CC BY
96ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ПОДГОТОВКИ ГАЗА К ТРАНСПОРТУ
УДК 303.064
Р.Ч. Мукатдисов, Оренбургский государственный университет (Оренбург, РФ), Rinat-ik@mail.ru
Статья посвящена внедрению системы усовершенствованного управления DeltaV PredictPro корпорации Emerson на установке комплексной подготовки газа. Описывается технологический процесс низкотемпературной сепарации, основные возможности усовершенствованной системы DeltaV с демонстрацией на примере процесса дросселирования газа в блоке эжекторов. Актуальность внедрения системы усовершенствованного управления заключается в том, что операторы часто дают определенное задание минимальной или максимальной величины и держат величину с определенным запасом ограничений, создавая «Коридор комфорта», т. к. оператор не может в ручном режиме, одновременно несколько раз в минуту корректировать технологические параметры в разных аппаратах с целью оптимизации, при этом прогнозировать отклонения в работе установки и эффективно вести технологический режим при возникновении возмущений до того, как они повлияют на технологический процесс. Система усовершенствованного управления позволит автоматически принимать меры по оперативному регулированию параметров технологического процесса в заданных границах, перемещая рабочую область как можно ближе к технологическим и экономическим критериям. Задача применения усовершенствованной системы - оптимизация технологического процесса, поддержание стабильного и эффективного функционирования установки с минимальным расходом ресурсов при подготовке качественного, осушенного газа к транспорту, что приведет к ожидаемому экономическому эффекту.
Объект исследования - технологический процесс низкотемпературной сепарации газа, в частности процесс дросселирования газа в блоке эжекторов. Предметом исследования является информационная система, получаемые переменные контроля о ходе технологического процесса подготовки газа в реальном времени.
Новизна заключается в конфигурировании многопараметрического контроллера по оптимальному режиму дросселирования газа. В статье применяется аналитический метод исследования технологического процесса подготовки газа, а также применимости выбранной усовершенствованной системы к объекту исследования.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: СИСТЕМА УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ, ОПТИМИЗАЦИЯ, ПРОГНОЗ, МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР, АНАЛИЗАТОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС, НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ СЕПАРАЦИЯ, ЭЖЕКТОР, ИНГИБИТОР, ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ.
Автоматизация технологического процесса представляет собой совокупность методов и средств, предназначенных для реализации систем, позволяющих осуществлять управление технологическими процессами установки, оставляя за оператором право принятия наиболее ответственных решений, в результате, как правило, создается автоматизированная система управления. К одному из классов управляющих систем относится система усовершенствованного
управления технологическим процессом (СУУТП), на англ. Advanced Process Control (АРС) [1], она является надстройкой над локальной системой автоматизации в целях усовершенствованного управления, дополняя функциональные решения оптимизации технологического режима.
Центральное звено СУУТП - прогнозирующая математическая модель процесса (Model Predictive Control (МРС)), которая позволяет прогнозировать поведение техно-
логического процесса в будущем с учетом зависимости между различными параметрами технологического процесса.
Система усовершенствованного управления технологическим процессом представляет собой специальное программное обеспечение с использованием Open Platform Communications (ОРС) сервера, установленное на специальную станцию автоматизированного рабочего места оператора. Через рабочую станцию оператора интегрирован-
R.Ch. Mukatdisov, Orenburg State University (Orenburg, Russian Federation), Rinat-ik@mail.ru
Application of the improved system of management over the technological process of gas treatment for transmission
The paper is devoted to implementing Emerson DeltaV PredictPro improved management system at the integrated gas treatment station. The paper describes the technological process of a low-temperature separation and the main possibilities of DeltaV improved system with demonstration on the example of gas throttling in the ejector block.
The relevance of implementing the improved management system is caused by the fact that operators often set certain minimum and maximum values and a value with a certain margin creating the Comfort corridor since an operator cannot manually several times per minute adjust technological parameters in different units for the purpose of optimization and at the same time forecast the deviation in the units operation and efficiently control the technological mode in case disturbances arise, before they influence the technological process. The improved management system will automatically take measures for timely control over the technological process parameters in set boundaries and move the working area to technological and economic critera as closely as possible.
The improved management system is designed for optimizing the technological process, maintaining stable and efficient operation of the unit with minimum resource consumption and providing high-quality dried gas for transport, which will have the expected economic effect.
