Отраслевыенаучныеиприкладныеисследования
 Скачать 0.68 Mb.
|
|
Отраслевые научные и прикладные исследования : Информационные технологии 109 УДК 004 АВТОМАТИЗАЦИЯ АБСОРБЦИОННОЙ УСТАНОВКИ ОСУШКИ ГАЗА НА УКПГ № 9 УРЕНГОЙСКОГО ГАЗОКОНДЕНСАТНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ––––––– AUTOMATION OF THE GAS OSUSHKA ABSORBING INSTALLATION ON THE GPP № 9 OF THE URENGOY GAS-CONDENSATE FIELD Сиротин Денис Геннадиевич начальник отдела главного механика Уренгойское газопромысловое управление ООО « Газпром добыча Уренгой » Алиев Владимир Кязимович кандидат технических наук , доцент кафедры машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов Армавирский механико - технологический институт ( филиал ) Кубанский государственный технологический университет Sirotin Denis Gennadiyevich Head of department of the chief mechanical engineer. Urengoy gas-field management of JSC Gazprom dobycha Urengoy Aliyev Vladimir Kyazimovich Candidate of Technical Sciences, associate professor of cars and equipment of oil and gas fields. Armavir mekhaniko-institute of technology (branch) Kuban State University of Technology Аннотация . В статье рассмотрены вопросы создания ав - томатизируемой системы управления технологическими процессами осушки газа Уренгойского газоконденсатного месторождения на абсорбционных установках осушки Ключевые слова : осушка газа , автоматизированная си - стема управления , технологические процессы Annotation. In article questions of creation of the automated control system of technological processes of an osushka of gas of the Urengoy gas-condensate field on absorbing installations of an osushka are considered. Keywords: gas osushka, automated control system, technological processes. Основные задачи автоматизации Процесс осушки газа на УКПГ № 9 Уренгойского газоконденсатного месторожде - ния осуществляется на абсорбционных установках осушки В промысловых условиях абсорбционные установки осушки подвержены различ - ным внешним воздействиям , что и вызывает необходимость управления ими Основ - ная задача управления состоит в обеспечении заданной степени осушки газа при ми - нимальных энергетических и материальных затратах и соблюдении ограничений на технологические параметры процесса Процесс осушки газа на газовом промысле осуществляют в шестнадцати параллельно работающих абсорберах , входы и выходы которых подключены к коллекторам Опыт эксплуатации их показывает , что , несмотря на одинаковые конструктивные характеристики аппарата , их гидравлические сопротив - ления различны Это приводит к неравномерной нагрузке аппаратов и уменьшению об - щей эффективности их работы Поэтому задача автоматического управления заключа - ется не только в поддержании требуемой точки росы осушенного газа , но и в обеспе - чении равномерного распределения потоков газа между абсорберами [3]. Для обеспечения надёжной осушки газа в переменном ( по расходу газа ) режиме необходимо поддерживать максимальный расход ДЭГ , постоянную его концентрацию , а также постоянную температуру контакта фаз ( под максимальным понимается такой расход абсорбента , который при максимальной нагрузке аппарата по газу и постоянной концентрации гликоля обеспечивает заданную степень осушки газа ). Такая система управления обеспечивает инвариантность влажности газа по отношению к его расходу Основными факторами технологического процесса являются : ● температура в абсорбере A-201; ● давления в абсорбере A-201; ● уровень насыщенного ДЭГа в абсорбере А -201; Отраслевые научные и прикладные исследования : Информационные технологии 110 ● расход регенерированного ДЭГ в абсорбер А -201; ● температура регенерированного ДЭГ ; ● температуры точки росы ( влагосодержание ) осушенного газа ; ● регулирование уровня пластовой воды в абсорбере А -201. Выход некоторых параметров за границы установленные технологическим регла - ментом может привести к возникновению аварийной ситуации ( выходу из строя или разрушению технологических аппаратов ). Опасные отклонения особенно важных па - раметров необходимо сигнализировать и предотвращать Назначение и цели создания автоматизируемой системы управления технологическими процессами Создаваемая автоматизируемая система управления ( АСУ ) технологическими процессами ( ТП ) должна соответствовать ГОСТ 24.104-85 ЕСС АСУ « Автоматизирован - ные системы управления Общие требования » и ПБ 09-540-03 « Общие правила взры - вобезопасности для взрывопожароопасных химических , нефтехимических и нефтепе - рерабатывающих производств ». АСУТП осушки газа предназначена для : ● сбора и обработки информации о состоянии технологических параметров , исполнительных механизмов и технологического оборудования ; ● управления исполнительными механизмами в автоматическом режиме , а также организации человеко - машинного интерфейса для автоматизированного режима управления ; ● ведения базы данных реального времени , а также архивации и хранения исто - рии состояния объекта с требуемого момента времени ; ● обнаружение , сигнализация и регистрация отклонений параметров от уста - новленных границ ; ● анализ срабатывания блокировок и защит ; ● формирования предупредительных