Разработка системы автоматизации процесса очистки газов

Разработка системы автоматизации процесса очистки газов. Выбор технических средств в соответствии с функциями информационной системы. Создание системы автоматизированного управления технологическим процессом (АСУ ТП) очистки газа.

 

Газдарды тазалау автоматтандыру үрдіс жүйесін өңдеу. Информационды жүйе функцияларымен техникалық құрылғыларды таңдау. Газды тазалау технологиялық үрдістермен автоматтандырылған басқару жүйесін (ТҮАБЖ) құру.

 

Development of automation systems gas cleaning process. Selection of technical means in accordance with the information system functions. Creation of automated control system of technological process (ACS) gas purification.

 

З.М. ЯРМУХАМЕДОВА,

канд.техн.наук, профессор,

М.М. АНДИРОВ,

магистрант КазНИТУ им. К.И.Сатпаева, кафедра «Автоматизация и управление», г. Алматы

 

В последнее время, проблемы, связанные с экологией приобрели чрезвычайно острый характер. Одни из самых актуальных – проблемы, связанные с вредными выбросами в атмосферу продуктов нефтехимической промышленности.

Очистные системы большинства промышленных предприятий уже не соответствуют международным стандартам по допустимым промышленным выбросам.

Попутный нефтяной газ, поступающий с каждой добытой тонной нефти в объемах от 10 до 1000 м3, во все времена и для всех нефтяных компаний был и остается большой помехой. Наиболее простым способом избавления от него стало сжигание в факелах. Однако экологические проблемы, возникающие от многочисленных горящих факелов, заставляют нефтедобывающие компании и страны принимать самые эффективные меры по его утилизации без больших затрат.

Основными применяемыми и разрабатываемыми технологиями очистки природного газа от сероводорода в настоящее время являются:

  • хемосорбционные процессы, основанные на химическом взаимодействии H2S и СО2 с активной частью абсорбента;
  • процессы физической абсорбции, в которых извлечение кислых компонентов происходит за счет их растворимости в органических поглотителях;
  • комбинированные процессы, использующие одновременно химические и физические поглотители;
  • окислительные процессы, основанные на необратимом превращении поглощенного сероводорода в серу;
  • адсорбционные процессы, основанные на извлечении компонентов газа твердыми поглотителями – адсорбентами.

Выбор процесса очистки природного газа от сернистых соединений зависит от многих факторов, основными из которых являются: состав и параметры сырьевого газа, требуемая степень очистки и область использования товарного газа, наличие и параметры энергоресурсов, отходы производства и др.

Анализ мировой практики, накопленной в области очистки природных газов, показывает, что основными процессами для обработки больших потоков газа являются абсорбционные с использованием химических и физических абсорбентов и их комбинации.

Информационная модель объекта управления (ОУ) представляет собой совокупность регламентированных для него измеряемых технологических параметров, а также требуемой информации о положении и состоянии средств воздействия на процесс (СВП), характеризующих его поведение и состояние.

Разработка информационной модели заключается в составлении полного перечня измеряемых и контролируемых параметров для заданного ОУ, установления вида и места отображения.

В соответствии с функциями информационной системы управления выбираем технические средства автоматизации. В каналы измерения технологических параметров входят: отборные устройства, первичные и нормирующие преобразователи, вторичные преобразователи.

При выборе приборов руководствуемся соответствием их технических характеристик параметрам среды (давление, диаметр трубопровода, температура и- т.д) в местах установки датчиков, вторичных приборов. Учтем, что для обеспечения точности номинальные значения измеряемых параметров должны находится во второй половине выбираемого диапазона измерений, а также выбираем датчики с классом точности не более 0,5.

При прохождении производственной практики было изучено достаточно большое количество материалов по изучению измерений на базе приборов фирмы «Endress+Hauser». Принципы измерений у различных производителей в целом не отличаются, разве только если техническая реализация принципа измерения, что в общем может повлиять на точность измерения, на сроки службы прибора, его надежность и т.д.

