Диплом. Автоматизация процесса осушки газа на установке комплексной подг. Реферат дипломный проект 104 с., 24 рисунка, 17 таблиц, 11 использованных источников, 1 приложение
 Скачать 7.56 Mb.
|
 /сут. Аппарат представляет собой колонну (рисунок 1.2) высотой 13500 мм и диаметром 1200 мм функционально разделенную на три секции: сепарации, абсорбции и секции улавливания гликоля. В нижней сепарационной части абсорбера А-201, предусмотрено освобождение газа от механических примесей, масла используемого в уплотнении газоперекачивающего агрегата (ГПА) ДКС, пластовой воды и конденсата. Отсепарированная жидкость, пройдя фильтр, сбрасывается в разделитель Е-310. Газ, содержащий конденсационную влагу, пластовую воду из сепарационной части абсорбера поступает в массообменную секцию абсорбера, где многократно контактируя с раствором ДЭГ, осушается. Механизм осушки газа пpедставляет собой пpоцесс абсоpбции влаги, находящейся в паpообpазном состоянии, концентpиpованным pаствоpом диэтиленгликоля. Концентpиpованный ДЭГ, сливаясь вниз по насадкам, поглощает влагу из газа, пpи этом сам насыщается влагой и концентpация его снижается с 99,3 до 97,3 %масс. Насыщенный ДЭГ собиpается на глухой таpелке абсоpбеpа и автоматически отводится на установку pегенеpации ДЭГа.  Рисунок 1.2 - Многофункциональный аппарат Осушенный газ из поглотительной секции абсорбера поступает в газораспределительную секцию, где установлены фильтр-патроны (типа СФП-3.00.000). Констpукция фильтp-патpонов пpедставляет собой цилиндpический каpкас из пеpфоpиpованного листа, на котоpый намотано в 5-6 слоев лавсановое техполотно. Снизу и свеpху намотка из техполотна аpмиpована 2-3 слоями металлической pукавной сетки. Патрон к тарелке крепится центральным металлическим стержнем, а для герметичности соединения между патроном и тарелкой устанавливается прокладка. Мельчайшие частицы уносимого газом гликоля коагулируются на ткани и стекают с нее на тарелку, а затем по выносному трубопроводу в линию вывода ДЭГ с полуглухой тарелки массообменной части аппарата. Регулирование подачи и отвода абсорбента, а также отвод отделенной в абсорбере жидкости должно осуществляется с помощью коммуникационных технологических линий абсорбера. Установка содержит следующие технологические линии (рисунок 1.3): линию подвода РДЭГ в абсорбер с насосом Н-1; линию отвода НДЭГ из абсорбера; линия сброса в разделитель Е-310; дренажную линию. Количество регенерированного диэтиленгликоля, подаваемого на осушку в абсорбер А-201, зависит от расхода газа через установку и его влагосодержания. Подача регенерированного ДЭГ в абсорбер обеспечивается насосом H-1 объемом 10…12 л/тыс.м3. Расход абсорбента контролируется задвижкой с электроприводом (позиция ЗАД.1), установленной на линии подачи гликоля в абсорбер. Задвижка с электроприводом (позиция ЗАД.2) поддерживает уровень на полуглухой тарелке 700 мм. Задвижка с электроприводом (позиция ЗАД.3) в нормальном режиме полностью открыта. При падении уровня ДЭГа ниже 350 мм ЗАД.1 аварийно закрывается для предотвращения прорыва газа в разделитель, при уровне выше 780 мм - открывается. Предусмотрена сигнализация максимального (срабатывает при уровне ДЭГ - 950 мм) и минимального уровня (срабатывает при уровне ДЭГ - 350 мм) на полуглухой тарелке абсорбера. Уровень пластовой воды в аппарате изменяется за счет открытия (закрытия) задвижки с электроприводом (позиция ЗАД.4). Предусмотрен контроль перепада давления на массообменной секции абсорбера с помощью приборов. Максимально допустимый перепад давления по абсорберу 0,06 МПа.  . ПАТЕНТНАЯ ПРОРАБОТКА .1 Выбор и обоснование предмета поиска В дипломном проекте рассматриваются вопросы автоматизации процесса осушки газа на установке осушки газа Уренгойского газоконденсатного месторождения. Параметры технологического процесса осушки газа должны определяться с заданной точностью. Одним из важных измеряемых параметров на абсорбционной установке осушки газа является расход РДЭГ. Для измерения расхода РДЭГ предлагается использовать кориолисовый расходомер Micro Motion CMF, поэтому при проведении патентного поиска особое внимание было уделено поиску и анализу кориолисовых расходомеров. .2 Регламент патентного поиска Патентный поиск проводился с использованием фондов УГНТУ по источникам патентной документации Российской Федерации. Поиск по пяти ведущим зарубежным странам не проводился в связи с отсутствием материалов в фондах УГНТУ. Поскольку промышленное приборостроение развивается очень быстрыми темпами, и обновление приборов происходит постоянно, была выбрана глубина поиска 5 лет (2007 - 2011 гг.). Поиск проводился по индексу МПК G01F 1/84 «Измерение объема или массы жидкостей, газов или сыпучих тел путем пропускания их через измерительные устройства непрерывным потоком (измерение соотношений расхода) c помощью расходомеров гироскопического действия с определением массы». При этом были использованы следующие источники патентной информации: полные описания к патентам Российской Федерации; документы справочно-поискового аппарата; официальный бюллетень Российского Агентства по патентам и товарным знакам «Изобретения. Полезные модели». .3 Результаты поиска Результаты просмотра источников патентной документации приведены в таблице 2.1. Таблица 2.1 - Результаты патентного поиска
