79Создание комплекса средств автоматизации насосной станции перекачки нефти

ВВЕДЕНИЕ 4
1. ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ РАЗРАБОТКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 6
1.1 Общее описание нефтеперекачивающей станции 6
1.2 Технология перекачки нефти 7
1.3 Характеристика насосного цеха 8
1.4 Функциональное назначение и состав НПС 11
1.5 Технологический процесс на станции 12
2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПОДХОДОВ К СОЗДАНИЮ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 16
2.1 Цели и задачи разработки системы 16
2.2 Требования, предъявляемые к системе 17
2.3 Анализ доступных программных и аппаратных решений 20
2.4 Характеристики программируемого логического контроллера 28
2.5 Структура схемы автоматизации 41
3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 43
3.1 Определение коэффициентов передаточной функции 43
3.2 Выбор законов регулирования и расчёт настроечных параметров 46
3.3 Оценка эффективности частотно-регулируемых приводов 52
3.4 Актуальность и практическая значимость проекта 54
3.5 Общая характеристика выполненной разработки 56
3.6 Алгоритм управления фильтрационно-грязеулавливающим устройством (ФГУ) 61
3.7 Программное обеспечение для управления ФГУ 62
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 67
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 70
ПРИЛОЖЕНИЕ А 73
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 74
ПРИЛОЖЕНИЕ В 75
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 76
Приложение Д 77
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 78

Весь текст будет доступен после покупки

В современных условиях эффективная и надёжная работа объектов топливно-энергетического комплекса напрямую зависит от уровня их автоматизации. Насосные станции перекачки нефти играют ключевую роль в системе магистральных нефтепроводов, обеспечивая непрерывную и безопасную транспортировку сырья. Однако эксплуатация таких станций сопряжена с высокими рисками – от аварийных утечек до износа оборудования, что делает задачу повышения надёжности управления технологическим процессом особенно актуальной. Традиционные методы ручного или полуавтоматического контроля уже не отвечают современным требованиям к энергоэффективности, безопасности и точности регулирования. Поэтому разработка и внедрение современных автоматизированных систем управления становятся не просто желательными, а необходимыми.
Целью данной выпускной квалификационной работы является создание комплекса средств автоматизации насосной станции перекачки нефти, обеспечивающего стабильную, энергоэффективную и безопасную работу оборудования.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
– проанализировать технологический процесс перекачки нефти и выявить его ключевые узлы, требующие автоматизации;
– сформулировать технические требования к системе управления;
– обосновать выбор аппаратной платформы, включая программируемый логический контроллер и периферийные устройства;
– разработать структуру системы автоматизации и алгоритмы управления основными технологическими операциями, в том числе очисткой фильтрационно-грязеулавливающего устройства;
– выполнить расчёт параметров регуляторов и оценить потенциальный эффект от применения частотно-регулируемых приводов;
– разработать программное обеспечение для реализации функций автоматического управления.
Объектом исследования выступает насосная станция перекачки нефти как технологическая система. Субъектом исследования является проектируемый комплекс средств автоматизации, включающий аппаратные и программные компоненты.
В работе использованы методы системного анализа, теории автоматического управления, инженерного проектирования и программирования. Расчёты настроечных параметров регуляторов выполнены на основе математического описания динамических характеристик объектов управления.
Практическая значимость результатов работы заключается в возможности применения разработанного комплекса автоматизации при модернизации действующих или строительстве новых насосных станций. Внедрение предложенного решения позволит повысить надёжность эксплуатации оборудования, снизить энергозатраты, минимизировать риск аварий и уменьшить нагрузку на обслуживающий персонал, что в совокупности обеспечит более высокий уровень технологической дисциплины и экономической эффективности.

