Автоматизация процесса подготовки газа к транспорту

1.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
"ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"
ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ
Кафедра «Кибернетических систем»
ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ
Зав.кафедрой Кибернетических систем
________________ О.Н.Кузяков
"____" _______________________ 2016 г.
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОДГОТОВКИ ГАЗА К
ТРАНСПОРТУ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к бакалаврской работе
БР.15.03.04.44/113-а.150.2016.00.ПЗ
НОРМОКОНТРОЛЕР:
РУКОВОДИТЕЛЬ:
доцент, к.т.н.
доцент, к.т.н.
______________
Ведерникова Ю.А.
______________ Говорков Д.А.
РАЗРАБОТЧИК:
Студент группы _АТПбзу-13-2_
______________ Поляков А.К.
Бакалаврская работа
защищена с оценкой _______________
Секретарь ГЭК______ _____________
Тюмень 2016

2.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
"ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"
ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ
УТВЕРЖДАЮ
Зав. кафедрой
кибернетических систем
______________ Кузяков О.Н.
«_____»______________2016 г.
ЗАДАНИЕ
на бакалаврскую работу
Ф.И.О. обучающегося _Поляков Антон Константинович___________________
Ф.И.О. руководителя ВКР _Говорков Денис Александрович
_______________
Тема ВКР Автоматизация процесса подготовки газа к транспорту________
____________________________________________________________________
утверждена приказом по ИГиН от ___17 мая 2016 г.__№ _44/113-а_.
Срок предоставления завершенной ВКР на кафедру «_10_» _октября_ 2016 г.
Исходные данные к ВКР__Технологический регламент УКПГ________________
____________________________________________________________________
Содержание пояснительной записки
Наименование раздела (главы)
Количество
листов
иллюстративного
материала
% от
объема ВКР
Дата
выполнения
15%
15.09.2016
30%
25.09.2016
30%
30.09.2016
25%
10.10.2016
Описание и характеристика
технологического объекта
управления
Автоматизация технологического
процесса цеха сепарации газа газа
Программируемый логический
контроллер
Расчет системы автоматического
регулирования уровня в
сепараторе
Всего листов в демонстрационной (графической) части ВКР____14_____
Консультанты:
______________________________
______________________________
Дата выдачи задания
«_17_» __мая__ 2016 г.
________________
(подпись руководителя)
Задание принял к исполнению «_17_» __мая__ 2016 г.
________________
(подпись обучающегося)
3

3.

Реферат
Бакалаврская работа 69 с, 27 рисунков, 17 таблиц, 26 источников,
4
приложения, 14 листов презентации.
АВТОМАТИЗАЦИЯ,
АБСОРБЕР,
SIMATIC
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
УКПГ,
S7-300
ОСУШКА,
АЛГОРИТМ,
СОЕДИНЕНИЙ,
САР,
ДИЭТИЛЕНГЛИКОЛЬ,
СХЕМА
УРОВЕНЬ,
ВНЕШНИХ
НАСТРОЙКИ
РЕГУЛЯТОРА
Объектом исследования является цех сепарации газа на установке
комплексной подготовки газа (УКПГ) Уренгойского газоконденсатного
месторождения.
Цель
работы
программного
-
проектирование
обеспечения
аппаратной
автоматизированной
части
системы
и
разработка
управления
технологическим процессом (АСУ ТП) цеха сепарации газа на УКПГ
Уренгойского газоконденсатного месторождения.
Верхний уровень АСУ ТП ЦСГ реализован на базе персонального
компьютера и программного пакета TRACE MODE 6..
Подсистемы контроля и управления, представляющая средний уровень,
выполнена на базе программируемого логического контроллера Siemens
SIMATIC S7-300.
Произведён расчёт САР уровня конденсата в сепараторе С-101-1.
Проверка качества регулирования по прямым показателям качества показала,
что
рассчитанные
значения
настроек
оптимальными.
4
ПИ-регулятора
можно
считать

4.

