Разработка автоматизированной системы управления компрессорной станцией

ВВЕДЕНИЕ 3
1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОПИСАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ 5
1. Оборудование газокомпрессорных станций 5
1.2 Общая характеристика станции и описание технологического процесса 25
1.3 Анализ существующих подходов к автоматизации технологического процесса 34
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 43
2.1 Формирование архитектуры системы автоматизации 43
2.2 Подбор технических средств автоматизации 44
2.3 Разработка схем подключения компонентов системы автоматизации 61
3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ И ИНТЕРФЕЙСА ВИЗУАЛИЗАЦИИ 64
3.1 Создание алгоритма управления и разработка программного обеспечения для системы автоматизации 64
3.2 Проектирование интерфейса визуализации управления технологическим процессом 67
3.3 Разработка экранов операторской визуализации 70
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 74
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 77
Приложение А 79
Приложение Б 80
Приложение В 84

Весь текст будет доступен после покупки

Современные газокомпрессорные станции (ГКС) играют ключевую роль в обеспечении надежной и эффективной транспортировки природного газа по магистральным трубопроводам. В условиях роста требований к энергоэффективности, безопасности и безотказности технологических процессов особую актуальность приобретает автоматизация управления компрессорными станциями. Традиционные ручные и полуавтоматические методы управления не обеспечивают необходимого уровня оперативности, точности и устойчивости функционирования оборудования, что может приводить к увеличению эксплуатационных затрат, снижению производительности и даже аварийным ситуациям. В связи с этим разработка современной автоматизированной системы управления компрессорной станцией становится важной инженерной задачей, направленной на повышение надежности, экономичности и экологической безопасности объекта.
Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка автоматизированной системы управления компрессорной станцией, обеспечивающей стабильное функционирование технологического оборудования, оптимизацию режимов его работы и удобство контроля со стороны операторского персонала.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи исследования:
– провести анализ технологических процессов и состава оборудования газокомпрессорной станции;
– изучить существующие подходы к автоматизации подобных объектов и выявить их недостатки;
– спроектировать архитектуру автоматизированной системы управления;
– осуществить подбор технических средств автоматизации и разработать схемы их подключения;
– создать алгоритм управления технологическим процессом и реализовать соответствующее программное обеспечение;
– разработать интерфейс визуализации и экраны операторской панели для мониторинга и управления станцией.
Объектом исследования выступает технологический процесс компрессорной станции, а предметом исследования – автоматизированная система управления данным процессом.
В работе применялись следующие методы исследования: анализ технической документации и научной литературы, системный подход к проектированию автоматизированных систем, методы моделирования и программирования, а также принципы проектирования человеко-машинного интерфейса.
Практическая значимость результатов работы заключается в возможности внедрения разработанной системы автоматизации на реальных компрессорных станциях, что позволит повысить уровень автоматизации, снизить нагрузку на обслуживающий персонал, улучшить энергетическую эффективность и обеспечить более высокую степень безопасности эксплуатации оборудования.