The subject of the study is the technological low-temperature separation gas, in particular - gas throttling process in the ejector block. The study is focused on the information system and obtained controlled variables of real-time gas treatment process.
The novelty is related to designing a multi-parametric controller for the optimum gas throttling mode. The paper applies the analytical method for studying gas treatment technological process and applicability of the selected improved system to the subject of study.
KEYWORDS: IMPROVED MANAGMENET SYSTEM, OPTIMIZATION, FORECAST, MULTI-PARAMETRIC CONTROLLER, ANALYZER, TECHNOLOGICAL PROCESS, LOW-TEMPERATURE SEPARATION, EJECTOR, INHIBITOR, ECONOMIC EFFECT.
ная СУУТП обеспечит эффективное функционирование установки с минимальным расходом ресурсов, что приведет к ожидаемому экономическому эффекту.
Система даст безопасный и оптимальный режим работы с некоторым запасом устойчивости, контроль над самим процессом и оперативным управлением, выдавая рекомендации по оптимальному управлению технологическим процессом (ТП).
Система усовершенствованного управления технологическим процессом предусматривает автоматический режим по принципу «автопилот», который позволяет стабилизировать технологический режим, не допуская отклонения от нормы контролируемых параметров, при этом оборудование меньше изнашивается, а безопасность ведения ТП повышается за счет сокращения количества нарушений. Помимо этого, снижается нагрузка на оператора, сокращается число вмешательств оператора в ТП, уменьшаются потери при сменах технологических режимов [2].
Экономический эффект внедрения СУУТП различается в зависимости от установки и состоит из показателей повышения выхода ценных продуктов; повышения производительности процесса в целом; управления качеством продукции, в которую входит повышение качества, снижение вариации качества продукта и прогноз лабораторных показателей качества. К экономическому эффекту также можно отнести снижение удельных затрат на энергоресурсы, повышение эффективности потребления энергоресурсов, уменьшение выхода некондиционной продукции и стабилизацию управления ТП [3].
СИСТЕМА
УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ
Система DeltaV PredictPro реализует управление с прогнозирующей моделью MPC для многопараметрических процессов большой размерности в среде DeltaV, позволяя определить до пяти целевых функций оптимизации на основе управленческих и экономических
критериев для оптимизации многосвязных процессов с измеряемыми регламентными ограничениями при автоматическом учете внутренних взаимодействий в процессе и компенсации измеряемых возмущений. Система DeltaV Р^^Рго обеспечивает возможность простой работы с многопараметрическими процессами различных типов, размерностью модели до 40 х 80, где можно получить эффект за счет технологии управления с прогнозирующей моделью [4].
В системе усовершенствованного управления технологическим процессом ОеНаУ используется модель по отклику, которая может описываться набором звеньев определенного порядка запаздывания, саморегулирующим интегралом [3]. Оптимизация процесса производится методом линейного программирования во встроенном оптимизаторе, с его помощью можно достигать поставленных пользователем целей оптимизации, максимизировать или минимизировать выбранные переменные процесса, при этом поддерживая
процесс в рамках заданных ограничений. Определяется до пяти целей оптимизации, которые оператор может выбрать при управлении процессом.
Когда реализуется многопараметрическая стратегия управления, манипулируемые входы процесса, входы возмущений, а также регулируемые и ограничивающие выходы процесса определяются в функциональном блоке MPC. Данный блок может заменить традиционные варианты реализации, включающие схемы развязки, управление с упреждающей коррекцией, управление с перехватом и управление процессами со сложной динамикой. Кроме того, экономический оптимизатор блока MPC может использоваться для удовлетворения сконфигурированных целей, основанных на стоимости или прибыли, связанной с входами и выходами процесса [4].
Требуемый режим функционального блока MPC и статусы входов блока определяют текущий режим блока MPC и статусы выходов. К тому же из-за наличия связи между последующими функциональными блоками и блоком MPC предыдущий статус параметра влияет на режим блока.
Алгоритм MPC выполняется в следующей последовательности:
1. Вычисляется текущий режим на основании требуемого режима и статусов входов блока.
2. Сравнивается текущее значение прогнозируемых регулируемых параметров и параметров ограничений процесса с их значениями, вычисленными моделью, и обновляется модель.
