Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
15
Добавлен:
21.03.2016
Размер:
1.31 Mб
Скачать

СИСТЕМНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ НЕФТЕГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Опыт разработки и внедрения АСУ ТП подготовки нефти

Сергей Бальцер, Владимир Красных, Андрей Наумов, Артем Фролов

В данной статье изложен подход к решению задач разработки и внедрения АСУ ТП, сформировавшийся в результате реализации целого ряда проектов автоматизации систем подготовки нефти. В основе подхода — типизация аппаратно+программных решений и унификация отдельных этапов создания АСУ ТП на различных объектах.

ЗАДАЧИ

плексной подготовки нефти (УКПН).

аппаратно программные решения

И ПОДХОДЫ К РЕШЕНИЮ

В УКПН, помимо обезвоживания и

автоматизации для типовых техноло

Как известно, добываемая нефть из

обессоливания, осуществляется и ста

гических блоков подготовки нефти;

скважин на промысле содержит боль

билизация нефти, то есть отделение от

технология выполнения традицион

шое количество воды, солей, газа и

неё легких, пропан бутановых и час

ных этапов создания АСУ ТП подго

других примесей. Доведение нефти до

тично бензиновых, фракций в специ

товки нефти.

требуемого качества по процентному

альных стабилизационных колоннах. С

 

содержанию солей и воды, а именно ее

УКПН стабилизированная нефть тре

АВТОМАТИЗАЦИЯ

обессоливание и обезвоживание, назы

буемого качества подаётся через ком

ПОДГОТОВКИ НЕФТИ

вается промысловой подготовкой неф

мерческие узлы учёта нефти в магист

 

ти. Различие качественных характери

ральные нефтепроводы.

Технологическое

стик добываемой нефти и ряд других

Задача автоматизации УКПН заклю

оборудование УКПН

условий породили многообразие при

чается в обеспечении оперативного ав

как объект автоматизации

меняемого технологического оборудо

томатизированного контроля качества

Анализ широкого спектра техноло

вания и широкий спектр технологичес

получаемой нефти, компьютерного

гического оборудования, применяемо

ких схем промысловой подготовки

контроля всех этапов подготовки неф

го при подготовке нефти на ТХУ,

нефти. Известны термохимические ус

ти, контроля и управления технологи

ЭЛОУ и УКПН в Татарстане, выявил

тановки подготовки нефти (ТХУ), ус

ческим оборудованием.

наиболее часто применяемые техноло

тановки по электрическому обессоли

Фирма «Шатл» (г Казань) занимает

гические блоки: резервуары (рис. 1),

ванию нефти (ЭЛОУ), установки ком

ся автоматизацией подготовки нефти в

насосы, теплообменники, отстойники

 

нефтегазодобывающих управлениях

(рис. 2), нефтегазосепараторы, подо

 

(НГДУ) Республики Татарстан с 1996

 

 

года (НГДУ «Заинскнефть», «Елхов

 

нефть», «Бавлынефть», «ТатРИТЭК нефть», «Нурлатнефть», «Иркен нефть»). Накопленный опыт позволяет представить свой подход к разработке и внедрению АСУ ТП. Далее детально изложены некоторые аспекты такого подхода:

16

 

 

 

Рис. 1. Резервуар

Рис. 2. Отстойники

Рис. 3. Печь

 

 

 

 

 

www.cta.ru

 

СТА 2/2001

© 2001, CTA Тел.: (095) 234 0635 Факс: (095) 232 1653 http://www.cta.ru

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /Н Е Ф Т Е ГА З О В А Я П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь

греватели, печи (рис. 3), электродегид

ются и распределяются на уровне кон

раторы, конденсаторы холодильники,

троллеров по разным принципам: по

ректификационные колонны.

типу, назначению, по связи с опреде

Каждый из названных технологичес

лёнными событиями, оборудованием

ких блоков имеет различные модифи

или этапами технологического процес

кации: по размерам, по исполнению

са и т. д.

(горизонтальное, вертикальное), по

 

типу подогрева (огневой или паровой),

АСУ ТП подготовки нефти

по режимным показателям (температу

как сложная система

ра, давление) и т. д.