сигнализаций оперативному персоналу Целями создания системы являются : ● обеспечение режимов работы УКПГ на основе применения комплексных и оп - тимизационных алгоритмов , надёжной работы технологического оборудования ; ● обеспечение бесперебойной подачи вырабатываемого продукта требуемого качества ; ● обеспечение эффективной загрузки технологического оборудования ; ● обеспечение локализации и оперативного управления в нештатных ситуациях ; ● минимизация потерь при возникновении нештатных ситуаций ; ● обеспечение высокой экологической безопасности производства Структура АСУТП должна соответствовать магистрально - модульному принципу построения с сетевой организацией обмена информацией между устройствами и иметь распределённое программное обеспечение и базу данных , доступную ( с задан - ными ограничениями ) всем абонентам промышленной сети Сетевая организация АСУТП должна обеспечить подключение системы к сети УКПГ , организованной на базе сети Ethernet. АСУТП должна быть двухуровневой Под двухуровневой системой понимается си - стема , в которой все реализуемые задачи программно и аппаратно разделяются на два уровня Нижний уровень реализует задачи непосредственного управления объектом Верхний уровень реализует задачи интерфейса оператора Связь между нижним и верхним уровнями должна осуществляться преимущественно кодовым способом по - средством специализированных промышленных сетей большой производительности , обеспечивающих полный цикл обмена данными между компонентами в пределах од - ной секунды Обмен информацией должен осуществляться автоматически АСУТП должна иметь возможность организации связи со смежными АСУ Распределенная система управления ( РСУ ) и противоаварийная защита ( ПАЗ ) должны функционировать как независимые структуры , имеющие раздельные каналы получения информации и выход на исполнительные механизмы Система ПАЗ должна строиться на автономно функционирующих средствах микропроцессорной техники и Отраслевые научные и прикладные исследования : Информационные технологии 111 обеспечивать гарантированную реализацию аварийной сигнализации и алгоритмов за - щитных блокировок технологических процессов в критических ситуациях АСУТП должна обеспечивать работу объекта автоматизации в круглосуточном режиме с количеством рабочих дней не менее 360. АСУТП должна быть ориентирована на работу в реальном времени , т е быть предсказуемой и обеспечивать выполнение всех функций точно в срок РСУ и ПАЗ должны иметь программную и аппаратную диагностику исправности сетей , станций , модулей и блоков , входных и выходных электрических цепей В РСУ и ПАЗ должна быть предусмотрена возможность замены неисправных модулей и блоков в оперативном режиме АСУТП должна иметь гибкую структуру , быть наращиваемой , легко адаптиро - ваться к изменениям характеристик технологических процессов во времени , обеспечи - вать модификацию алгоритмов решения задач и наборов , участвующих в них пере - менных , конфигурирование схем регулирования и управления , допускать расширение объёма информационных задач и задач управления Кроме аппаратурного резерва РСУ и ПАЗ должны обладать временной и функциональной избыточностью ( степень загруженности контроллеров , запас ёмкости памяти и свободных функциональных блоков и т д .). Для обеспечения нормального функционирования АСУТП и предотвращения не - санкционированного вмешательства в ход технологического процесса должна быть предусмотрена защита информации от несанкционированного доступа Защита должна быть обеспечена с помощью ключей и программных паролей АСУТП должна автомати - чески вести учёт пользователей с регистрацией информации о начале и окончании рабо - ты , а также о действиях операторов - технологов в процессе работы Эти данные должны быть защищены от возможного вмешательства и изменения после их регистрации Временный отказ технических средств или потеря электропитания не должны приводить к разрушению накопленной или усреднённой во времени информации Структура комплекса технических средств АСУТП Система автоматизированного управления технологическими процессами осушки газа предназначена для контроля и управления технологическими процессами получе - ния товарного газа АСУТП осушки газа имеет двухуровневую структуру с чётко выраженной иерар - хией уровней : ● верхний уровень – уровень оперативно - производственной службы ( ОПС ); ● нижний уровень – уровень систем автоматического управления ( САУ ) техно - логическим процессом УКПГ В АСУТП осушки газа реализуются следующие типы информационного взаимо - действия между компонентами системы : ● между ОПС и управляющими процессорами I/A Series АСУТП УКПГ № 9; ● между управляющими процессорами и выносными УСО I/A Series. Организация информационного взаимодействия между уровнем ОПС и управ - ляющими процессорами САУ осуществляется посредством резервированной шины NodeBus. Обмен данными между управляющими процессорами и модулями УСО осу - ществляется посредством резервированной шины Fieldbus. Верхний уровень обеспечивает сбор и обработку данных , ведение технологической базы данных , дистанционное управление технологическим оборудованием , визуализацию