3. Определяются оптимальные значения манипулируемых параметров, которые максимизируют прибыль без нарушения ограничений на входы процесса или параметров регламентных ограничений (на основе целевой функции, выбранной оператором). Затем вычисляются соответствующие значения выходов процесса.
4. Регулятор MPC выполняется с использованием требуемых зна-
чений выбранных регулируемых параметров и требуемых значений параметров ограничений, ассоциированных с оптимальными целями манипулируемых параметров. Период выполнения может настраиваться автоматически на основе темпа производства, чтобы компенсировать транспортное запаздывание.
5. Определяются статусы и значе -ния для обновления выходов блока. Вычисляется разброс и время пребывания за пределами ограничений для целей мониторинга производительности.
Алгоритм встроен в функциональный блок MPC и загружается в контроллер DeltaV или рабочую станцию приложений, для работы с блоком используется приложение PredictPro.
Приложение PredictPro поддерживает конфигурирование процессов размерностью 20 x 20 c малым временем стабилизации вплоть до 120 с (цикл выполнения - 1 с). Чтобы избежать перегрузки контроллера, необходимо увеличить время стабилизации и сократить количество входов или выходов модели [4].
В целом рекомендуется располагать, по крайней мере, 30-50 % свободного вычислительного времени в контроллере перед добавлением большого блока MPC с тем, чтобы иметь достаточно ресурсов контроллера для различных задач, таких как передача информации для обновления операторских экранов. Объем памяти,используемый блоком MPC, автоматически корректируется в зависимости от сконфигурированного количества входов и выходов и составляет от 0,3 до 5 Мб [4].
Многопараметрический регулятор рассчитывает и осуществляет план оптимальных управляющих воздействий, с каждого плана производится только первый шаг, после этого все пересчитывается заново. Задание и пределы могут задаваться оператором,критерий оптимальности и технологические ограничения, которые нельзя будет
изменить в дальнейшем, создаются на этапе инжиниринга [3].
При решении задач оптимизации составляется критерий, в ко -тором описывается, что должно быть оптимизировано (например, минимизировать энергоресурсы, стремиться уменьшить расход), задается технологический критерий параметра«команда минимизировать величины», система при этом будет стремиться минимизировать данный параметр непрерывно, каждый раз [3].
Целями оптимизации определяют соблюдение ограничений, достижение требуемой функциональности управления и экономических критериев.
Соблюдение ограничений осуществляется путем назначения приоритетов выходам процесса, т. е. управляемым и ограниченным переменным в конфигурации MPC. Во время работы оптимизатор определяет, когда прогноз значения ограниченной или управляемой переменной выходит за заданные пределы ограничений или диапазона уставки, и корректирует рабочие уставки других переменных таким образом, чтобы вернуть выходы процесса в рамки ограничений. Если условия работы процесса не позволяют поддерживать все управляемые и ограниченные переменные в пределах их диапазонов уставки и пределов ограничений, то те переменные, которые имеют более низкий приоритет, могут выходить за пределы своих диапазонов уставки и пределов ограничений [4].
Система усовершенствованного управления технологическим процессом задает определенный запас, этот запас система будет держать ограниченно, при условии достаточности точности измерений параметров и точности лабораторных анализов. Если прибор позволяет сделать большое приближение к запасу, а оператор этого не делает, то это возможно сделать с помощью СУУТП и за счет этого получить экономический эффект [3].
