Система управления сепаратором на промысловой компрессорной станции

     Федеральное агенТство по образованию

     ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

     "ТЮМЕНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"

     ИНСТИТУТ  НЕФТИ И ГАЗА

     КАФЕДРА АВТОМАТИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ 
 
 
 

     ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

     к выпускной работе по дисциплине

     «Проектирование микропроцессорных систем автоматизации» на тему:

     СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СЕПАРАТОРОМ  НА

     ПРОМЫСЛОВОЙ КС   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Тюмень  2009 

 

      Реферат

      Пояснительная записка 45с., 5 рис., 10 табл., 10 источников, 5 прил.

      ГАЗОВЫЙ СЕПАРАТОР, СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ,  ДАТЧИК, КОНТРОЛЛЕР, МОДУЛЬ, РЕГУЛИРОВАНИЕ, ДАВЛЕНИЕ, УРОВЕНЬ, ТЕМПЕРАТУРА, ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ.

      Объектом  исследования является сепарационная  установка первой ступени - ГС V 50м³.

       Цель  работы - разработка системы автоматизации ГС на компрессорной станции на базе программируемого логического контроллера SLC 500 фирмы Allen Bradley.

       В работе произведен выбор технических средств автоматизации, разработан алгоритм управления ГС и  программно реализован для контроллера SLC 500,  разработана схема внешних электрических соединений, произведен расчет системы автоматического регулирования давления газа в сепараторе.

 

       Содержание

 

Список  сокращений

КС – компрессорная  станция.

НГС – газовый сепаратор.

ПЛК – программируемый  логический контроллер.

ПО – программное  обеспечение.

ЧЭ – чувствительный элемент.

АСУ ТП – автоматизированные  системы управления технологическими процессами.

МЭОФ –  механизм исполнительный электрический  однооборотный фланцевый постоянной скорости.

ИМ – исполнительный механизм.

БСПТ –  блок сигнализации положения токовый.

БП – блок питания.

БРУ – блок ручного управления.

ПБР – пускатель бесконтактный реверсивный.

     БТВИ  – блок токовых выходов искробезопасный.

 

      Введение

     Развитие  газовой и ряда смежных отраслей промышленности сегодня в значительной степени зависит от дальнейшего совершенствования эксплуатации и обслуживания систем трубопроводного транспорта природных газов из отдаленных регионов в промышленные и центральные районы страны.

     Для оптимального управления технологическими процессами на КС используются современные технические средства автоматизации, без которых на сегодня невозможен качественный контроль и работа всего процесса добычи и транспорта газа.

     При создании автоматизированных объектов ставятся следующие основные цели и задачи:

• Превращение объектов в полностью автоматизированные технологические звенья, работающие в автоматическом режиме в соответствии с заданием вышестоящего уровня.
• Обеспечение надежной работы газодобывающих, газотранспортных и газоперерабатывающих объектов за счет оптимального управления технологическими процессами, автоматического обнаружения и локализации аварийных ситуаций.
• Достижение высоких технико-экономических показателей функционирования предприятий за счет повышения производительности труда, снижения удельных затрат энергоресурсов, эффективного использования установленных мощностей.

     В связи с этим, задачей выпускной работы является разработка системы автоматического управления и регулирования, построенной на базе микропроцессорной системы контроля и управления. Для достижения этой цели разработана схема автоматизации, составлена блок схемы алгоритма, управления, написана программа для выбранного контроллера в соответствии с алгоритмом.

 

      1 Технология отделения газа

     Сепарация (от лат. separatio - отделение), сепарирование в технике, процессы разделения смесей разнородных  частиц твёрдых материалов, смесей жидкостей разной плотности, эмульсий; взвесей твёрдых частиц или капелек  в газе или паре. Газовый сепаратор - аппарат для очистки продукции газовых и газоконденсатных скважин от капельной влаги и углеводородного конденсата, твёрдых частиц и др. примесей. Примеси затрудняют транспортировку газа и являются причиной коррозии трубопроводов, закупорки (частичной или полной) скважин, шлейфов и промыслового оборудования вследствие образования пробок гидратов или льда [7].

     Каждый  пункт вывода отсепарированного  газа называется ступенью сепарации  газа.

     Многоступенчатая  сепарация применяется для постепенного отвода свободного газа по мере снижения давления. Она применяется при высоких давлениях на устье скважин.

     Газожидкостную смесь из скважины направляют сначала в ГС высокого давления, в котором из нефти выделяется основная масса газа. Этот газ может транспортироваться на большие расстояния под собственным давлением.

     Из  сепаратора высокого давления нефть  поступает в сепаратор среднего и низкого давления для окончательного отделения от газа.

     Сепарация газа от жидкости может происходить под влиянием гравитационных, инерционных сил. В зависимости от этого и различают гравитационную, инерционную и сетчатую сепарации, а газосепараторы - гравитационные, сетчатые и роторные.

     Гравитационная  сепарация осуществляется вследствие разности плотностей жидкости и газа, т.е. под действием их силы тяжести. Газосепараторы, работающие на этом принципе, называются гравитационными.

     Инерционная сепарация происходит при резких поворотах газожидкостного потока. В результате этого жидкость, как более инерционная, продолжает двигаться по прямой, а газ меняет свое направление. В результате происходит их разделение. На этом принципе построена работа роторного газосепаратора, осуществляемая подачей газонефтяной смеси в циклонную головку, в которой жидкость отбрасывается к внутренней поверхности и затем стекает вниз в нефтяное пространство газосепаратора, а газ двигается по центру циклона.