.4 Анализ результатов патентного поиска Анализ патентных исследований позволяет дать оценку некоторым устройствам, найденным в результате патентного поиска. Рассмотрим более подробно аналоги, приведенные в таблице 2.1. Изобретение по патенту России № 2295120 относится к измерительному преобразователю вибрационного типа, предназначенному, в частности, для использования в вискозиметре, вискозиметре/плотномере или вискозиметре/массовом расходомере. Измерительный преобразователь вибрационного типа для протекающей в трубопроводе жидкости содержит вибрирующую при работе с заданной частотой колебаний измерительную трубу для протекания жидкости, воздействующее на измерительную трубу для обеспечения ее вибрирования устройство возбуждения, сенсорное устройство для регистрации вибраций измерительной трубы и фиксированный на измерительной трубе гаситель крутильных колебаний. Измерительная труба сообщена с трубопроводом через входящий во впускной конец измерительной трубы впускной патрубок и входящий в выпускной конец измерительной трубы выпускной патрубок. Преимущественно для создания сил сдвига в жидкости измерительная труба при работе измерительного преобразователя совершает, по меньшей мере, временно крутильные колебания вокруг своей воображаемой продольной оси с мгновенной частотой. Для уменьшения или предотвращения отбора колебательной энергии из измерительного преобразователя в присоединенный трубопровод гаситель крутильных колебаний при работе, по меньшей мере, частично заставляют колебаться внефазно с совершающей крутильные колебания измерительной трубой. Изобретение по патенту России № 2339007 относится к кориолисову массовому расходомеру/плотномеру для протекающей в трубопроводе, в частности двух- или более фазной среды, а также к способу получения измеренного значения, представляющего массовый расход. Для прохождения текучей среды измерительные преобразователи включают в себя, по меньшей мере, одну, закрепленную в несущей раме, например трубчатой или коробчатой, измерительную трубку с согнутым или прямым сегментом, который для вырабатывания названных выше реакционных сил заставляют при работе вибрировать с приводом от электромеханического устройства возбуждения. Для регистрации вибраций сегмента трубки, в частности со стороны входа и выхода, измерительные преобразователи содержат далее реагирующее на движения сегмента трубки физико-электрическое сенсорное устройство. У кориолисовых массовых расходомеров для протекающей в трубопроводе среды измерение массового расхода основано на том, что среду заставляют течь через помещенную в трубопровод и вибрирующую при работе измерительную трубку, в результате чего среда испытывает кориолисовы силы. Они, в свою очередь, вызывают то, что входные и выходные участки измерительной трубки колеблются со сдвигами по фазе по отношению друг к другу. Величина этих фазовых сдвигов служит мерой массового расхода. Колебания измерительной трубки регистрируют посредством двух отстоящих друг от друга вдоль измерительной трубки датчиков колебаний упомянутого сенсорного устройства и преобразуют в измерительные сигналы колебаний, по взаимному фазовому сдвигу которых определяют массовый расход. Изобретение по патенту России № 2439503 относится к проточным устройствам, которые измеряют характеристику текущего вещества и способы для эксплуатации проточных устройств. Привод принимает первый сигнал, вызывающий вибрацию, по меньшей мере, одной измерительной трубки при резонансной частоте, и второй сигнал, вызывающий вибрацию, по меньшей мере, одной измерительной трубки при частоте, отличной от резонансной частоты. Изобретение по патенту России № 2448330 относится к кориолисову расходомеру для детектирования разности фаз и/или частоты вибрации, пропорциональной кориолисовой силе, действующей на расходомерную трубку, чтобы получать удельный массовый расход и/или плотность измеряемой текучей среды. В кориолисовом расходомере детектируется разность фаз и/или частота вибрации, пропорциональная кориолисовой силе, действующей, по меньшей мере, на одну расходомерную трубку или пару расходомерных трубок, чтобы тем самым получать удельный массовый расход и/или плотность измеряемой текучей среды. Кориолисов расходомер включает в себя аналого-цифровые преобразователи для преобразования аналоговых сигналов, выводимых из датчиков скорости или датчиков ускорения, которые являются парой датчиков детектирования вибрации в цифровые сигналы, пару квадратурных частотных модуляторов для выполнения преобразования частоты для цифровых сигналов, которые соответствуют паре датчиков детектирования вибрации, модуль измерения частоты для измерения частоты на основе одного цифрового сигнала, выводимого из пары датчиков детектирования вибрации, и передающее устройство для формирования частотного сигнала, соответствующего (1-1/N) от цифрового сигнала частоты. Разность фаз получается на основе сигналов, сформированных посредством квадратурных частотных модуляторов. Технический результат - возможность измерения с постоянной точностью и с высокой производительностью фильтрации. Патентные исследования показали, что на сегодняшний день существует достаточно большое количество кориолисовых расходомеров, разнообразных по своему устройству. Это подтверждает правомерность использования кориолисовых расходомеров для измерения расхода РДЭГ на линии подачи в абсорбер. . АВТОМАТИЗАЦИЯ АБСОРБЦИОННОЙ УСТАНОВКИ ОСУШКИ ГАЗА НА