Метанол от узла приема и подачи метанола Methanol from methanol inlet and feed unit
БПМ1 MFB1
БПМ2 MFB2
УКУГ
—►
GMS
Транспорт газа Gas transmission
БПМЗ MFB3
Кусты газовых скважин Gas well clusters
ВМР WMS
ГО DG
ЗПА ПУ —► С1 и Т1 С2 к АВО Т 2.1
VS PC S1 H1 S2 ACU H 2.1
Т 1.2.1 H 1.2.1
ГС RG
Т 1.2.2 H 1.2.2
ГВ FG
КГН UGC
Газ Gas
Метанол
Methanol
Конденсат
Condensate
ГС - Газ сырой
RG - Raw gas
ГО - Газ осушенный
DG - Dried gas
ГВ - Газ выветривания
FG - Flash gas
КГН - Конденсат газовый нестабильный
UGC - Unstable gas condensate ВМР - Водометанольный раствор
WMS - Water methanol solution
ЗПА - Здание переключающей
арматуры
VS - Valve station
БПМ - Блок подачи метанола
MFB - Methanol feed block
ПУ - Пробкоуловитель
PC - Plug catcher
С 1, С 2 - Сепаратор газа
S 1, S 2 - Gas separator
АВО - Аппарат воздушного
охлаждения
ACU - Air cooling unit
Т 1, Т 1.2.1., Т 1.2.2. -
Рекуперативный теплообменник
H 1, H 1.2.1., H 1.2.2. -
Recuperative heat exchanger
Бэж - Блок эжекторов
EB - Ejector block
С ЗА - Низкотемпературный
сепаратор газа
LTGS - Low-temperature gas
separator
БПМ 4 MFB 4
Бэж С ЗА
-
EB LTGS
С ЗВ ASS
С ЗВ - Накопительная часть низкотемпературного сепаратора ASS - Accumulating section of low-temperature separator УКУГ - Узел коммерческого учета газа
GMS - Gas metering station Р - Трехфазный разделитель PS - Three-phase separator БЕ - Буферная емкость BT - Buffer tank ФС - Факельный сепаратор FS - Flare separator
Рис. 1. Структурная схема установки подготовки газа методом НТС
Fig. 1. Block diagram of gas treatment unit using low-temperature separation method
Основное достоинство DeltaV PredictPro - полная интеграция с распределенной системой управления Emerson DeltaV, обеспечивающей, в частности, высокое быстродействие. Для системы DeltaV дополнительное оборудование рабочей станции и интеграция с автоматизированной системой управления технологическим процессом (АСУТП) не требуются, приложение входит в состав стандартной поставки DeltaV и активируется лицензиями приложения СУУТП - от задач малой размерности до управления всей установкой с использованием каскадных схем [4].
Системы усовершенствованного управления технологическим процессом рассчитаны на некрупные
установки (число возмущающих и управляющих воздействий меньше 40 в системе DeltaV PredictPro) и не позволяют решать задачи оптимизации высокого уровня (несколько установок). Компоненты программного обеспечения (ПО), связанные с приложением DeltaV PredictPro, требуют покупки лицензий на количество управляющих переменных Manipulated Variables (MV), которое используется в блоке MPC, если в блоке используется более одной управляющей переменной. Корпорация Emerson лицензирует ПО СУУТП по количеству переменных, включенных в многопараметрический контроллер, что требует весьма точной предварительной оценки конфигурации будущей СУУТП. К недостатку
можно отнести плохо предсказуемое поведение контроллера при проведении автоматического пошагового тестирования в замкнутом контуре.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПОДГОТОВКИ ВАЛАНЖИНСКОГО ГАЗА К ТРАНСПОРТУ
Валанжинский газ не содержит вредных примесей, поэтому для его подготовки к транспорту необходима очистка от конденсата, механических примесей и воды в соответствии с требованиями СТО Газпром.
Технологически процесс подготовки газа к транспорту предусматривает осушку сырого газа по схеме трехступенчатой сепарации методом низкотемпературной
сепарации (НТС) с применением эжекторов в режиме выработки нестабильного конденсата [5]. Структурная схема подготовки газа методом НТС показана на рис. 1.
Высоконапорный пластовый газ, содержащий капли пластовой воды, с кустов скважин через шлейфы, объединяющиеся в коллектор в здании переключающей арматуры (ЗПА), поступает в пробкоуловитель(ПУ) и попадает в распределитель газожидкостного потока, в котором происходит первичная сепарация и укрупнение капель. Далее при прохождении газа через каплеуловитель происходит тонкая очистка от остатков капельной жидкости, жидкость по уровню в кубе выводится из ап -парата [5].
Очищенный газ выводится из аппарата и поступает в сепаратор 1 (С1), попадая в распределитель газожидкостного потока, в котором происходит первичная сепарация. Затем очищенный газ выводится из аппарата, жидкость отводится в нижнюю часть сепаратора. Выделившаяся жидкость из С1 и ПУ, пройдя арматурные узлы, объединяется и поступает по трубопроводу в разделитель (Р). Газ, очищенный от мехпримесей и капельной жидкости, поступает по трубопроводу на теплообменники (Т1) [5].
Для предотвращения гидратооб-разования в процессе дальнейшего охлаждения газа предусмотрена установка блоков подачи метанола (БПМ), которые позволяют осуществлять дозированную подачу метанола в трубопроводы газа.