Установка комплексной подготов

Как объект автоматизации каждый

ки нефти производительностью 2 4

технологический блок имеет свою ти

млн. тонн нефти в год, кроме пере

повую группу параметров контроля и

численных основных типовых техно

Управление

НГДУ/Диспетчерская

Windows 2000

Модем

Рис. 4. Исполнительный механизм —

электрифицированная задвижка

Операторcкая

АРМ 1

АРМ 2

 

 

Модем

 

Windows 2000

Windows 2000

 

 

IPC 620DP B

 

 

Advantech

IPC 620

 

SU1400RM2U

 

 

 

UPS

 

 

 

1400

 

 

 

APS

 

 

Принтер

UPS APC

Двухпроцессорная система Advantech

Локальная сеть Ethernet

19" стойка PROLINE (Schroff)

 

 

Windows 95,

 

 

 

ПО НИЦ

MicroPC 1

MicroPC 2

MicroPC 3

Многоуровневых

измерений г. Уфа

MS DOS 6.22

MS DOS 6.22

MS DOS 6.22

 

Контроллер

Octagon Systems

Контроллер

 

Контроллер

 

 

Octagon Systems

Octagon Systems

SU1400RM2U

 

 

 

 

 

 

 

 

UPS

 

 

 

 

1400

Компьютер системы

 

 

 

APS

 

 

 

UPS APC

измерения уровней

 

 

 

 

 

 

 

 

(CELTEK)

Площадка печей

Дренажная ёмкость 7 с насосом

Сооружения пожаротушения

АРМ узла

Площадка отстойников,

Насосная откачки очищенных стоков

Административно бытовой

учета нефти

теплообменника и сепаратора

Площадка блока дозирования

комплекс

Конденсатосборник Е 2 с насосом

деэмульгатора БР 25

Котельная

(УОИ «ПИК»)

Площадка под 1 ступень сепарации

Факел

 

 

 

Система измерения уровней CELTEK

Установка коммерческого

 

 

Система измерения уровней УМ П01

учета нефти БУУН К

 

 

Площадка очистных сооружений

Насосная над артскважиной

 

 

Блок бокс насосных БНН 105

Насосная производственно

 

 

Узел ловушечной нефти

дождевых стоков

 

 

 

 

Операторная

 

 

 

 

Загазованность

 

 

17

Рис. 5. Типовая структура АСУ ТП подготовки нефти

 

 

СТА 2/2001

 

 

 

www.cta.ru

© 2001, CTA Тел.: (095) 234 0635 Факс: (095) 232 1653 http://www.cta.ru

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /Н Е Ф Т Е ГА З О В А Я П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь

 

логических блоков, имеет в своём со

ЭТАПЫ СОЗДАНИЯ СЛОЖНЫХ

комплекса технических средств АРМ

 

ставе очистные сооружения, факель

АСУ ТП ПОДГОТОВКИ НЕФТИ

оператора.

 

ное хозяйство, узел пресной воды,

Как известно, создание сложных си

Разработка сложного проекта АСУ

 

насосную производственно дожде

стем автоматизации проходит ряд ос

ТП требует много времени, если отсут

 

вых

стоков,

блочную

котельную

новных этапов:

ствуют готовые и проверенные типо

 

и т. д. С каждого такого объекта сиг

проектирование и разработка АСУ

вые структурные и аппаратно про

 

налы поступают или на отдельно сто

ТП;

граммные проектные решения для

 

ящий контроллер, или на контроллер

сборка и монтаж комплекса техниче

каждого уровня.

 

в операторной.

 

 

ских средств (КТС);

Пример типового структурного ре

 

Кроме режима сбора и контроля па

пусконаладка системы автоматиза

шения для АСУ ТП установки подго

 

раметров по уставкам, в современных

ции на объекте у заказчика;

товки высокосернистой нефти для

 

АСУ ТП подготовки нефти важную

разработка эксплуатационной и тех

НГДУ «Бавлынефть», НГДУ «Тат

 

роль играют режимы дистанционного

нической документации, обучение

РИТЭКнефть», НГДУ «Нурлатнефть»

 

и автоматического управления и регу

специалистов заказчика.

