікроклімату (ГОСТ 12.1.005-88, ДСН 3.3.6.042-99). Їх порівняння з існуючими дає відповідь на питання, чи потребують вони нормалізації. У таблиці 4.3 наведено характеристики системи вентиляції.

Світлотехнічна специфіка робочих місць для користувачів ПЕОМ включає п'ять унікальних особливостей:

- Світлотехнічна різнорідність об'єктів зорової роботи користувачів ПЕОМ, що працюють з візуальними дисплейними терміналами (ВДТ), пов'язана з наявністю трьох об'єктів (екран, клавіатура, документація), розташованих у різних зонах спостереження, що вимагає багаторазового переведення лінії зору від одного до іншого.

Таблиця 4.2 - Вимоги до параметрів мікроклімату

			Параметри
Період	Категорія робіт	Енергови- трати, Дж/с	Фактичні	Оптимальні	Допустимі
			Т, С	W,%	V, m/c	Т,С	W,%	V, m/c	Т,С	W,%	V, m/c
Холод-ний	Іа-Легка	150	21	60	0.1	22...24	40-60	0.1	21...25	75	не?0.1
Теплий	Іа-Легка	150	28	70	0.1	23...25	40-60	0.1	22-28	55	0.1-0.2

Таблиця 4.3- Характеристика системи вентиляції

Виробниче приміщення	Вид вентиляції	Вентиляційне обладнання	Кратність повітря-ного обміну, 1/год
Лабораторія з ПЕОМ	Витяжна	Кондиціонер повітря ТОСНІВА-5SMG	3

- Робота з пульсуючими світловими об'єктами, які постійно знаходяться у центрі поля зору, що не відповідає нормативним вимогам щодо обмеження пульсації та засліпленості.

- На робочому місці несприятливо розміщена яскравість у полі зору, оскільки освітлені поверхні периферії поля зору (стеля, стіни, меблі та ін.) можуть виявитися світлішими ніж центр поля зору темний, обмежено освітлений та іноді слабо заповнений знаками екран. Такий розподіл яскравості у полі зору сприяє порушенню основних зорових функцій.

- Засліплююча дія світильників, які освітлюють приміщення на робочому місці з ВДТ більша, ніж інших, бо лінія зору користувача при роботі з екраном майже горизонтальна, що призводить до зменшення кута дії різних засліплюючих джерел. (світильники, вікна та ін.) і, відповідно, до зростання засліпленості.

Наявність дзеркально відбиваючої і неплоскої зовнішньої поверхні ВДТ не дає можливості повністю усунути з поля зору користувача всі відбиті відблиски. Наявність цього фактору також може бути причиною ряду астенонічних явищ та функціональних змін.

Таблиця 4.4-Характеристика штучної освітленості робочих місць

Вироб-ниче примі-щення, вид робіт	Розряд та підрозряд зорової роботи	Освітленість, лк	Тип світиль-ників
		Загальна	Комбінована	Аварійна
				Для продовжен-ня роботи	Евакуаційна
Лабо-раторія	ІV а	300	750	15	2	НПС з лампами розжа-рювання

4.3.2 Забезпечення дотримання вимог електробезпеки системи

Електротравму працюючий може отримати у випадку доторкання до металевих частин електроустановок, які знаходяться під напругою; у випадку знаходження поблизу місць пошкодження електричної ізоляції або місць замикання струмопровідних частин на землю (ураження викликані кроковою напругою).

Найбільш шкідливим є змінний струм промислової частоти 50 Гц. Він сильно діє на центральну нервову систему і спричиняє скорочення м'язів. Постійний струм менш шкідливий. Фізіологічна дія його в основному теплова.

Чим довше людина знаходиться під дією струму, тим сильніше і серйозніші наслідки після ураження. В зв'язку з цим виключно важливо швидко і правильно організувати допомогу потерпілому. Шлях струму в організмі людини теж має велике значення для потерпілого (найбільш шкідливий шлях вздовж осі тіла).

Одним з основних захисних заходів є заземлення будь-якої частини електричної установки.

Захисне заземлення утворює між металевими конструкціями або корпусом захищаємого пристрою і землею електричне з'єднання достатньо малого опору, внаслідок чого величина струму, який проходить через тіло людини, стає не шкідливою для життя людини і його здоров'я.

Заземлення цього виду застосовують в мережах вище 1000 В з заземленою нейтраллю. У цьому випадку струми однофазного замикання протікають через землю і відключають аварійну дільницю.

У приладах з напругою до 1000 В з заземленою нейтраллю застосовується система з захисними провідниками, які з'єднані з цією нейтраллю. У такому з'єднанні при замиканні струмоведучих частин з заземленими частинами установки виникає коротке замикання, внаслідок чого аварійна дільниця відключається за допомогою автомата або запобіжника. Вказана система заземлення забезпечує автоматичне відключення дільниці мережі, на якій відбулося замикання провідника, який знаходився під напругою, з металевими частинами установки.

