CC BY
3УДК 62 Царегородцев Е.Л., Миргородский Г.А., Можекин Ф.Р.
Царегородцев Е.Л.
канд. техн. наук, доцент кафедры радиотехники Смоленский государственный университет (г. Смоленск, Россия)
Миргородский Г.А.
студент, Смоленский филиал Национальный исследовательский университет «МЭИ» (г. Смоленск, Россия)
Можекин Ф.Р.
студент, Смоленский филиал Национальный исследовательский университет «МЭИ» (г. Смоленск, Россия)
МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ НЕФТИ С ЦЕЛЬЮ ОПТИМИЗАЦИИ РАБОТЫ РЕЗЕРВУАРА
Аннотация: целью данной научной работы является описание одного из способов оптимизации процесса регулирования уровня нефти в резервуаре на примере соответствия её необходимого объёма для поддержания высокого уровня технологического процесса. В основу работы положена модель нефтяного резервуара. Реализация системы уравнений выполнена с использованием объектно-визуального способа на ПЭВМ.
Ключевые слова: модель, оптимизация, объектно-визуальное моделирование, сложная техническая система, уровнемер, технологический процесс.
Для обеспечения надёжной и безопасной работы различных технологических процессов датчики уровня, используемые для измерения
уровня жидкости в резервуарах и контроля за предельным уровнем, должны отвечать повышенным требованиям. Уровнемеры в резервуарах используются для непрерывного контроля поверхности измеряемой среды. В зависимости от решаемой задачи уровнемеры обладают разной чувствительностью и точностью. Датчики уровня в резервуарах могут использоваться не только для измерения уровня жидкости, но и для пересчёта значения уровня в объём или вес этой самой жидкости при известных габаритах резервуара.
Использование информации, получаемой от датчиков уровня и датчиков предельного уровня, является основным элементом в системах по учёту парков резервуаров, а также надёжного и своевременного управления за запасами исходного сырья или готового продукта.
Постоянное измерение уровня продукта в резервуарах позволяет постоянно следить за количеством продукта и своевременно восполнять его запасы для предотвращения простоя производства. Также сигнализаторы уровня в резервуарах позволяют защитить оборудование от режима «холостого» хода.
Для обеспечения безопасности применение уровнемеров и датчиков предельного уровня позволяет предотвратить при заполнении ёмкости её переполнения с разливом, при хранении контролировать утечки, например, опасного и едкого продукта с последующим проведением дорогостоящих работ по уборке и дезактивации территории после разлива.
Существуют технологические процессы, для осуществления которых используются промежуточные ёмкости циклически заполняющиеся и опустошающиеся. Использование уровнемеров или сигнализаторов позволяет организовать автоматизацию данного процесса с регулированием уровня измеряемого продукта в резервуаре.
В связи с актуальностью проблемы регулирования уровня продуктов в резервуарах целесообразным будет использование программного обеспечения, которое позволит оптимизировать контроль объёма поступающего и убывающего количества нефти и нефтепродуктов.
Одним из таких программных обеспечений является SimlnTech (Simulation In Technic). Оно представляет собой среду динамического моделирования технических систем, предназначенную для проверки работы систем управления сложными техническими объектами.
SimlnTech осуществляет моделирование технологических процессов, протекающих в различных объектах, с одновременным моделированием системы управления, и позволяет повысить качество проектирования систем управления за счет проверки принимаемых решений на любой стадии проекта.
SimlnTech предназначен для детального исследования и анализа нестационарных процессов в ядерных и тепловых энергоустановках, в системах автоматического управления, в следящих приводах и роботах, и в любых технических системах, описание динамики которых может быть представлено в виде системы дифференциально-алгебраических уравнений и/или реализовано методами структурного моделирования. Основными направлениями использования
SimlnTech являются создание моделей, проектирование алгоритмов управления, их отладка на модели объекта, генерация исходного кода на языке Си для программируемых контроллеров.
Для SimlnTech созданы и разрабатываются модули расширения позволяющие создавать модели на базе специализированных расчетных кодов и интегрировать их в комплексные модели и проекты.
Фактический объём нефти, находящийся в резервуаре, с учётом температуры вычисляют по формуле:
Уф = V + AVt,
где V - объём нефти, определённый по градуировочной таблице резервуара, AVt - поправка на объём нефти от изменения температуры стенки. Массу брутто нефти в резервуаре вычисляют по формуле:
Обр = Уф • рн, где Уф - фактический объём нефти в резервуаре, рн - средняя плотность нефти, приведённая к температуре X = 20°С. Массу нетто нефти вычисляют по формуле:
Онетто = Обр( 1 - ^^ +
100 рн•103
где рн - плотность нефти,
Ш - содержание воды в нефтяной эмульсии,
Мер - среднее значение содержания механических примесей,
С - содержание хлористых солей в нефти.
На рисунке 1 представлена модель САР уровня нефти в резервуаре, которая позволяет не только проанализировать процесс расхода и восполнения нефти в нефтяном резервуаре, но и даёт возможность беспрерывного контроля и изменения данных процессов.
Рис. 1. Модель САР уровня нефти в резервуаре.
С помощью данной модели была построена зависимость уровня нефти от времени (рисунок 2) с учётом её расхода.
О 2 А е 3 10 12 ЛА
Время ч
Рис. 2. Влияние ресурсопотребления на величину уровня сырья.
Функциональная схема системы регулирования уровня нефти в резервуаре, как составная часть технологического процесса изображена на рисунке 3.
Рис. 3. Функциональная схема системы регулирования уровня нефти в резервуаре.
С точки зрения автоматики интерес вызывает переходная характеристика системы, показанная на рисунке 4. Именно она определяет параметры оборудования, поддерживающего требуемый уровень сырья технологического процесса.
Ф График - □ X
График
1Г
ЦТ
гг
гг
гг
1Ц
1Г
1Г
т:
тг
ц
ц
О 2 4 6 8 10
Время I, ч
Рис. 4. Переходная характеристика системы управления.
Таким образом, правильно построив модель САР уровня нефти в резервуаре, инженер имеет возможность оптимизировать работу ёмкостей, предназначенных для циклического пополнения и опустошения в процессе технологического процесса.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Прахова М.Ю., Хорошавина Е.А., Краснов А.Н., Емец С.В. Системы автоматизации в нефтяной промышленности: учебное пособие. Москва, 2019 г;
2. hXXps: //т. wikipedia. org/wiki/SimmXech
Tsaregorodtsev E.L., Mirgorodsky G.A., Mozhekin F.R.
Tsaregorodtsev E.L.
Smolensk State University (Smolensk, Russia)
Mirgorodsky G.A.
National Research University "MEI" (Smolensk, Russia)
Mozhekin F.R.
National Research University "MEI" (Smolensk, Russia)
MODELING OF OIL LEVEL CONTROL SYSTEM IN ORDER TO OPTIMIZE OPERATION OF RESERVOIR
Abstract: the purpose of this scientific work is to describe one of the ways to optimize the process of regulating the level of oil in the reservoir by the example of matching its required volume to maintain a high level of technological process. The work is based on the model of an oil reservoir. The implementation of the system of equations is performed using an object-visual method on a PC.
Keywords: model, optimization, object-visual modeling, complex technical system, level gauge, technological process.
