Опыт разработки и внедрения АСУ ТП подготовки нефти
# Авиастроение
# Авиация и космонавтика
# Атомная промышленность
# Вузы
# Добывающая промышленность
# Железнодорожная отрасль
# Коммунальное хозяйство
# Контрольно-измерительные системы
# Лабораторные измерения
# Машиностроение
# Нефтегазовая промышленность
# Обработка драгоценных металлов
# Образование и наука
# Производство строиматериалов
# Сельское хозяйство
# Судостроение
# Транспорт
# Электроэнергетика
# Энергетика
Опыт разработки и внедрения АСУ ТП подготовки нефти
Сергей Бальцер, Владимир Красных, Андрей Наумов, Артем Фролов
В данной статье изложен подход к решению задач разработки и внедрения АСУ ТП, сформировавшийся в результате реализации целого ряда проектов автоматизации систем подготовки нефти. В основе подхода — типизация аппаратно+программных решений и унификация отдельных этапов создания АСУ ТП на различных объектах.ЗАДАЧИ И ПОДХОДЫ К РЕШЕНИЮ
Как известно, добываемая нефть из скважин на промысле содержит большое количество воды, солей, газа и других примесей. Доведение нефти до требуемого качества по процентному содержанию солей и воды, а именно ее обессоливание и обезвоживание, называется промысловой подготовкой нефти. Различие качественных характеристик добываемой нефти и ряд других условий породили многообразие применяемого технологического оборудования и широкий спектр технологических схем промысловой подготовки нефти. Известны термохимические установки подготовки нефти (ТХУ), установки по электрическому обессоливанию нефти (ЭЛОУ), установки комплексной подготовки нефти (УКПН). В УКПН, помимо обезвоживания и обессоливания, осуществляется и стабилизация нефти, то есть отделение от неё легких, пропан-бутановых и частично бензиновых, фракций в специальных стабилизационных колоннах. С УКПН стабилизированная нефть требуемого качества подаётся через коммерческие узлы учёта нефти в магистральные нефтепроводы. Задача автоматизации УКПН заключается в обеспечении оперативного автоматизированного контроля качества получаемой нефти, компьютерного контроля всех этапов подготовки нефти, контроля и управления технологическим оборудованием. Фирма «Шатл» (г. Казань) занимается автоматизацией подготовки нефти в нефтегазодобывающих управлениях (НГДУ) Республики Татарстан с 1996 года (НГДУ «Заинскнефть», «Елховнефть», «Бавлынефть», «ТатРИТЭКнефть», «Нурлатнефть», «Иркеннефть»). Накопленный опыт позволяет представить свой подход к разработке и внедрению АСУ ТП.
Рис. 1. Резервуар
- аппаратно-программные решения автоматизации для типовых технологических блоков подготовки нефти;
- технология выполнения традиционных этапов создания АСУ ТП подготовки нефти.
Рис. 2. Отстойники
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОДГОТОВКИ НЕФТИ
Технологическое оборудование УКПН как объект автоматизации
Анализ широкого спектра технологического оборудования, применяемого при подготовке нефти на ТХУ, ЭЛОУ и УКПН в Татарстане, выявил наиболее часто применяемые технологические блоки: резервуары (рис. 1), насосы, теплообменники, отстойники (рис. 2), нефтегазосепараторы, подогреватели, печи (рис. 3), электродегидраторы, конденсаторы-холодильники, ректификационные колонны. Каждый из названных технологических блоков имеет различные модификации: по размерам, по исполнению (горизонтальное, вертикальное), по типу подогрева (огневой или паровой), по режимным показателям (температура, давление) и т.д. Как объект автоматизации каждый технологический блок имеет свою типовую группу параметров контроля и управления и, соответственно, свой типовой набор датчиков, исполнительных механизмов, преобразователей, блоков питания и т.д. (рис.4). В зависимости от технологических схем подготовки нефти в разных НГДУ используется разное количество технологических блоков в разной последовательности. Сигналы с датчиков каждого технологического блока группируются и распределяются на уровне контроллеров по разным принципам: по типу, назначению, по связи с определёнными событиями, оборудованием или этапами технологического процесса и т.д.
Рис. 3. Печь
АСУ ТП подготовки нефти как сложная система
Установка комплексной подготовки нефти производительностью 2-4 млн. тонн нефти в год, кроме перечисленных основных типовых технологических блоков, имеет в своём составе очистные сооружения, факельное хозяйство, узел пресной воды, насосную производственно-дождевых стоков, блочную котельную и т.д. С каждого такого объекта сигналы поступают или на отдельно стоящий контроллер, или на контроллер в операторной. Кроме режима сбора и контроля параметров по уставкам, в современных АСУ ТП подготовки нефти важную роль играют режимы дистанционного и автоматического управления и регулирования. Дистанционное управление исполнительным устройством осуществляется по команде оператора с компьютера.
