литература / Примеры построения схем автоматизации, в том числе, для колонн / 2015 [Тынчеров] Основы автоматизации ТПНП

УДК 622.27 ББК 33.131

Т93

Печатается по решению редакционно-издательского совета ФГБОУ ВПО УГНТУ

Рецензенты:

Л. Е. Кнеллер — заместитель генерального директора ОАО НПП ВНИИгеофизических исследований скважин (ВНИИГИС), академик РАЕН, д-р техн. наук, профессор.

Р. З. Миннигаллимов — начальник департамента добычи нефти и газа ОАО «Татойлгаз», д-р техн. наук.

Тынчеров К. Т.

Т93 Основы автоматизации технологических процессов нефтегазового производства [Текст]: учебное пособие / авт.-сост. К.Т. Тынчеров. – Уфа: РИЦ УГНТУ, 2015. – 370 с.: ил.

ISBN 978-5-93105-247-2

Учебное пособие содержит материалы теоретического (лекционного) курса по учебной дисциплине «Основы автоматизации технологических процессов нефтегазового производства» в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом по направлению 131000 «Нефтегазовое дело». Пособие охватывает все разделы учебной программы дисциплины. Помимо вводного курса в метрологию, теорию автоматов и автоматизации особый акцент сделан на изучение конкретных систем, устройств и приборов, применяемых в настоящее время, а также рассмотрены перспективные направления процессов автоматизации.

Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения по специальности «Эксплуатация и обслуживание объектов добычи нефти», а также преподавателей дисциплины.

ISBN 978-5-93105-247-2

УДК 622.27 ББК 33.131

©Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2015.

©К. Т. Тынчеров, 2015.

4.5.4.Ультразвуковые расходомеры……………………………….. 186

4.5.5.Расходомеры переменного уровня…………………………... 188

4.5.6.Тепловые расходомеры……………………………………….. 189

4.5.7.Вихревые расходомеры………………………………………. 190

4.5.8.Кориолисовы расходомеры…………………………………... 193 Глава 5. Методы и средства измерения вибрации……………..…………….. 197

5.1.Методы измерения вибрации……………………………………….. 197

5.2.Средства измерения вибрации……………………………………… 239

Глава 6. Измерение физико-химических свойств жидкостей и газов……… 242

6.1.Измерение физико-химических свойств нефти и пластовых вод... 242

6.1.1.Измерение физико-химических свойств нефти………….…. 242

6.1.1.1.Измерение плотности………………………………….. 244

6.1.1.2.Измерение вязкости…………………………………… 250

6.1.1.3.Измерение испаряемости……………………………… 265

6.1.1.4.Измерение сжимаемости……………………………… 275

6.1.1.5.Измерение газосодержания…………………………… 277

6.1.1.6.Измерение газового фактора………………………….. 280

6.1.2. Измерение физико-химических свойств пластовой воды..… 281

6.2. Измерение физико-химических свойств газов…………………….. 285

Глава 7. Релейные элементы……...…………………………………………… 302

7.1.Электромагнитные реле постоянного и переменного тока……... .. 304 7.1.1. Электромагнитные реле постоянного тока

(нейтральные)………………………………………………………... 305 7.1.2. Электромагнитные реле постоянного тока

(поляризованные)...……….…………………………………………. 307

7.1.3.Электромагнитные реле переменного тока…………………. 311

7.2.Магнитоуправляемые контакты (герконы)……………………..….. 314 Глава 8. Передача информации в системах автоматизации…………...……. 318

9.1.Основные сведения о микропроцессорах………………………….. 331

9.2.Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование инфор-

мации……………………………………………………………...….. 334 Заключение…...……………………………………………………………...…. 339 Список литературы………………….….……………………………………… 340

Приложение 1. Контрольно-измерительные материалы……………………. 345 Приложение 2. Перечень практических и лабораторных работ………...…. 363 Приложение 3. Перечень тем расчетно-графических работ (рефератов)…... 365

Приложение 4. Список основной и дополнительной литературы………….. 369

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие «Основы автоматизации технологических процессов нефтегазового производства» содержит систематическое изложение одноименной учебной дисциплины, полностью соответствует учебной программе и, по сути, является основной учебной книгой по дисциплине. В нем отражены базовые знания, определенные дидактическими единицами Федерального государственного образовательного стандарта по направлению 131000 «Нефтегазовое дело», специальности «Эксплуатация и обслуживание объектов добычи нефти». Содержание учебного пособия включает характеристику методов получения и использования знаний в области автоматизации технологических процессов, методологические основания базовых методов и закономерностей функционирования измерительных средств и систем автоматизации и развития отраженных в них сфер деятельности, а также ключевые проблемы и важнейшие тенденции развития нефтегазовой отрасли.

Целью учебного пособия является оказание методической помощи обучаемым в создании необходимой начальной теоретической базы знаний по основным принципам построения систем автоматизации технологических процессов, а также по техническим средствам автоматизации, на базе которых строятся упомянутые системы. При изучении учебного материала студент получит сведения об основах автоматизации измерительных процессов, видах и методах измерения, устройстве и особенностях эксплуатации конкретных датчиков основных технологических параметров, вторичных приборов и микропроцессорной техники.

Задача пособия заключается в предоставлении студентам возможности изучения устройства и принципа действия конкретной аппаратуры и средств автоматики, а также некоторых правил их эксплуатации.