У тих випадках, коли забезпечити безпеку за допомогою заземлення важко, застосовують системи захисного відключення, які забезпечують швидке відключення (на протязі від 0,1 до 0,2 секунд) установки або її частини при однофазних замиканнях на землю або на корпуси обладнання.

До захисних заходів відносяться також ізолюючі засоби, вказівники напруги, струму, переносні заземлення, тимчасові огородження і т. д. Вибір тих чи інших ізолюючих засобів для застосування при оперативних переключення або ремонтних роботах регламентовані правилами експлуатації установок і техніки безпеки, спеціальними інструкціями, а також визначається місцевими умовами на основі вимог цих правил і інструкцій.

Всі захисні засоби повинні зберігатися у точній відповідності з правилами і періодично оглядатися, підвергатися електричним та механічним випробуванням в строки і по нормам, які встановлені вказаними правилами.

У відповідності з ПТЭ та ПТВ до користувачів та обслуговуючого персоналу висуваються наступні вимоги:

особи, що не досягли 18-річного віку не можуть бути допущені до роботи з електроустановками;

особи не повинні мати каліцтв та хвороб, що заважають виконуваній роботі;

особи повинні пройти перевірку знань після відповідної теоретичної та практичної підготовки і мати посвідчення на допуск до робіт з електроустановками.

Часто можна отримати відчутні електричні розряди при одночасному дотику до з'єднувачів елементів комп'ютерних мереж та металічного корпусу ЕОМ.

Для запобігання ураженням електричним струмом застосовують захисне заземлення. Все обладнання, а також елементи комп'ютерних мереж повинні бути надійно заземлені.

Загальна споживана потужність обчислюється:

Вт, (4.1)

де Pi - споживана потужність складових, Вт.

Струм замикання складе:

А, (4.2)

де Uж - напруга живлення електроустановок, Uж = 220 В.

Вихідними даними для проектування захисного заземлення будуть: грунт- суглинок, виміри проводились при сухому грунті, свим=100 Ом·м. Заземлюючий контур - прямокутник з розмірами 5Ч6 м. Для вертикальних стрижнів беруть кутикову сталь розміром 40Ч40 мм, довжиною lв=2,5м, глибиною hв=0,75 м. За з'єднувальну смугу беруть стальну шину з перетином 40Ч4 мм.

1. Визначимо допустимий опір розтікання струму в заземлюваному пристрої (в нашому випадку він становить ).

2. Визначимо значення питомого опору ґрунту з врахуванням коефіцієнта сезонності К=1,4:

3. Визначаємо відстань від поверхні землі до середини вертикального заземлювача

.

4. Визначаємо діаметр кутика d=0,95·b= 0,95·40=0,038 м.

5. Визначимо опір розтікання струму в одному вертикальному заземлювачі

6. Визначаємо теоретичну кількість вертикальних заземлювачів без врахування коефіцієнта використання

Виходячи із розмірів контура =Р/а = 5·6/2,5=12; де- Р -периметр контура; а- відстань між стрижнями.

Припустимо, що кількість стрижнів 10.

7. Визначаємо - коефіцієнт використання вертикальних заземлювачів при розташуванні їх прямокутним контуром при числі заземлювачів (приймаємо ).

8. Визначаємо - розрахунковий опір , Ом, розтікання струму у вертикальних заземлювачах при без врахування з'єднувальної стрічки

9. Визначаємо - опір, розтікання струму у горизонтальному заземлювачі (з'єднувальній стрічці):

10. Визначаємо - коефіцієнт використання горизонтального заземлювача при розташуванні вертикальних заземлювачів прямокутним контуром при необхідній кількості вертикальних заземлювачів . Приймаємо .

11. Визначаємо - розрахунковий опір, розтіканню струму в горизонтальному заземлювачі (з'єднувальній стрічці) при числі електродів з врахування коефіцієнта екранування:

12. Визначаємо - еквівалентний опір розтіканню струму групового заземлювача

Отже, умова Rрозр.в.г.?Rмах.доп. виконується 6,1 Ом ? 8Ом, тому можна вважати що кількість вертикальних заземлювачів та з'єднувальна смуга вибрані правильно.

4.4 Пожежна безпека та безпека у надзвичайних ситуаціях

На промислових підприємствах, які стикаються з використанням нафти і газу, особливо ретельно потрібно планувати пожежний захист, оскільки дуже велика ймовірність виникнення пожежі [18]. Всі речовини, з якими працюють на даних підприємствах є пожежонебезпечні і вибухонебезпечні.