УКПГ .1 Основные задачи автоматизации Процесс осушки газа на УКПГ № 9 Уренгойского ГКМ осуществляется на абсорбционных установках осушки. В промысловых условиях абсорбционные установки осушки подвержены различным внешним воздействиям, что и вызывает необходимость управления ими. Основная задача управления состоит в обеспечении заданной степени осушки газа при минимальных 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 сопротивления различны. Это приводит к неравномерной нагрузке аппаратов и уменьшению общей эффективности их работы. Поэтому задача автоматического управления заключается не только в поддержании требуемой точки росы осушенного газа, но и в обеспечении равномерного распределения потоков газа между абсорберами [3]. Для обеспечения надежной 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; 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 регламентом может привести к возникновению аварийной ситуации (выходу из строя или разрушению технологических аппаратов). Опасные отклонения особенно важных параметров необходимо сигнализировать и предотвращать. .2 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 «Автоматизированные системы управления. Общие требования» и ПБ 09-540-03 «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих 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 истории состояния объекта с требуемого момента времени; обнаружение, сигнализация и регистрация отклонений параметров от установленных границ; анализ срабатывания блокировок и защит; формирования предупредительных сигнализаций оперативному персоналу. Целями создания системы являются: обеспечение режимов работы УКПГ на основе применения комплексных и оптимизационных алгоритмов, надежной 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 распределенное программное обеспечение и базу данных, доступную (с заданными 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 система, 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 посредством специализированных промышленных сетей большой производительности, обеспечивающих полный цикл обмена данными между компонентами в пределах одной 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 обеспечивать гарантированную реализацию аварийной сигнализации и алгоритмов защитных 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 адаптироваться к изменениям характеристик технологических процессов во времени, обеспечивать модификацию алгоритмов решения задач и наборов, участвующих в них переменных, конфигурирование схем регулирования и управления, допускать расширение объема информационных задач и задач управления. Кроме аппаратурного резерва РСУ и ПАЗ должны обладать временной и функциональной избыточностью (степень загруженности контроллеров, запас емкости памяти и свободных функциональных блоков и т.д.). Для обеспечения нормального функционирования АСУТП и предотвращения несанкционированного 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 автоматически вести учет пользователей с регистрацией информации о начале и окончании работы, 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 усредненной во времени информации. .3 Структура комплекса технических средств АСУТП Система автоматизированного управления технологическими процессами осушки газа предназначена для контроля и управления технологическими процессами получения товарного газа. АСУТП осушки газа имеет двухуровневую структуру с четко выраженной иерархией уровней: верхний уровень - уровень оперативно-производственной службы (ОПС); нижний уровень - уровень систем автоматического управления (САУ) технологическим процессом УКПГ. В АСУТП осушки газа реализуются следующие типы информационного взаимодействия между компонентами системы: между ОПС и управляющими процессорами I/A Series АСУ ТП УКПГ № 9; между управляющими процессорами и выносными УСО I/A Series. Организация информационного взаимодействия между уровнем ОПС и управляющими процессорами САУ осуществляется посредством резервированной шины NodeBus. Обмен данными между управляющими процессорами и модулями УСО осуществляется 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 отчетных документов, связь с уровнем системы автоматического управления (САУ) технологическим процессом установки комплексной подготовки газа. Уровень ОПС реализован в операторских станциях на базе автоматизированных рабочих мест (АРМ) оперативно-технологического персонала 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 аналоговых параметров, изменениях состояний исполнительных механизмов, срабатывании противоаварийной защиты (ПАЗ), срабатывании дискретных сигнализаторов отображается на дисплее операторских станций. Нижний уровень системы автоматизированного управления (САУ), включает специальные технические средства контроля и управления (ПЛК, модуль ввода/вывода, коммуникационные модули, агрегатную автоматику и т.п.), установленные в аппаратных (щитовых) соответствующих объектов. Реализует в автоматическом режиме функции сбора, первичной обработки информации, управления исполнительными механизмами, технологическим оборудованием, контурами регулирования согласно алгоритмам управления. САУ технологическими процессами осушки газа строится на базе программно-технических средств системы I/A Series фирмы Foxboro. Топология САУ технологическими процессами осушки газа приведена на рисунке 3.1. |