Автоматизация насосного оборудования нефтяных месторождений

− автоматическое поддержание уровня жидкости и давлений в емкостях;

− формирование 2-х часовых замеров по воде, нефти, газу;

− формирование отчета по моточасам;

− формирование режимного листа ДНС.

Функции операторского интерфейса:

− непрерывный круглосуточный обмен данными с контроллерами;

− визуализация параметров технологического процесса и оборудования в реальном масштабе времени через мнемосхемы и таблицы;

− дистанционное управление насосными агрегатами, задвижками, клапанами и вентиляторами;

− оперативное изменение оператором без привлечения разработчика и остановки управляющего контроллера параметров датчиков: типа, диапазона измерений, времени фильтрации сигналов, аварийных и предаварийных уставок;

− обработка полученной информации, формирование таблиц замеров, режимного листа, предыстории событий, трендов по всем аналоговым датчикам;

− печать отчетных документов.

Сервер базы данных предоставляет информацию клиентским местам для просмотра в реальном масштабе времени мнемосхем, таблиц, трендов, режимного листа ДНС.

 

 

2.1 Описание функциональной  схемы автоматизации

 

Функционально схема автоматизации дожимной насосной станции разбита на следующие блоки: площадка нефтегазосепараторов 1 ступени сепарации (ГС-1, 2); площадка газосепараторов (С-1,2); площадка отстойников (ОГ-1, 2); буферные емкости (БС-1, 2); сырьевые резервуары (РВС-1, 2, 3, 4);  узел учета газа (УУГ); узел учета нефти (УУН).

Площадка нефтегазосепараторов первой ступени сепарации (ГС-1, 2) предусматривает:

− дистанционное измерение температуры (9а; 12а);

− дистанционное измерение давления (10а; 13а);

− дистанционное измерение уровня (14а; 11а);

− автоматическое регулирование давления (10а; 13а) клапаном кл. 3 и кл. 4.

Площадка газосепараторов (С-1,2) предусматривает:

− дистанционное измерение температуры (4а; 7а);

− дистанционное измерение уровня (3а; 6а);

− автоматическое регулирование уровня (3а; 6а); клапаном кл. 1 и кл. 2.

Площадка отстойников (ОГ-1, 2) предусматривает:

− дистанционное измерение уровня (15а; 17а);

− дистанционное измерение давления (16а; 18а);

− автоматическое регулирование давления (16а; 18а) клапаном кл. 5 и кл. 6.

В буферных емкостях (БС-1, 2) осуществляется:

− дистанционное измерение температуры (20а; 23а);

− дистанционное измерение давления (19а; 22а);

− дистанционное измерение уровня (21а; 24а);

− автоматическое регулирование уровня (21а; 24а) клапаном кл. 7 и кл. 8.

В сырьевых резервуарах (РВС-1, 2, 3, 4) осуществляется:

− дистанционное измерение (42и; 42к; 37а; 37б);

− дистанционное измерение (42д; 42е; 36б; 36в);

− первичный измерительный преобразователь для измерения уровня (42а; 42б; 35а; 35б);

− дистанционное измерение давления на выходе (43а; 38а).

Узел учета газа (УУГ) предусматривает:

− дистанционное измерение (51а);

− дистанционное измерение (89а);

− дистанционное измерение расхода (36а).

Узел учета нефти (УУН) предусматривает:

− дистанционное измерение перепада давления на фильтре (48а; 48б; 51а; 51б);

− дистанционное измерение температуры нефти (53б; 53а; 50б; 50а;);

− дистанционное измерение давления нефти (105; 52а; 49б; 49а;);

− первичный измерительный преобразователь для измерения расхода (54в-54г; 54д-54е; 51д-51е; 51в-51г);

− автоматическая задвижка (а.з.20; а.з. 15).

