Модернизация АСУ нефтеперекачивающей станцией

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОПИСАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ 5
1.1 Транспортировка нефти по трубопроводам 5
1.2 Общая характеристика станции и описание технологического процесса 23
1.3 Анализ существующих подходов к автоматизации технологического процесса 33
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 37
2.1 Формирование архитектуры системы автоматизации 37
2.2 Подбор технических средств автоматизации 39
2.3 Разработка схем подключения компонентов системы автоматизации 54
3. ПОСТРОЕНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ 55
3.1 Создание математической модели объекта управления 55
3.2 Проектирование и оптимизация контура регулирования технологического параметра 58
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 61
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 64
ПРИЛОЖЕНИЕ А 67
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 68
ПРИЛОЖЕНИЕ В 69
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 70

Весь текст будет доступен после покупки

Транспортировка нефти по магистральным трубопроводам является одной из ключевых составляющих нефтегазовой отрасли, обеспечивая надежную и эффективную доставку сырья от мест добычи до перерабатывающих предприятий. В условиях растущих требований к энергоэффективности, экологической безопасности и цифровизации промышленных объектов особую актуальность приобретает модернизация автоматизированных систем управления (АСУ) нефтеперекачивающими станциями. Существующие системы зачастую устаревают морально и физически, не отвечают современным стандартам надежности, безопасности и функциональности, что негативно сказывается как на технологической стабильности, так и на экономических показателях эксплуатации.
Целью данной выпускной квалификационной работы является модернизация автоматизированной системы управления нефтеперекачивающей станцией с целью повышения надежности, эффективности и уровня автоматизации технологических процессов.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
– анализ технологических процессов и оборудования, используемого на нефтеперекачивающей станции;
– исследование существующих подходов к автоматизации подобных объектов;
– проектирование архитектуры модернизированной системы автоматизации с учётом современных технических решений;
– подбор и обоснование выбора технических средств автоматизации;
– разработка схем подключения основных компонентов системы;
– построение математической модели объекта управления;
– проектирование и оптимизация контура регулирования ключевого технологического параметра.
Объектом исследования выступает нефтеперекачивающая станция как технологический объект автоматизации. Субъектом исследования является автоматизированная система управления этой станцией.
В процессе выполнения работы применялись следующие методы: анализ технической документации и нормативных материалов, системный подход к проектированию автоматизированных систем, математическое моделирование, методы теории автоматического управления, а также сравнительный анализ технических решений.
Практическая значимость работы заключается в разработке конкретных предложений по модернизации АСУ нефтеперекачивающей станции, которые могут быть использованы при реконструкции действующих или проектировании новых объектов нефтетранспортной инфраструктуры. Реализация предложенных решений позволит повысить надежность эксплуатации, улучшить качество управления технологическими параметрами и снизить эксплуатационные затраты.

Весь текст будет доступен после покупки

1. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОПИСАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ
1.1 Транспортировка нефти по трубопроводам
По функциональному назначению нефтепроводы условно делятся на три категории:
– внутренние – используются для соединения отдельных объектов и технологических установок непосредственно на нефтяных промыслах, в резервуарных парках и на перекачивающих станциях;
– местные – обеспечивают транспортировку нефти от промыслов к головным сооружениям магистральной системы, а также связывают нефтеперерабатывающие заводы с пунктами погрузки на железнодорожный или водный транспорт; протяжённость таких трубопроводов может составлять до нескольких десятков километров;
– магистральные – предназначены для перемещения крупных объёмов нефти на протяжённые расстояния, достигающие нескольких тысяч километров. Их отличительными чертами являются наличие цепочки перекачивающих станций и устойчивый, практически непрерывный режим эксплуатации. Рабочее давление в таких системах обычно находится в диапазоне 5–7,5 МПа.
К магистральным нефтепроводам принято относить трубопроводы, длина которых превышает 50 км, а диаметр составляет от 219 до 1220 мм включительно. Они служат для транспортировки товарной нефти от районов её добычи или хранения до конечных пунктов назначения – перевалочных нефтебаз, нефтеперерабатывающих заводов, наливных терминалов и других потребителей.
Основные элементы магистрального нефтепровода включают (см. рисунок 1):
– подводящие трубопроводы, соединяющие источники поступления нефти (например, промысловые нефтесборные пункты) с головными сооружениями магистрали;
– головную нефтеперекачивающую станцию (ГНПС), где осуществляются приём, учёт и последующая перекачка нефти на следующий участок;
– промежуточные нефтеперекачивающие станции (НПС), задача которых – поддержание требуемого давления и обеспечение дальнейшей транспортировки продукта;
– конечный пункт (КП), на котором производится сдача нефти, её учёт и распределение конечным потребителям;
– линейные сооружения, включающие саму трассу трубопровода и сопутствующую инфраструктуру.

