Монтаж наладка систем автоматического контроля на КНС

28

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация технологического процесса — совокупность методов и средств, предназначенная для реализации системы или систем, позволяющих осуществлять управление самим технологическим процессом без непосредственного участия человека, либо оставления за человеком права принятия наиболее ответственных решений.

Основа автоматизации технологических процессов — это перераспределение материальных, энергетических и информационных потоков в соответствии с принятым критерием управления (оптимальности).

Основными целями автоматизации технологического процесса являются:

- повышение эффективности производственного процесса;

- повышение безопасности;

- повышение экологичности;

- повышение экономичности.

Цели достигаются посредством решения следующих задач автоматизации технологического процесса:

- улучшение качества регулирования;

- повышение коэффициента готовности оборудования;

- улучшение эргономики труда операторов процесса;

- обеспечение достоверности информации о материальных компонентах, применяемых в производстве (в т.ч. с помощью управления каталогом);

- хранение информации о ходе технологического процесса и аварийных ситуациях.

1 ИСХОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

1.1 Назначение и характеристики КНС

Автоматизированная система контроля кустовой насосной станции (далее «КНС») предназначена для дистанционного управления, контроля технологических параметров и защиты от перегрева насосных агрегатов КНС.

Система представляет собой типовое решение по контролю и управлению кустовой насосной станцией.

Блочная кустовая насосная станция (БКНС) состоит из блоков: сепарационно-буферного, насосов, уп­равления электродвигателями, распределительных уст­ройств, распределительной гребенки. Сепарационно-буферный блок состоит из двух горизонтальных емкостей по 50 м3 и предназначен для сепарации содержащихся в воде га­зов (метана), а также для отстаивания воды и удаления меха­нических примесей, для создания гидравлического буфера, обеспечивающего нормальную работу насосов. Выделяющийся из воды при отстое газ сжигается в свече. Насосные блоки предназначены для закачки воды в нагнетательные скважины. Насосные блоки состоят из центробежных насосов типа ЦН-150-100 с синхронными двигателями типа СДБ-800-2К, установленными на рамных основаниях. Насосные блоки поме­щаемся в утепленное помещение, собранное из стандартных панелей.

В зависимости от количества насосных агрегатов КНС, требований по взрывобезопасности, а также типа выбранного терминала, система поставляется в различных исполнениях: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 в соответствии с таблицей 1.

Состав системы:

– сигнализатор уровня СУР-5 – по 1 шт. на НА;

– блок питания изолированный БПИ1 – 2 шт.;

– комплект модулей контроллера промышленного комбинированного ГАММА-11 (далее «КПК ГАММА-11»);

– один из пультов управления и визуализации (терминалов КПК ГАММА-11);

Таблица 1- Исполнения датчика

Состав системы:

– сигнализатор уровня СУР-5 – по 1 шт. на НА;

– блок питания изолированный БПИ1 – 2 шт.;

– комплект модулей контроллера промышленного комбинированного ГАММА-11 (далее «КПК ГАММА-11»);

– один из пультов управления и визуализации (терминалов КПК ГАММА-11);

– шкаф автоматики (арматура, источник бесперебойного питания и прочее);

– программное обеспечение КПК ГАММА-11.

Основным узлом системы является КПК ГАММА-11, расположенный в шкафу автоматики непосредственно в месте установки НА.

Система выполняет:

– мониторинг технологических параметров НА и системы маслоснабжения КНС;

– сравнение измеренных значений с уставками, формирование сигналов управления исполнительными механизмами, выдачу предупредительной и аварийной сигнализаций;

– формирование оперативных данных, аварий, таблиц и их документирование.

Алгоритм работы КПК ГАММА-11 позволяет измерять расход воды, регистрировать наличие воздушных пробок в трубопроводе и определять его целостность, защищать НА от перегрева, вести архив аварийных остановов НА.

Настоящая система обеспечивает следующие функции управления НА:

– пуск НА;

– стоп НА;

– пуск маслонасоса (МН);

– стоп МН;

– съем аварии.

В рабочем режиме насоса контролируются следующие технологические параметры:

– температура полевого и рабочего подшипников насоса;

– температура полевого и рабочего подшипников двигателя;

– температура гидропяты;

– давление воды в насосе на приёме (всасывающем патрубке);

– давление воды в насосе на выкиде (нагнетающем патрубке);

– давление в масляной линии;

– ток нагрузки электродвигателя;

– сигнал «утечка сальников»;

– сигнал «состояние насоса (вкл/выкл)»;

– сигнал «состояние МН (вкл/выкл)»;

– расход воды в НА.

1.2      Описание средств автоматизации

Несмотря на большое многообразие методов и средств измерения расхода в системах ППД, которые могли найти применение, наибольшее распространение получили следующие типы счетчиков и расходомеров:

- тахиметрические (турбинные) типов "НОРД-М", "Турбоквант", РТНС, устанавливаются, как правило, на низконапорных водоводах на приеме КНС. Конструкция тахометрических счетчиков предполагает наличие в потоке жидкости подвижных деталей, поверхности трения которых подвергаются нтенсивному износу из-за агрессивности жидкости и наличия и ней твердых частиц, отложения солей на рабочих поверхностях, что резко влияет на результаты измерений и ограничивает круг их применения;

- переменного перепада давления типа ДМ, ДСО и др. (с сужающими устройствами). Устанавливаются на высоконапорных водоводах на выходе КНС, частично на низконапорных водоводах на приеме КНС. Применение расходомеров переменного, перепада давления (РППД) требует значительных эксплуатационных затрат: сложными в обслуживании являются узлы сужающих устройств и линии импульсных трубок; срок службы сужающих устройств, линий импульсных трубок и дифманометров значительно сокращается в связи с повышенной коррозионной активностью пластовых вод; результаты измерения зависят от изменения температуры и плотности измеряемой среды; имеют низкий диапазон измерений 1:4; не всегда есть возможность выдачи информации в систему телемеханики.