Рис. 4. Исполнительный механизм — электрифицированная задвижка
- взаимосвязь контуров регулирования для ситуаций, когда изменение одного технологического параметра влечет изменение другого;
- учёт нелинейного характера объектов управления;
- выбор шага дискретизации.
Рис. 5. Типовая структура АСУ ТП подготовки нефти
ЭТАПЫ СОЗДАНИЯ СЛОЖНЫХ АСУ ТП ПОДГОТОВКИ НЕФТИ
Как известно, создание сложных систем автоматизации проходит ряд основных этапов:- проектирование и разработка АСУ ТП;
- сборка и монтаж комплекса технических средств (КТС);
- пусконаладка системы автоматизации на объекте у заказчика;
- разработка эксплуатационной и технической документации, обучение специалистов заказчика. Накопленный богатый опыт по выполнению каждого из перечисленных этапов позволяет существенно сократить сроки и стоимость их выполнения.
Рис. 6. Типовая схема автоматизации отстойника
Проектирование и разработка АСУ ТП подготовки нефти
Создание современных АСУ ТП комплексной подготовки нефти базируется на разработке проекта. Ввиду сложности и взрывоопасности УКПН выполнение подобного проекта разрешается только организациям, которые имеют соответствующие лицензии Госгортехнадзора РФ. Фирма «Шатл» имеет три лицензии Госгортехнадзора РФ: на проектирование, монтаж и пусконаладку, изготовление оборудования и АСУ ТП нефтегазодобывающих и нефтеперерабатывающих производств и объектов, а также лицензию Генерального подрядчика. В структуре любой АСУ ТП можно условно выделить следующие уровни:- нижний (оборудование КИП);
- контроллерного оборудования;
- комплекса технических средств АРМ оператора.
- нижнего уровня, например, отстойника (рис. 6);
- уровня контроллеров на базе высоконадежных компьютеров MicroPC и плат ввода-вывода фирм Octagon Systems и Fastwel (рис. 7);
- уровня АРМ оператора на базе двухпроцессорных комплексов IPC-620 фирмы Advantech (рис. 8), использующих одноплатные промышленные компьютеры PCA-6179 с процессором Pentium III/700 МГц.
Рис. 7. Контроллер на базе MicroPC
Сборка и монтаж комплекса технологических средств
Сборка и монтаж контроллеров, УСО, блоков питания, клеммных колодок осуществляются в одну или две 19" стойки фирмы Schroff (рис. 10). Проект их расположения в стойке, а также схемы соединений создаются на компьютере (рис. 11). Сборка стойки осуществляется на фирме, затем оборудование тестируется и в собранном виде отправляется на объект. При таком подходе сокращается срок монтажа и пусконаладки оборудования уровня контроллеров на объекте у заказчика. Аналогично собирается, отлаживается и в готовом виде транспортируется комплекс технических средств АРМ оператора.
Рис. 8. Комплекс технических средств АРМ оператора
Пусконаладка АСУ ТП подготовки нефти
Опыт пусконаладки всей АСУ ТП в разных НГДУ позволил выделить два последовательных этапа:- пусконаладку АСУ ТП в режиме сбора и контроля параметров со всех технологических блоков УКПН;
- пусконаладку АСУ ТП в режиме дистанционного и автоматического управления и регулирования.
Рис. 9. Пример мнемосхемы АРМ оператора УКПН
Разработка документации, обучение специалистов
Заказчику передается полный комплект проектной, эксплуатационной и программной документации на АСУ ТП УКПН. Обучение специалистов заказчика начинается уже при монтаже и пусконаладке АСУ ТП и продолжается на работающей системе по мере её ввода в действие. Обучение электронщиков и программистов заказчика современным аппаратнопрограммным средствам автоматизации по расширенной программе осуществляется в Учебном центре фирмы «Шатл». Для обучения операторов-технологов навыкам оперативного компьютерного управления качеством получаемой на выходе УКПН нефти разрабатывается аппаратно-программный тренажёр. Он представляет собой двухмашинный комплекс, где на одном компьютере установлено конкретное ПО АРМ оператора, а на втором моделируются различные аварийные ситуации или рассчитываются на моделях зависимости параметров качества нефти от изменений температур, давлений на технологических блоках автоматизированной УКПН.
Рис. 10. Стойка с оборудованием уровня контроллеров
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Подводя итог, перечислим те преимущества, которые дают заказчику предлагаемые «опыт и фирменные типовые решения» при создании АСУ ТП подготовки нефти:- эксплуатационную надежность принятых и внедренных у заказчика аппаратно-программных схем автоматизации;
- меньшую стоимость каждого этапа создания АСУ ТП, а значит, и всей системы в целом, в отличие от разовых, уникальных разработок;
- значительное сокращение сроков выполнения каждого из этапов, а значит, и всей АСУ ТП в целом;
- удобство работы заказчика с одной фирмой как с генеральным подрядчиком и ведущим исполнителем по основным этапам;
- возможность по хорошо документированным типовым аппаратно-программным решениям проводить сопровождение и модернизацию АСУ ТП УКПН.
Рис. 11. Проект компоновки 19" стойки