Блок насосов откачки воды:

− дистанционное измерение температуры подшипников насоса (40ж; 40з);

− дистанционное измерение давления на выкеде насоса (40л; 40б);

− дистанционное измерение перепада давления на фильтре (39а; 39б);

− управление включением и отключением насосом Н-1 и Н-2 по избыточному давлению на выкиде насоса (40л; 40м);

− автоматическое отключение насосов  Н-1 и Н-2 по температуре подшипников (40ж; 40з);

− автоматическое отключение насосов  Н-1 и Н-2 по превышению уровня в маслосборнике (40в;40г);

− управление включением и отключением насосом Н-1 и Н-2 по избыточному давлению на всасе насоса (40а; 40б);

− Блок насосов откачки нефти:

− дистанционное измерение температуры подшипников насоса (45ж; 45з);

− дистанционное измерение давления на выкеде насоса (45л; 45м);

− дистанционное измерение перепада давления на фильтре (44а; 44б);

− управление включением и отключением насосом Н-3 и Н-4 по избыточному давлению на выкиде насоса (45л; 45м);

− автоматическое отключение насосов  Н-3 и Н-4 по температуре подшипников (45ж; 45з);

− автоматическое отключение насосов  Н-3 и Н-4 по превышению уровня в маслосборнике (40в;40г);

− управление включением и отключением насосом Н-3 и Н-4 по избыточному давлению на всасе насоса (40а; 40б);

 

 

2.2 Выбор технических средств автоматизации

 

Для контроля, измерения, регистрации, и вычисления различных параметров в технологических аппаратах установки осушки и очистки газа, были применены следующие технические средства.

 

 

2.2.1 Датчик измерения уровня

 

Мной был выбран ультразвуковой датчик измерения уровня САПФИР 22МП ДУ.

Преобразователи Сапфир22МПДУ (Вн, Ех) предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности, в том числе для приме нения во взрывоопасных производствах нефтяной, газовой, химической промышленности и на объектах атомной энергетики. Преобразователи обеспечивают непрерывное преобразование в унифицированный токовый аналоговый и/или цифровой на базе HART протокола выходной сигнал дистанционной передачи измеряемых параметров уровня жидкости или уровня границы раздела двух жидких фаз, как нейтральных, так и агрессивных сред.

 

Рис. 1

 

Основные преимущества:

Высокая температурная стабильность

Автоматическая коррекция по температуре

Установка нуля и перестройка диапазона измерения производится непосредственно на объекте, без вскрытия и разгерметизации электронного блока (нажатием кнопки), что важно при использовании преобразователя во взрывоопасной или агрессивной среде (при использовании HART протокола калибровка производится дистанционно).

Преобразователи имеют повышенную электромагнитную совместимость.

Настройка “нуля” и “диапазона измерения”

производится независимо друг от друга.

В преобразователях Сапфир 22МП ДУ (HART) обеспечена возможность дистанционного снятия информации, перенастройки и тестирования.

Предусмотрена опция защиты настроек от несанкционированного доступа.

Значительно уменьшены габариты и масса преобразователей, при сохранении всех присоединительных размеров.

Для повышения стабильности и точности показания преобразователя разместить в обогреваемых шкафах или использовать обогреватели уровнемеров типа ОУр.

Конструкция и принцип действия:

 

Преобразователи состоят из измерительного блока и электронного преобразователя.

При изменении измеряемого уровня происходит воздействие гидростатической выталкивающей силы, действующей на чувствительный эле­мент - буек. Это изменение через рычаг передается на тензопреобразователь, что вызывает деформацию упругого чувствительного элемента и изменение сопротивления тензорезисторов тензопреобразователя. Это изменение преобра­зуется в электрический сигнал, который переда­ется от тензопреобразователя из измерительного блока в электронный преобразователь, и далее в виде стандартного токового унифицированного сигнала [(0-5), (4-20), (5-0) или (20-4)]мА.

Электронный блок буйковых уровнемеров Сапфир- 22МП-ДУ выполнен на одной плате.

Технические характеристики:

Плотность контролируемой жидкости, кг/м3 — 400...2000

Разность плотностей жидкостей при контроле уровня границы раздела двух жидких сред, кг/м3 - 50...400 (при плотности нижней жидкости от 910 до 1000)

Пределы изменения токовых выходных сигналов, мА для Сапфир 22 ДУ Ех Сапфир 22МП ДУ Ех — 4-20

Допустимая основная погрешность, % Сапфир 22МП-ДУ — ±0,25; ±0,5; ±1,0

Температура контролируемой среды, °С-50-120

При использовании преобразователей мод. 2620, 2622 с радиатором температура может быть от -200° до +450°С, при этом, при температурах от -200° до -50°С и от +120° до +450°С преобразователи используются в качестве индикаторов.