Смесь конденсата, пластовой воды и метанола из ПУ и С1 по тру -бопроводу направляется в разделитель. Газ поступает в рекуперативный теплообменник Т1 по трубопроводу, где охлаждается обратным потоком осушенного газа. Охлажденный сырой газ из Т1 по трубопроводу направляется в блок сепаратора 2 (С2), где происходит разделение газа и жидко-сти(фракции газового конденсата и метанольная вода) [5].
Выделившаяся жидкость из С2 поступает по трубопроводу в разделитель Р. Газ, очищенный от мехпримесей и капельной жидкости, поступает по трубопроводу на вход аппаратов воздушного охлаждения (АВО). Частично отсепарированный газ после аппаратов воздушного охлаждения поступает на вход теплообменника (Т 2.1). Газ, проходя через трубное пространство Т 2.1, охлаждается потоком нестабильного конденсата, поступающего по трубопроводу из низкотемпературного сепаратора (С ЗА). Из Т 2.1 газ поступает в теплообменные аппараты (Т 1.2.1) и (Т 1.2.2), подключенные параллельно. Газ, проходя через трубное пространство Т 1.2.1, Т 1.2.2, охлаждается потоком осушенного газа, поступающего по трубопроводу из С ЗА [5].
Охлажденный газ с площадки теплообменников по трубопроводу далее идет на вход в эжектор (Э 1 - Э 3).
Для предотвращения гидрато-образования в процессе охлаждения на вход каждого эжектора через эжекторный клапан предусмотрена подача насыщенного метанола.
Охлажденный сырой газ после дросселирования на эжекторе совместно с газом выветривания из разделителя Р по трубопроводу поступает в С ЗА с разделительной емкостью (С ЗВ). Природный газ идет далее в С ЗА через распределитель газожидкостного потока, обеспечивающий предварительное отделение газа от мехпримесей и капельной жидкости, которые собираются в кубовой части сепаратора и самотеком выводятся в С ЗВ.
Газ, очищенный от капельной жидкости, отводится из С ЗА на площадку теплообменников, где, проходя через Т 1.2.1, Т 1.2.2 и затем Т 1.1, охлаждает сырой газ.
Расход осушенного газа, проходящего через теплообменники, для получения необходимой температуры газа в С ЗА регулируется клапаном с электроприводом, установленным на байпас-
ной линии. Далее охлажденный газ по трубопроводу поступает в узел коммерческого учета газа (УКУГ) [5].
Жидкость, выделившаяся из С1, ПУ, С2, поступает в трехфазный разделитель Р, затем происходит ее расслаивание на легкую фазу и тяжелую фазу. Тяжелая фаза -водометанольный раствор (ВМР) переливается через перегородку и заполняет пространство за перегородкой, откуда по уровню выводится из емкости. Легкая фаза - углеводородный конденсат накапливается в приемнике до перегородки и выводится из аппарата по уровню раздела фаз. После блока разделителя Р нестабильный конденсат по трубопроводу поступает в буферные емкости (БЕ). Водометанольный раствор из блока разделителя Р идет на утилизацию.
ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ EMERSON DELTAV НА УСТАНОВКЕ КОМПЛЕКСНОЙ ПОДГОТОВКИ ГАЗА
Целью внедрения СУУТП на уста -новке подготовки газа к транспорту является получение экономического эффекта при усовершенствованном управлении ТП,оптимизация и повышение эффективности стабильной работы установки с минимальными затратами энергоресурсов и реагентов.
Этапы выполнения проекта по внедрению СУУТП на установке подготовки газа выполняются в четкой последовательности, в первую очередь проводится первичное обследование установки с предварительной оценкой экономического эффекта, затем проектируется и разрабатывается конфигурация системы, утверждаются эскизные проекты программы тестирования технологического процесса для разрешения ввода серий возмущений, не нарушая режима ТП - это необходимо для определения параметров математических моделей процесса при внедрении и настройке
Рис. 2. Мнемосхема блока эжекторов Fig. 2. Mnemonic diagram of ejector block
системы. Программа тестирования детально описывается заранее, далее согласовывается с руководством предприятия, после чего проводится тестирование. Полученная информация тестирования идентифицируется моделями. Следующий этап - внедрение и настройка СУУТП с обучением персонала предприятия,затем СУУТП вводится в эксплуатацию и проверяется экономический эффект, полученный по факту [3].