Кроме того, «Правила» ... РД 50-213-80 устанавливают еще ряд требований с РППД при их эксплуатации, которые в повседневной практике выполнить сложно:

- характер движения потока в прямых участках трубопроводов до и после сужающего   устройства   должен   быть   турбулентным,   стационарным; 

- во внутренней полости прямых участков трубопроводов до и после сужающего устройства не должны скапливаться осадки в виде пыли, песка, металлических предметов и др. видов загрязнений; на поверхности сужающего устройства не должно   быть    отложений, изменяющих его конструктивные параметры и геометрию. Недостатки,  присущие  методу переменного  перепада давления позволяют отнести РППД к перспективным СИ воды.

Электромагнитные, вихревые и ультразвуковые типа СВЭМ, СВУ, ЭРИС и корелляционные типа ДРК. Устанавливаются на высоконапорных водоводах на выходе КНС, водораспределительных блоках (ВРБ), блочных гребенках (БГ), водоводах к нагнетательным скважинам. Обладают рядом преимуществ перед тахометрическими счетчиками и расходомерами переменного перепада давления, а так же   - недостатками, Обзор средств измерений.

Тромагнитные счетчики типа СВЭМ.М для измерения объема и расхода воды в насосных блоках КНС, а также в блоках распределительных гребенок и открытых установках на промыслах Западной Сибири применяют электромагнитные счетчики типа СВЭМ.М. Принцип действия счетчика основан на законе электромагнитной индукции. При наличии электромагнитного поля, создаваемого прямоугольным импульсным током возбудителя (ФВ) в обмотках возбуждения (OB 1 и ОВ2) в движущейся через преобразователь расхода (ПР) жидкости наводятся импульсы ЭДС электромагнитной индукции, амплитуда импульсов пропорциональна скорости движения жидкости, а следовательно, расходу, току в обмотках возбуждения и конструктивным параметрам преобразователя.

Расходомеры   электромагнитные   типа   ЭРИС  предназначены   для линейного  преобразования  объемного  расхода  протекающей  жидкости  в трубопроводах с диаметрами условного прохода 225 мм (ЭРИС.В-225) и от 400 до 1000 мм (ЭРИС.ВЛ) в электрический непрерывный сигнал частотой от 0 до 250 Гц по ГОСТ 26.010-80.

Датчики    расхода    электромагнитных    расходомеров    типа    ЭРИС устанавливаются в насосных блоках станций водоподъема и водозабора, на выкиде насосов кустовых насосных. Могут устанавливаться на открытом воздухе под навесом. Предназначены для работы при температуре окружающего воздуха от минус 45 °С до плюс 50 °С и относительной влажности до 95 % при плюс 85 С и более низких температурах (без конденсации влаги).

Измеряемая (рабочая) среда - вода пресная (речная, озерная), подтоварная поступающая от установок подготовки нефти), пластовая (минерализованная с альбаптсеноманских горизонтов), их смеси, другие невзрывоопасные жидкости.

Измеряемая среда должна быть неагрессивной по отношению к стали 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72, не давать стойких (не смываемых потоком рабочей жидкости) тектропроводящих     осадков     на     стенках    чувствительного     элемента преобразователя расхода, не иметь в своем составе растворенный сероводород. Электромагнитный расходомер типа ЭРИС имеет в своем составе: преобразователь     расхода     (ПР);     преобразователь     передающий нормирующий      (ППН);      преобразователь      измерительный      (БПИ.В); преобразователь  расхода   (ПР)   -   зондового  типа,   на   нем   смонтирован преразователь ППН. Электрическая связь между ними и внешнее подключение датчика расхода осуществляется с помощью разъемных соединений типа ОНЦ. Принцип действия датчика расхода основан на законе электромагнитной индукции. При этом источником магнитного поля служит ток в обмотках возбуждения, движущимся проводником - измеряемая жидкость, направление .движения которой перпендикулярно (для ЭРИС.В-225), или составляет угол 60° - к вектору индукции магнитного поля; источником - сигнала электроды из нержавеющей стали, расположенные по обе стороны чувсвительного элемента.

2 РАСЧЕТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

2.1 Принцип работы системы

Набегающий поток образует за телом обтекания ТО вихревую дорожку, состоящую из двух цепочек вихрей, образующихся на верхней и нижней кромках ТО и перемещающихся вместе с потоком.

Принцип действия датчика основан на регистрации каждого из вихрей путем «просвечивания»   потока   ультразвуковым   лучом,   направленным перпендикулярно оси ТО. После взаимодействия ультразвуковых колебаний с цепочкой вихрей (вихревой дорожкой) сигнал, принятый, пьезоприемником ПП оказывается модулированным по фазе. Модулированный сигнал с выхода ПП черве согласующий трансформатор Т2 поступает на ограничитель амплитуды О1 и далее на формирователь сигнала, с выхода которого импульсы прямоугольной формы поступает на один из входов фазового детектора ФД. Работа ФД основана на преобразовании фазового сдвига между опорным напряжением U0, поступающим с кварцевого генератора (Г), и напряжением сигнала, поступающим с выхода Ф1 в последовательность «пульсов, длительность которых пропорциональна разности фаз между указанными сигналами.