Автоматизация технологических процессов книга. Компетенций в новой среде обучения виртуальной среде профессиональной деятельности
 Скачать 24.89 Mb.
|
|
367 - обеспечение персонала достаточной, достоверной и своевременной информацией о ходе технологического процесса и состоянии технологического оборудования кустов газовых скважин для ведения оперативного управления - повышение эксплуатационной надежности кустов газовых скважин - сокращение ошибок оперативного персонала. СТРУКТУРА КОМПЛЕКСА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ТЕЛЕМЕХАНИКИ рис. 22.1) Комплекс технических средств телемеханики имеет в своем составе - пункт управления (ПУ) - 1; - концентратор данных (КД) - 1; Рис. Структура комплекса технических средств БД - база данных Д - датчик давления ДР - датчик давления и расхода Teletrans; ТИ - телеизмерение ТС - телесигнализация 368 - контролируемый пункт (КП) куста газовых скважин - 7; - установка измерения дебита скважины на базе многопара метрического датчика Teletrans 3508-ЗОС - 24 (на каждой скважине. В комплект установки измерения дебита скважины входят - многопараметрический датчик Teletrans 3508-ЗОС, обеспечивающий измерение перепада давления газа на сужающем устройстве и избыточного давления газа (для подключения внешнего термопреобразователя сопротивления на датчике имеются клеммы - вентильный блок, обеспечивающий подключение датчика Teletrans 3508-ЗОС к сужающему устройству - поверхностный термопреобразователь сопротивления для измерения температуры газа - шкаф с термообогревом, предназначенный для защиты оборудования установки измерения дебита скважины от внешней среды и предотвращения гидратообразования в импульсных трубках. Датчик Teletrans 3508-ЗОС обеспечивает перевод измеренных параметров (перепад давления, избыточное давление, температура газа) в цифровой вид и вместе с внутренней диагностической информацией передает в контролируемый пункт куста скважин. Подключение датчика Teletrans 3508-ЗОС к контролируемому пункту осуществляется с помощью двухпроводной линии, по которой подаётся питание на датчики одновременно передается информация в цифровом виде. Контролируемый пункт. Основой КП является контроллер DPC3330 компании Bristol Babcock. Контроллер DPC3330 выполняет следующие функции - опрос датчиков Teletrans 3508-ЗОС установок измерения дебита скважины - сбор информации сдатчиков телеизмерений (параметры СКЗ); - сбор информации сдатчиков телесигнализаций; - первичная обработка информации - расчет дебита скважины и суммарного расхода по кусту газовых скважин - обмен информацией с концентратором данных системы телемеханики. Подключение датчиков телеизмерений к контроллеру осуществляется через клеммник ТВЗ. Подключение датчиков телесиг нализаций осуществляется к клеммнику ТВ2 (технические характеристики контроллера DPC3330 см в соответствующем разделе. 369 13 — 1786 КП содержит два независимых источника бесперебойного питания - источник бесперебойного питания 12 В, предназначенный для питания радиомодема; - источник бесперебойного питания 24 В, предназначенный для питания контроллера DPC3330, датчиков Teletrans 3508-ЗОС, датчиков телеизмерений и телесигнализаций. Источник бесперебойного питания 12 В включает в свой состав источник питания 12 В и аккумулятор. Источник бесперебойного питания 24 В также включает в свой состав источник питания 24 В и аккумулятор. Этот источник снабжен интерфейсным модулем, который вырабатывает сигналы Отсутствие 220 В, 50 Гц и Разряд аккумуляторов. Сигнал Отсутствие 220 В, 50 Гц означает отсутствие первичного напряжения 220 В, 50 Гц или отказ источника питания. Сигнал Разряд аккумуляторов выставляется в активное состояние, когда напряжение аккумуляторных батарей становится ниже нормы (11,0...11,5 В. Для предотвращения глубокого разряда аккумуляторов в случае отсутствия напряжения питания 220 В, 50 Гц в обоих источниках бесперебойного питания предусмотрена схема отключения аккумуляторов. Концентратор данных. Основой концентратора данных является также контроллер DPC3330. Контроллер реализует следующие функции - опрос нижележащих узлов - контролируемых пунктов кустов газовых скважин - хранение данных, полученных от нижележащих узлов - обмен информацией с вышестоящей ИУС по протоколу MODBUS; - обмен информацией с пунктом управления (ПУ) системы телемеханики - управление радиомодемом. Для связи с контролируемыми пунктами кустов газовых скважин в