Содержание
Введение ...................................................................................................................... 7
1
Характеристика технологического процесса подготовки газа к
транспорту .................................................................................................................. 9
1.1 Общая характеристика объекта управления ................................................ 9
1.2 Описание технологического процесса цеха сепарации газа..................... 10
1.3 Очистка газа от капельной жидкости в сетчатых газосепараторах ......... 11
2
Автоматизация цеха подготовки газа к транспорту ................................ 13
2.1 Функции АСУ ТП цеха подготовки газа .................................................... 13
2.2 Структура АСУ ТП цеха подготовки газа .................................................. 14
2.3 Описание информационного обеспечения ................................................. 15
2.4 Комплекс технических средств нижнего уровня ....................................... 16
3
Микропроцессорный контроллер SLC-500 в АСУ ТП ЦОГ .................. 25
3.1 Обоснование выбора контроллера .............................................................. 25
3.2 Выбор конфигурации контроллера ............................................................. 31
3.2.1 Центральный процессор ....................................................................... 31
3.2.2 Модули ввода/вывода ........................................................................... 34
3.3 Расчет энергопотребления............................................................................ 37
3.4 Описание алгоритма контроля и управления ............................................. 38
3.5 Программная реализация алгоритмов ......................................................... 38
3.6 Верхний уровень управления....................................................................... 40
3.6.1 Автоматизированное рабочее место оператора ................................. 40
3.6.2 Выбор программной среды для разработки интерфейса оператора 41
3.6.3 Экранные формы ................................................................................... 43
3.7 Выбор протокола обмена информацией ..................................................... 47
4
1
Расчет системы регулирования уровня конденсата в сепараторе С-101............................................................................................................................. 50
4.1 Определение параметров модели объекта и выбор типа регулятора ...... 50
4.2 Расчёт оптимальных настроек регулятора уровня .................................... 51
4.3 Выводы по разделу........................................................................................ 56
Заключение ............................................................................................................... 58
Список использованных источников ................................................................ 59
5

5.

Приложение А .......................................................................................................... 62
Приложение Б .......................................................................................................... 63
Приложение В .......................................................................................................... 64
Приложение Г .......................................................................................................... 65
6

6.

Введение
Одним из приоритетных направлений энергетической стратегии России
до 2030 года является развитие нефтегазового комплекса севера России и, в
частности, Западной Сибири. И это не удивительно, ведь только в ЯмалоНенецком
автономном
округе
сосредоточены
две
трети
запасов
нефтегазоносной провинции. Но энергетические ресурсы Западной Сибири не
дешевы. Здесь крайне слабая инфраструктура. Характерная особенность зимы –
морозная погода с продолжительными осадками и частыми метелями.
Такие климатические условия и инфраструктура района предъявляют
повышенные
используемых
требования
для
ко
всему
автоматизации
комплексу
технических
нефтегазового
средств,
месторождения.
Эффективность работы месторождения зависит от правильно построенной
автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ
ТП), учитывающей особенности объекта автоматизации и режимов его
функционирования.
Для современных предприятий внедрение АСУ ТП является серьёзным
шагом к решению таких ключевых задач, как улучшение качества продукции,
сокращение издержек предприятия, получение максимальной прибыли,
увеличение конкурентоспособности, обеспечение точности планирования и
повышение безопасности производства. Перевод предприятия на «рельсы»
передовых технологий и инновационных решений даёт широкие возможности в
реализации стратегических целей компании. Важнейшим аспектом внедрения
систем управления является знание технологического процесса и оптимальных
режимов работы предприятия.
Целью данной работы является проектирование АСУ ТП очистки и
осушки газа для обеспечения:
- сбора и обработки информации о состоянии технологических параметров,
исполнительных механизмов и технологического оборудования;
- управления исполнительными механизмами в автоматическом режиме;
7

7.

