📄Работа №210135
Тема: Разработка системы автоматического управления электропривода буровой лебедки для буровой установки "Уралмаш 5000/335 ДЭК-БМ"
Характеристики работы
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
Автоматика и управление
Объем:
125 листов
Год:
2021
Просмотров:
32
4600
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 8
1.1 Описание процесса бурения и работы буровых установок 8
1.2 Характеристика буровой лебедки ЛБУ 1500ЭТ-3 13
1.3 Требования, предъявляемые к системе автоматического управления 23
1.4 Защитные блокировки 25
2 ВЫБОР СИЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ 26
2.1 Выбор электродвигателей 26
2.2 Выбор частотного преобразователя 29
2.3 Выбор тормозного резистора и тормозного прерывателя 35
2.4 Выбор силового трансформатора 38
2.5 Выбор программируемого логического контроллера 40
2.6 Выбор панели визуализации 45
2.7 Контейнер КТУ-ПЧ 45
3 СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ 49
3.1 Правила чтения схемы электрической принципиальной 49
3.2 Силовые цепи 51
3.3 Цепи управления 52
4 СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ 53
4.1 Назначение системы 53
4.2 Краткое описание АСУТП 53
4.3 Система ведущий/ведомый 58
5 ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ И ПАНЕЛИ ВИЗУАЛИЗАЦИИ 62
5.1 Описание программы управления 62
5.2 Описание системы визуализации 73
6 ОЦЕНКА КОММЕРЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ 96
6.1 Создание списка задач 99
6.2 Оценка эффективности проекта 101
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 103
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 105
ПРИЛОЖЕНИЕ А Схема электрическая принципиальная шкафа ШМПК 107
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Диаграмма Ганта 120
ПРИЛОЖЕНИЕ В Сетевой график 122
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 8
1.1 Описание процесса бурения и работы буровых установок 8
1.2 Характеристика буровой лебедки ЛБУ 1500ЭТ-3 13
1.3 Требования, предъявляемые к системе автоматического управления 23
1.4 Защитные блокировки 25
2 ВЫБОР СИЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ 26
2.1 Выбор электродвигателей 26
2.2 Выбор частотного преобразователя 29
2.3 Выбор тормозного резистора и тормозного прерывателя 35
2.4 Выбор силового трансформатора 38
2.5 Выбор программируемого логического контроллера 40
2.6 Выбор панели визуализации 45
2.7 Контейнер КТУ-ПЧ 45
3 СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ 49
3.1 Правила чтения схемы электрической принципиальной 49
3.2 Силовые цепи 51
3.3 Цепи управления 52
4 СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ 53
4.1 Назначение системы 53
4.2 Краткое описание АСУТП 53
4.3 Система ведущий/ведомый 58
5 ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ И ПАНЕЛИ ВИЗУАЛИЗАЦИИ 62
5.1 Описание программы управления 62
5.2 Описание системы визуализации 73
6 ОЦЕНКА КОММЕРЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ 96
6.1 Создание списка задач 99
6.2 Оценка эффективности проекта 101
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 103
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 105
ПРИЛОЖЕНИЕ А Схема электрическая принципиальная шкафа ШМПК 107
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Диаграмма Ганта 120
ПРИЛОЖЕНИЕ В Сетевой график 122
📖 Аннотация
В данной работе представлена разработка и обоснование проекта системы автоматического управления электроприводом буровой лебедки для установки «Уралмаш 5000/335 ДЭК-БМ». Актуальность исследования обусловлена высоким физическим и моральным износом электрооборудования действующего парка буровых установок, что требует решений по модернизации для повышения производительности и энергоэффективности основных механизмов, являющихся ключевыми потребителями энергии. Основные результаты включают комплексный анализ технологического процесса и объекта автоматизации — лебедки ЛБУ 1500ЭТ-3, разработку плана модернизации с новыми техническими требованиями, подбор современного оборудования (частотно-регулируемый привод, программируемый контроллер, панель оператора), проектирование электрической схемы, создание алгоритмов управления и человеко-машинного интерфейса. Научная значимость заключается в систематизации подхода к модернизации приводов бурового оборудования, а практическая — в подтвержденной экономической эффективности проекта с расчетным сроком окупаемости 2,5 года и годовым экономическим эффектом 18 млн рублей. Теоретической основой послужили работы по буровым машинам и механизмам (Лесецкий В.А., Ильский А.Л.), эксплуатационная документация производителя («Уралмаш-БО»), а также исследования в области энергосбережения через частотно-регулируемый привод (Никулин О.В.).
📖 Введение
Процесс сооружения скважин вращательным способом состоит из повторяющихся операций: спуска колонны бурильных труб с долотом (инструмента) в скважину; разрушения породы на забое - собственно бурения; наращивания колонны труб по мере углубления скважины; подъема труб для замены изношенного долота. Для выполнения этих операций, а также операции по креплению ствола скважины используют буровые установки, представляющие собой сложный комплекс производственных механизмов. В состав этого комплекса входят: буровая лебедка для подъема, спуска и подачи инструмента, буровые насосы, ротор, механизмы для приготовления и очистки бурового раствора, погрузочно-разгрузочных работ, обеспечение буровой установки сжатым воздухом и пр. Основные (ротор, буровая лебедка, буровые насосы) и вспомогательные механизмы буровой установки приводят в действие от силового привода, тип которого выбирают в зависимости от условий бурения, конструкции механизмов и других факторов.