Рисунок 1 – Схема промысловых сооружений и магистрального нефтепровода
1 – промыслы; 2 – нефтесборный пункт; 3 – подводящие трубопроводы; 4 – головная нефтеперекачивающая станция; 5 – линейная задвижка; 6 – подводный переход; 7 – переход под железной дорогой; 8 – промежуточная нефтеперекачивающая станция; 9 – надземный переход через овраг (ручей); 10 – конечный пункт нефтепровода (нефтебаза); 11 – пункт налива нефти в железнодорожные цистерны; 12 – нефтеналивной терминал; 13 – пункт сдачи нефти на нефтеперерабатывающем заводе
К линейным сооружениям магистрального нефтепровода относятся следующие элементы:
– сам трубопровод, прокладка которого осуществляется с учётом геологических и климатических условий в одном из трёх вариантов: подземном (в траншее), наземном (в насыпи) или надземном (на опорных конструкциях). Для магистральных систем, как правило, используются стальные сварные трубы диаметром до 1220 мм. Толщина их стенки определяется расчётным максимальным давлением, создаваемым насосными агрегатами перекачивающих станций;
– линейная запорная арматура, предназначенная для оперативного отсечения отдельных участков трубопровода в случае аварийных ситуаций или плановых ремонтных работ. Расстояние между линейными задвижками регламентируется рельефом местности и обычно составляет 15–20 км;
– инженерные переходы через естественные и искусственные препятствия, включающие:

Весь текст будет доступен после покупки

1) Федеральный закон № 116-ФЗ от 21.07.1997 «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (в ред. от 2024 г.).
2) ГОСТ Р 57957–2021. Системы автоматизированного управления технологическими процессами. Общие требования.
3) ГОСТ 12124–2022. Насосы центробежные нефтяные для магистральных трубопроводов. Технические условия.
4) Правила технической эксплуатации магистральных нефтепроводов: утв. Приказом Минэнерго России от 15.03.2023 № 112.
5) СТО 10289–2022. Системы автоматизации насосных станций на объектах транспортировки нефти и нефтепродуктов.
6) Абрамов А.А., Кузнецов И.В. Современные методы регулирования насосных агрегатов на нефтеперекачивающих станциях // Нефтепромысловое дело. – 2023. – № 7. – С. 45–52.
7) Белов А.С., Петров Д.Е. Применение частотно-регулируемых приводов в АСУ ТП магистральных насосных станций // Автоматизация и современные технологии. – 2022. – № 9. – С. 28–34.
8) Васильев М.Н. Цифровая трансформация нефтетранспортной инфраструктуры: опыт ПАО «Транснефть» // Энергетика: экономика, техника, экология. – 2024. – № 2. – С. 12–19.
9) Горбунов А.И., Лебедев С.Ю. Анализ энергоэффективности систем перекачки нефти при различных режимах работы // Вестник ИГУ. – 2023. – Т. 15, № 4. – С. 67–74.
10) Егоров В.К. Интеллектуальные системы управления в нефтегазовой отрасли. – М.: Недра, 2022. – 320 с.
11) Зайцев Д.А. Моделирование переходных процессов в системах «насос–трубопровод» с учетом гидравлических ударов // Известия вузов. Нефть и газ. – 2021. – № 6. – С. 88–95.

Весь текст будет доступен после покупки