- организации человеко-машинного интерфейса для автоматизированного
режима управления;
- формирования предупредительных сигнализаций оперативному персоналу;
- обнаружение, сигнализация и регистрация отклонений параметров от
установленных границ;
- анализ срабатывания блокировок и защит;
- ведение базы данных реального времени, а также архивации и хранения
истории состояния объекта с требуемого момента времени.
8

8.

1
Характеристика технологического процесса подготовки газа к
транспорту
1.1
Общая характеристика объекта управления
В состав технологического комплекса УКПГ входят следующие
сооружения [2]:
- цех сепарации газа;
- цех осушки газа и регенерации метанола;
- цех регенерации гликоля;
- склад химреагентов;
- сооружения энергоснабжения;
- объекты водоснабжения;
- очистные сооружения производственно- дождевых стоков;
- канализационные сооружения;
- сооружения пожаротушения.
Природный
газ
на
установку
комплексной
подготовки
газа
транспортируется от кустов газовых скважин. При транспортировке газа по
шлейфам-коллектоpам происходит его охлаждение за счет теплообмена с
окружающей средой (в зимнее время), а также за счет незначительного
дросселирования, связанного с потерями давления на трение.
Так как пpиpодный газ находится в условиях полного насыщения влагой
(относительная влажность - 100%), то при снижении температуры возможна
конденсация жидкости - гидpатообpазование.
Для предотвращения гидpатообpазования (особенно в зимнее время) и
ликвидации
образовавшихся
кристаллогидратов
(гидpатных
пробок)
предусмотрена централизованная подача в шлейфы - коллекторы ингибитора
гидpатообpазования - метанола.
Подготовка газа к транспорту заключается в отделении из него газового
конденсата, пластовой воды с растворенным в ней метанолом и механических
примесей, с последующей осушкой его диэтиленгликолем.
9

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

25.

26.

27.

28.

29.

30.

31.

32.

33.

34.

35.

36.

37.

38.

39.

40.

41.

42.

43.

44.

45.

46.

47.

48.

49.

50.

51.

52.

53.

54.

55.

56.

57.

58.

Список использованных источников
1. Масагутов, Р. АСУ ТП установки подготовки газа с расширенной
функциональностью системы ПАЗ / Ринат Масагутов // Современные
технологии автоматизации. – 2012. – №2. – С.20-29.
2. Технологический
регламент
автоматизированного
технологического
комплекса УКПГ-2 Уренгойского газоконденсатного месторождения [Текст]
/ Новый Уренгой – 1998. – 137;
3. КОНГ-ПРИМА-10
[Электронный
ресурс].
URL:
http://npovympel.ru/products/products-gigro/gigrometry/analizator_kongprima10/
(дата обращения: 24.09.2016).
4. Датчики
давления
Метран
ресурс].
[Электронный
URL:
http://www2.emersonprocess.com/ruRU/brands/Metran/Products/Pressure/Pages/index.aspx
(дата
обращения:
24.09.2016).
5. Манометры, вакуумметры и мановакуумметры показывающие МП4-У,
ВП4-У и МВП4-У [Электронный ресурс]. URL: http://www.manotomtmz.ru/catalog/item-39-mp4_u.html (дата обращения: 24.09.2016).
6. Датчики
температуры
Метран
[Электронный
ресурс].
URL:
http://www2.emersonprocess.com/ruRU/brands/Metran/Products/Temperature/Pages/index.aspx
(дата
обращения:
24.09.2016).
7. Преобразователи уровня САПФИР 22-ДУ [Электронный ресурс]. URL:
http://komplektprom.ru/preobrazovateli-urovnya-sapfir-22-d1 (дата обращения:
24.09.2016).
8. СУР-10 – сигнализатор уровня ультразвуковой [Электронный ресурс]. URL:
http://spavt.com/katalog/sign_urovnja/sur-9_10.html
24.09.2016).
59
(дата
обращения:

59.