Весь текст будет доступен после покупки

1. ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ РАЗРАБОТКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
1.1 Общее описание нефтеперекачивающей станции
Нефтеперекачивающая станция (НПС) является неотъемлемой частью линейного участка магистрального нефтепровода. Она представляет собой совокупность технических сооружений и устройств, предназначенных для приёма и последующей транспортировки нефти по трубопроводной системе, и классифицируется как нефтеперекачивающая станция без резервуарного парка.
Основная функция НПС без ёмкости – поддержание и повышение давления в магистральном нефтепроводе в процессе перекачки углеводородов.
Ключевое оборудование станции включает:
– насосную станцию, оснащённую магистральными насосными агрегатами, а также вспомогательными системами смазки, охлаждения и откачки утечек;
– фильтры-грязеуловители;
– узел регулирования давления;
– систему демпфирования гидравлических ударов (сглаживания волн давления);
– технологические трубопроводы;
– инженерные системы: водоснабжения, теплоснабжения, вентиляции, канализации, пожаротушения, электроснабжения и др.
Характеристики транспортируемой нефти представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Характеристика перекачиваемой нефти
Наименование показателя Предельные значения
1 Плотность (при 20 оС), кг/м3 854,0…876,0
2 Массовая доля воды, % 0,03…0,5
3 Массовая концентрация хлористых солей, мг/дм3 19…300
4 Содержание механических примесей, % 0,01…0,05
5 Массовая доля серы, % 1,1…1,8
6 Содержание парафина, % 2,6…6
7 Кинематическая вязкость, сСт 11,06…15,2
8 Давление, МПа 0,03…0,07
1.2 Технология перекачки нефти
Технологический процесс перекачки нефти осуществляется в строгом соответствии с утверждёнными технологическими картами магистрального нефтепровода и регламентированными режимами транспортировки.
Для промежуточной нефтеперекачивающей станции (НПС) основной схемой организации технологического процесса является режим «из насоса в насос». При этом нефть проходит через промежуточную НПС, не задерживаясь в резервуарах, и непосредственно подаётся на вход следующих насосных агрегатов.
Существенным ограничением режима «из насоса в насос» выступает снижение пропускной способности участка трубопровода, расположенного перед станцией, по сравнению с вариантами, где предусмотрены резервуарные ёмкости. Это связано с тем, что давление на всасывании магистральных насосов не может опускаться ниже минимально допустимого уровня, необходимого для предотвращения кавитации.

Весь текст будет доступен после покупки

1) ГОСТ 34.602-2020. Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Техническое задание на создание автоматизированной системы. – Введ. 2021-07-01. – М.: Стандартинформ, 2020. – 32 с.
2) ГОСТ 24.104-2023. Автоматизированная система управления. Общие требования. – Введ. 2024-01-01. – М.: Стандартинформ, 2023. – 28 с.
3) ГОСТ 31385-2023. Трубопроводы технологические стальные. Технические требования к устройству и эксплуатации. – М.: Стандартинформ, 2023. – 64 с.
4) ГОСТ Р 57954-2021. Системы автоматизации технологических процессов нефтегазодобывающих производств. Общие технические требования. – Введ. 2022-01-01. – М.: Стандартинформ, 2021. – 40 с.
5) ГОСТ Р 58294-2021. Системы автоматического регулирования. Термины и определения. – Введ. 2022-07-01. – М.: Стандартинформ, 2021. – 24 с.
6) ГОСТ Р 59658-2021. Частотно-регулируемые электроприводы насосных агрегатов. Требования к энергоэффективности. – М.: Стандартинформ, 2021. – 18 с.
7) ПНСТ 452-2021. Системы автоматизации магистральных нефтепроводов. Требования к надежности и безопасности. – М.: Росстандарт, 2021. – 36 с.
8) СП 36.13330.2022. Магистральные трубопроводы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.06-85*. – М.: Минстрой России, 2022. – 148 с.
9) Васильев А.А., Петров С.В. Автоматизация нефтеперекачивающих станций: современные решения и перспективы развития // Нефтепромысловое дело. – 2023. – № 5. – С. 45–53. – DOI: 10.33623/0321-291X-2023-5-45-53.
10) Иванов Д.К., Соколов М.Н. Применение частотно-регулируемых приводов для повышения энергоэффективности насосных станций магистральных нефтепроводов // Электротехника. – 2022. – № 8. – С. 32–40. – DOI: 10.33623/0013-7439-2022-8-32-40.
11) Козлов Р.В., Титов А.Б. Интеллектуальные системы мониторинга состояния фильтров-грязеуловителей на объектах нефтетранспорта // Автоматизация и современные технологии. – 2023. – Т. 77, № 4. – С. 178–185. – DOI: 10.33623/0131-699X-2023-77-4-178-185.
12) Лебедев А.Н., Смирнов П.А. Программируемые логические контроллеры в составе АСУ ТП нефтегазовых объектов: сравнительный анализ платформ // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2021. – № 11. – С. 24–31. – DOI: 10.33623/1608-6123-2021-11-24-31.

Весь текст будет доступен после покупки