Для демонстрации того, как блок MPC может быть использован для управления многопараметрическим процессом,рассмотрим в качестве примера приведенный на мнемосхеме (рис. 2) блок эжекторов, обеспечивающих осушку газа по воде и углеводородам при температуре -30...-35 °С.
Блок эжекторов состоит из трех эжекторов разной размерности, оборудованных трубопроводами активного (сырого) и пассивного (газ дегазации) газа. Газовые эжекторы Э 1, Э 2, Э 3, каждый на своей
линии, снижают давление сырого газа до 6,0 МПа, температуру до -30,8 °С [5].
Данная проблема включает типичную динамику процесса с нормализованными входами и выходом, в котором при изменении одного параметра оказывается влияние на весь объект, меняются все параметры объекта, а также меняется режим по всему объекту в целом, многопараметрический регулятор принимает во внимание все взаимосвязи и параметры других технологических звеньев установки.
В рассматриваемом примере предполагается, что требования по температуре выхода активного газа удовлетворяются входным потоком сырья.
Контролируемые параметры давления и температуры активного и пассивного газа (газа выветривания), подаваемые на вход каждого эжектора, по отклику регулируются предыдущими аппаратами технологической цепоч-
ки, чтобы держать стабильный, оптимальный параметр на входе. Математическая модель процесса стремится поддерживать параметры на максимальном заданном значении,если это обусловлено прибыльностью и ограничением минимальных значений затрат ресурсов, с учетом лабораторных анализов, регламентированных ограничений и различных возмущающих воздействий на технологический процесс, к примеру температура окружающего воздуха, которая имеет большое влияние на объем и качество подготовленного углеводородного сырья к транспорту. Исходя из этого, кон -тролер прогнозирует состояние процесса, решает задачу оптимизации, манипулируя параметрами, увеличивая производительность аппарата и установки в целом.
На выходе эжекторов регулируется давление РТ 21-12, максимальное значение 6 МПа, при минимальном значении клапана регулятора ^Р 28 на байпас линии, для макси-
мального прохождения сырого газа на эжекторах обеспечивается заданное значение контролируемого параметра по температуре TT 21-6 до -30,8 °С. На выходе эжекторов после отделения жидкой фазы (газового конденсата и водомета-нольного раствора) обеспечиваются качественные показатели осушенного газа в соответствии с требованиями СТО Газпром 089-2010: точка росы по воде при абсолютном давлении 3,92 МПа для холодных районов не выше -20 °С в период с 01.10 по 30.04, - 14 °С в период с 01.05 по 30.09; точка росы по углеводородам при абсолютном давлении от 2 до 7,5 МПа для холодных районов не выше -10 °С в период с 01.10 по 30.04, - 5 °С в период с 01.05 по 30.09 [5].
На байпасе линии помимо регулирующего клапана KLP 28 нахо -дится клапан, который регулируется вручную оператором по месту (рис. 2). Фиксируется значение кла -пана в процентах, в ручной системе клапан не участвует, но влияет на ТП, этот параметр относится к возмущающим воздействиям на ТП, который включается в конфигурацию MPC для корректировки оптимального управления технологическим процессом подготовки газа.
Для предотвращения гидратооб-разования в процессе охлаждения на вход каждого эжектора через регулирующие клапаны KLP 217, KLP 218 предусмотрена подача насыщенного метанола от блоков дозирования ингибитора БПМ 5, БПМ 6 [5]. Объем подачи ингибитора на каждый эжектор определяется к объему подаваемого сырого газа на вход каждого эжектора исходя из регламентированных норм и результата лабораторного анализа (виртуального анализатора) по процентному содержанию воды и метанола, а также подача метанола определяется в случаях высокого перепада давления между аппаратами. Блок MPC определяет эти параметры и минимизирует расход ингибитора, регулируя подачу метанола по потоку
С Я.ТПСГ1М MI4-PRO]
Риуларуемые
Опиммиг ЦкмцПр*дЯ> егр*Прм15Р Отимимим Диаплюн 1 10 1
ГГ6-&4 250 Минимизировать £
FT 5-М J » 750 Минимизировать I m
Манипулируй мыт
Опнс J4H* Нина» Пред Btt»пред Условие Оимза Олшмйш)»
«.Р28 и 100 Ручной МНнНМиЗНрОМТЬ 1
KIPJ» 0 100 Ручной Минимизировать I
К1Р217 0 100 Ручной ГЛммнми W poéJ ib i
возмушеми*
Опвдзн* Усдо»»£?п«н
EafrucK Ручной
Ограничение
Описан иг рт м-гз Нижи Прея 0 ¡Им Пр*д 104 yçno»w СКкаи Ручной СИПИМ KM4WW Максимизировать
РТ 21-11 а 104 Ручной Маисимпзировль
РТ 2-1-7 0 7,84 Ручной Максимизировать
РТ-а-10 0 Í.S4 Ручной Максиисифоаать
РТ-2142 Q 6 Ручной Мажими кровать
IT-6-63 0 le Ручной Нет
pT-s-es 0 16 Ручной Ист
гг-б-ал 0 750 Ручной Минимизировать
FT-ММ 0 750 Ручной Минимизировать
ТТ-21-5 -17 -12 Ручной Млксимхтмуавдт,.
