Отчет по практике. Отчет по практике. Таушев С.Б.. Компьютерные системы автоматизации нефтегазовых производств
 Скачать 42.79 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации ФГБОУ ВО «Нижневартовский государственный университет» Факультет экологии и инжиниринга Кафедра нефтегазового дела Отчет по учебной практике (практика по получению первичных профессиональных умений и навыков, в том числе первичных умений и навыков научно-исследовательской деятельности) направление: 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств» профиль: «Компьютерные системы автоматизации нефтегазовых производств» Выполнил: студент 2 курса группы 9953 заочной формы обучения __________/ С.Б. Таушев/ Принял: руководитель от организации (НВГУ) к.э.н., доцент ____________/О.И. Чубарова/ Нижневартовск 2021 Содержание Введение 3 Глава 1. Расходомер «Рапира»: назначение и устройство. 4 Глава 2. Расходомер «Метран-Взлет УРСВ 540»: назначение и устройство 7 Глава 3. Преобразователь расхода вихреакустический Метран-305ПР 11 Глава 4. Преобразователь давления Метран-45 13 Глава 5. Портативный ультразвуковой расходомер газов PT878GC 15 Заключение 18 Список литературы 19 ВведениеФилиал «Макрорегион Западная Сибирь» ООО ИК «СИБИНТЕК» создан в январе 2016 г. и является крупнейшим поставщиком ИТ-услуг для предприятий нефтегазодобывающей отрасли на территории Западной Сибири и Уральского федерального округа. Филиал является самым крупным в Обществе, территориально он представлен городах: Нефтеюганск, Нижневартовск, Тюмень, Пыть-Ях, Пойковский, Радужный, Нягань, также отделами в городах Новый Уренгой, Селехард и участком в г. Кургане. Головной офис филиала находится в г. Нефтеюганске. История предприятия начинает свой отсчёт с далекого 1967 года – года создания Научно-исследовательской лаборатории КИПиА при НПУ «Юганскнефть». В дальнейшем на ее базе был создан первый в Нефтеюганском регионе цех автоматизации производства нефтепромыслового управления «Юганскнефть». Развитие автоматизации и информационных технологий в регионе только начиналось и было неразрывно связано с нефтедобывающим производством. Автоматчики всегда шли рядом с нефтяниками, работая среди тайги и болот, в суровых северных условиях, своим трудом вносили большой вклад в развитие нефтедобычи. С тех пор прошло много лет, сменилось не одно поколение специалистов, менялась техника, совершенствовались технологии. Структуры автоматизации пережили немало перемен, но какие бы названия они не носили, их задачи и функции оставались прежними – обеспечить высокий уровень автоматизации и информатизации добычи, подготовки и транспортировки нефти. Глава 1. Расходомер «Рапира»: назначение и устройство. Расходомеры - счётчики жидкости ультразвуковые РАПИРА-ПВ предназначены для измерения объёмного расхода и объёма жидких сред. Область применения приборов - системы поддержания пластового давления в нефтедобывающей отрасли в соответствии с требованиями ПБ 08-624. По согласованию с изготовителем допускается применение прибора для измерения объёмного расхода и объёма других жидких сред. Прибор с повышенной стойкостью к внешним воздействиям может эксплуатироваться при температуре окружающей среды от минус 40 до плюс 70°С со степенью защиты оболочки IP 66 Принцип работы РАПИРА-ПВ основан на измерении разности времени прохождения ультразвуковых сигналов по направлению потока жидкости в трубопроводе и против него. Формирование ультразвуковых сигналов производится двумя преобразователями электроакустическими (ПЭА1, ПЭА2), установленными на блоке первичного преобразования (БПП). Работа ПЭА1 и ПЭА2, образующих один измерительный канал, в режиме излучения и приёма происходит попеременно, обеспечивая распространение ультразвуковых сигналов по и против потока жидкости. При зондировании потока ультразвуковыми сигналами разность времён задержки распространения их по потоку и против потока жидкости пропорциональна скорости потока жидкости. Электронный блок БПП, подключённый к ПЭА1 и ПЭА2, преобразует принятые ультразвуковые сигналы в цифровую форму и осуществляет измерение указанной разности времён задержки, по которой вычисляет объёмный расход жидкости в трубопроводе и передаёт данные об объёмном расходе на цифровой выход БПП В исполнениях без взрывозащиты данные об измеренном расходе с цифрового выхода БПП передаются на персональный компьютер по интерфейсу RS-485 (протокол MODBUS RTU или внутренний, в зависимости от заказа). Электронный блок БПП производит также формирование импульсов на импульсном выходе, количество которых пропорционально измеренному расходу жидкости. Во взрывозащищённых исполнениях данные об измеренном расходе с цифрового выхода БПП поступают на блок регистрации расхода (БРР), который осуществляет приём