Впроцессе изучения материала студенты должны ознакомиться

сосновами и классификацией методов и средств измерений; получить четкое представление о технологическом комплексе, о точках съема сигнала параметров технологического процесса; усвоить принципиальные схемы аппаратуры, принципы работы датчиков и реле, технические возможности микропроцессорной аппаратуры и средств автоматики, правила построения структурных схем, критерии регулирования, перспективы внедрения ЭВМ в процессе разработки и

эксплуатации скважин, правила технически грамотной эксплуатации аппаратуры и средств автоматики; приобрести навыки проведения сравнительного анализа средств контроля и автоматики; узнать о сложностях применения средств автоматики и перспективах их развития.

На основе полученных теоретических знаний обучаемые должны научиться выполнять практические и лабораторные работы, а в последующем уметь монтировать простую аппаратуру, расшифровывать и проводить анализ диаграмм записи аппаратуры, производить оценку полученной информации, корректировать режимы разработки и эксплуатации систем автоматики технологических процессов нефтегазового производства с использованием специализированной аппаратуры.

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация технологических процессов является весомым фактором в повышении производительности труда и улучшении качества выпускаемой продукции в любой отрасли производства.

Технологические процессы современных промышленных объектов требуют контроля большого числа параметров и довольно сложны в управлении. Поэтому при проектировании и эксплуатации промышленных установок исключительное значение придается вопросам профессионализма специалистов работающих на предприятиях ТЭК

[55].

За годы развития переработки нефти и нефтехимической промышленности наблюдается усложнение процессов, что требует более четкого управления ими. В первой половине двадцатого века появились приборы регистрации и контроля параметров, так называемые контрольно-измерительные приборы — КИП. Зарождение, становление и развитие приборов измерения и контроля, процесс от автоматического регулирования до АСУ и управление на макро- и микроуровне являются неотъемлемыми частями процессов нефтегазового производства, нефтепереработки и нефтехимии.

Дальнейшее совершенствование приборов регистрации, контроля и управления параметрами привело к автоматизации и телемеханизации нефтепереработки и нефтехимии. Это привело к использованию вычислительных средств, информационных технологий и управлению процессами, то есть к автоматизированным системам управления (АСУ).

И естественно, что прогресс в приборостроении, в автоматизированных системах управления является важной задачей, решение которой необходимо для определения дальнейших перспектив развития нефтегазовой отрасли России в условиях геополитического противостояния западным кампаниям.

В [56] сформулированы шесть основных современных проблем оперативного управления производством и автоматизации в нефтегазовом производстве:

1) Учет добычи, движения и использования углеводородного сырья, нефти, газа, нефтепродуктов. Для решения этой проблемы важ-

но обеспечить возможность мониторинга учетных операций, в том числе с лицензионных участков, а также проведение внутренних и внешних аудитов по учету нефти, что в свою очередь требует разра-

ботки соответствующих измерительных средств и программно-ин- формационной системы.

2)Управление территориальными активами, организация технического обслуживания и ремонта оборудования, обеспечение безопасности производства и персонала. Для решения данной проблемы требуется разработка программно-информационных средств, обеспечивающих учет, планирование технического обслуживания и ремонтов, контроль состояния технологических активов и выполненных работ; контроль заключения и выполнения договоров с подрядчиками на выполнение работ; контроль за нахождением персонала на производственных объектах; возможность обучения персонала по месту на тренажерах; наличие на рабочих местах актуальной документации на использование оборудования, на технологию выполнения процедур и операций.

3)Высокий уровень энергопотребления производства и необходимость мероприятий по энергосбережению и энергоэффективно-

сти. Для решения указанной проблемы требуются программно-ин- формационные средства, обеспечивающие учет, планирование технического обслуживания и ремонтов, контроль состояния энергопотребления по элементам технологического процесса; выявление объектов энергопотребления со сверхнормативным уровнем потребления электроэнергии; контроль за выполнением мероприятий по энергосбережению.

4)Разнообразие средств АСУ ТП, моделирующих и информаци-

онных систем. Данная проблема требует разработки программно-ин- формационных средств, обеспечивающих формирование массива исходной информации для стратегического (планы развития и размещения производства), среднесрочного (годовые и месячные планы) и оперативного (суточные и сменные планы) планов управления; удовлетворения требований к составу и структуре документов в соответствии с внутренним регламентом предприятия, требованиями стандартизации акционеров; унификации доступа и разграничения полномочий при работе с документами.

5)Минимизация затрат на эксплуатацию системы при максимальном уровне информационного сервиса, предоставляемого лицам,

принимающим решения. Для решения проблемы требуется разработка методологии выполнения работ по развитию MES-уровня, автоматизации неавтоматизированных ранее технологических объектов и про- граммно-информационных средств, обеспечивающих поддержание в

актуальном состоянии баз данных и работоспособном состоянии программных средств системы; контроль функционирования программных средств системы (по обмену информацией с системами АСУ ТП, ERP и др.); фиксацию действий персонала, включенного в работу системы.

6) Увеличение средств и труда на добычу каждой тонны нефти, обусловленное тем, что месторождения дешевой нефти в Западной Сибири, открытые в конце 1950-х годов, постепенно истощаются. В нефтеносном регионе остались в основном запасы со сложной добычей, требующие новых технологических решений и дополнительных капитальных вложений. Для решения данной пробле-

мы необходимо повысить эффективность капитальных вложений и облегчить управление извлечением нефти из недр за счет подхода, получившего название «умные месторождения», «интеллектуальные месторождения», «интеллектуальные нефтепромыслы», «интеллектуальные скважины»; оптимизировать работы всех промысловых объектов: скважин, коллекторов, трубопроводов и других наземных объектов.