концентраторе данных предусмотрен радиомодем. Связь между контроллером DPC3330 и радиомодемом осуществляется по кабелю RS-232. Для связи с пунктом управления системы телемеханики и с вышестоящей АСУТП в концентраторе данных предусмотрены модемы ограниченной дальности. Питание оборудования концентратора данных осуществляется от источника бесперебойного питания, включающего источник питания 12 В и аккумулятор. Для обеспечения удобного подключения портативного компьютера в концентраторе данных предусмотрена розетка 220 В, 50 Гц. 370 Оборудование концентратора данных размещается на монтажной панели пылевлагозащищенного шкафа. Для предотвращения несанкционированного доступа к оборудованию концентратора данных шкаф снабжен запором с замком. Шкаф крепится на стене. Пункт управления (ПУ). Пункт управления предназначен для реализации следующих функций - организация циклического, по вызову и произвольного опроса КП; - регистрация событий от всех КП; - контроль допуска операторов ПУ; - выработка команд телеуправления с проверкой допуска - ведение оперативной базы текущих параметров, базы архивных параметров и базы тревоги событий - выработка обобщенных сигналов работоспособности системы - автоматическая диагностика аппаратных и программных средств ПУ. Структура ПУ показана на рис. 22.2. Система состоит из сер верного шкафа и выносных рабочих мест инженера и оператора УКПГ. Комплекс серверного шкафа ПУ включает - системный блок сервера ПУ (ОЗУ - 1 Гб); - системный блок АРМа оператора (ОЗУ - 512 Мб); - источник бесперебойного питания (ИБП); - сетевой коммутатор. Комплекс АРМа инженера включает цветной монитор, клавиатуру, мышь и удлинительный кабель для подключения к системному блоку сервера. Комплекс АРМа оператора телемеханики включает цветной монитор, клавиатуру, мышь и удлинительный кабель для подключения к системному блоку АРМа. Операторский интерфейс разработан на базе пакета Visualizer производства фирмы Verano Inc. Программное обеспечение Visualizer функционирует на ЭВМ с установленной ОС Windows 2000. Примеры видеокадров АРМа оператора приведены ниже. Аппаратура передачи данных. В системе телемеханики кустов газовых скважин и газопровода подключения существуют следующие каналы связи - проводные кабельные линия связи между пунктом управления и концентратором данных, а также между вышестоящей системой АСУТП и концентратором данных (протяженностью до 1 км - радиоканал между концентратором данных и контролируемыми пунктами кустов газовых скважин. Система телемеханики функционирует на основе опроса нижестоящих узлов (контроллеров) вышестоящим узлом. Узлы системы, расположенные выше контроллеров КП, одновременно являются ведущими для подключённых к ним узлам нижестоящего уровня и подчинёнными для узлов вышестоящего уровня. Ведущий узел посылает подчиненным узлам сообщения о требуемых данных и периодически запрашивает у них аварийные сообщения и ответные данные. Далее в качестве примера приведены два видеокадра (мнемосхемы) АРМ оператора системы телемеханики, расположенного на УКПГ. На первом видеокадре (рис. 22.3) изображена схема газоконденсатного месторождения, на которой представлены семь кустов скважин и газопровод подключения. По каждому кусту скважин на схеме приведена следующая информация - состояние связи - суммарный мгновенный дебит по кусту скважин - интегральный дебит сначала суток - дебит по кусту скважин за предыдущие сутки. На втором видеокадре (рис. 22.4) развернута мнемосхема одного из кустов скважин. В верхней части мнемосхемы выведены данные диагностики по кусту скважин состояние связи с КП, сигнализация отсутствия напряжения, разряда аккумуляторов, открытия двери блок- бокса, низкой температуры в блок-боксе. Приводится информация о значениях напряжения, потребляемого тока, потенциала катодной защиты. В середине мнемосхемы представлена детальная информация по каждой скважине куста дебиты мгновенные и интегральные, перепад давления на сужающем устройстве, давление и температура газа в трубопроводе. В правой части мнемосхемы приведены качественные характеристики газа плотность при нормальных условиях, молярная доля С 2 , молярная доля N 2 , барометрическое давление. 