Автоматизация производственных процессов

Вариант 20

1. Для измерения температуры  использован автоматический потенциометр  класса точности 0,5 с ценой деления  шкалы 20С/мВ. Найти наибольшие  абсолютные погрешности измерения  напряжения и температуры. Диапазон  измерения 200-600°С, тип термопары ТХА.

 

2. Наибольший расход воды в  трубопроводе диаметром D=250 мм равен 240 м³/ч. К сужающему устройству подключён дифманометр с верхним пределом шкалы Dр=20 кПа. Подобрать параметры нормальных диафрагмы или сопла для измерения расхода в данном случае.

3. При измерении относительной  влажности с помощью гигрометра  температура точки росы равна  10°С°. Определить значение влажности при температуре воздуха 25°С°.

 

4. Автоматизированные блочные  установки подготовки нефти.

Автоматическая деэмульсионная установка  «Тайфун 1-400» (рис.1) состоит из блоков сепарационного, деэмульсационного  и местной автоматики. Блок сепарации 2 представляет собой вертикальную емкость с гидроциклонным устройством. Блок деэмульсации 1 собран в горизонтальной емкости на металлической раме. Внутри емкость разделена перегородками на отсеки: нагревательный I, отстойный II, нефте- и водосборный III и IV. В нагревательном отсеке смонтированы два газонагревателя и перфорированный распределитель потока, в отстойном отсеке – емкость для хранения химреагента и расходомер 8 щелевого типа для измерения массы отстоявшейся нефти, в водосборном отсеке – регулируемый сифон 4 для поддержания межфазного уровня и регулятор уровня 5 типа РУМ-17. Такой же регулятор уровня установлен в нефтесборном отсеке.

Водонефтяная эмульсия или частично обезвоженная нефть с сепарационных установок поступает в сепарационный блок, в котором отделяется попутный газ. Затем эмульсия поступает в нагревательный отсек, куда подается определенная доза химического реагента. Эмульсия, разбитая перфорированным распределителем на множество мелких потоков, проходит вертикальным противотоком через слой горячей промывочной воды. При этом глобулы воды из эмульсии поглощаются промывочной водой. Далее эмульсия и выделившаяся вода поступают в отстойный отсек, где происходит гравитационный отстой воды.

Обезвоженная нефть переливается в нефтесборный отсек и оттуда направляется в резервуар товарной нефти. Отделившаяся вода под действием гидростатического давления через регулируемый сифон протекает в водосборный отсек, откуда она передается на установку очистки воды для подготовки ее к закачке в нефтяные пласты. Системой контроля и аварийной защиты обеспечиваются сигнализация при отклонении параметров от заданных значений и отключение подачи газа на горелки. Процесс горения управляется терморегулятором. Регуляторы давления и температуры и соленоидный клапан системы контроля процесса горения смонтированы на наружных трубопроводах деэмульсационного блока. Контрольно-измерительные приборы собраны на отдельной панели. Блок местной автоматики выполнен в виде отдельного шкафа, в котором смонтирована электрическая схема контроля управления и сигнализации. Производительность установки – 46·10– 4 м3/с.

Установка «Тайфун 1-1000» имеет производительность 115,7·10–4 м3/с (рис. 2.3). Деэмульсационная часть установки собрана в горизонтальной емкости Е1, разделенной поперечными перегородками на три основных отсека. Два из них – А и В, размещенные в торцах емкости, являются нагревательными. Они связаны между собой трубой, выведенной за пределы емкости, и оборудованы топочными устройствами с дымовыми трубами. Среднюю часть емкости занимает отстойный отсек, внутри которого врезан баллон Е-4 с 30-суточным запасом чистого химического реагента. Снаружи на верхней части деэмульсационной емкости, смонтированной на раме, установлен горизонтальный сепаратор Е-2, оборудованный гидроциклонными устройствами.