результатов измерения от БПП взрывозащищённого исполнения, расчёт объёмов нарастающим итогом и суммарного времени исправной работы прибора, сохранение результатов измерения в энергонезависимой памяти в виде архива часовых результатов объёмом 1536 записей (64 суток), индикацию результатов измерения на жидкокристаллическом индикаторе, обмен данными с персональным компьютером по интерфейсу RS-485 (протокол MODBUS RTU), а также формирование импульсов на импульсном выходе, количество которых пропорционально измеренному расходу жидкости. MODBUS – коммуникационный протокол, основанный на master-slave (главный/подчиненный) архитектуре, при которой только главное устройство (master) может инициировать передачу (формировать запросы). Подчиненные устройства (slaves) передают запрашиваемые главным устройством данные, или производят запрашиваемые действия. Главный может адресоваться индивидуально к подчиненному или может инициировать передачу широковещательного сообщения для всех подчиненных устройств. Подчиненное устройство формирует сообщение и возвращает его в ответ на запрос, адресованный именно ему. Ответное сообщение не формируется в ответ на широковещательный запрос от главного. Программа «Терминал расходомера Рапира» реализована как главное устройство, инициирующее обмен в линии (или сети). Для передачи данных по последовательным линиям связи в сетях MODBUS может быть использован один из двух способов передачи: ASCII или RTU. При использовании ASCII-режима каждый байт сообщения передается как два ASCII-символа. При использовании RTU-режима каждый байт сообщения содержит два 4-х битных шестнадцатеричных числа. Каждое сообщение передается в этом режиме непрерывным потоком. Параметры конфигурации порта обмена программы: режим – RTU, скорость –19200 Бод, 8 бит данных, младшим значащим разрядом вперед, контроль четности – EVEN (1 бит четности), 1 стоп-бит. Т.к. программа обеспечивает прием/передачу пакетов по протоколу MODBUS RTU, то далее будет рассматриваться только данный режим протокола MODBUS Глава 2. Расходомер «Метран-Взлет УРСВ 540»: назначение и устройствоРасходомер предназначен для точного измерения расхода жидких веществ в условиях, где надежность имеет критическое значение. Он повышает рентабельность благодаря исключительной повторяемости и линейности измерений во всем диапазоне расхода, уменьшив объем потерь неучтенной жидкости Принцип действия ультразвукового расходомера (частота более 20 кГц) жидкости и газа основан на явлении смещения звукового колебания проходящего сквозь движущуюся жидкую среду. Неоспоримыми достоинствами ультразвуковых расходомеров являются: малое или полное отсутствие гидравлического сопротивления, надежность (так как отсутствуют подвижные механические элементы), высокая точность, быстродействие, помехозащищенность. Все эти достоинства определили высокую распространенность данных расходомеров при измерении расхода жидкостей и газов. Для измерения расхода жидкости и газа ультразвуком в основном используют два метода: первый – это фазовый метод измерения расхода; второй - это частотный метод измерения расхода. Фазовые ультразвуковые расходомеры Принцип действия этихультразвуковых расходомеровоснован на измерении разности фазовых сдвигов двух ультразвуковых колебаний, направленных по потоку жидкости или газа и против него. На поверхности трубопровода расположены два пьезоэлектрических элемента 1 и 2. В качестве пьезоэлектрических элементов используют пластины титаната бария, обладающие наиболее высоким пьезомодулем по сравнению с другими пьезоэлектриками. Пьезоэлемент 1 механическим переключателем 3 подключен к генератору высокочастотных синусоидальных электрических колебаний. Пьезоэлемент преобразует электрические колебания в ультразвуковые, которые направляются в контролируемую среду через стенки трубопровода. Пьезоэлемент 2 воспринимает ультразвуковые колебания, прошедшие в жидкости расстояние L, и преобразует их в выходные электрические колебания. Наличие в схеме механического переключателя ограничивает возможность измерения быстро меняющихся расходов вследствие небольшой частоты переключений (порядка 10 Гц). Это можно исключить, если в трубопроводе установить две пары пьезоэлементов так, чтобы в одной паре излучатель непрерывно создавал колебания, направленные по потоку, а в другой – против потока. В таком расходомере на фазометр будут непрерывно поступать два синусоидальных колебания, фазовый сдвиг между которыми пропорционален скорости потока жидкости или газа. Если колебания распространяются в направлении скорости потока, то они проходят расстояние L за время. где а – скорость звука в данной среде; v – скорость потока; L – расстояние между излучателем и приемником ультразвуковых колебаний. При распространении колебаний против скорости потока Отношение весьма мало по сравнению с единицей (для жидкостей 1000... 