приведен на рис. 5. Проработаны аппа

 

лирования. Дистанционное управле

Накопленный богатый опыт по вы

ратные проектные решения для основ

 

ние исполнительным устройством осу

полнению каждого из перечисленных

ных технологических блоков УКПН в

 

ществляется по команде оператора с

этапов позволяет существенно сокра

виде схем автоматизации:

 

компьютера. Автоматический режим

тить сроки и стоимость их выполне

нижнего уровня, например, отстой

 

управления технологическим процес

ния.

ника (рис. 6);

 

сом реализуется двумя группами функ

 

уровня контроллеров на базе высо

 

ций: логического или импульсного уп

Проектирование и разработка

конадежных компьютеров MicroPC

 

равления и автоматического регулиро

АСУ ТП подготовки нефти

и плат ввода вывода фирм Octagon

 

вания.

 

 

Создание современных АСУ ТП

Systems и Fastwel (рис. 7);

 

Первая группа функций осуществля

комплексной подготовки нефти бази

уровня АРМ оператора на базе двух

 

ет автоматический пуск/останов насо

руется на разработке проекта. Ввиду

процессорных комплексов IPC 620

 

сов, вытяжных вентиляторов, откры

сложности и взрывоопасности УКПН

фирмы Advantech (рис. 8), использу

 

тие/закрытие шаровых кранов.

выполнение подобного проекта разре

ющих одноплатные промышленные

 

Вторая группа функций осуществ

шается только организациям, которые

компьютеры PCA 6179 с процессо

 

ляет

автоматическое регулирование

имеют соответствующие лицензии Гос

ром Pentium III/700 МГц.

 

таких параметров, как уровни, меж

гортехнадзора РФ. Фирма «Шатл» име

Апробированы и надежно зареко

 

фазные уровни, давление и расход

ет три лицензии Госгортехнадзора РФ:

мендовали себя программные решения

 

нефти, путем управляющих воздейст

на проектирование, монтаж и пуско

для каждого уровня. Прикладное про

 

вий

на электроклапаны

(например,

наладку, изготовление оборудования и

граммное обеспечение обоих верхних

 

УЭРВ 1М, КТ1 Ех).

 

АСУ ТП нефтегазодобывающих и неф

уровней создаётся с помощью единой

 

При разработке алгоритмов автома

теперерабатывающих производств и

SCADA системы (в описываемых при

 

тического регулирования необходимо

объектов, а также лицензию Генераль

мерах использовалась Trace Mode). Для

 

решать следующие вопросы:

ного подрядчика.

контроллерного уровня разработаны

 

взаимосвязь контуров регулирова

В структуре любой АСУ ТП можно

типовые прикладные программные ре

 

ния для ситуаций, когда изменение

условно выделить следующие уровни:

шения в виде алгоритмов автоматичес

 

одного технологического параметра

нижний (оборудование КИП);

кого регулирования для отдельных тех

 

влечет изменение другого;

контроллерного оборудования;

нологических блоков УКПН. Для АРМ

 

учёт нелинейного характера объек

 

 

 

 

 

 

 

 

тов управления;

 

 

 

 

 

выбор шага дискретизации.

 

 

 

 

Для решения этих вопросов приме

 

 

 

 

нимы методы математического и полу

 

 

 

 

натурного моделирования.

 

 

 

 

 

Требования к повышению качества

 

 

 

 

получаемой нефти и к организации

 

 

 

 

экологического

мониторинга приво

 

 

 

 

дят к увеличению количества техноло

 

 

 

 

гических блоков в современных уста

 

 

 

 

новках комплексной подготовки неф

 

 

 

 

ти и, как следствие, к увеличению ко

 

 

 

 

личества параметров контроля и уп

 

 

 

 

равления, что ведет к повышению

 

 

 

 

сложности АСУ ТП УКПН в целом.

 

 

 

 

Так, общее количество сигналов вво

 

 

 

 

да вывода средней АСУ ТП УКПН

 

 

 

 

сейчас достигает 400 700, включая

 

 

 

18

30 50 контуров регулирования и дис

 

 

 

танционного управления.