9. Массовый кориолисовый расходомер ЭМИС-МАСС 260 [Электронный
ресурс].
URL:
(дата
http://emis-kip.ru/ru/prod/massovyj_rashodomer/
обращения: 24.09.2016).
10. СТМ-30 – газоаналитическая система [Электронный ресурс]. URL:
http://www.analitpribor-smolensk.ru/products/bezopasnostgazoanalizatory/stacionarnye_gazoanalizatory/stm30m_signalizator/
(дата
обращения: 24.09.2016).
11. Блок
управления
AUMA
MATIC
[Электронный
http://www.adl.ru/index.php?m=catalog&cat_con=2047
ресурс].
(дата
-
URL:
обращения:
24.09.2016).
12. Программируемые логические контроллеры (PLC) [Электронный ресурс].
URL: http://en-res.ru/katalog/programmiruemye-logicheskie-kontrollery-plc.html
(дата обращения: 21.09.2016).
13. Оценка
критериев
выбора
ПЛК
[Электронный
ресурс].
URL:
http://asutpforum.ru/viewtopic.php?t=2801 (дата обращения: 21.09.2016).
14. SIMATIC
[Электронный
S7-300
ресурс].
URL:
http://dfpd.siemens.ru/products/automation/simatic/SIMATIC_S7/S7-300/
(дата
обращения: 20.09.2016).
15. Программируемые логические контроллеры SIMATIC S7 [Электронный
ресурс]. URL: http://isup.ru/articles/4/306/ (дата обращения: 20.09.2016).
16. Контроллеры
DirectLOGIC
[Электронный
ресурс].
URL:
http://www.plcsystems.ru/catalog/DirectLOGIC_2/?utm_source=isup?utm_mediu
m=isup?utm_campaign=isup (дата обращения: 20.09.2016).
17. Новые контроллеры от компании AutomationDirect [Электронный ресурс].
URL: http://www.isup.ru/articles/4/5218/ (дата обращения: 20.09.2016).
18. CompactLogix
[Электронный
http://www.eskovostok.ru/catalog/b113/compactlogix
11.06.2016).
60
ресурс].
URL:
(дата
обращения:

60.

19. Контроллеры
CompactLogix
ресурс].
[Электронный
URL:
(дата
http://www.flexcontrols.ru/products/kontrollery_CompactLogix/
обращения: 22.09.2016).
20. Список инструкций системы S7-300
[Электронный ресурс]. URL:
http://dfpd.siemens.ru/infocenter/543/638/640/806/
(дата
обращения:
20.09.2016).
21. STEP7
[Электронный
ресурс].
http://dfpd.siemens.ru/infocenter/543/638/640/806/
URL:
(дата
обращения:
20.09.2016).
22. Пользовательский интерфейс, SCADA-пакеты [Электронный ресурс]:
Энциклопедия АСУ ТП. URL: http://bookasutp.ru/Chapter9_4.aspx
(дата
обращения: 21.09.2016).
23. SCADA
TRACE
MODE
[Электронный
ресурс].
URL:
http://www.adastra.ru/products/dev/scada/ (дата обращения: 21.09.2016).
24. PROFIBUS DP в системе SIMATIC S7 [Электронный ресурс]. URL:
http://profibus-dp.ru/profibus-dp-v-sisteme-simatic-s7
(дата
обращения:
21.09.2016).
25. Разработка ПИД-управления с Control System Toolbox [Электронный
ресурс].
URL:
http://www.mathworks.com/videos/pid-control-design-with-
control-system-toolbox-68748.html?type=shadow&s_tid=disc_rhs
(дата
обращения: 21.09.2016).
26. Коновалов, Б.И. Теория автоматического управления. [Текст]: учебное
пособие / Б.И. Коновалов, Ю.М. Лебедев – М.: ЛАНЬ, 2010. – 224 с.
61