1500 м/с; 3...4 м/с), поэтому с большой степенью точности исходя из уравнений (1.1) и (1.2) можно принять: В фазовых ультразвуковых расходомерах фиксируется разность времени . Из уравнений (1.3) и (1.4) получим уравнение фазового ультразвукового расходомера (разность фаз пропорциональна скорости потока, а значит и его объёмному расходу): Из уравнения (1.5) следует, что точность измерения расхода зависит от точности измерения и постоянства значения L. Частотно-пакетные ультразвуковые расходомеры Принцип действия этих ультразвуковых расходомеров основан на измерении частот импульсно-модулированных ультразвуковых колебаний, направляемых одновременно по потоку жидкости или газа и против него. Генераторы Г создают синусоидальные колебания высокой частоты (10 МГц) и подают их через модуляторы М на излучающие пьезоэлементы П1 и ПЗ, Пьезоэлемент П1 создает направленные ультразвуковые излучения (с частотой 10 МГц), которые воспринимаются пьезоэлементом П2. При неподвижной жидкости время распространения излучений при расстоянии L между пьезоэлементами равно. Если жидкость перемещается по трубе со скоростью v, то составляющая скорости в направлении движения ультразвуковых колебаний равна, следовательно, время перемещения колебаний между пьезоэлементами П1 и П2 по потоку жидкости. Соответственно время перемещения колебаний между пьезоэлементами П3 и П4 против направления потока . Модулятор совместно с двумя пьезоэлементами и усилителем-преобразователем УП включены в схему периодического модулирования. Как только первые колебания, поступающие на приемные пьезоэлементы П2 и П4, достигнут модуляторов, работающих в триггерном режиме, произойдет отключение генераторов от пьезоэлементов П1 и ПЗ, и излучение ультразвуковых колебаний прекращается. Оно возобновляется в те моменты, когда последние ультразвуковые колебания первых пакетов достигнут приемных пьезопреобразователей и генерация электрических колебаний прекратится. В эти моменты модуляторы вновь пропускают электрические колебания от генератора к приемным пьезоэлементам и процесс повторяется. Частота модулирования сигналов зависит от скорости потока и направления ультразвуковых колебаний (по потоку или против него). Разность частот, определяемая пересчетной схемой ПС, пропорциональна скорости потока и не зависит от скорости распространения звука в среде. Это является преимуществом частотного метода, так как исключается воздействие физических параметров среды (плотность, температура) на показания прибора. Разность Δƒ регистрируется прибором РП. Диапазон измерения расхода приборами данного типа теоретически неограничен. Погрешность ультразвуковых расходомеров примерно ±2 % скорости движения жидкости: Для конкретной конструкции прибора и L постоянны. Глава 3. Преобразователь расхода вихреакустический Метран-305ПРПрименение: в нефтедобывающей промышленности измерение расхода воды в системах поддержания пластового давления (ППД). Полная взаимозаменяемость с вихревыми преобразователями расхода, традиционно эксплуатирующимися в системах ППД, по присоединительным размерам и по способу монтажа. Суть вихреакустического принципа измерения расходасостоит в измерении скорости потока путем определения частоты образования вихрей за телом обтекания, установленным в проточной части преобразователя расхода. Определение частоты вихреобразования производится при помощи ультразвука, имеющего частоту 1МГц ("ультразвуковое детектирование вихрей"). Преобразователь представляет собой моноблочную конструкцию, состоящую из проточной части и электронного блока. В корпусе проточной части расположены: тело обтекания _ призма трапецеидального сечения (1), пьезоизлучатели ПИ (2), пьезоприемники ПП (3) и термодатчик (7). Электронный блок включает в себя генератор (4), фазовый детектор (5), микропроцессорный адаптивный фильтр с блоком формирования выходных сигналов (6) смонтированные на печатной плате. Для контроля работы пребразователей Метран_300ПР, Метран_320, Метран_305ПР на колодке установлены 2 светодиода _ зеленый и красный. Зеленый светодиод сигнализирует о нормальной работе преобразователя, при этом частота мигания соответствует частоте следования импульсов выходного сигнала преобразователя. Красный светодиод загорается при возникновении нештатной ситуации: расходе, меньшем 0,8Qmin или хаотичном характере процесса вихреобразования, который возможен, в частности, при попадании посторонних предметов на тело обтекания. У преобразователя Метран_303ПР светодиодная диагностика отсутствует. Диагностические сообщения выводятся на ПК по HART_протоколу. Тело обтекания (ТО) установлено на входе жидкости в проточную часть. При