 

Рис. 6. Типовая схема автоматизации отстойника

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

www.cta.ru

 

 

 

СТА 2/2001

© 2001, CTA Тел.: (095) 234 0635 Факс: (095) 232 1653 http://www.cta.ru

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /Н Е Ф Т Е ГА З О В А Я П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь

Загрузка ПО через Smartlink

RS 232

Адаптер

Аналоговый ввод (24AI)

Аналоговый ввод (24AI)

Дискретный ввод (24DI)

Дискретный ввод (24DI)

Дискретный ввод (24DI)

Дискретный ввод (24DI)

Дискретный вывод (24DO)

Дискретный вывод (24DO)

Узел учета нефти

Резерв (RS 485)

PCLD RMK 4U 19" Адаптер клеммных плат

MPB 24 (K1 1)

MPB 24 (K1 2)

5 В

 

ИВЭП 1

PCLD RMK 4U 19"

NLP65 9605E

Artesyn

Адаптер клеммных плат

 

MPB 24 (K1 3)

220 В

 

 

MPB 24 (K1 4)

PCLD RMK 4U 19" Адаптер клеммных плат

MPB 24 (K1 5)

MPB 24 (K1 6)

PCLD RMK 4U 19" Адаптер клеммных плат

Реле

MPB 24 (K1 7)

 

Реле

MPB 24 (K1 8)

5 В

ИВЭП 2

NLP65 9605E

Artesyn

 

220В

 

Модуль

 

грозозащиты

ADAM 4520

Модуль

 

грозозащиты

ADAM 4520

24 B

Источник питания PWR 242 A Advantech

220 В

АРМ оператора

16 портовый Hub

Рис. 7. Контроллер на базе MicroPC

СТА 2/2001

VTC 9M

CMA 26 24

CMA 26 24

CMA 26 24

CMA 26 24

Каркас 5208 TM

Плата ЦПУ 5066

LPT

ППЗУ 512 кбайт

COM 1 АТ батарея TL 5242

 

 

 

 

 

 

 

COM 2

 

ОЗУ: 4Мбайт EDO

 

 

 

 

 

Процессор: 5x86/

 

 

 

 

 

 

 

 

KBRD

 

 

 

 

 

133 МГц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UNIO96 5 Модуль ввода вывода (Fastwel)

(1)

J1 24 AI/O

J2 24 AI/O

J3 24 AI/O

J4 24 AI/O

 

 

UNIO96 5 Модуль ввода

 

 

 

 

 

 

 

вывода (Fastwel)

 

ISA

CMA 26 24

 

 

(2)

 

 

J1 24 AI/O

 

 

шина

 

 

 

 

CMA 26 24

 

 

 

 

 

J2 24 AI/O

 

 

 

 

 

 

 

 

CMA 26 24

 

 

 

 

Общая

 

J3 24 AI/O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CMA 26 24

 

 

 

 

 

 

J4 24 AI/O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5554 Плата

 

 

 

последовательного

 

VTC 9M

 

COM 1

интерфейса

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VTC 9M

COM 2

COM 3

COM 4

Модуль флэш диска 8Мбайт

5500 Контроллер Ethernet

Ethernet

RJ 45

5 В, 12 В

Блок питания 5101 Octagon Systems

SU1400RM2U

1400

Text

UPS

 

APS

220 В

19

www.cta.ru

© 2001, CTA Тел.: (095) 234 0635 Факс: (095) 232 1653 http://www.cta.ru

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /Н Е Ф Т Е ГА З О В А Я П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь

 

 

IPC 620DP B

 

 

 

 

Одноплатный

 

 

 

 

промышленный

 

 

 

 

компьютер PCA 6179

 

 

Модем

 

 

 

 

 

 

Pentium III/700 МГц

 

 

 

 

DIMM 128 M

 

 

 

 

COM 1

 

 

 

 

COM 2

 

 

Мышь (PS/2)

FDD

FDD

 

 

1,44 Mбайт

 

 

 

 

 

 

 

