Помощь студентам в учебе
Реконструкция системы автоматизации насосной установки для поддержания пластового давления 0001-0004-8066 АО ПГ «Метран» для ПАО АНК «Башнефть»
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ОПИСАНИЕ
ОБОРУДОВАНИЯ 9
1.1 Характеристика предприятия, описание технологического процесса 9
1.1.1 Внутрикустовая закачка из водозаборной скважины 11
1.1.2 Централизованная система ППД 11
1.2 Описание основного технологического оборудования, используемого
для реализации 13
1.3 Цели и задачи автоматизации, требования к системе автоматизации 15
1.4 Обзор существующих вариантов автоматизации технологического
процесса 16
1.5 Разработка структурной схемы системы автоматизации 19
2 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 20
2.1 Выбор технических средств автоматизации 20
2.1.1 Выбор измерительных приборов 20
2.1.2 Выбор устройства удаленного ввода/вывода и коммутатора 25
2.1.3 Выбор исполнительных устройств 26
2.1.4 Выбор элементов электрических схем 27
2.1.5 Выбор программируемого логического контроллера 33
2.1.6 Выбор HMI 35
2.2 Разработка схем соединения элементов системы автоматизации 35
2.2.1 Разработка функциональной схемы системы автоматизации 35
2.2.2 Разработка принципиально-электрических схем 36
2.3 Разработка архитектуры систем автоматизации 36
2.4 Разработка алгоритма управления системы автоматизации 37
2.4.1 Разработка ПИД-алгоритма 37
2.4.2 Разработка алгоритма останова насосных агрегатов 38
2.5 Разработка математической модели объекта управления 39
2.5.1 Синхронный двигатель 40
2.5.2 Центробежный секционный насос 41
2.5.3 Трубопровод 41
2.6 Разработка и оптимизация контура регулирования технологической
координаты 43
2.7 Разработка системы визуализации управления технологическим
процессом 46
2.7.1 Область мнемосхемы 46
2.7.2 Мнемознаки 48
3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 49
3.1 Характеристика предприятия и выпускаемой продукции 49
3.2 Расчет производственной программы 51
3.3 Расчет сметы капитальных затрат 51
3.4 Расчет РСЭО 52
3.4.1 Амортизационные отчисления 52
3.4.2 Электроэнергия 53
3.4.3 Эксплуатационные затраты на заработную плату 54
3.4.4 Прочие расходы 55
3.5 Расчет срока окупаемости проекта 55
3.6 Составление сводной таблицы технико-экономических показателей 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 60
ПРИЛОЖЕНИЕ А Функциональная схема автоматизации 64
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Принципиально-электрические схемы 67
ПРИЛОЖЕНИЕ В Архитектура системы автоматизации 84
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Алгоритм управления системы автоматизации 86
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Цены на оборудование
ВВЕДЕНИЕ 7
1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ОПИСАНИЕ
ОБОРУДОВАНИЯ 9
1.1 Характеристика предприятия, описание технологического процесса 9
1.1.1 Внутрикустовая закачка из водозаборной скважины 11
1.1.2 Централизованная система ППД 11
1.2 Описание основного технологического оборудования, используемого
для реализации 13
1.3 Цели и задачи автоматизации, требования к системе автоматизации 15
1.4 Обзор существующих вариантов автоматизации технологического
процесса 16
1.5 Разработка структурной схемы системы автоматизации 19
2 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 20
2.1 Выбор технических средств автоматизации 20
2.1.1 Выбор измерительных приборов 20
2.1.2 Выбор устройства удаленного ввода/вывода и коммутатора 25
2.1.3 Выбор исполнительных устройств 26
2.1.4 Выбор элементов электрических схем 27
2.1.5 Выбор программируемого логического контроллера 33
2.1.6 Выбор HMI 35
2.2 Разработка схем соединения элементов системы автоматизации 35
2.2.1 Разработка функциональной схемы системы автоматизации 35
2.2.2 Разработка принципиально-электрических схем 36
2.3 Разработка архитектуры систем автоматизации 36
2.4 Разработка алгоритма управления системы автоматизации 37
2.4.1 Разработка ПИД-алгоритма 37
2.4.2 Разработка алгоритма останова насосных агрегатов 38
2.5 Разработка математической модели объекта управления 39
2.5.1 Синхронный двигатель 40
2.5.2 Центробежный секционный насос 41
2.5.3 Трубопровод 41
2.6 Разработка и оптимизация контура регулирования технологической
координаты 43
2.7 Разработка системы визуализации управления технологическим
процессом 46
2.7.1 Область мнемосхемы 46
2.7.2 Мнемознаки 48
3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 49
3.1 Характеристика предприятия и выпускаемой продукции 49
3.2 Расчет производственной программы 51
3.3 Расчет сметы капитальных затрат 51
3.4 Расчет РСЭО 52
3.4.1 Амортизационные отчисления 52
3.4.2 Электроэнергия 53
3.4.3 Эксплуатационные затраты на заработную плату 54
3.4.4 Прочие расходы 55
3.5 Расчет срока окупаемости проекта 55
3.6 Составление сводной таблицы технико-экономических показателей 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 60
ПРИЛОЖЕНИЕ А Функциональная схема автоматизации 64
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Принципиально-электрические схемы 67
ПРИЛОЖЕНИЕ В Архитектура системы автоматизации 84
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Алгоритм управления системы автоматизации 86
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Цены на оборудование
Нефтяная компания, разрабатывающая месторождение, прежде должна ставить перед собой задачи по проектированию разработке и внедрению системы поддержания пластового давления. В целом по России из общего фонда скважин, на которых добыча нефти ведется механизированным способом, основной объем нефти добывается с помощью центробежных насосов.