Для того чтобы уметь грамотно подбирать прибор, необходимо иметь представление об оборудовании других производителей. Таких, как Fisher Rosemount — США, Wika – Германия, Siemens — Германия, Метран –Россия, АВВ – Германия, Yokogawa – Япония, Krohne – Германия, Endress+Hauser – Германия и др. Характерной особенностью зарубежных фирм является высокая цена выпускаемых приборов в сравнении с российскими фирмами. Но по надежности, качеству и безотказности они берут вверх над отечественным производителем.

Для того чтобы иметь визуальное представление сравнения контрольно-измерительного оборудования, предлагается сравнить приборы измерения расхода (расходомеры) ведущих производителей. Основной критерий анализа это сравнение приборов, основанных на одном принципе измерения и одного класса. Для их сравнения рассматриваются шесть основных критерия по которым и выполняется подбор:

  1. Accuracy – точность, показывает на сколько данный прибор точно показывает измерения (погрешность).
  2. Liner — футеровка. Она защищает рабочий участок сенсора от рабочей среды, т.е. если рабочая среда-песок, то лучшая футеровка это натуральная резина или полиуретан, иначе песок разрушит поверхность трубы, в которую встроен сенсор.
  3. Size — размер. Диаметр тубы в который возможен монтаж прибора.
  4. Electrode — электроды сенсора, с который снимается сигнал в трансмиттер.
  5. Communication — коммуникация (протоколы передачи данных).
  6. Min.Conductivity — минимальная проводимость. Это величина проводимости рабочей среды необходимой для точного измерения.

Автоматизированная система управления технологическими процессами центральной перекачивающей станции (ЦПС) предназначена для выполнения следующих функций:

  • контроль параметров технологического процесса подготовки нефти;
  • управление основным  технологическим  оборудованием,  входящим  в  состав очистки газа;
  • решение задач автоматического регулирования, аварийной защиты;
  • визуализация хода технологического процесса станции с отображением текущих значений;
  • выдача предупреждающих    и      аварийных     сообщений
  • посредством персонального компьютера;
  • обмен по каналам передачи предприятия технологической информацией между  АСУ  ТП  очистки  газа  и  системой  управления  удаленным  узлом  учета  газа.

Системой предусматривается возможность вмешательства оператора очистки газа в ход технологического процесса (открытие/закрытие электрозадвижек, переопределение уставок для регуляторов) путем подачи команд с автоматизированного рабочего места оператора-технолога, организованного на базе персонального компьютера.

Система автоматизированного управления технологическим процессом (АСУ ТП) очистки газа создается с целью:

  • комплексной автоматизации технологических объектов, входящих в состав очистки газа;
  • создания на базе АСУ ТП малолюдной и безлюдной технологий и получение плановых объемов товарной продукции при минимальных эксплуатационных затратах;
  • создания автоматизированной системы контроля, регулирования, противоаварийной защиты, сбора, передачи и обработки информации, построенной по многоуровневому распределенному принципу с использованием программируемых контроллеров, персональных компьютеров, а также средств связи и передачи информации;
  • повышения надежности и безопасности (в том числе экологической) работы всех технологических комплексов и предотвращения аварийных ситуаций;
  • осуществления контроля и учета материальных и энергетических ресурсов;
  • формирования оперативных сводок    и      отчетных    документов      о ходе технологического процесса ЦПС.

В системе АСУ ТП очистки газа должна предусматриваться защита от ошибочных действий персонала по управлению оборудованием и несанкционированного изменения программного и алгоритмического обеспечения системы, также должна быть предусмотрена автоматическая регистрация событий, аварийных ситуаций смены состояний и действий персонала.

АСУ ТП ЦПС должна создаваться в виде открытой системы, с высокой степенью унификации проектных решений, предусматривающих возможность наращивания функциональных возможностей. Нулевой уровень системы – распределенные устройства сопряжения промышленного контроллера с объектами (приборы сигнализации, измерения, электрифицированные   исполнительные   механизмы), включает   в себя технические и программные средства, осуществляющие:

  • сбор сигналов аварийной сигнализации,
  • сбор сигналов состояния и положения запорной арматуры, насосных агрегатов,
  • измерения температуры, давления жидкости в трубопроводах и технологических объектах ЦПС,
  • измерения уровней взлива жидкости и раздела фаз в технологических емкостях и резервуарах,
  • выдачи команд управления электрифицированными задвижками и регулирующими клапанами.