     Сетчатая сепарация основана на явлении селективного смачивания жидкости на металлической поверхности. При прохождении потока газа с некоторым содержанием жидкости через жалюзийные насадки (каплеуловители) капли жидкости, соприкасаясь с металлической поверхностью, смачивают ее и образуют на ней сплошную жидкостную пленку. Жидкость на этой пленке держится достаточно хорошо и при достижении определенной толщины начинает непрерывно стекать вниз. Это явление называется эффектом сетчатой сепарации.

     Сепараторы  типа ГС предназначены для отделения  газа от продукции газовых скважин на первой и последующей ступенях сепарации жидкости и газа, включая горячую сепарацию на последней ступени.

     Выпускается нормальный ряд сепараторов ГС с пропускной способностью по жидкости 2000¸30000 т/сут [1].

     Газо-жидкостной сепаратор СЦВ-7 предназначен для глубокой очистки газового потока от капельной, мелкодисперсной, аэрозольной жидкости, масла и тведрдых примесей. При сепарации бинарной смеси (газ - жидкость) одновременно осуществляется и процесс разгазирования жидкой фазы. Используются на предприятиях нефтегазовой, химической, металлургической, машиностроительной, легкой промышленности.

     Принцип работы сепаратора:

     Газожидкостная  смесь, подводится в аппарат через  вводной патрубок (5), распложенный в  верхней его части. Установка  входного патрубка, смещенного по горизонтам относительно осевой линии корпуса  на 1/2 его диаметра позволяет решить задачу сохранения величины центробежного эффекта на входе газожидкостной смеси в аппарат, практически не ослабив надежности корпуса сепаратора. Дефлектор (6) препятствует поступлению газа в осевую зону сепарационного пакета (8) без предварительного разделения газовзвеси.

     Использование дефлектора с изменяющимся данным сечением (в начале увеличивает свое сечение  до максимально допустимой величины, после чего сужается по горизонтали  и возрастает по высоте, сохраняя при  этом площадь поперечного сечения в максимально широком участке) позволяет удалить по горизонтали на выходе из дефлектора газожидкостный поток от щелевых отверстий сепарационного пакета (8), а по высоте равномерно рассредоточить и в тоже время за счёт минимальной щели «придавить» жидкую фазу к внутренней поверхности сепаратора, что в конечном счете, улучшает процесс сепарации.

     

Рисунок 1.1 - Сепаратор СЦВ-7 (схематический рисунок)

     В пространстве, образованном стенкой  корпуса (1) и пластинами (9) из газового потока выделяется основная масса жидкости. Капли жидкости отбрасываются центробежной силой на стенки корпуса (1) сепаратора и под действием гравитационных сил, по ходу газового потока, нисходящей спирали транспортируются через кольцевой зазор (19) к сливному патрубку (18).

     Исполнение дефлектора с узкой щелью удаленного от направляющих щелевых сепарационного пакета создает значительный зазор между вращающейся по внутренней поверхности корпуса жидкостной пленке и щелевыми каналами, засасывающими газовый поток в направляющие пакета, при этом условия сепарации отделенной жидкой фазы идеальные.

     Из-за того, что по ходу движения жидкостного  потока установлена карман-ловушка, состоящая из боковых направляющих корпуса (1) и изогнутой пластины (20), а также крышки, составляющей часть перегородки (2), условия для удаления жидкой фазы идеальные, в этом конструктивном исполнении дефлектор полностью изолирует наличие жидкой фазы вблизи вертикальных лопастей. Направляемая жидкость сливается через открытую нижнюю часть ловушки-кармана.

     Мелкодисперсная капельная жидкость, не осевшая на корпусе (1) попадает на наружную поверхность пластин (9) и транспортируется газовым потоком через входные тангенциальные щели, попадая на их внутреннюю поверхность.

     В конце верхней суженой части  дефлектора (6) установлена дугообразная пластина (7) нисходящая по ходу газожидкостного потока и направленная по отношению к горизонтальной прямой под углом 25°, такое инженерное решение позволило вращающийся между корпусом и сепарационным пакетом вектор газожидкостного потока направить по нисходящей кривой, в результате чего газовый слой, вращающийся непосредственно по внутренней поверхности сепарационного пакета разделился на три слоя со своими векторами осевых скоростей: непосредственно у стенки направлен вниз, далее незначительный слой «неподвижный» и следующий третий основной слой направлен вверх. Наличие первого слоя с направлением вектора осевой скорости вниз позволило сгонять (в зависимости от режима - росу, капли, пленку) вниз избежав дополнительных направляющих, удаляющих по спирали вниз, частицы жидкой фазы. Опускаясь по внутренней поверхности пластин (9) частицы жидкости, приблизившись к нижней кромке, соскальзывают и попадают на поверхность шайбы (17), откуда через кольцевой зазор (19) транспортируются в направлении сливного патрубка (18) [3].

 

2 Автоматизация объекта

     Не  существует отрасли промышленности, в которой не было бы потребности  применения АСУТП. Одними из главных  преимуществ АСУТП являются снижение, вплоть до полного исключения, влияния так называемого человеческого фактора на управляемый процесс, сокращение персонала, минимизация расходов сырья, улучшение качества исходного продукта, и в конечном итоге существенное повышение эффективности производства. Основные функции, выполняемые подобными системами, включают в себя контроль и управление, обмен данными, обработку, накопление и хранение информации, формирование сигналов тревог, построение графиков и отчетов.

     Структура автоматизированной системы управления можно разделить на три основные уровня. В первый низший уровень, входят датчики, исполнительные механизмы, первичные и вторичные преобразователи. В средний входят программируемые контроллеры (ПЛК), в верхний ЭВМ. В данной работе рассмотрены первые два уровня.