CC BY
11УДК 65.011.56
ЦИФРОВАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДОЖИМНОЙ
НАСОСНОЙ СТАНЦИИ
ГИБАЗОВ АЛИК ИЛЬДАРОВИЧ
Магистрант кафедры кибернетических систем, Тюменский индустриальный университет, Тюмень, Россия
Аннотация. Данная работа посвящена цифровой трансформации системы управления дожимной насосной станции. Мы исследуем процесс интеграции современных цифровых технологий в существующую инфраструктуру насосной станции с целью улучшения ее производительности, надежности и безопасности. Мы также рассматриваем вопросы оптимизации управления и мониторинга через использование цифровых систем.
Ключевые слова: цифровая трансформация, система управления, насосная станция, цифровые технологии, производительность, надежность, безопасность.
Создание современных АСУ ТП требует дальнейшего повышения качества управления за счет использования высокоэффективных алгоритмов управления. Использование таких алгоритмов ограничивалось их сложностью и аналоговой элементной базой. Вторым ограничивающим фактором стала высокая трудоемкость разработки программного обеспечения АСУ ТП. Наиболее актуальной является проблема реализации систем, в которых управление осуществляется не вручную или аппаратно, а программно с использованием персонального компьютера, который является основным компонентом средств управления.
Совершенствование средств контроля и управления приводит к снижению затрат, как человеческих сил, так и экономии финансовых затрат на приобретение дорогостоящего оборудования, которое по своим характеристикам значительно уступает электронно-вычислительным машинам. Современное техническое предприятие, помимо оборудования, обеспечивающего выпуск готовой продукции, имеет ряд систем, обеспечивающих безопасность предприятия [1].
Дожимная насосная станция (ДНС) - технологическая часть системы сбора нефти и газа на промыслах и их последующей транспортировки.
Оборудование ДНС сообщает нефти и газу дополнительный напор, необходимый для их транспортирования в направлении высоконапорных участков через системы сбора и подготовки.
_ Газ
— Жидкость
Рис.1. Схема дожимной насосной станции ДНС может производить:
- прокачка водогазонефтяной эмульсии по нефтепроводу многофазными насосами,
- осуществлять предварительную подготовку продукции скважин - разделение (сброс) воды и попутного нефтяного газа (ПНГ) с закачкой в трубопровод обезвоженной и дегазированной нефти,
- закачивать воду в нагнетательные скважины для поддержания пластового давления.
Дожимная насосная станция перекачивает содержимое нефтяных скважин в виде
газожидкостной смеси.
Нефть из групповых узлов учета поступает в буферные емкости и отделяется.
Далее масло поступает на вход рабочих насосов и далее в нефтепровод.
Отделенный газ под давлением до 0,6 МПа через блок регулирования давления попадает в промысловый газосборный манифольд.
По газосборному коллектору газ подается на газокомпрессорную станцию или на газоперерабатывающий завод (ГПЗ).
Расход газа измеряется с помощью камерной диафрагмы, установленной на общем газопроводе [2].
Уровень масла в буферных резервуарах поддерживается с помощью поплавкового указателя уровня и электрического клапана, расположенного на напорном маслопроводе.
При превышении предельно допустимого уровня жидкости в нефтегазовой смеси датчик уровня подает сигнал на устройство управления клапаном электропривода, он открывается, и уровень в нефтегазовой смеси снижается.
Когда уровень опускается ниже минимально допустимого, клапан электропривода закрывается, обеспечивая тем самым повышение уровня жидкости в нефтегазовой смеси.
Для равномерного распределения масла и давления буферные баки соединены между собой байпасной линией.
В состав ДНС входят следующие технологические объекты:
- блок реагентного хозяйства,
- нефтегазовые сепараторы,
- отстойники,
- буферные и дренажные емкости,
- резервуары различного назначения,
- насосные станции для перекачки нефти и забойной воды.