Рис.1. Схема автоматической деэмульсационной установки «Тайфун 1-400»: 1 – ДЕЭМУЛЬСАЦИОННЫЙ БЛОК; 2 – СЕПАРАЦИОННЫЙ БЛОК; 3 – ЕМКОСТЬ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО РЕАГЕНТА; 4 – СИФОН; 5 – РЕГУЛЯТОР УРОВНЯ РУМ-17; 6 – ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС 2К-6; 7 – ДОЗИРОВОЧНЫЙ НАСОС НД-05Р-10/100; 8 – ЩЕЛЕВОЙ РАСХОДОМЕР; 9 – ЭЛЕКТРОКОНТАКТНЫЙ МАНОМЕТР ЭКМ; 10 – ЗАПОРНЫЙ СОЛЕНОИДНЫЙ КЛАПАН; 11 – ЭЛЕКТРОКОНТАКТНЫЙ ТЕРМОМЕТР ЭКТ; 12 – РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ; 13 – ГАЗОНАГРЕВАТЕЛЬ; 14 – РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ

 

Нефтегазовая смесь через гидроциклоны подается в сепаратор, откуда выделившийся газ отводится с установки в газовый коллектор, а нефть сливается в нагревательный отсек. Из нижней части отсека нефть, разделенная перфорированными разделителями на множество мелких потоков, проникает в полость, заполненную горячей промывочной водой. Часть воды при этом выделяется из нефти и с помощью межфазного регулятора уровня отводится с установки. Всплывающая нефть через щель в перегородке перетекает в сборную камеру, откуда под воздействием избыточного давления вытесняется по соединительной трубе в нагревательный отсек. В полости осуществляется вторичная промывка эмульсии через слой горячей воды. Окончательное гравитационное разделение нефти и воды происходит в отстойном отсеке, откуда обезвоженная нефть через щель в перегородке протекает в конечную камеру и через исполнительный механизм регулятора уровня отводится в резервуар товарной нефти. Отделившаяся в отстойном отсеке вода, содержащая некоторое количество неотработавшего деэмульгатора, поступает в камеру, откуда она откачивается насосом в линию сырой нефти перед входом ее на установку.

Подача насоса регулируется автоматически исполнительным механизмом регулятора уровня. Раствор деэмульгатора готовится автоматически смешиванием чистого химического реагента, подаваемого дозировочным насосом из баллона, с пластовой водой из отсека. В топках деэмульгатора сжигается газ, выделившийся в процессе сепарации на установке. Для этого необходимое количество газа проходит через осушитель. На трубопроводах подвода газа к горелкам смонтированы регуляторы давления и температуры и соленоидный клапан для аварийного отключения. Процесс горения регулируется по температуре жидкости в отсеках. Аппаратура управления установкой собрана в блоке местной автоматики.

Автоматизированная блочная деэмульсационная установка УДО-2М разработана конструкторским бюро объединения«Саратовнефтегаз» и отличается высокой производительностью. Производительность        установки      при     обводненности поступающей водонефтяной эмульсии 30 % – до 2000 т/сут. Установка (рис. 2) состоит из блоков: нагрева и отстоя 2, местной автоматики 3 и реагентного хозяйства 4, теплообменника 1. В водонефтяную смесь II перед входом в теплообменник 1 при помощи насоса вводится деэмульгатор IV. После теплообменника смесь поступает в блок 2 нагрева и отстоя. Этот блок представляет собой горизонтальную емкость, разделенную перегородками на три отсека. В первом и втором отсеках имеются нагревательные трубы, внутри которых установлены инжекционные газовые горелки. Водонефтяная смесь поступает сначала в первый отсек, где она нагревается до температуры 90 °С. Здесь происходит частичное обезвоживание. Выпавшая вода накапливается в нижней части отсека и периодически удаляется на установки очистки воды. Частично обезвоженная     нефть      переливается    по     перепускному трубопроводу во второй отсек, где продолжается аналогичный термохимический процесс обезвоживания. Из второго отсека нефть по перфорированной трубе поступает в третий отсек, где она проходит через слой несмолистой древесины и окончательно обезвоживается. Горячая обезвоженная нефть поступает в теплообменник, отдает тепло встречному потоку неподготовленной нефти, охлаждается и поступает на установки учета товарной нефти. Для обессоливания безводные нефти в специальном устройстве смешиваются с пресной водой.

Полученная при этом искусственная  эмульсия затем разрушается в УДО-2М, а выпавшая вода промывает нефть, растворяет ее соли и сбрасывается. Выделившийся при нагревании эмульсионной нефти газ поступает на компрессорную станцию. Часть этого газа очищается и используется в топках установки УДО-2М. Автоматическое     регулирование температуры осуществляется терморегулятором 6 прямого действия типа РТ-50 с термобаллоном в качестве чувствительного элемента. Клапаны 2 и 4 регулятора установлены на линии подачи газа к форсункам. Давление газа регулируется регулятором 1 прямого действия. Уровень раздела фаз (вода – нефть) поддерживается механическими регуляторами поплавкового типа, которые управляют заслонками, установленными на дренажных патрубках. При угрозе аварии установка может быть выключена по сигналам датчиков предельного давления и предельного уровня.

