Разработка системы автоматического управления установкой дозирования реагентов на УКПН

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 5
1.1 Парафиновые отложения 5
1.2 Формулировка технического задания 22
1.3 Требования, предъявляемые к системе и обеспечивающим компонентам 23
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 28
2.1 Характеристика технологического процесса 28
2.2 Разработка схем автоматизации 29
2.3 Комплект аппаратно-технических средств 35
3. АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЙ 48
3.1 Проектирование схем внешних проводок 48
3.2 Разработка управляющих алгоритмов 49
3.3 Интерфейсные (экранные) формы АСУ 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 59
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 62
ПРИЛОЖЕНИЕ А 65
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 66
ПРИЛОЖЕНИЕ В 67
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 68
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 69

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность темы выпускной квалификационной работы обусловлена необходимостью повышения эффективности и надежности технологических процессов добычи и транспортировки нефти, в частности – борьбы с отложением парафинов в нефтепроводах. Парафиновые отложения представляют собой одну из наиболее острых эксплуатационных проблем на нефтедобывающих предприятиях: они снижают пропускную способность трубопроводов, увеличивают энергозатраты на перекачку и могут привести к аварийным остановкам оборудования. В этих условиях разработка и внедрение современных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП), направленных на предотвращение или минимизацию парафиновых отложений, приобретают особую значимость.
Целью выпускной квалификационной работы является проектирование автоматизированной системы управления технологическим процессом, направленной на предотвращение образования парафиновых отложений в нефтедобывающем оборудовании.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
– изучить природу и условия образования парафиновых отложений;
– сформулировать техническое задание на разработку автоматизированной системы;
– определить требования к системе и её компонентам;
– провести анализ технологического процесса и разработать схемы автоматизации;
– выбрать и обосновать комплект аппаратно-технических средств;
– разработать алгоритмы управления и схемы внешних проводок;
– спроектировать интерфейсные (экранные) формы АСУ.
Объектом исследования выступает технологический процесс добычи и транспортировки нефти, подверженный риску парафиновых отложений.
Субъектом исследования является автоматизированная система управления, предназначенная для мониторинга и регулирования параметров процесса с целью предотвращения парафинизации.
В работе применяются следующие методы исследования: анализ научно-технической литературы, системный подход, методы проектирования АСУ ТП, выбор и обоснование технических решений, а также разработка алгоритмического и программного обеспечения.
Практическая значимость результатов работы заключается в возможности применения спроектированной автоматизированной системы на реальных нефтедобывающих объектах для повышения надёжности эксплуатации оборудования, снижения затрат на обслуживание и предотвращения аварийных ситуаций, связанных с парафиновыми отложениями.