АСУ ТП ДНС предназначена для автоматизированного мониторинга и контроля в реальном времени основных и вспомогательных технологических процессов, автоматизации деятельности специалистов по контролю и управлению технологическими процессами и производством, для организации оперативного информационного контроля (мониторинга) технологического режима работы устройств и установок ДНС, высокоэффективного управления технологическими процессами ДНС [3].
Система автоматизации ДНС с УПСВ включает три уровня. Нижний уровень преобразует значения технологических параметров в электрические сигналы. Оснащен полевыми приборами и датчиками. Средний уровень осуществляет управление технологическим процессом в соответствии с программой, заложенной в микроконтроллер, передает информацию о ходе технологического процесса на верхний уровень, выполняет команды, поступающие с верхнего уровня АСУ ТП. Реализовано с использованием программируемых микроконтроллеров. Они представлены программируемыми контроллерами Гамма-11 и ПЛК Modicon, измерительно-вычислительным комплексом ИВК СУРГУТ-УНМ, вторичным регулятором тепла и мощности IM2300, устройством сигнализации УАС-24, универсальным компьютером УВП-280 и др. На среднем уровне следующие: используются промышленные сети: RS-232 Modbus, RS-485 Modbus, Ethernet.
Помимо основных элементов, станция при необходимости может быть дооснащена множеством вспомогательных систем и устройств. Для увеличения срока службы основного оборудования используются системы смазки и охлаждения (масляные или воздушные), а также различные фильтры газовой среды, устанавливаемые как до, так и после компрессора. Если от станции требуется обеспечить поток сжатого газа с переменным давлением и расходом, то в ее конструкцию добавляется система КИПиА, а также интерфейсы управления.
В том случае, если компрессорный агрегат представляет собой отдельный модуль, эксплуатируемый в суровых климатических условиях, он также оснащается системами отопления и вентиляции для поддержания оптимальных условий внутри [4].
Компрессорные станции из-за сложности конструкции имеют чрезвычайно обширную классификацию, которая может быть построена на основе классификаций ее составных частей. Конечно, принципиальным будет разделение по используемым компрессорам, введя которые, можно разделить установки на:
- объемный тип;
- динамический тип.
В первой группе используются такие компрессоры, как поршневые, диафрагменные, лопастные, винтовые и др. Компрессия газа за счет уменьшения объема рабочей камеры, приводящего к увеличению давления внутри нее, позволяет компрессорным агрегатам этого типа развивать значительное выходное давление. Во второй группе используются центробежные, осевые и струйные компрессоры, в которых повышение давления достигается за счет увеличения кинетической энергии газового потока, которая затем частично преобразуется в потенциальную энергию давления.
Также классификация может проводиться в разрезе основных характеристик компрессора. Эти основные характеристики включают:
- создаваемое давление;
- обеспеченная производительность.
В зависимости от давления компрессоры делятся на сверхвысокое (более 100 МПа), высокое (от 10 до 100 МПа), среднее (от 1,2 до 10 МПа) и низкое (от 0,15 до 1,2 МПа) давление. По производительности (расходу) разделение осуществляется по следующей схеме: малая (до 10 м3 / мин), средняя (от 10 до 100 м3 / мин) и большая (более 100 м3 / мин) производительность.
Вторым по важности элементом компрессорной станции является привод компрессора, который включает в себя сам двигатель и механическую трансмиссию, передающую крутящий момент от вала двигателя к валу компрессора. При этом можно выделить следующие компрессорные агрегаты: с дизельным, бензиновым, электрическим и др. Двигателем, а по типу связи с компрессором: ременная, цепная, зубчатая и др. Трансмиссия. Эта классификация особенно важна для мобильных компрессорных установок, поскольку не все источники энергии могут быть доступны в зависимости от места использования. Так, в районах, удаленных от линий электропередач, проще и целесообразнее будет использовать компрессорную установку, работающую на жидком или газообразном топливе, которую можно доставить отдельным транспортом [5].
