CC BY
5
УДК 681.5
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ ТРУБ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН
Д. А. Шуринова Научный руководитель - А. Г. Суворов
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: dasha.shurinova@yandex.ru
Рассмотрена автоматизированная система, обеспечивающая исследование теплозащитного покрытия (ТЗП) паронагнетающих труб для закачки в скважины при добыче тяжелой нефти. Система представляет собой аппаратно-программный комплекс, осуществляющий сбор информации о температурах и тепловом потоке при исследовании ТЗП, управлении тепловыми процессами и представлении информации о проведенных исследованиях. Приведены результаты, полученные при эксплуатации системы.
Ключевые слова: автоматизированная система, температурные датчики, тепловой поток, измеритель-регулятор, программируемый контроллер, панель оператора, программное обеспечение.
AUTOMATED SYSTEM EFFICIENCY CHEQUING HEAT RESISTANCE OF OIL COATING WELL TUBES
D. A. Shurinova Scientific Supervisor - A. G. Suvorov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: dasha.shurinova@yandex.ru
An automated system that provides a study of the heat-shielding coating of steam-injecting pipes (SIP) for pumping into wells during the extraction of heavy oil is considered in this article. The system is a hardware-software complex that collects information about temperatures and heat flow during the investigation of the SIP, the management of thermal processes and the presentation of information about the studies. The results of the system work are given.
Keywords: automated system, temperature sensor, heat flow, meter-controller, programmable controller, operator panel, software.
Тяжелые нефти при истощении традиционных энергетических ресурсов приобретают все большее значение в мировой экономике. Особое значение они имеют в России, где месторождения легкой нефти выработаны более чем наполовину. Действующие нефтяные скважины находятся в северных широтах страны.
Важно не просто сохранить максимальную температуру пара для эффективности работ на больших глубинах, но и не позволить растаять вечной мерзлоте на месторождениях в северных широтах. А для этого теплоотдача у паронагнетательной трубы должна быть минимальной. Зарубежные паропроводы работают по принципу «термоса» - состоят из двух стальных труб с вакуумной прослойкой между ними. Стоимость такого паропровода 800 долларов за один погонный метр. При этом температура пара в них не превышает 200 °C. Российскому предприятию удалось найти эффективное термозащитное покрытие (ТЗП) из различных материалов, в том числе из базальта, значительно легче и дешевле зарубежных аналогов [1]. Термопотери составляют не более 10 градусов на 100 погонных метров.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2018. Том 1
Перед авторами ставилась задача по созданию автоматизированной системы исследования эффективности создаваемого теплозащитного покрытия паронагнетаемых труб для скважин добычи тяжелой нефти в условиях вечной мерзлоты.
Структурная схема автоматизированной системы (АС) представлена на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема автоматизированной системы
Система является высокоавтоматизированным, универсальным изделием с программным управлением технологическим процессом проверки теплоизоляции. Она также позволяет вводить, редактировать и хранить в памяти параметры работы системы. После включения в работу, система поддерживает на выходе узла подачи заданную температуру горячего воздуха. По достижении установившегося режима (температура на входе/выходе системы изменяется во времени незначительно) снимаются показания датчиков, закрепленных на поверхности изоляции. Датчики температуры ВК1 узла подачи горячего воздуха подключены к измерителю-ПИД-регулятору ТРМ101. Приборы по интерфейсу RS485 подключены к программируемому логическому контроллеру ПЛК100. Вышеуказанные приборы являются продукцией Российской компании «ОВЕН»[2]. Программируемый логический контроллер(ПЛК)[3] подключен по интерфейсу RS232 к панели оператора Weintek. ПЛК выполняет роль шлюза при передаче информации между панелью оператора и измерительными приборами.
По показаниям датчиков теплового потока и разнице температур поверхностей трубы теплоизоляционного покрытия определяется коэффициент теплопроводности теплоизоляции [4]. При включении сетевого напряжения на панели оператора отображается главная экранная форма, представленная на рис. 2.
Рис. 2. Главная экранная форма автоматизированной системы
Выход измерителя-регулятора ТРМ101 подключен на управление мощностью нагрева теп-ловентилятора. ПИД-закон регулирования с заданными коэффициентами обеспечивает поддержание заданной температуры подачи горячего воздуха на выходе тепловентилятора.
В процессе работы на главной экранной форме отображаются текущие значения параметров указанных в таблице.
Текущие значения параметров процесса исследования
Наименование параметра Значения
Температура входного потока ВК1 0...600 °С
Тепловой поток ВК2, ВК3, ВК4 10... 1000 Вт/м2
Температура теплоизоляции ВК5, ВК6, ВК7 0.100 °С
Температура выходного потока ВК8 0.600 °С
В процессе испытаний полученные данные возможно посмотреть в экранной форме «СТАТИСТИКА». Получаемые данные хранятся на внешнем подключаемом USB-носителе.
Во время работы системы возможно возникновение аварийных ситуаций. При этом на главной экранной форме в бегущей строке отображается время и тип аварии.
Список возникших аварийных ситуаций возможно посмотреть в экранной форме «АВАРИИ». Переход в данную экранную форму осуществляется из главной экранной формы на панели оператора нажатием на изображении кнопки «АВАРИИ».
Он конструктивно представляет собой корпус с измерительными приборами, контроллером, панелью оператора и электроаппаратурой. На лицевой панели корпуса расположены органы управления и индикации:
- индикаторы «ПЕРЕГРЕВ», «НАГРЕВ»;
- вводной автоматический выключатель «ПИТАНИЕ»;
- кнопки управления нагревом «ПУСК», «СТОП»;
- ПИД-регулятор ТРМ101;
- измеритель-регулятор универсальный восьмиканальный ТРМ138;
- панель оператора Weintek MT6070iH;
- разъемы USB.
Созданная система прошла испытание при исследовании ТЗП высокотемпературных трубопроводов для добычи тяжелой нефти. Ошибки при измерении температур и теплового потока не хуже ±0,5 %. Система способна функционировать продолжительное время при рабочих температурных режимах. Электропитание подается от сети трехфазного переменного тока 380 В, 50 Гц. Потребляемая мощность - не более 13,5 кВт.
Библиографические ссылки
1. Температура [Электронный ресурс] . URL: Ийр://ги.шЫреШа.о^/шЫ/Температура (дата обращения: 01.02.2018).
2. Контрольно-измерительные приборы ОВЕН [Электронный ресурс]. URL: http://www. owen.ru (дата обращения: 01.02.2018).
3. Петров И. В. Программируемые контроллеры. Стандарты языки прикладного проектирования. М. : СОЛОН-Пресс, 2004. 256 с.
4. Сетевые протоколы обмена по RS-485 [Электронный ресурс]. URL: http://www.owen.ru/ documents/94181849 (дата обращения: 01.02.2018).
© Шуринова Д. А., 2018