Система поддержания пластового давления - процесс естественного или искусственного сохранения давления в продуктивных пластах нефтяных залежей на начальной или запроектированной величине c целью достижения высоких темпов добычи нефти и увеличения степени её извлечения.
В первой главе выпускной квалификационной работы был описан технологических процесс и были сформированы цели и задачи системы автоматизации.
Целями создания системы являются:
- увеличение темпа отбора нефти из залежи и получение повышенных коэффициенты нефтеотдачи;
- оптимизация затрат на техническое обслуживание и ремонт технологического оборудования.
Задачи, разрабатываемые системой, следующие:
- произвести реконструкцию насосной установки для поддержания пластового давления;
- обеспечить поддержание пластового давления на заданном уровне, путем закачивания воды в нагнетательные скважины;
- разработать систему визуализации технологического процесса.
Требования к системе автоматизации:
- организация непрерывного и стабильного процесса закачки воды в автоматическом и ручном режимах;
- контроль состояния основного и вспомогательного технологического оборудования;
- управление исполнительными механизмами, как в автоматическом, так и в ручном режимах;
- обеспечение автоматической сигнализации и блокировки технологического оборудования при достижении предаварийных значений;
- отклонение от заданного значения не должно превышать 3%;
- давление на выходе насосного агрегата не должно превышать 25МПа, тем самым перерегулирование должно быть не более 14%.
Для поддержания заданного давления внедрены преобразователи частоты. Регулирование системы повышения нефтеотдачи пластов с помощью преобразователей частоты имеет ряд неоценимых преимуществ. Приведём самые основные из них:
- плавный запуск и постепенное изменение режима работы насосных агрегатов (при этом исключается негативное воздействие на питающую сеть);
- минимальное участие оператора;
- плавная характеристика изменения частоты вращения вала (в этом случае расход жидкости автоматически поддерживается в требуемом диапазоне при работе на полностью открытые задвижки);
- значительная экономия электроэнергии;
- увеличение межремонтного периода работы ЦНС.
Во второй главе была разработана технологическая документация для системы поддержания пластового давления, а именно: функциональная схема
автоматизации и принципиально-электрическая схема автоматизации.
С точки зрения экономической части срок окупаемости данного внедрения составил 1 год и 9 месяцев.
Система поддержания пластового давления - процесс естественного или искусственного сохранения давления в продуктивных пластах нефтяных залежей на начальной или запроектированной величине c целью достижения высоких темпов добычи нефти и увеличения степени её извлечения.
В первой главе выпускной квалификационной работы был описан технологических процесс и были сформированы цели и задачи системы автоматизации.
Целями создания системы являются:
- увеличение темпа отбора нефти из залежи и получение повышенных коэффициенты нефтеотдачи;
- оптимизация затрат на техническое обслуживание и ремонт технологического оборудования.
Задачи, разрабатываемые системой, следующие:
- произвести реконструкцию насосной установки для поддержания пластового давления;
- обеспечить поддержание пластового давления на заданном уровне, путем закачивания воды в нагнетательные скважины;
- разработать систему визуализации технологического процесса.
Требования к системе автоматизации:
- организация непрерывного и стабильного процесса закачки воды в автоматическом и ручном режимах;
- контроль состояния основного и вспомогательного технологического оборудования;
- управление исполнительными механизмами, как в автоматическом, так и в ручном режимах;
- обеспечение автоматической сигнализации и блокировки технологического оборудования при достижении предаварийных значений;
- отклонение от заданного значения не должно превышать 3%;
- давление на выходе насосного агрегата не должно превышать 25МПа, тем самым перерегулирование должно быть не более 14%.