Основные (главные) механизмы буровых установок являются основными потребителями электроэнергии. Поэтому при рассмотрении вопросов энергосбережения в первую очередь следует обратить внимание на режимы работы этих механизмов.
В настоящее время большинство эксплуатируемых буровых установок имеют износ электрооборудования как физический, так и моральный. Буровые установки продолжают эксплуатироваться, поэтому необходимо рассматривать вопрос о повышении производительности имеющегося парка буровых установок.
Известно, что электропривод по системе ТП-Д обладает низким собственным коэффициентом мощности, что вынуждает применять регулируемые фильтрокомпенсирующие устройства, из-за чего увеличиваются габариты и стоимость системы. Улучшение качества электроэнергии в питающей сети и компенсация потребляемой реактивной мощности в системе ТП-Д существенно затруднены широким диапазоном изменения коэффициента несинусоидальности (от 0 до 8%) при регулировании скорости электропривода. Поэтому, несмотря на широкое использование электроприводов постоянного тока (система ТП-Д), общепризнанной тенденцией совершенствования электроприводов является создание частотно-регулируемых электроприводов переменного тока (ПЧ-АД), которые потенциально имеют значительные преимущества. Для буровых установок эта проблема затрудняется необходимостью специального исполнения сложного электрооборудования относительно большой мощности для тяжелых условий эксплуатации.
Рассматриваемая буровая установка эксплуатируется в условиях Крайнего Севера, на удаленных месторождениях, к которым нет возможности подвести линии промышленных сетей 6 кВ. Поэтому для решения проблемы энергоснабжения удаленных производственных объектов применяются энергокомплексы, состоящие из нескольких дизель-генераторных установок, мощностью, как правило, 1250 кВА. Из-за низкого коэффициента мощности, который не удается повысить должным образом даже при помощи фильтрокомпенсирующих устройств, увеличивается расход топлива для дизель-генераторных установок. C учетом расходов на транспортировку дизельного топлива до удаленного месторождения, а также низкого коэффициента мощности, энергообеспечение такой буровой установки представляет собой довольно дорогостоящий процесс, требующий срочной оптимизации с целью сокращения текущих расходов и повышения надежности работы оборудования.
Еще одним существенным недостатком применения двигателей постоянного тока является низкая их надежность, связанная с наличием коллекторно-щеточных узлов электродвигателей. Кроме того, высокие эксплуатационные затраты и стоимость электродвигателей, невозможность применения взрывозащищенного оборудования.
Таким образом, переход от системы ТП-Д на систему ПЧ-АД позволил бы решить вышеуказанные проблемы и повысил бы не только общую надежность, но и безопасность эксплуатации оборудования.
Основные (главные) механизмы буровых установок являются основными потребителями электроэнергии. Поэтому при рассмотрении вопросов энергосбережения в первую очередь следует обратить внимание на режимы работы этих механизмов.
В настоящее время большинство эксплуатируемых буровых установок имеют износ электрооборудования как физический, так и моральный. Буровые установки продолжают эксплуатироваться, поэтому необходимо рассматривать вопрос о повышении производительности имеющегося парка буровых установок.
Известно, что электропривод по системе ТП-Д обладает низким собственным коэффициентом мощности, что вынуждает применять регулируемые фильтрокомпенсирующие устройства, из-за чего увеличиваются габариты и стоимость системы. Улучшение качества электроэнергии в питающей сети и компенсация потребляемой реактивной мощности в системе ТП-Д существенно затруднены широким диапазоном изменения коэффициента несинусоидальности (от 0 до 8%) при регулировании скорости электропривода. Поэтому, несмотря на широкое использование электроприводов постоянного тока (система ТП-Д), общепризнанной тенденцией совершенствования электроприводов является создание частотно-регулируемых электроприводов переменного тока (ПЧ-АД), которые потенциально имеют значительные преимущества. Для буровых установок эта проблема затрудняется необходимостью специального исполнения сложного электрооборудования относительно большой мощности для тяжелых условий эксплуатации.
Рассматриваемая буровая установка эксплуатируется в условиях Крайнего Севера, на удаленных месторождениях, к которым нет возможности подвести линии промышленных сетей 6 кВ. Поэтому для решения проблемы энергоснабжения удаленных производственных объектов применяются энергокомплексы, состоящие из нескольких дизель-генераторных установок, мощностью, как правило, 1250 кВА. Из-за низкого коэффициента мощности, который не удается повысить должным образом даже при помощи фильтрокомпенсирующих устройств, увеличивается расход топлива для дизель-генераторных установок. C учетом расходов на транспортировку дизельного топлива до удаленного месторождения, а также низкого коэффициента мощности, энергообеспечение такой буровой установки представляет собой довольно дорогостоящий процесс, требующий срочной оптимизации с целью сокращения текущих расходов и повышения надежности работы оборудования.