22.2. СИСТЕМА ТЕЛЕМЕХАНИКИ КУСТОВ ГАЗОВЫХ СКВАЖИН НА БАЗЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ФИРМЫ MOTOROLA Объектами автоматизации комплекса являются 84 газовые скважины, сгруппированные в 31 куст по две - четыре скважины. Газ от кустов по 13 шлейфам подается в пункт переключающей арматуры (ППА) на входе УППГ. НАЗНАЧЕНИЕ И ЦЕЛИ СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ Комплекс телемеханики кустов газовых скважин является подсистемой АСУТП УППГ. Комплекс предназначен для централизованного автоматизированного контроля за работой газовых скважин в реальном масштабе времени в условиях отсутствия внешнего сетевого электроснабжения. 374 Комплекс телемеханики обеспечивает - автоматический сбор и вычисление параметров работы газовых скважин - обработку и накопление данных, получаемых от расходо- мерных узлов (РУ) и датчиков, в дистанционных терминалах (RTU) каждого куста газовых скважин - автоматическое тестирование состояния работоспособности аппаратуры кустов газовых скважин - организацию сеансов обмена данными и командами пора диоканалу на выделенной частоте между дистанционными терминалами (RTU) каждого куста и концентратором данных (FIU) диспетчерского комплекта - обработку и накопление данных в концентраторе данных с последующей выдачей информации на АРМ диспетчера ив ИУС промысла - графическое представление системы на мониторе АРМ диспетчера для оперативного контроля и управления работой комплекса. Целями создания комплекса являются - обеспечение надежной эксплуатации газовых скважин, предотвращение нештатных и аварийных ситуаций - увеличение объёмов добычи газа, повышение производительности газовых скважин - обеспечение эффективной загрузки технологического оборудования УППГ; - обеспечение эксплуатации газового промысла с минимальной численностью оперативного дежурного персонала с периодическим обслуживанием - сокращение эксплуатационных расходов и трудовых затратна исследования и обслуживание газовых скважин - обеспечение экологической безопасности производства. СТРУКТУРА КОМПЛЕКСА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ рис. 22.5) Комплекс телемеханики «Гиперфлоу-ТМ» включает - диспетчерский комплект (ДК), расположенный на УКПГ, в составе интерфейсный контроллер MOSCAD FIU (Field Interface Unit); радиостанция Motorola GM340; комплект антенно-фидерных устройств (АФУ); АРМ диспетчера на базе ПК и ПО iFIX (SCADA); - кустовые комплекты КК (по количеству кустов) в составе контроллер телемеханики MOSCAD-M; 375 Рис. Структура комплекса телемеханики кустов газовых скважин портативная радиостанция Motorola GP320; комплект АФУ; контроллер управления питанием электроники кустового комплекта буферная аккумуляторная батарея ёмкостью 12 Ач; блок литиевых элементов ёмкостью 56 Ач; две солнечные панели (батареи термоэлектрический генератор ветрогенератор; - расходомерные узлы «Гиперфлоу» (по количеству скважин) в составе нестандартное сужающее устройство (НСУ); комплексный датчик с вычислителем расхода «Гиперфлоу- ЗПм»; защитный кожух. • Расходомерный узел является единым измерительным комплексом, предназначенным для работы на скважинах промыслов и станций подземного хранения газа в условиях сильно загряз нённой среды ив большом динамическом диапазоне изменения расхода. 376 Расходомерный узел предназначен для измерения и регистрации избыточного давления, перепада давления на сужающем устройстве и температуры контролируемой среды, вычисления и регистрации расхода и количества природного газа и дистанционной передачи измеренных, вычисленных и зарегистрированных данных в цифровой форме. При измерении расхода контролируемой среды используется метод переменного перепада давления. Нестандартное сужающее устройство (НСУ) является конструктивной основой изделия. НСУ врезается в трубопровода на его корпус устанавливается комплексный датчик с вычислителем расхода «Гиперфлоу-ЗПм». НСУ создает переменный перепад давления, однозначно связанный с расходом среды. Перепад давления воспринимается сенсорами датчика. В корпусе НСУ устанавливается сенсор температуры среды, также подключённый к датчику. Отсутствие импульсных трубок, подводящих давление к измерительному прибору, позволяет обходиться без активного обогрева в условиях низких температур окружающей среды. Предельно допустимые значения измеряемых величин Измеряемая среда Природный газ Избыточное давление измеряемой среды, МПа 0,25...25,0 Температура измеряемой среды, "С -40...