состояния технологического оборудования , формирование и печать отчётных документов , связь с уровнем системы автоматического управления ( САУ ) технологическим процессом установки комплексной подготовки газа Уровень ОПС реализован в операторских станци - ях на базе автоматизированных рабочих мест ( АРМ ) оперативно - технологического персо - нала и программного обеспечения системы I/A Series фирмы Foxboro. В операторских станциях верхнего уровня сконфигурирован пользовательский интерфейс для взаимодействия оператора с системой Технологическая информация , сообщения о нарушениях предупредительных и предаварийных границ для аналого - Отраслевые научные и прикладные исследования : Информационные технологии 112 вых параметров , изменениях состояний исполнительных механизмов , срабатывании противоаварийной защиты ( ПАЗ ), срабатывании дискретных сигнализаторов отобра - жается на дисплее операторских станций Нижний уровень системы автоматизированного управления ( САУ ) включает спе - циальные технические средства контроля и управления ( ПЛК , модуль ввода / вывода , коммуникационные модули , агрегатную автоматику и т п .), установленные в аппарат - ных ( щитовых ) соответствующих объектов Реализует в автоматическом режиме функции сбора , первичной обработки ин - формации , управления исполнительными механизмами , технологическим оборудова - нием , контурами регулирования согласно алгоритмам управления САУ технологиче - скими процессами осушки газа строится на базе программно - технических средств си - стемы I/A Series фирмы Foxboro. Топология САУ технологическими процессами осушки газа приведена на рисунке 1. Каждая из подсистем САУ технологическими процессами осушки газа представ - ляет собой распределённую структуру , и все эти подсистемы объединены общей тех - нологической сетью Nodebus. Основные вычислительные мощности размещаются в аппаратных Они представляют собой программируемые логические контроллеры на базе резервируемых (fault-tolerant) управляющих процессоров СР 60FT. В аппаратных соответствующих позиций размещаются модули ввода / вывода , осуществляющие пер - вичное преобразование полевых сигналов Управляющий процессор СР 60FT связан оптоволоконной резервированной шиной Fieldbus, а также резервированной шиной Fieldbus на коаксиальном кабеле с модулями ввода / вывода Модули ввода / вывода мон - тируются на базовой плате На каждой плате размещается до 8 модулей ввода / вывода Базовые панели связаны друг с другом внутрисистемными кабелями Каждый из моду - лей связан с терминальной панелью Структура САУ УКПГ № 9 приведена на рисунке 2. Рисунок 1 – Топология системы автоматизированного управления Отраслевые научные и прикладные исследования : Информационные технологии 113 Рисунок 2 – Структура САУ УКПГ № 9 Управляющий процессор СР 60FT представляет собой микропроцессорное устройство , состоящее из двух параллельно работающих модулей , каждый из которых независимо подсоединён к шинам Nodebus и Fieldbus. Каждый модуль управляющего процессора включает в себя : ● процессор AMD DX5 с тактовой частотой 133 МГц , который выполняет всю об - работку данных ; ● сопроцессор LAN 82596CA, управляющий передачей данных по сети Nodebus; ● процессор AMD 386, управляющий передачей данных по сети Fieldbus. Два модуля управляющего процессора составляют резервированную пару и рас - считаны на обеспечение продолжительности работы управляющего процессора при практически любом аппаратном сбое одного из модулей пары Оба модуля одновре - менно получают и обрабатывают информацию При этом если информация на входах двух модулей различается , то на каждом модуле запускается самодиагностика , по ре - зультатам которой определяется неисправный модуль После этого управление на се - бя берет исправный модуль , при этом не нарушается нормальная работа системы Подключение управляющего процессора к полевой сети Fieldbus осуществляется при помощи резервируемого свича Foxboro. Управляющие процессора устанавливаются в каркасы для установки системных модулей ( рис . 3). Каждый каркас содержит 4 резервируемых источника питания 30 В и поддерживает установку до 8 управляющих процессоров Как уже отмечалось , модули ввода / вывода устанавливаются на базовых платах Базовые панели крепятся вертикально на DIN рейках , размещённых в шкафах , уста - новленных в аппаратных технологических объектов На каждой плате может устанав - ливаться до 8 модулей ввода / вывода Любой модуль можно снять с базовой панели без демонтажа и разборки клеммников проводов от полевых приборов и внутренней проводки Базовые панели могут образовывать группу , при этом они соединяются друг Отраслевые научные и прикладные исследования : Информационные технологии 114 с другом при помощи специальных кабелей ( экранированная витая пара ). Для связи с управляющим процессором на 0 ( первой ) базовой панели устанавливается модуль свя - зи FCM10E, преобразующий сигналы 10Base2 в сигналы HDLC, воспринимаемые мо - дулями ввода / вывода Модули связи FCM10E подключаются непосредственно к резер - вированной сети Fieldbus, а модули связи FCM10Ef подключаются к резервированной сети Fieldbus с помощью свичей Foxboro. |