Первый уровень АСУ ТП ЦПС – уровень технологических контроллеров.  Для обеспечения высокой надежности системы управления должно быть обеспечено резервирование технологических контроллеров.

Один из контроллеров должен быть основным, другой – находиться в дежурном режиме и должен быть готов принять управление каналом удаленного ввода-вывода сигналов от технических средств нижнего уровня. Второй (верхний) уровень АСУ ТП очистки газа должен быть реализован на IBM PC совместимых компьютерах АРМ оператора, диспетчера и специалистов.

С целью обеспечения повышенной надежности системы сбора данных и оперативного диспетчерского управления автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора ЦПС должен состоять из двух IBM PC совместимых компьютеров: основного и дежурного. Оператор ЦПС, при сбое в работе основного компьютера, должен иметь возможность немедленно переключиться на управление технологическими объектами очистки газа с дежурного компьютера без потери текущей технологической информации.

Технические и программные средства верхнего уровня АСУ ТП ЦПС должны обеспечить:

  • прием информации о контролируемых технологических параметрах от контроллеров первого уровня АСУ ТП;
  • сохранение принятой информации в архивах;
  • представление хода технологических процессов ЦПС в виде мнемосхем на экранах автоматизированных рабочих мест АСУ ТП с указанием текущих значений технологических параметров;
  • прием команд оператора и передача их в адрес технологических контроллеров первого (нижнего) уровня;
  • регистрация событий, связанных с контролируемым технологическим процессом и действиями оператора;
  • оповещение оператора станции об обнаруженных аварийных событиях с регистрацией событий и действий оператора в журнале аварий;
  • формирование отчетных документов на основе архивной информации.

Функциональная структура должна представлять собой ряд взаимосвязанных подсистем, классифицируемых по исполняемым функциям:

  • контроля состояния и положения задвижек с электроприводом;
  • контроля состояния и положения регулирующих клапанов;
  • контроля аварийных уровней жидкости в технологических емкостях;
  • управления электрифицированными задвижками;
  • управления регулирующими клапанами;
  • регулирования давления газа в газосепараторах, во входных сепараторах;
  • измерения температуры жидкости во входных сепараторах С1/3 и С1/4;
  • измерения уровней взлива жидкости и раздела фаз в технологических емкостях;
  • измерения расходов жидкости по трубопроводам, проложенным в блоках арматурных на площадке входных сепараторов.

В результате выполнения выпускной работы, были достигнуты следующие результаты:

  • на основании изученной технологии процесса утилизации попутного газа и проведенного анализа, разработаны макро и микро структуры, организационная структура, функциональная схема автоматизации ТП;
  • был проведен сравнительный анализ и выбор контрольно-измерительного оборудования и средств автоматизации;
  • на базе выбранного ПЛК разработана программа регулирования технологической операции аварийного сброса газа на факел.

 

Литература

  1. Лукас. В.А.. Теория автоматического управления –М.: Недра, 2001;
  2. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. –М.: Энергоиздат, 1981;
  3. Федоров А.А., Старкова Л.Е.. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования –М.: Энергоиздат, 1987;
  4. Исакович Р.Я., Логинов В.И., Попадько В.Е.. Aвтоматизация производственных процессов нефтяной и газовой промышленности.- М: Недра, 1983;
  5. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперебатывающих промышленности,А.А. Кузнецов, С.М. Кагерманов, Е.Н. Судаков, «Химия»,1974;
  6. Умк Проектирование систем автоматизации технологических процессов 2010г.
  7. Сулеймено Б.А, Кошимбаев Ш.К Дипломное проектирование 2009;

Статья в pdf-формате: Разработка системы автоматизации процесса очистки газов

Добавить комментарий