+50 Погрешность измерения расхода, С ±5 • Кустовой комплект предназначен для сбора данных, полученных расходомерными узлами и датчиками, установленными на шлейфах газовых скважин, их передачи по радиоканалу в диспетчерский пункта также обеспечения своей работоспособности за счёт входящих в КК внешних (термоэлектрогенераторы, ветряная турбина, солнечные модули) и внутренних (аккумуляторы, литиевые элементы) источников питания в условиях отсутствия внешнего сетевого электропитания. Основным элементом кустового комплекта является управляющий контроллер MOSCAD-M. MOSCAD-M - контроллер телемеханики и связной пакетный контроллер производства фирмы Motorola, специально предназначенный для систем с низким энергопотреблением и автономным питанием. Он построен на базе современного микропроцессора Motorola 68VZ328 и имеет развитые средства программного управления собственным энергопотреблением и питанием подключенных к нему устройств. Диспетчерский комплект предназначен для приема-передачи по радиоканалу данных с кустовых комплексов, архивирования их, а также обеспечения связи с АСУТП УППГ-А и ИУС газового промысла по протоколу MODBUS и интерфейсной шине RS-232. Аппаратное обеспечение диспетчерского комплекта включает в свой состав системный блок ПЭВМ, монитор, клавиатуру, мышь, источник бесперебойного питания. Программное обеспечение комплекса содержит комплект серверных и клиентских программ iFIX (SCADA); программное обеспечение для конфигурирования и программирования контроллеров MOSCAD. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ К Т М КГС Период сбора данных о режимах работы газовых скважин может назначаться в диапазоне от 15 мин домин с кратностью 15 мин. Длительность непрерывной работы комплекса в режиме с периодом опроса 60 мин не менее 0,5 года - на внутренних встроенных источниках электроэнергии при отсутствии внешних автономных источников электроэнергии 5 лет - при восполнении энергозапаса от внешних автономных источников электроэнергии. • КК КТМ КГС предусматривает возможность подключения до четырёх комплектов расходомерных узлов «Гиперфлоу». • КТМ КГС обеспечивает возможность подключения до 32 КК. • КТМ КГС обеспечивает передачу данных от каждого КК на ДК по радиоканалу на расстояние до 25 км прямой видимости. Диагностика КК КТМ КГС обеспечивается с помощью диагностического комплекта. Диагностика включает проверку состояния расходомерных узлов «Гиперфлоу», внешних автономных источников электроэнергии, встроенных аккумуляторных батарей и литиевых элементов, контроллеров, включая контроль неисправности оборудования и каналов связи. Средний срок службы составных частей комплекса 10 лет, с учетом замены встроенных элементов питания (аккумуляторной батареи и литиевых элементов, имеющих срок службы 5 лет. Средняя наработка на отказ каждого канала телеметрии для информационных функций составляет - 40 000 ч для функций управления - 50 000 ч. 22.3. АСУТП АБСОРБЦИОННОЙ УСТАНОВКИ КОМПЛЕКСНОЙ ПОДГОТОВКИ ГАЗА НА БАЗЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ФИРМЫ SIEMENS ХАРАКТЕРИСТИКА ГАЗОВОГО ПРОМЫСЛА Объектом автоматизации в рамках создаваемой АСУТП является газовый промысел, включающий в свой состав следующие технологически связанные промысловые объекты газосборная сеть УКПГ; газосборная сеть (с площадкой переключающей арматуры и насосной метанола установка комплексной подготовки газа УКПГ; дожимная компрессорная станция (с цехом очистки газа газопровод подключения УКПГ к промысловому газопроводу. Состав газа сеноманской продуктивной залежи по всей площади практически постоянен и составляет СН 4 - 98,43 %; С 2 Н 6 - 0,11 %; С 3 Н„ - 0,02 %; N 2 - 1,104 %; СВ состав газового потока также входят конденсационная (находящаяся в пласте в паровом состоянии) и пластовая (выносимая газовым потоком из пласта) вода, а также механические примеси. Отбор пластового газа для его подготовки к транспорту на ГП обеспечивается 45 скважинами, сгруппированными в 15 кустов. Подключение кустов скважин к ГП осуществляется по индивидуальным газопроводам-шлейфам. Эксплуатационные характеристики газовых скважин отбор газа - 14,4 млрд м 3 /год; устьевая температура - +12...13 С средний дебит скважины - 619 тыс. м 3 /сут. Кроме действующей газосборной сети к ГП также по индивидуальным газопроводам-шлейфам подключаются 7 кустов (24 скважины. В ЗПА происходит снижение и выравнивание давления, переключение коллекторов на факел при продувке и на обводной коллектор при аварийной остановке УКПГ. На выходе ЗПА газ попадает в газосборный коллектор с установленной на нём дистанционно управляемой переключающей арматурой, что даёт 379 |