обтекании ТО потоком жидкости за ним образуется вихревая дорожка, частота следования вихрей в которой с высокой точностью пропорциональна скорости потока, а, следовательно, и расходу. За ТО в корпусе проточной части диаметрально противоположно друг другу установлены стаканчики, в которых собраны ультразвуковой пьезоизлучатель (ПИ) и пьезоприемник (ПП). В зависимости от типа преобразователи имеют 2 конструктивных исполнения: _ однолучевые преобразователи _ одна пара ПИ_ПП (Dу 25_200 мм); _ двухлучевые преобразователи _ две пары ПИ_ПП (Dу 250, 300 мм). От генератора на ПИ подается переменное напряжение, которое преобразуется в ультразвуковые колебания. При прохождении через поток, в результате взаимодействия с вихрями, ультразвуковые колебания модулируются по фазе. На ПП модулированные ультразвуковые колебания вновь преобразуются в напряжение, которое подается на фазовый детектор. На фазовом детекторе определяется разность фаз между: _ сигналами с ПП и опорного генератора _ для однолучевых преобразователей; _ сигналами с ПП первой и второй пары пьезоэлементов _ для двухлучевых преобразователей. Напряжение на выходе фазового детектора по частоте и амплитуде соответствует частоте и интенсивности следования вихрей, которая, в силу пропорциональности скорости потока, является мерой расхода. Для фильтрации случайных составляющих сигнал с фазового детектора подается на микропроцессорный адаптивный фильтр и, затем, в блок формирования выходных сигналов. Для повышения достоверности показаний при обработке сигнала вычисляется дисперсия периода колебаний вихрей. Для расширения динамического диапазона в область малых расходов, где характеристика преобразователя не линейна и зависит от температуры теплоносителя, применяется температурная коррекция. Для этого в корпусе проточной части установлен термодатчик, сигнал от которого вводится в программу вычисления расхода. Проточная часть преобразователя изготовлена из нержавеющей стали и обработана по высокому классу чистоты поверхности, что минимизирует образование отложений и тем самым стабилизирует метрологические характеристики. Для проведения периодической поверки по беспроливной (имитационной) методике ТО выполнено съемным. Электронный блок размещен в отдельном корпусе, соединенном с проточной частью трубчатым кронштейном. Внутри трубчатого кронштейна проходят провода, соединяющие плату электроники с пьезоэлементами. Преобразователи в базовом исполнении имеют в обязательном порядке импульсные выходные сигналы На боковой стороне корпуса электронного блока располагаются штепсельный разъем или сальниковый кабельный ввод, которые служат для соединения преобразователей с вторичными приборами (вычислителями) и источниками питания. Корпус закрыт крышками, уплотнение которых производится резиновыми прокладками, что обеспечивает его герметичность. Глава 4. Преобразователь давления Метран-45Датчики давления (в дальнейшем датчики) предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра - давления избыточного, разрежения, давления- разрежения, разности давлений, гидростатического (уровня) в стандартный токовый выходной сигнал дистанционной передачи. Датчики Метран-43 предназначены для преобразования давления рабочих сред: жидкостей, газа (в т.ч. газообразного кислорода и кислородосодержащих газовых смесей при давлении не выше 1,6 МПа) и пара. Датчики давлений Метран- 43-ДГ, Метран-43Ф-ДГ, Метран-43Ф-ДД не предназначены для работы в среде газообразного кислорода и кислородосодержащих газовых смесей. Датчик состоит из преобразователя давления (в дальнейшем - измерительный блок) и электронного преобразователя. Датчики различных моделей имеют унифицированный электронный преобразователь и отличаются лишь конструкцией измерительного блока. В качестве чувствительного элемента в датчиках используются тензопреобразователи. Измеряемый параметр воздействует на мембрану измерительного блока и линейно преобразуется в деформацию чувствительного элемента, вызывая при этом изменение электрического сопротивления тензорезисторов тензопреобразователя, размещенного в измерительном блоке. Глава 5. Портативный ультразвуковой расходомер газов PT878GCРасходомер жидкости TransPort PT878 фирмы GE Panametrics – законченная портативная ультразвуковая система измерения расхода, полностью укомплектованная дополнительными принадлежностями и аксессуарами, и позволяющая решать практически все задачи по измерению расхода. Это расходомер с небольшими размерами и весом, легкий в использовании. Большой жидкокристаллический дисплей (ЖКД) позволяет отображать скорость потока, объемный расход и энергию теплового потока в цифровом и графическом форматах. Блок подзаряжаемых батарей с универсальным зарядным устройством входят в комплект этого прибора