 

 

        Рис. 2.. Схема блочной деэмульсационной установки УДО-2М:

      I – вода из  теплообменника; II – водонефтяная  эмульсия; III – газ;

     IV – деэмульгатор; V –  промывочная вода; VI – отделившаяся  вода

 

При этом на диспетчерский пункт  поступит общий аварийный сигнал. В качестве датчика предельного давления используется электроконтактный манометр типа ВЭ-16Р6, а в качестве датчика предельного уровня – поплавковый уровнемер с микропереключателем. Вторичные приборы автоматики и узел телемеханики размещены в отдельном блоке местной автоматики.

 

5. Структурная и функциональная  схема системы автоматического  регулирования (САР). Назначение  каждого из элементов и устройств,  входящих в САР.

Система автоматического регулирования (САР) состоит из следующих элементов: О - объект регулирования, на котором  регулируется любой технологический  параметр (давление, уровень и т. д.), ИУ - измерительное устройство предназначено  для измерения фактического значения регулируемой величины и преобразование этой величины в сигнал управления, ЗД - задатчик представляет собой устройство, с помощью которого задается требуемое значение регулируемой величины. ОС - орган сравнения (Суматр) позволяет сравнивать фактическое и заданное регулируемой величины. Р - регулятор служит для поддержания величины в заданном значении. ИМ - исполнительный механизм является устройством, с помощь которого регулятор оказывает воздействие на регулируемый процесс для поддержания заданного значения регулируемой величины. Регуляторы подразделяется на пневматические, электрические, электропневматические, гидравлические.

Рис 1. Структурная схема

Принципиальная схема  функциональной САР содержит следующие  функциональные элементы (рис.2):

• МУ – магнитный усилитель;
• Г – генератор;
• ЭМУ – электромашинный двигатель;
• АТ – автоматический трансформатор;
• П – потенциометр;
• ВМ – возбудитель (тиристорный мост) 

 

Рис.2. Функциональная схема  САР  соотношения.

Предполагается, что параметры  функциональных элементов системы  постоянны во времени. На основании  функциональной схемы и типа входного сигнала можно сделать вывод, что система регулирования напряжения на нагрузке организована по замкнутому циклу на основе отрицательной обратной связи, находится в классе обычных  систем и относится к системам автоматического регулирования  и является статической. Стационарность свойств системы во времени и ее одномерность показывают, что ее расчет может быть проведен методами классической теории управления, которые для простых одномерных систем доведены до инженерных методик.

Очень важно исследовать возможность  описания системы линейной моделью, что позволяет упростить расчеты. Для этого следует обратиться к математическому описанию функциональных элементов системы  в различных  режимах ее работы. Структурную схему  системы целесообразно представить  в передаточных функциях (рис. 3).

Рис.3. Структурная схема САР

Формализация системы в виде структурной схемы позволяет  проанализировать прохождение сигнала  через элементы схемы и допускает  хорошую физическую интерпретацию  процессов, протекающих в системе  управления.

Структурная схема САР регулирования  напряжения на нагрузке, учитывающая  вид передаточных функций линейных элементов, приведена на рис. 4.

Рис.4. Преобразованная структурная  схема САР.

 

 

 

Список  литературы:

 

 

 

1. Андреев Е.Б. и др. Технические средства систем управления технологическими процессами в нефтяной и газовой промышленности, М., РГУ нефти и газа, 2004. – 460с.
2. Исакович Р.Я.,  Попадько В.Е. Контроль и автоматизация добычи нефти и газа, М., Недра, 1985. – 420с.
3. Исакович Р.Я., Логинов В.И. Автоматизация производственных процессов в нефтяной и газовой промышленности, М., Недра, 1985. – 380с..
4. Клюев А.С. и др. Проектирование систем автоматизации технологических процессов, М. Энергия, 1980. – 410с.
5. Подкопаев А.П.  Технологические измерения и контрольно-измерительные приборы, М., Недра, 1986. – 350с.