Для поддержания заданного давления внедрены преобразователи частоты. Регулирование системы повышения нефтеотдачи пластов с помощью преобразователей частоты имеет ряд неоценимых преимуществ. Приведём самые основные из них:
- плавный запуск и постепенное изменение режима работы насосных агрегатов (при этом исключается негативное воздействие на питающую сеть);
- минимальное участие оператора;
- плавная характеристика изменения частоты вращения вала (в этом случае расход жидкости автоматически поддерживается в требуемом диапазоне при работе на полностью открытые задвижки);
- значительная экономия электроэнергии;
- увеличение межремонтного периода работы ЦНС.
Во второй главе была разработана технологическая документация для системы поддержания пластового давления, а именно: функциональная схема
автоматизации и принципиально-электрическая схема автоматизации.
С точки зрения экономической части срок окупаемости данного внедрения составил 1 год и 9 месяцев.
В данной дипломной работе был проанализирован технологический процесс насосной станции для поддержания пластового давления. Для данной системы были сформированы цели и задачи автоматизации. Целями создания системы являются: обеспечение безопасной, надежной, эффективной и безаварийной эксплуатации оборудования; увеличение темпа отбора нефти из залежи и получение повышенных коэффициентов нефтеотдачи; оптимизация затрат на техническое обслуживание и ремонт технологического оборудования. Для достижения сформированных целей необходимо выполнить следующие задачи: произвести реконструкцию насосной установки для поддержания пластового давления; обеспечить поддержание пластового давления на заданном уровне, путем закачивания воды в нагнетательные скважины; разработать систему визуализации технологического процесса.
Для поддержания давления на заданном уровне были внедрены преобразователи частоты центробежных секционных насосов CND 5-12.1-150-13000 с электродвигателем СТД2500-2РУХЛ4 (2 рабочих и 1 резервный).
Внедрение преобразователей частоты или частотно-регулируемых приводов (ЧРП) для электродвигателей ЦНС, является на сегодняшний день наиболее эффективным методом экономии энергоресурсов.
Регулирование системы повышения нефтеотдачи пластов с помощью преобразователей частоты имеет ряд неоценимых преимуществ. Приведём самые основные из них: плавный запуск и постепенное изменение режима работы насосных агрегатов, минимальное участие оператора, плавная характеристика изменения частоты вращения вала, значительная экономия электроэнергии. Опыт внедрения на некоторых месторождениях показал, что использование преобразователей частоты на насосах кустовой насосной станции позволяет снизить удельный расход электроэнергии при закачке на 10-25 %.
Вторая глава выпускной квалификационной работы посвящена разработке технологической документации и выбору технологического оборудования для системы поддержания пластового давления АО ПГ «Метран» 0001-0004-8066 для ПАО АНК «Башнефть». В данной работе были выбраны средства для реализации данной системы. Все датчики обладают унифицированным выходным аналоговым сигналом 4...20 мА, а именно: датчик температуры, датчик давления, датчик перепада давления, уровнемер и расходомер. В качестве
программируемого логического контроллера был выбран Siemens S7-1212C.
Перечень документации представляет собой: функциональная схема
автоматизации, выполненная согласно ГОСТ 21.208-2013 и представлена в приложении А; принципиально-электрическая схема, выполненная согласно ГОСТ 2.701-2008 и представлена в приложении Б; блок схемы алгоритмов представлены в приложении В. Согласно системе была построена математическая модель объекта управления (см. рисунок 2.5). Так как в преобразователе частоты встроен регулятор, то для поддержания давления на уровне 22 МПа, согласно техническому заданию, необходимо рассчитать коэффициенты данного регулятора. В результате регулятор был настроен на технический оптимум и регулятор получился ПИД-звеном. По графику переходного процесса (см. рисунок 2.6) видно, что данный регулятор рассчитан, верно, так как установившееся значение равно заданному. По переходному процессу (см. рисунок 2.6) были определены основные показатели качества такие как: перерегулирование оно составило 4,3%; время первого достижения установившегося значения оно равняется 0,9 с; время первого достижения максимального значения равное 1,35 с; время переходного процесса равное 1,806 с.
Для визуального представления о ходе технологического процесса была разработана система визуализации в программной среде TIA Portal. Для визуализации была выбрана панель SIMATIC HMI KTP700 Basic PN. Для отслеживания технологического процесса были разработаны две мнемосхемы. На первой мнемосхеме отображается работа следующих объектов и параметров: состояние центробежных секционных насосов (включен/выключен); измеряемые и сигнализируемые параметры (давления, температура жидкости и перепад давления на фильтрах); кнопки для переключения режима работы (ручной/автоматический). Вторая мнемосхема представляет собой: всплывающее окно с авариями; график переходного процесса (давление в зависимости от времени); текущее состояние давления и уставка давления.