Напряжение питания постоянного тока, В для преобразователей Сапфир 22 ДУ-Ех, Сапфир 22 МП-ДУ-Ех от блоков питания вискробезопасном исполнении от 9 до 23

Потребляемая мощность, не более 15 ВoА

 

 

2.2.2 Датчика измерения давления

 

Мной был выбран датчик давления Метран-150.

Интеллектуальные преобразователи (датчики) давления Метран-150 применяются для измерения, отображения и передачи в системы управления параметра давления (избыточного, абсолютного, вакуумметрического, дифференциального, давления-разрежения, гидростатического) жидких и газовых (в том числе агрессивных) сред в энергетике, энергосбережении, металлургии, машиностроении, химической, нефтяной, нефтехимической и других отраслях промышленности. Наличие выхода по протоколу HART

Датчик состоит из сенсорного модуля и электронного преобразователя. Сенсор состоит из измерительного блока и платы аналого/цифрового преобразователя (АЦП). Давление подается в камеру измерительного блока, преобразуется в деформацию чувствительного элемента и изменение электрического сигнала.

Основные преимущества преобразователя М-150:

- многократная перегрузочная  способность, дающая уверенность  в процессе измерения;

- стабильность метрологических  характеристик, подтвержденная полигонными  испытаниями;

- наличие выхода по  протоколу HART, дающее возможность  интегрировать датчик в современные  системы управления техпроцессами;

- расширенная непрерывная  самодиагностика и диагностика  состояния процесса, обеспечивающая  своевременное техобслуживание  и предотвращение нештатных ситуаций;

- простота ввода в эксплуатацию  и обслуживания, обеспеченная особенностью  конструкции;

- улучшенный дизайн и  компактная конструкция

- поворотный электронный  блок и ЖКИ

- защита от переходных  процессов

- внешняя кнопка установки "нуля" и диапазона

 

Рис. 2

 

Приборы характеризуются высоким уровнем надежности, обеспечивающим безотказность работы в жестких климатических условиях и при механических воздействиях, множеством опций и взаимозаменяемостью с традиционно используемыми датчиками.

Основные технические характеристики:

Диапазоны измеряемых давлений: - минимальный 0-0,025 кПа; - максимальный 0-68 Мпа

Датчики устойчивы к воздействию атмосферного давления от 84,0 до 106,7 кПа

Датчики устойчивы к воздействию относительной влажности окружающего воздуха 100% при температуре 35°С и более низких температурах с конденсацией влаги.

Степень защиты от воздействия пыли и воды IP66 по ГОСТ 14254

Выходные сигналы 4-20 мА

Электрическое питание датчиков Метран-150 общепромышленного исполнения и взрывозащищенного исполнения вида «взрывонепроницаемая оболочка» осуществляется от источника постоянного тока напряжением:

- 12-42 В (10,5-42,4 В) / для выходного  сигнала 4-20 мА;

- 22-42 В - для выходного  сигнала 0-5 мА

Электрическое питание датчиков Метран-150 взрывозащищенного исполнения вида «искробезопасная электрическая цепь» осуществляется от искробезопасных цепей барьеров (блоков питания), имеющих вид взрывозащиты "искробезопасная электрическая цепь" с уровнем взрывозащиты искробезопасной электрической цепи "ia" для взрывоопасных смесей подгруппы IIC по ГОСТ Р 51330.11.

 

 

 

2.2.3 Датчик измерения температуры

 

В качестве прибора для измерения температуры был выбран ТСМ-50М. Его основные преимущества - это низкая погрешность измерения, наиболее подходящий диапазон измеряемой температуры, а так же более низкая стоимость.

Принцип работы термопреобразователя сопротивления основан на зависимости электрического сопротивления металлов от температуры. Чувствительный элемент термопреобразователя - катушка из тонкой медной или платиновой проволоки на каркасе из изоляционного материала, заключенная в защитную гильзу (арматуру). Термопреобразователь сопротивления характеризуется двумя параметрами: R – сопротивление датчика при 0 °С и W100 – отношение сопротивления датчика при 100 °С к его сопротивлению при 0 °С.

Подключения термопреобразователя сопротивления к вторичным приборам (измерителям-регуляторам температуры) обычно осуществляется медным проводом по трехпроводной схеме, которая позволяет уменьшить погрешность измерения, возникающую при изменении сопротивления проводов (например, при изменении их температуры). К одному из выводов терморезистора подсоединяются два провода, а третий подключается к другому выводу.