Проектирование системы автоматического управления установкой регенерации ДЭГа УКПГ

    На  установке комплексной подготовки газа УКПГ осушка газа производится с помощью диэтиленгликоля ДЭГа с концентрацией 99.3% вес. Применение такого раствора позволяет осушать сырой газ до точки росы минус, 20°С. Исследование гигроскопических свойств гликолей показывает, что большой эффект при осушке газа дает увеличение концентрации гликолей выше 99%, но учитывая, что разложение гликолей с образованием органических кислот начинается ниже температуры их кипения, регенерацию их рекомендуется проводить при температуре не выше плюс 164°С под вакуумом.

    Установка паровой вакуумной регенерации  ДЭГа предназначена для регенерации насыщенного ДЭГа. Суть ее заключается в повышении концентрации ДЭГа с 96.3 % вес до 99.3% вес. Пропускная способность одной установки 17÷18 м³/ч. В случае если объем циркулирующего насыщенного гликоля будет превышать максимальную производительность колонны регенерации, в работу может  быть подключен резервный десорбер и испаритель или же установка регенерации ДЭГа  второго технологического цеха. Ввиду идентичности установок описание работы приводится для одной из них.

    Насыщенный  раствор ДЭГа с концентрацией 96.3÷97.3% масс. с полуглухой тарелки абсорбера через клапан-регулятор уровня после дросселирования с давлением 0.35 МПа поступает в общий коллектор 89x4  и далее в выветриватель В-1 где освобождается от избытка растворенного газа. Насыщенный гликоль дегазируется при давлении 0.35 МПа, выделившийся газ через свечу сбрасывается в атмосферу с помощью клапана-регулятора давления.

    Раствор насыщенного гликоля с температурой 15÷16°С в количестве от 6 до 18 т/час и давлением 0.3 МПа, пройдя один из фильтров Ф-1,2 (тонкой очистки), подается в трубное пространство теплообменников Т-1, где нагревается встречным потоком регенерированного ДЭГа до температуры 120÷130°С.

    После  Т-1 раствор НДЭГа с температурой 120÷130°С подается в десорбер Д-1 на регенерацию. Десорбер имеет 18 колпачковых массообменных тарелок и одну полуглухую тарелку, разделяющую кубовую часть колонны от выпарной.

    Раствор НДЭГа, перетекая сверху вниз с тарелки  на тарелку, контактирует с  восходящим паровым потоком, идущим от испарителя И-1, за счет чего происходит отпарка влаги, поглощенной раствором ДЭГа из газа при этом раствор ДЭГа нагревается и концентрация его повышается. В десорбере Д-1 осуществляется регенерации  НДЭГа методом  ректификации

    Регенерированным  раствор ДЭГа скапливается на полуглухой тарелке десорбера и с температурой 140÷145°С самотеком  поступает в два параллельно работающих испарителя И-1, где нагревается до температуры  153÷164°С водяным паром, поступающим из котельной с температурой 170°С и давлением 0.7 МПа через клапан-регулятор температуры (кл-5) в трубный пучок испарителя. В испарителе И-1 регенерированный гликоль заполняет межтрубное пространство и по мере накопления переливается через перегородку в накопительный отсек, где происходит его окончательная регенерация. Для  повышения концентрации ДЭГа, при необходимости в испаритель И-1 подается сухой поддувочный газ в объеме 80 м³ на 1 м³ , который сдвигает равновесие “пар-жидкость”, что способствует увеличению отпарки влаги и повышению концентрации регенерированного ДЭГа.

      Отсюда насосами Н-1 горячий поток  РДЭГа прокачивается через межтрубное пространство рекуперативного теплообменника Т-1, нагревая встречный поток насыщенного абсорбента, охлаждается до температуры 30÷40°С и через фильтр состоящий из 36 фильтр-патронов, подается в сборник регенерированного ДЭГа Е-1. В эту же емкость предусмотрен прием ДЭГа со склада для восполнения потерь.

    Пары  воды, ДЭГа и газов из испарителя И-1 с температурой 153÷164°С поступают под глухую тарелку десорбера Д-1 для создания в колонне восходящего парового потока и поддержания в кубовой (нижней) ее части температуры не ниже 140 °С.

 

        2 Описание системы автоматизации

       2.1 Функции системы управления

       Спроектированная  система предназначена для решения следующих задач:

    1) регулирование давления в выветривателе В-1;

    2) регулирование температуры верха десорбера Д-1;

    3) регулирование температуры в испарителе И-1;

    4) автоматическое закрытие/открытие задвижек и их дистанционное управление; 

       2.2 Структура системы автоматизации и общие требования к ее составным частям

       Автоматизированная  система управления технологическим  процессом имеет трехуровневую  структуру:

       - нижний уровень;

       - средний уровень;

       - верхний уровень.

       Нижний  уровень – это уровень датчиков и исполнительных механизмов, непосредственно  находящихся на объекте управления. Основная задача его – преобразование измеряемых физических величин в  стандартные выходные сигналы и  непосредственное воздействие на ход  технологического процесса. На нижнем уровне система должна обеспечивать сбор и передачу всех необходимых параметров объекта управления в достаточном объеме.