TT-ÏM 11-6 m Ручной Минимизировать
ТТ-21-6 ЗОЛ •ЗОЛ Ручной Маиспыкзидовать
ГГ-РМ1 106 34Г2 Ручной Максимизировать
Рис. 3. Конфигурация блока MPC по заданным критериям управления Fig. 3. MPC block configuration with set criteria
FT 6 - B 4, FT 5 - B 4, манипулируя регулирующими клапанами блока KLP 217, KLP 218.
Виртуальный анализатор представляет собой функциональный блок Lab Entry (LE), используемый для ввода оператором в систему DeltaV офлайн-данных лабораторного анализа, например, в блок нейронных сетей. Все параметры блока LE определяются с помощью студии управления [4].
Виртуальные анализаторы устанавливают значения качественных показателей процесса в реальном времени на базе значений входов и математических моделей. Уточнение параметров модели процесса проводится на основании лабораторных анализов показателей процесса, чаще всего регрессивных, статистические данные в разных промежутках времени (несколько месяцев) в разные сезоны, модели усредняются и используется одна, но при этом идет корректировка по данным лабораторных анализов [3].
Ограничения на задания в рассматриваемом примере основаны на нормализованном диапазоне нормативных технологических параметров, в реальном приложении эти ограничения должны быть заданы в инженерных единицах на базе действительного диапазона измерений и приводов.
Конфигурация блока показана на рис. 3. После того как модуль загружен, запускается приложение DeltaV PredictPro для реализации и проверки управления (тестирования). В блок MPC задаются типы оптимизации управляемой переменной:
- максимизация означает, что переменная процесса может находиться ниже уставки внутри диапазона уставки, если это необходимо для соблюдения всех ограничений или достижения экономических целей оптимизации. Когда другие цели достигнуты, переменная приводится обратно к уставке, максимизируя значение. Переменная не должна находиться выше значения уставки. Максимизировать - индицирует, что данный параметр связан с при -былью. Управляющее воздействие предпринимается, чтобы привести манипулируемый параметр к соответствующей верхней границе;
- минимизация означает, что переменная процесса может находиться выше уставки внутри диапазона уставки, если это необходимо для соблюдения всех ограничений или достижения экономических целей оптимизации. Когда другие цели достигнуты, переменная приводится обратно к уставке, минимизируя значение. Переменная не должна находиться ниже значения уставки. Минимизировать - индицирует, что данный параметр связан с себестоимостью. Управляющее воздействие предпринимается, чтобы привести манипулируемый параметр к соответствующей нижней границе.
Типичная проблема, которая может возникать во время работы, -невозможность найти оптимальное решение в пределах заданных ограничений из-за того, что ограничения оказываются слишком жесткими, задано слишком много уставок или процесс подвержен серьезным возмущениям. В таких случаях часть ограничений «смягчается» или исключается из рассмотрения, также могут
быть переведены в ограничения некоторые уставки. Сделать это можно, минимизируя квадратичную ошибку по ограничениям (всем или части) или последовательно исключая ограничения, имеющие наименьший приоритет.