Еще одним существенным недостатком применения двигателей постоянного тока является низкая их надежность, связанная с наличием коллекторно-щеточных узлов электродвигателей. Кроме того, высокие эксплуатационные затраты и стоимость электродвигателей, невозможность применения взрывозащищенного оборудования.
Таким образом, переход от системы ТП-Д на систему ПЧ-АД позволил бы решить вышеуказанные проблемы и повысил бы не только общую надежность, но и безопасность эксплуатации оборудования.
✅ Заключение
В результате выполнения выпускной квалификационной работы был тщательным образом проанализирован технологический процесс бурения нефтяных скважин, изучен объект автоматизации – буровая лебедка ЛБУ 1500ЭТ-3 для буровой
установки «Уралмаш 5000/335 ДЭК-БМ».
Выявлена проблематика существующего технологического процесса и пути повышения его эффективности и, как следствие, увеличения экономической выгоды.
На основании вышеперечисленного был разработал план по модернизации существующего оборудования, разработаны новые требования к его характеристикам
и к процессу автоматизации.
Далее на основании этих требований было подобрано необходимое для модернизации оборудование, спроектирована электрическая схема. Была разработана архитектура системы автоматизации. Так же был разработан алгоритм системы
управления, написана управляющая программа, человеко-машинный интерфейс.
В заключительной части работы был составлен график по внедрению проекта,
а также произведен анализ коммерческой эффективности проекта. Срок окупаемости составил 2,5 года. Экономический эффект от реализации проекта – 18 млн. рублей в год.
В настоящее время наблюдается рост интереса к внедрению частотно-регулируемого привода в нефтедобывающей отрасли и, хотя ЧРП начали использовать
для регулирования производительности скважинных насосов еще 10-20 лет назад,
однако до сих пор преобразователями частоты (ПЧ) оснащен очень низкий процент
скважин.
Основными преимуществами применения частотно-регулируемых электроприводов для управления главными механизмами буровых установок являются:
• надежность, простота, более дешевый двигатель, не требующий постоянного
обслуживания (нет коллекторного узла), что позволяет значительно снизить затраты на эксплуатацию двигателей;
104
• меньшая, чем в тиристорных преобразователях, относительная величина генерируемых в сеть гармоник;
• высокая электрическая надежность;
• цена комплекта «преобразователь частоты — асинхронный двигатель» сопоставима со стоимостью «тиристорный преобразователь — двигатель постоянного
тока».
Таким образом, можно сказать, что тематика выпускной работы является актуальной так как в настоящее время существует интерес к внедрению ЧРП во всех
отраслях нефтегазовой промышленности и в нефтедобыче, в частности. Это обеспечит энергосбережение, увеличение ресурса оборудования, обеспечение оптимальных условий эксплуатации.
установки «Уралмаш 5000/335 ДЭК-БМ».
Выявлена проблематика существующего технологического процесса и пути повышения его эффективности и, как следствие, увеличения экономической выгоды.
На основании вышеперечисленного был разработал план по модернизации существующего оборудования, разработаны новые требования к его характеристикам
и к процессу автоматизации.
Далее на основании этих требований было подобрано необходимое для модернизации оборудование, спроектирована электрическая схема. Была разработана архитектура системы автоматизации. Так же был разработан алгоритм системы
управления, написана управляющая программа, человеко-машинный интерфейс.
В заключительной части работы был составлен график по внедрению проекта,
а также произведен анализ коммерческой эффективности проекта. Срок окупаемости составил 2,5 года. Экономический эффект от реализации проекта – 18 млн. рублей в год.
В настоящее время наблюдается рост интереса к внедрению частотно-регулируемого привода в нефтедобывающей отрасли и, хотя ЧРП начали использовать
для регулирования производительности скважинных насосов еще 10-20 лет назад,
однако до сих пор преобразователями частоты (ПЧ) оснащен очень низкий процент
скважин.
Основными преимуществами применения частотно-регулируемых электроприводов для управления главными механизмами буровых установок являются:
• надежность, простота, более дешевый двигатель, не требующий постоянного
обслуживания (нет коллекторного узла), что позволяет значительно снизить затраты на эксплуатацию двигателей;
104
• меньшая, чем в тиристорных преобразователях, относительная величина генерируемых в сеть гармоник;
• высокая электрическая надежность;
• цена комплекта «преобразователь частоты — асинхронный двигатель» сопоставима со стоимостью «тиристорный преобразователь — двигатель постоянного
тока».
Таким образом, можно сказать, что тематика выпускной работы является актуальной так как в настоящее время существует интерес к внедрению ЧРП во всех
отраслях нефтегазовой промышленности и в нефтедобыче, в частности. Это обеспечит энергосбережение, увеличение ресурса оборудования, обеспечение оптимальных условий эксплуатации.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.