HMI-панель входит в состав щита или пульта управления отдельной технологической операцией, а то и технологическим процессом в целом.
Данная панель позволяет отслеживать технологический процесс и управлять исполнительными механизмами, тем самым увеличивая скорость пусконаладочных работ.
Данная реконструкция насосной установки с применением частотных преобразователей приводит к экономической выгоде в плане электроэнергии. Стоимость обслуживания значительно возросла с тем, которая была раньше, так как оборудование является дорогостоящим. Затраты на заработную плату остались на уровне прежних затрат, так как численность работников не изменилась, следовательно, и прочие расходы остались на прежнем уровне.
По расчетам основных показателей видно, что данная реконструкция является целесообразной и экономически оправданной, так как срок окупаемости составил 1 год и 9 месяцев.
Для поддержания давления на заданном уровне были внедрены преобразователи частоты центробежных секционных насосов CND 5-12.1-150-13000 с электродвигателем СТД2500-2РУХЛ4 (2 рабочих и 1 резервный).
Внедрение преобразователей частоты или частотно-регулируемых приводов (ЧРП) для электродвигателей ЦНС, является на сегодняшний день наиболее эффективным методом экономии энергоресурсов.
Регулирование системы повышения нефтеотдачи пластов с помощью преобразователей частоты имеет ряд неоценимых преимуществ. Приведём самые основные из них: плавный запуск и постепенное изменение режима работы насосных агрегатов, минимальное участие оператора, плавная характеристика изменения частоты вращения вала, значительная экономия электроэнергии. Опыт внедрения на некоторых месторождениях показал, что использование преобразователей частоты на насосах кустовой насосной станции позволяет снизить удельный расход электроэнергии при закачке на 10-25 %.
Вторая глава выпускной квалификационной работы посвящена разработке технологической документации и выбору технологического оборудования для системы поддержания пластового давления АО ПГ «Метран» 0001-0004-8066 для ПАО АНК «Башнефть». В данной работе были выбраны средства для реализации данной системы. Все датчики обладают унифицированным выходным аналоговым сигналом 4...20 мА, а именно: датчик температуры, датчик давления, датчик перепада давления, уровнемер и расходомер. В качестве
программируемого логического контроллера был выбран Siemens S7-1212C.
Перечень документации представляет собой: функциональная схема
автоматизации, выполненная согласно ГОСТ 21.208-2013 и представлена в приложении А; принципиально-электрическая схема, выполненная согласно ГОСТ 2.701-2008 и представлена в приложении Б; блок схемы алгоритмов представлены в приложении В. Согласно системе была построена математическая модель объекта управления (см. рисунок 2.5). Так как в преобразователе частоты встроен регулятор, то для поддержания давления на уровне 22 МПа, согласно техническому заданию, необходимо рассчитать коэффициенты данного регулятора. В результате регулятор был настроен на технический оптимум и регулятор получился ПИД-звеном. По графику переходного процесса (см. рисунок 2.6) видно, что данный регулятор рассчитан, верно, так как установившееся значение равно заданному. По переходному процессу (см. рисунок 2.6) были определены основные показатели качества такие как: перерегулирование оно составило 4,3%; время первого достижения установившегося значения оно равняется 0,9 с; время первого достижения максимального значения равное 1,35 с; время переходного процесса равное 1,806 с.
Для визуального представления о ходе технологического процесса была разработана система визуализации в программной среде TIA Portal. Для визуализации была выбрана панель SIMATIC HMI KTP700 Basic PN. Для отслеживания технологического процесса были разработаны две мнемосхемы. На первой мнемосхеме отображается работа следующих объектов и параметров: состояние центробежных секционных насосов (включен/выключен); измеряемые и сигнализируемые параметры (давления, температура жидкости и перепад давления на фильтрах); кнопки для переключения режима работы (ручной/автоматический). Вторая мнемосхема представляет собой: всплывающее окно с авариями; график переходного процесса (давление в зависимости от времени); текущее состояние давления и уставка давления.
HMI-панель входит в состав щита или пульта управления отдельной технологической операцией, а то и технологическим процессом в целом.
Данная панель позволяет отслеживать технологический процесс и управлять исполнительными механизмами, тем самым увеличивая скорость пусконаладочных работ.
Данная реконструкция насосной установки с применением частотных преобразователей приводит к экономической выгоде в плане электроэнергии. Стоимость обслуживания значительно возросла с тем, которая была раньше, так как оборудование является дорогостоящим. Затраты на заработную плату остались на уровне прежних затрат, так как численность работников не изменилась, следовательно, и прочие расходы остались на прежнем уровне.
По расчетам основных показателей видно, что данная реконструкция является целесообразной и экономически оправданной, так как срок окупаемости составил 1 год и 9 месяцев.