       Средний уровень  представлен вторичными приборами и контроллерами. Он включает в себя преобразование стандартных  аналоговых сигналов, которые поступают  с датчиков, в эквивалентные цифровые величины; сигнализацию, превышающих  значений, параметров технологического процесса; автоматизированное или автоматическое управление отдельными узлами технологического процесса, возможно и всего процесса в целом; сбор, хранение информации. На среднем уровне система должна обеспечивать достоверную оценку критических показателей технологического процесса и своевременную реакцию на аварийные состояния.

       Верхний уровень – это уровень взаимодействия оператора с управляющими устройствами (HMI – Human Machine Interface). Он предполагает взаимодействие оператора с технологическим процессом, посредством показаний вторичных приборов, мнемосхем операторских компьютеров, пультов управления. Здесь же происходит документирование и архивирование параметров системы.

       Ряд важнейших требований, предъявляемых  к современному пользовательскому  интерфейсу оператора:

• интерфейс программы должен быть интуитивно понятным пользователю;
• интерфейс должен быть удобным, т.е. для достижения какого либо результата пользователю нужно выполнить минимум операций;
• программа, работающая в автоматическом режиме должна вести протокол.

       Спроектированная  система автоматизации должна обеспечивать надежную, оптимальную работу установки регенерации ДЭГа УКПГ, а так же полное информационное сопровождение процесса функционирования выбранного объекта, для учета данных  и предоставления информации в вышестоящие структуры предприятия.

       Основные  задачи, решаемые в рамках данной АСУ ТП, состоят в следующем:

• обеспечение технического и оперативного персонала актуальной информацией о работе оборудования РП и нефтепроводов;
• централизация  управления  электроснабжением и технологическими   процессами наполнения установок;
• решение задач диагностики целостности нефтепровода для минимизации потерь нефти и загрязнения среды;
• сокращение дежурного персонала на РП НП и повышение эффективности работы управленческого персонала районного диспетчерского пункта (РДП);
• архивирование данных, просмотр архивной информации.

 

       2.3 Алгоритм контроля и управления

       Проектируемая система автоматизации приспособлена  для работы в трех режимах работы: режим пуска, режим нормальной работы, режим останова (в свою очередь  он делится на режимы планового и  аварийного останова).

       2.3.1 Режим пуска

       В режиме пуска производится проверка работоспособности и запуск датчиков, проверка работоспособности и установка  в начальное состояния исполнительного  механизма и переход в нормальное состояние.

       2.3.2 Режим нормальной работы

       Вначале производится опрос датчиков и проверка на соответствие нормальным условиям. В случае, когда уровень НДЭГа в установке достигает максимального значения, на исполнительный механизм входного автоматического отсечного клапана приходит команда прервать подачу нефтепродукта. При появлении избыточного давления НДЭГа автоматически открывается электозадвижка и происходит стравливание газа на факельную систему и к потребителю до тех пор, пока давление не придет в норму. В любом случае, если два параметра и более отклоняются от граничных значений, то сигнал тревоги подается на пульт оператора и исполнительный механизм переходит в режим ожидания команды с пульта.  

       2.3.3 Режим планового останова

       В режиме планового останова выключается подача НДЭГа. 

       2.3.4 Режим аварийного останова

       Вначале подается аварийный сигнал на пульт  оператора, затем отключается подача НДЭГа, а также датчики для предотвращения развития аварийного состояния.

 

        3. Описание средств автоматизации

       Для поддержания правильной работы системы  необходимо измерять давление нефтепродуктов, дренажной воды и отсепарированного газа в установке.

     Для этого был выбран датчик давления Метран-150.

     Датчики давления Метран-150 предназначены для  работы в системах автоматического  контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование измеряемых величин - избыточного давления, абсолютного  давления, разности давлений нейтральных  и агрессивных сред в унифицированный  токовый выходной сигнал 4-20 мА с  цифровым сигналом на базе HART-протокола  или сигнал 0-5 мА.

Технические характеристики датчика Метран-150:

• Основная приведенная погрешность ±0,075%; ±0,2%
• Влияние температуры окружающей среды ±0,05%/10 °С
• Влияние статического давления ±0,015%/1 MPa
• Перенастройка диапазона 1:50
• Температура окр. среды -40 … +80 °С
• IP (Степень защиты от воздействия пыли и влаги) IP66
• Поворот корпуса/ поворот ЖКИ ±180° / ±360°

     Регулирование  параметров осуществляется путем автоматического  открытия  и закрытия регулирующих органов по сигналам управляющих  устройств.

     Принцип действия устройства основан на  изменении пропускной способности  регулирующего клапана в соответствии с входным электрическим сигналом. Поступающий на электродвигатель электрический  командный сигнал посредством редуктора  и прямоходной приставки  исполнительного  механизма преобразуется в возвратно-поступательное движение штока клапана. Изменения положения штока влечет за собой изменение расхода жидкости  или газа через регулирующий клапан. 

     Для измерения температуры использован интеллектуальный преобразователь температуры Метран-286 .

     Интеллектуальные  преобразователи температуры Метран-286 предназначены для точных измерений температуры нейтральных, а также агрессивных сред, по отношению к которым материал защитной арматуры является коррозионностойким.

     Сигнал  первичного преобразователя температуры  преобразуется в унифицированный  выходной сигнал постоянного тока 4-20 мА с наложенным на него цифровым сигналом HART версии 5 с физическим интерфейсом Bell-202 с помощью электронного модуля, встроенного в корпус первичного преобразователя.