CC BY
23АВТОМАТИЗАЦИЯ
А.Е. Петухов, ведущий инженер; В.В. Кириллов, инженер 1 категории, ООО «САР»
повышение эффективности алгоритмов работы сар давления
Рассмотрены проблемы, возникающие при работе систем автоматического регулирования давления нефти в магистральном нефтепроводе, и предложены варианты их решения. Приведён опыт модернизации на базе современных контроллеров морально устаревшей системы автоматического регулирования.
Одной из наиболее важных задач регулирования давления на магистральных нефтепроводах является обеспечение безопасности, снижение вероятности появления опасных ситуаций, способных нанести вред персоналу, окружающей среде или оборудованию. Достижение проектной производительности трубопровода возможно только при наличии автоматических средств, оперативно реагирующих на изменение параметров перекачиваемой жидкости и условия перекачки.
Требования, которым должна соответствовать система автоматического регулирования давления (САРД), состоят в следующем:
• поддержание давления на приёме станции не ниже заданного по условиям кавитации насосов;
• поддержание давления в трубопроводе после станции не выше заданного по гидравлическому расчету;
• быстрота реакции для ликвидации возникающих волн давления;
• заданная точность регулирования давления нефти.
Для обеспечения плановой почасовой поставки нефти и уменьшения цикличности нагрузки нефтепровода особую актуальность получила проблема повышения качества регулирования давления. Устойчивость и качество переходного процесса при регулировании давления достигают выбором параметров настройки регуляторов, а также подбором характеристик элементов, используемых в системе регулирования. Главным недостатком аналоговых регуляторов САРД является то, что система регулирования может обеспечить оптимальное качество регулирования
только на одном режиме перекачки или их узком диапазоне. При существенном изменении режимов, как правило, необходима перенастройка регулятора. Поскольку обслуживающий персонал часто не имеет времени и достаточной квалификации на перенастройку, приходится использовать «всережимные», т.е. слабые настройки. При ручной настройке регуляторов необходима своевременная и точная корректировка коэффициентов регулирования. При автонастройке это осуществляется по специальному алгоритму, являющемуся составной частью программы регулятора. Благодаря этому достигается лучшее соответствие между настроечными параметрами и реальной динамикой объекта. С другой стороны, автонастройка требует регулярных пробных возмущений объекта управления, необходимых для выявления сдвигов в его характеристиках. Для повышения качества регулирования предлагается использовать адаптивные системы, в которых все операции настройки регулятора на регулируемый объект выполняются автоматически. Многочисленные методы построения адаптивных систем для распознавания и идентификации изменений режимов работы объекта регулирования используют, как правило, автоматический периодический ввод в разомкнутый контур специально генерируемые возмущения, либо вывод замкнутого контура на границу устойчивости или в режим автоколебаний. В условиях эксплуатации такие возмущения без влияния на режим перекачки невозможны.
По этой причине для выбора настроек системы регулирования предлагается
найти соотношения между некоторым вектором числовых характеристик технологического процесса и самими оптимальными настройками. Подобная методика позволяет своевременно распознать необходимость перенастройки замкнутой системы регулирования и автоматически её осуществить без предварительного вмешательства в технологический процесс. Реакция системы регулирования давления изменяется в соответствии с имеющимися на данный момент характеристиками нефтепровода (его производительностью, режимом работы и т.д.) и текущими параметрами компонентов САРД (регулирующими органами, их привод и т.д.). Это позволит минимизировать перерегулирование и сократить время переходного процесса. Преимуществом разработанного алгоритма САРД является возможность работы регулятора с большим количеством режимов без перенастройки его параметров. В этом случае переналадку необходимо производить только при существенном изменении технологии перекачки. Принципиально новый подход для решения поставленных задач заключается в существенном изменении структуры существующих алгоритмов и разработке новых. Новизна алгоритмов заключается в следующем:
• коэффициенты настройки регулятора давления изменяются автоматически в зависимости от производительности нефтепровода, перепада давления на регулирующем органе, обеспечивая безударную работу регулятора. При этом учитывается нелинейность расходной характеристики регулирующего органа и нелинейность перепада давления на нем (рис. 1);
28 \\ ТЕРРИТОРИЯ нефтегаз \\
\\ № 6 \\ июнь \ гою
\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\
№ 6 \\ июнь \ 2010
• предусмотрен безопасный перевод привода регулирующих органов из ручного в автоматический режим. Это исключает возможность ошибки оператора нефтеперекачивающей станции (НПС), которая может привести к остановке магистрального агрегата по технологической защите;
• контроллер распознаёт выход из строя отдельных элементов САРД. Это позволяет уменьшить вероятность аварийных остановок НПС, своевременно информируя обслуживающий персонал и самостоятельно корректируя работу системы;
• алгоритм «безударность изменения установок», значительно снижает вероятность ошибки оператора НПС при изменении уставки регулирования;
• алгоритм «прикрытие заслонок перед пуском МНА» позволяет облегчить пуск магистрального насосного агрегата и исключает возможность остановки НПС по минимальному давлению при его запуске;
• алгоритм «телеуправление» изменяет установки регулирования после получения внешней команды из районного диспетчерского пункта (РДП) для исключения остановки НПС, вызванные волнами давления,распространяющимися после остановки соседних НПС;
• алгоритм «ограничение скорости движения заслонок на закрытие и на открытие» подавляет автоколебания САР давления;
• для своевременного оповещения об отклонениях от заданного режима перекачки контроллер формирует звуковую и световую сигнализацию, а также сообщения на информационной панели. Указанные алгоритмы были успешно апробированы на НПС «Кедровое-2» нефтепровода Холмогоры — Клин и внедрены на других НПС ОАО «Сиб-нефтепровод», дочернем предприятии ОАО «АК «Транснефть». Характерной особенностью данного нефтепровода является несоответствие между длиной участка нефтепровода Холмогоры—Клин (Кучиминская - Кедровое) и его ответвлением, связывающим его с нефтепроводом Усть-Балык-Омск (Кучиминская - Каркатеевы), а также разница между геодезическими отметками. В связи с этим установка узла регулирования давления на НПС «Кучиминская» для перераспределения
Рис. 1. Переменные настройки регулятора
потоков нефти внесла дополнительную сложность при настройке аналоговых регуляторов НПС «Кедровая-2» на режим перекачки. Перенастройка САРД «Гульде-Регель» на данной НПС требовала многократных выездов специалистов.
После замены аналогового регулятора на цифровой и отладки новых алгоритмов были проведены испытания САРД на всех необходимых режимах перекачки. Работа системы по результатам испытаний признана удовлетворительной. Внедрение разработанных специалистами ООО «Системы автоматического регулирования»алгоритмов и замена регулятора позволили достигнуть:
• работы САРД на всех режимах перекачки;
• продление срока службы САРД;
• уменьшение количества выездов специалистов для перенастройки регулятора на новые режимы перекачки;
• сокращение вероятности остановок НПС, вызванных переходными процессами, выходом из строя узлов САРД и ошибочных действий оперативного персонала НПС.
Таким образом, замена аналогового регулятора и использование разработанных алгоритмов позволяет достигнуть качественно новых возможностей и эффективности в обеспечении перекачки нефти, сократить до минимума внеплановые отключения технологического оборудования, обеспечить защиту нефтепроводов от распространения волн давления.
Описанная модернизация была осуществлена на цифровом контроллере Digitric 500 производства фирмы АББ, Германия. Предложенный программно-аппаратный вариант замены морально и физически устаревших регуляторов, позволяет оптимизировать работу системы и обеспечить полную реализацию всех требований к САРД с учётом накопленного опыта эксплуатации систем регулирования давления. Тем не менее глубокая теоретическая проработка специалистами ООО «САР» проблем оптимального управления и большой имеющийся опыт позволяют реализовать возможности программы на практически любом контроллере (фирм Siemens, Modicon, Yokogawa, Motorola и т.д.) с любым языком программирования. Использованный подход к регулированию давления в нефтепроводе позволяет применить аналогичные принципы и на магистральных продуктопроводах и в других областях, где требуется эффективное и качественное регулирование технологических процессов.
ООО «Системы автоматического регулирования» (ООО «САР») Тел. +7 (3452) 56-54-62 Факс +7 (3452) 56-54-61 e-mail: uosar@mail.ru www.ac-systems.ru
WWW.NEFTEGAS.INFO
\\ автоматизация \\ 29