Автоматизированная система управления технологическим процессом дожимной насосной станции предназначена для дистанционного управления технологическим процессом и контроля технологических параметров дожимной насосной станции. насосной станции, а также для поддержания оптимального режима технологических процессов подготовки сброса нефти, газа и воды.
Система представляет собой типичное решение для контроля и управления дожимной насосной станцией. Блок-схема системы представлена на рисунке 2.
Комплектация объекта: 2 нефтегазовых сепаратора, 2 резервуара, 2 дренажных резервуара, 4 насосных агрегата и 8 электроклапанов, взрывозащищенное исполнение.
Рис.2. Структурная схема автоматизированной системы управления технологическим
процессом дожимной насосной станции
Состав системы:
- указатель уровня СУР-5 - 4 шт.;
- датчик уровня ультразвуковой ДУУ2М-06 - 2 шт.;
- датчик уровня ультразвуковой ДУУ2М-10 - 16 шт.;
- блок питания изолированный БПИ1 - 4 шт.;
- блок тиристорных усилителей БТУ - 4 шт.;
- комплект из 1 модуля промышленного комбинированного контроллера ГАММА-11 (далее - КПК ГАММА-11), предназначенный для решения задач измерения и регулирования технологических параметров;
- комплект из 2-х модулей КПК ГАММА-11, предназначенных для решения задач управления, в том числе насосами и вентиляторами ДНС;
- одна из пультов управления и визуализации (терминалы КПК ГАММА-11);
- шкаф автоматики (арматура, источники бесперебойного питания и др.);
- программное обеспечение КПК ГАММА-11. Система взрывозащищена и обеспечивает:
- измерение уровней и уровней разделения сред в резервуарах, контроль их запорной арматуры;
- измерение уровней и давления в нефтегазовых сепараторах и дренажных емкостях; измерение давления и температуры в насосных агрегатах;
регулирование по технологическим параметрам «уровень» и «давление» для нефтегазовых сепараторов; управление дренажными емкостями;
управление системами пожаротушения, а также газовыми и вентиляционными системами;
управление процессами перекачки жидких продуктов;
- сравнение измеренных значений технологических параметров с уставками и формирование управляющих сигналов, а также предупреждений и аварийных сигналов;
- расчет баланса жидкости для всего технологического объекта;
- мониторинг состояния насосных агрегатов, формирование сигналов аварийного отключения в случае возникновения аварийной ситуации.
Дополнительно по отдельному техническому заданию Заказчика в комплект поставки системы могут входить:
- рабочее место оператора, реализованное на персональном или промышленном компьютере;
- информационный сервер;
- прикладное программное обеспечение на базе SCADA-системы Wonderware InTouch ™ (типовые или специализированные решения в соответствии с техническим заданием).
В ходе работы были получены следующие результаты:
- изучена технология дожимной насосной станции; определены требования к его автоматизации;
- проанализирована система автоматики, выявлена необходимость установки датчиков виброперемещения на насосном агрегате;
- выбран современный датчик виброперемещения, соответствующий критериям;
- разработан алгоритм аварийной защиты с учетом данных с датчика виброперемещения, написана программа для ПЛК.
ЛИТЕРАТУРА
1. Цехош С. И., Цехош П. И., Третьякова В. А. Влияние цифровой трансформации на проблемы педагогической инноватики в профессиональном образовании //Архитектурно-строительный и дорожно-транспортный комплексы: проблемы, перспективы, инновации. - 2022. - С. 710715.
2. Воропай Н. И. и др. Проблемы развития цифровой энергетики в России //Проблемы управления. - 2019. - №. 1. - С. 1-14.
3. Бреслова А. Н. Проектирование автоматизированной системы управления дожимной насосной станции. - 2019.
4. Савченко С. И. Автоматизация насосной станции: дис. - Сибирский федеральный университет, 2019.
5. Федотов В. И. Автоматизация системы водоснабжения ООО «Абаза-Энерго» : дис. -Сибирский федеральный университет; Хакасский технический институт—филиал СФУ, 2021.