Другая рассмотренная типичная проблема - это плохая обусловлен-
ность, как в случае с алгоритмом MPC, она проявляется в виде чрез -мерно больших изменений рассчитанных заданий управляющих воздействий, даже при малых изменениях в ограничениях. В принятом методе плохая обусловленность устраняется следующим образом -путем динамического изменения
конфигурации активных ограничений с исключением части ограничений или путем удаления тех взаимосвязей между управляемыми переменными ограничениями и манипулируемыми переменными, которые, в свою очередь, приводят к чрезмерно сильным управляющим воздействиям. ■
ЛИТЕРАТУРА
1. Фарунцев С.Д. Применение усовершенствованных систем управления для повышения эффективности процессов нефтедобычи [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.industrialsystems.ru/articles/primenenie-usovershenstvovannykh-sistem-upravleniya-dlya-povysheniya-effektivnosti-protsessov-nefted/(дата обращения: 04.08.2019).
2. Зорина С. Принцип автопилота // Сибирская нефть. 2015. № 5/122. С. 35-37.
3. Куликов В. Emerson Process Management - о принципах работы и преимуществах внедрения системы усовершенствованного управления технологическим процессом [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=a9600Cq5VyQ (дата обращения: 04.08.2019).
4. Emerson Process Management, DeltaV. Приложения усовершенствованного управления «ПрогнозПро» // Редакция электронной документации DeltaV версии 10.3. DeltaV Books Online.
5. ООО «ТюменНИИгипрогаз», ОАО «Газпром» // Технологический регламент установки комплексной подготовки газа 1718-СП-УКПГ (ПНР) - РТ. 2014. С. 21-32.
REFERENCES
(1) Faruntsev SD. Application of improved management systems for improving oil production processes. Available from: http://www.industrialsystems.ru/ articles/primenenie-usovershenstvovannykh-sistem-upravleniya-dlya-povysheniya-effektivnosti-protsessov-nefted/[Accessed 4th August 2019]. (In Russian)
(2) Zorina S. The autopilot principle. The Syberian oil = Sibirskaya neft. 2015; 5/122: 35-37. (In Russian)
(3) Kulikov V. Emerson Process Management - the principles of work and advantages of the improved management system for technological processes. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=a9600Cq5VyQ [Accessed 4th August 2019]. (In Russian)
(4) Emerson Process Management, DeltaV. PredictPro improved management application. DeltaV version 10.3. DeltaV Books Online documentation.
(5) TymenNIIgiprogaz LLC, Gazprom PJSC. Process procedures for 1718-SP-UKPG (PNR) - RT gas treatment unit. 2014: 21-32. (In Russian)
AHT
1ИФРОВЫЕ I ЕРВИСЫ
ООО «АНТ - Цифровые Сервисы» - системный интегратор по разработке, внедрению, поддержке и развитию ИТ-решений для бизнеса.
Офис S Санкт-Петербурге: 194044, РФ, Г, Санкт-Петербург,
Большой Сэмпсониевский пр., д. 23, корп. 2, лит. Д, БЦ «Меюп Plaza» Тел.: +7 (812] 612-05-45 / E-mail: info@dgtserv.ru
Офис s Москве: Тел,: +7 (495] 664-81-81 I
е
15+ лет успешного опыта выполнения проектов
60+ субъектов РФ, где используются услуги ООО «АНТ - Цифровые Сервисы»
80+ заказчиков
200+ квалифицированных специалистов
НАША ЗАДАЧА
Сделать компании максимально цифровыми с помощью современных ИТ-решений. Наши собственные продукты и услуги соответствуют концепции «Индустрии 4.0» и поддерживают вектор ммпоргозамещения в области информационных технологий.
НАШИ ПРОДУКТЫ
О АСПДУ РСГ- Автоматизированная система производственно-диспетчерского управления региональными системами гззорасп редел е н и я
О ИУС-ГАЗ - Информационная управляющая система
О ИУСТОиР - Информационно-управляющая система «Техническое обслуживание и ремонт»
В Мобильные приложения:
• Мобильное приложение «Мониторинг передвижения бригад»
* Мобильное приложение «Техническое обслуживание и ремонт» (МТОиР)
О Управление претензией но-исковой работой
О Управление имуществом
НАШИ УСЛУГИ
В Помощь в создании модели цифрового двойника О Консалтинг
ПРЕОБРАЖАЯ БИЗНЕС
Уважаемые коллеги и партнеры!
От а сей души поздравляем вас с профессий но л ьным праздникам -Днем работников нефтяной и газовой промышленности! Желаем успехов, воплощения новых идей и планов, счастья и благополучия вам и вашим близким!
С уважением, коллектив ООО *АНТ-ЦиФровые Сервисы,