Весь текст будет доступен после покупки

АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОПИСАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ
1. Оборудование газокомпрессорных станций
Газомоторные компрессорные станции
Большинство компрессорных станций оснащено газомоторными компрессорами (в дальнейшем – ГМК).
Конструктивно ГМК представляет собой агрегат, включающий двух- или четырёхтактный газомоторный двигатель (иногда – электродвигатель), жёстко соединённый с горизонтальным поршневым компрессором.
ГМК классифицируются по рабочему давлению на установки низкого, среднего и высокого давления.
ГМК низкого давления (0,3–2,0 МПа) преимущественно применяются на газокомпрессорных станциях при транспортировке газа с выработанных месторождений, а также нефтяного газа с производственных площадок. Дополнительно их задействуют на компрессорных станциях для перекачки низконапорных синтетических горючих газов.
ГМК среднего давления (2,1–5,0 МПа) эксплуатируются в основном на промежуточных компрессорных станциях для повышения пропускной способности магистральных газопроводов.
ГМК высокого давления (5,0–12,0 МПа) устанавливаются на компрессорных станциях, предназначенных для закачки газа в подземные хранилища (ПХГ).
Эффективность ГМК особенно проявляется при переменных нагрузках и степенях сжатия, превышающих 1,3.
На рисунке 1 изображена технологическая схема компрессорной станции, оснащённой газомоторными компрессорами.
Ключевые преимущества компрессорных станций с ГМК:
– Высокая эксплуатационная надёжность;
– Продолжительный ресурс службы;
– Возможность функционирования в широком диапазоне давлений;
– Гибкость регулирования производительности – за счёт изменения частоты вращения агрегата и корректировки объёма так называемого «вредного пространства» в компрессорных цилиндрах;
– Способность создавать высокие давления в рабочих полостях.
Коэффициент полезного действия современных ГМК достигает 40 %. В России наиболее распространены агрегаты мощностью от 221 до 5510 кВт, тогда как за рубежом используются установки мощностью 368 и 8100 кВт.
Среди существенных недостатков ГМК выделяют:
– Высокую массу оборудования на единицу мощности;
– Значительную неуравновешенность, обуславливающую необходимость возведения массивных фундаментов;
– Пульсирующий характер подачи газа, который в ряде случаев провоцирует вибрационные нарушения в газосборных коллекторах.

Рисунок 1 – Технологическая схема КС с газомоторными компрессорами 10ГК: 1 - тех­ нологический газ; 2 - топливный газ; 3 - выпускные газы; 4 - пусковой воздух; 5 - воздух на продувочный насос двигателя; 6 - вода горячего цикла; 7 - свежее масло; 8 - отработанное масло; 9 - чистое масло; 10 - подпитка водой системы; 11 - задвижка или вентиль; 12 - переход на трубопроводе; 13 - диафрагма
Конструктивные особенности и эксплуатационные характеристики ГМК

Весь текст будет доступен после покупки

1) ГОСТ Р 59781-2021. Системы автоматизации зданий и сооружений. Требования к проектированию. – М.: Стандартинформ, 2022. – 28 с.
2) ГОСТ 34347-2017. Установки компрессорные. Общие технические условия. – М.: Стандартинформ, 2021. – 48 с.
3) Правила безопасности при эксплуатации компрессорных станций. Утверждены Приказом Ростехнадзора № 116 от 25.03.2021. – М., 2021. – 112 с.
4) Горелик Г.Б. Автоматизация газоперекачивающих станций: учебное пособие. – Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2021. – 210 с.
5) Коньков А.Ю., Тимошенко Д.В. Газотурбинные установки для транспорта газа: учебное пособие. – Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2022. – 158 с.
6) Алексанян А.С., Смирнов А.В. Автоматизация тепловых и компрессорных процессов в промышленной энергетике. – СПб.: Политехника-Пресс, 2022. – 288 с.
7) Шишмарёв В.Ю. Автоматизация технологических процессов: учебник. – 5-е изд. – М.: Академия, 2022. – 352 с.
8) Зуев А.И., Романов А.Н. SCADA-системы в промышленной автоматизации. – М.: Техносфера, 2023. – 320 с.
9) Овчинников В.В., Петров Д.А. Программируемые логические контроллеры в системах автоматизации: учебное пособие. – М.: Горячая линия–Телеком, 2023. – 240 с.
10) Васильев А.А. Проектирование систем автоматизации компрессорных станций. – М.: Машиностроение, 2021. – 216 с.
11) Справочник по автоматизации компрессорных установок / под ред. В.И. Солодова. – М.: Теплоэнергетик, 2023. – 398 с.
12) Методические рекомендации по внедрению цифровых решений в газотранспортной системе. – М.: Минэнерго РФ, 2022. – 84 с.
13) Siemens. SIMATIC S7-1200 Programmable Controller System Manual. – Nuremberg: Siemens AG, 2022. – 296 p.

Весь текст будет доступен после покупки