и обеспечивают возможность его использования практически в любых промышленных условиях. Все акустически проводящие жидкости, включая большинство чистых жидкостей, а также многие жидкие среды, содержащие твердые включения и газовые пузырьки. Максимально возможное при измерении количество включений зависит от типа используемых ультразвуковых преобразователей, частоты, длины хода ультразвукового луча и конфигурации трубопровода Новейшие технологии измерения расхода в портативном исполнении Расходомер TransPort PT878GC фирмы GE Panametrics – законченная портативная времяимпульсная измерительная система, полностью укомплектованная дополнительными принадлежностями и аксессуарами, и позволяющая решать практически все задачи по измерению расхода газов. Его компактные размеры, небольшой вес, питание от аккумуляторной батареи и зарядное устройство обеспечивают высокую эффективность применения PT878GC.Исторически сложилось, что измерение расхода с использованием накладных ультразвуковых преобразователей было ограничено только жидкими средами. Существующие технологии не могли работать на металлических трубах, содержащих газ. Несколько лет назад компания GE Panametrics разработала новую технологию, которая расширила применение накладных ультразвуковых преобразователей в область измерения расхода газов, в том числе при высоком или низком давлении в трубах из металлов и большинства других материалов. Расходомер TransPort PT878GC может быть использован для измерения расхода практически любых газов. Наиболее целесообразно применять его для измерения расхода агрессивных, токсичных, высокочистых или стерильных газов, либо в таких задачах, где нарушение целостности стенки трубы нежелательно. Так как нет необходимости врезки в трубопровод, то затраты на монтаж значительно снижаются. Прибор не имеет деталей, контактирующих с измеряемой средой, или подвижных узлов, не вызывает потери давления и имеет очень большой динамический диапазон. Новый прибор прошел большой объем испытаний на металлических трубах, содержащих воздух, водород, природный газ и другие газы в широком диапазоне диаметров труб от 4 до 24 дюймов. Использование запатентованной времяимпульсной корреляционной технологии детектирования позволило получить очень высокую точность измерения относительная погрешность менее ±2% при воспроизводимости ±0,5%. Так как накладные ультразвуковые преобразователи устанавливаются снаружи трубопровода, то они не создают помех движению потока и их установка не приводит к потерям давления в отличии от других типов расходомеров. PT878GC не имеет движущихся частей, способы монтажа преобразователей не дают возможности загрязнениям накапливаться в местах их установки, практически, исключая необходимость очистки или других операций по техническому обслуживанию. Цифровой и графический формат представления данных на большом ЖКД Большой, многофункциональный ЖКД позволяет результаты измерений как буквенно-цифровой, так и в графическом форме. Это также помогает при программировании – представление команд меню при вводе данных и выбор необходимых функции. ЗаключениеВ процессе прохождения производственной практики мною были получены практические знания, которые закрепили мои теоретические знания, полученные в процессе обучения в институте. Проходя производственную практику, мною был получен бесценный опыт работы на предприятии и с персоналом. Мною были изучены производственные документы, история и структура предприятия, были выполнены некоторые производственные задания. Со мной был проведён инструктаж по технике безопасности и охране труда. Терминальный доступ к вычислительным ресурсам позволяет боле эффективно использовать ресурсы предприятия. Дальнейшее развитие терминального доступа – «облачные вычисление». С внедрением новых центров обработки данных данная тема получит дальнейшее развитие, которое затребует кадровую базу из нынешних студентов. Прохождение производственной практики было для меня весьма полезным. Были достигнуты все поставленные цели, как-то, закрепление и углубление полученных в институте теоретических знаний. А так же овладение практическими производственными навыками, приобретение рабочего опыта. Этот бесценный опыт позволит мне определиться с моей дальнейшей деятельностью в качестве специалиста. Список литературы http://www.metran.ru/ http://panametrics-ndt.ru/ http://www.ooo-pribor.ru/ Датчик давления Метран-43 «Техническое описание и инструкции» Челябинск 2007 Расходомер-счетчик жидкости ультразвуковой РАПИРА –ПВ Руководство по эксплуатации Новосибирск-2009 Датчик расхода ультразвуковой Метран-УРСВ 540 «Техническое описание и инструкции» Челябинск 2006 Датчик расхода вихреакустический Метран-305ПР «Техническое описание и инструкции» Челябинск 2008 |