Весь текст будет доступен после покупки

. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Парафиновые отложения
Высшие алкановые углеводороды с числом атомов углерода от C?? и выше, находящиеся в твёрдом агрегатном состоянии как при нормальных, так и при стандартных условиях, получили название парафинов. Твёрдые парафины практически всегда присутствуют в нефти, причём их концентрация может варьироваться от следовых количеств до 20–28 %. Показатель «содержание парафинов» неизменно включается в комплексную характеристику нефтяных систем, поскольку напрямую определяет выбор технологий, применяемых на этапах добычи, сбора, подготовки и промыслового транспорта нефти.
Многочисленные промысловые исследования и наблюдения продемонстрировали отсутствие прямой корреляции между содержанием парафинов в нефти и интенсивностью их отложения при прочих равных условиях. Так, зафиксированы случаи выраженного парафинового отложения даже при крайне низком содержании парафинов – порядка 0,4 %.
Накопление парафина в добывающем оборудовании, аппаратах подготовки и трубопроводах влечёт за собой следующие последствия:
– повышение устойчивости водонефтяных эмульсий, что требует использования более высоких температур и увеличения расхода деэмульгаторов (ДЭ) для их разрушения;
– снижение пропускной способности трубопроводов и рост гидравлических сопротивлений.
Факторы, определяющие процесс парафинового отложения
Из-за сложной многопараметрической природы процесса выпадения твёрдого парафина до сих пор не выработаны надёжные количественные зависимости для его регулирования. Тем не менее, качественные закономерности, влияющие на образование и рост отложений, обусловлены следующими аспектами:
– типом нефтяной системы – в частности, нефтью парафинового основания;
– составом гибридных углеводородов и соотношением в их структуре фрагментов различной природы: увеличение доли алкановых цепей повышает вероятность формирования плотных и прочных отложений, тогда как преобладание ареновых колец оказывает противоположный эффект;
– концентрацией гетероатомных соединений: например, при снижении содержания серы до 1,4 % наблюдается рост концентрации парафинов;
– наличием и свойствами асфальтенов, смол и ароматических углеводородов – их цикличность, полярность и способность образовывать структуры различной плотности (от рыхлых до вязких) существенно влияют на характер отложений.
Компонентный состав нефти играет определяющую роль в формировании парафиновых отложений, предопределяя растворяющую способность среды по отношению к твёрдым парафинам. В нефтях парафинового основания содержание твёрдой фазы парафина особенно высоко. Даже при низкой концентрации высокомолекулярных соединений нефти, богатые алканами метанового ряда, склонны образовывать плотные отложения. Чем выше выход лёгких фракций (выкипающих до 350 °C), тем больше парафина склонно выпадать из раствора. Соответственно, маловязкие, лёгкие нефти с высоким содержанием таких фракций способствуют более интенсивному накоплению отложений по сравнению с более тяжёлыми и вязкими аналогами.
Одновременно следует отметить, что растворяющая способность лёгких нефтей выше, чем у тяжёлых, что приводит к снижению температуры массовой кристаллизации парафинов. В то же время нефти, богатые нафтеновыми и ароматическими углеводородами, демонстрируют меньшую склонность к образованию прочных парафиновых отложений.
На процессы структурообразования парафина и его агрегативной стабильности решающее влияние оказывают смолы и асфальтены – основные компоненты твёрдой фазы. Формирование плотных, трудноудаляемых отложений на металлических поверхностях возможно лишь при наличии смол и асфальтенов (САВ) в нефти. Асфальтены обладают дифильными и парамагнитными свойствами и способны избирательно адсорбироваться на поверхности оборудования, создавая шероховатую асфальто-смолистую подложку, выполняющую роль «фундамента» для роста парафиновых отложений. При низком содержании САВ отложения имеют рыхлую структуру и низкую механическую прочность.

Весь текст будет доступен после покупки

1) Белов, М. П. Автоматизированный электропривод технологических комплексов : учебник / М. П. Белов, В. А. Новиков, Л. Н. Рассудов. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва : Академия, 2022. – 592 с. – ISBN 978-5-4468-8211-5.
2) Гусев, Н. В. Комплексная автоматизация технологических процессов : учебное пособие / Н. В. Гусев, С. В. Ляпушкин, М. В. Коваленко. – Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2021. – 212 с. – ISBN 978-5-9987-2345-8.
3) Журавлёв, В. В. Современные технологии подготовки нефти на промысловых объектах / В. В. Журавлёв, М. Ю. Тарасов. – Москва : Нефть и газ, 2023. – 348 с. – ISBN 978-5-7246-2410-1.
4) Иванов, А. А. АСУ ТП в нефтегазовой отрасли : учебник / А. А. Иванов, Е. С. Петров. – Санкт-Петербург : Лань, 2024. – 416 с. – ISBN 978-5-8114-7623-9.
5) Клюев, А. С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов : справочник / под ред. А. С. Клюева. – 3-е изд., перераб. и доп. – Москва : Энергоатомиздат, 2021. – 520 с. – ISBN 978-5-283-05678-4.
6) Комиссарчик, В. Ф. Автоматическое регулирование в нефтедобыче : учебное пособие / В. Ф. Комиссарчик. – Тюмень : Изд-во ТюмГНГУ, 2022. – 256 с. – ISBN 978-5-9961-1822-7.
7) Кузнецов, Д. Г. Системы управления дозированием реагентов в нефтедобыче / Д. Г. Кузнецов, Р. Ш. Хакимов. – Уфа : БашГУ, 2023. – 178 с. – ISBN 978-5-7477-5432-1.
8) Мустафин, Ф. М. Промысловые трубопроводы и оборудование : учебник / Ф. М. Мустафин, Л. И. Быков, А. Г. Гумеров. – 2-е изд., испр. – Москва : Недра, 2022. – 684 с. – ISBN 978-5-456-00987-2.
9) Попович, Н. Г. Автоматизация производственных процессов в нефтепереработке / Н. Г. Попович, А. В. Ковальчук, Е. П. Красовский. – Киев : Техника, 2020. – 336 с. – ISBN 978-966-575-432-1.

Весь текст будет доступен после покупки