Характеристики деяких з них наведені в таблиці 4.6.

Таблиця 4.6-Пожежонебезпечні властивості речовин і матеріалів

Найменування речовин	Температура	Межі спалахування	Засоби пожежо-гасіння
	Кипіння, С	Спалаху-вання, С	Концентраційний об'єм
			НКМ,%	ВКМ,%
Метан	-161	537	5	15	Піною
Етан	-89	515	2,9	15	Піною
Пропан	-42	466	2,1	9,5	Піною
Бутан	-30	405	1,8	9,1	Піною
Нафта	160	533	1,1	6,4	Піною

В приміщеннях, що передбачені для використання в проекті необхідне встановлення автоматичних установок пожежогасіння, пожежної і охоронної сигналізації згідно СНіП 5.02.02-86. В розробці проекту передбачається використання електронної апаратури: датчиків, контролерів, ПЕОМ. Їхні характеристики повинні відповідати правилам і нормам щодо використання електронних приладів при роботі з горючими речовинами ГОСТ 12.1.018-86. Згідно НАПБ Б.03.002.2007 операторна по вибухо-пожежній і пожежній небезпеці відноситься до категорії В, з вибухонебезпечності -2, щодо степені небезпеки при враженні струмом-2.

Безпекою у надзвичайних ситуаціях називають стан захищеності населення, об'єктів економіки та довкілля від небезпеки у надзвичайних ситуаціях.

Згідно з чинним законодавством України рішення про запровадження надзвичайного стану ухвалює Президент України за поданням Ради національної безпеки і оборони України або Кабінету Міністрів України.

4.4.1 Розрахунок загазованості над устям свердловини

Концентрація парів нафти і газу на виході із свердловини визначається із формули[4]:

де А - коефіцієнт, що визначається температурним градієнтом атмосфери та визначає умови горизонтального та вертикального розсіювання, с2/3•мг•град1/3; М - маса речовин, що викидуються в атмосферу, г/с; kF - коефіцієнт ,що враховує швидкість осідання зважених частинок викиду в атмосфері; m,n - безрозмірні коефіцієнти; Н - висота джерела викиду над землею, м; Q - об'єм газоповітряної суміші, що викидується, м3/с;

ДТ - різниця між температурою газу та температурами навколишнього повітря, град.

Коефіцієнт А визначається метеорологічними умовами регіону та для для території України приймається А=160. Величина коефіцієнта kF для газу становить 1. Для розрахунку коефіцієнта n використовуєм графічну залежність[5], для чого попередньо визначимо параметр f

де щr - середня швидкість виходу газу з устя свердловини, м/с; D - діаметр устя джерела викидів, м.

Величину ДТ визначаємо за формулою ДТ=Нсв/hгс,

де Нсв- глибина свердловини, м; hгс - геотермічна ступінь, м.

Вихідні дані для розрахунку: густина газу -0,79 кг/м3, діаметр свердловини -0,26 м, глибина - 2500 м, геотермічна ступінь - 29 м, газопрояви -100 м3/год, висота джерела викиду - 0,45 м, об'єм газоповітряної суміші -100 м3/с, ГДК газу в повітрі - 280 мг/м3. Підставимо дані: ДТ=2500/29=86 0С.

Швидкість виходу газу визначаємо з виразу . Параметр f дорівнює . Використовуючи залежність m=f(f) отримаємо m=1 [5]. Для визначення коефіцієнта n попередньо визначаємо небезпечну швидкість . Оскільки, Vм знаходиться у діапазоні 0,3< Vм ? 2, то використовуємо формулу . Масову витрату газу визначаємо з виразу М=Q•с=100•0,79/3600=0,022 кг/с= 22 г/с. Після підстановки отриманих значень визначаємо концентрацію газу на виході із свердловини .

З метою визначення поширення концентрації газу над устям використаємо формулу Сх=S1•C, де S1=f(Х/Хм). Попередньо визначимо коефіцієнт kd з виразу . Після чого розраховуємо параметр Хм[5] Хм= kd•Н=6,75•0,45=3,04 м. Величину коефіцієнта S1 визначаємо для таких висот над рівнем землі Х=10,20,30,40,50м. Використовуючи графік S1=f(Х/Хм) маємо S1 : 0,55;0,2;0,08;0,045;0,03. Визначаємо значення С для різних висот над устям свердловини Х=10; Сх=0,55•17,665=9,716 г/м3; Х=20; Сх=0,2•17,665=3,533 г/м3; Х=30; Сх=0,08•17,665=1,41 г/м3; Х=40; Сх=0,045•17,665=0,79 г/м3; Х=50; Сх=0,03•17,665=0,53 г/м3. Таким чином практично для будь-якої висоти розміщення робочих над устям свердловини концентрація газу перевищує ГДК.