HDD 10 Гбайт

IDE 1

 

 

Клавиатура

CD ROM

IDE 2

 

 

 

 

 

Электронный

 

KBRD&Mouse

 

 

 

 

 

 

ключ

 

 

 

 

Принтер

 

LPT

 

 

 

 

 

 

 

 

SVGA

 

PCI

 

 

 

 

17 дюймовый монитор

 

Звуковая карта

ШинаISA

Общаяшина

 

 

 

 

 

 

Lin.Input

 

 

Акустические колонки

 

Mic.Input

 

 

 

 

 

 

 

 

AUDIO

 

 

MicroPC 1

 

Контроллер Ethernet

 

 

OCTAGON

 

Ethernet

 

SYSTEMS

 

 

 

01

 

RJ 45

 

MicroPC 2

 

 

 

OCTAGON

 

 

 

SYSTEMS

 

 

 

1

 

 

5 В, 12 В

0

 

 

 

MicroPC 3

 

 

 

OCTAGON

 

 

 

SYSTEMS

16 портовый Hub

 

 

 

Блок питания

0

 

1

 

 

 

 

 

 

250 Вт

 

 

SU1400RM2U

 

Рис. 8. Комплекс технических средств

 

Text

 

 

1400

 

 

UPS

 

АРМ оператора

 

 

APS

 

 

 

220 В

оператора сформировано типовое представление многих технологичес ких блоков как на экране монитора в виде мнемосхем, так и в базе каналов (рис. 9).

Типизация аппаратно программных решений позволила фирме «Шатл» значительно сократить сроки проекти рования и разработки АСУ ТП УКПН.

Сборка и монтаж комплекса технологических средств

Сборка и монтаж контроллеров, УСО, блоков питания, клеммных коло док осуществляются в одну или две 19" стойки фирмы Schroff (рис. 10).

Проект их расположения в стойке, а также схемы соединений создаются на компьютере (рис. 11). Сборка стойки осуществляется на фирме, затем обо рудование тестируется и в собранном

20 виде отправляется на объект. При та Рис. 9. Пример мнемосхемы АРМ оператора УКПН

ком подходе сокращается срок монта жа и пусконаладки оборудования уров ня контроллеров на объекте у заказчи ка. Аналогично собирается, отлажива ется и в готовом виде транспортируется комплекс технических средств АРМ оператора.

Пусконаладка АСУ ТП подготовки нефти

Опыт пусконаладки всей АСУ ТП в разных НГДУ позволил выделить два последовательных этапа:

пусконаладку АСУ ТП в режиме сбо ра и контроля параметров со всех технологических блоков УКПН;

пусконаладку АСУ ТП в режиме дис танционного и автоматического уп равления и регулирования.

Разработка документации, обучение специалистов

Заказчику передается полный ком плект проектной, эксплуатационной и программной документации на АСУ ТП УКПН. Обучение специалистов заказчика начинается уже при монта же и пусконаладке АСУ ТП и продол жается на работающей системе по ме ре её ввода в действие. Обучение электронщиков и программистов за казчика современным аппаратно программным средствам автоматиза ции по расширенной программе осу ществляется в Учебном центре фирмы «Шатл».

Для обучения операторов техноло гов навыкам оперативного компью терного управления качеством полу чаемой на выходе УКПН нефти раз

www.cta.ru

СТА 2/2001

© 2001, CTA Тел.: (095) 234 0635 Факс: (095) 232 1653 http://www.cta.ru

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /Н Е Ф Т Е ГА З О В А Я П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итог, перечислим те пре имущества, которые дают заказчику предлагаемые «опыт и фирменные ти повые решения» при создании АСУ ТП подготовки нефти:

эксплуатационную надежность при нятых и внедренных у заказчика ап паратно программных схем автома тизации;

меньшую стоимость каждого этапа создания АСУ ТП, а значит, и всей системы в целом, в отличие от разо вых, уникальных разработок;

значительное сокращение сроков выполнения каждого из этапов, а значит, и всей АСУ ТП в целом;

удобство работы заказчика с одной фирмой как с генеральным подряд чиком и ведущим исполнителем по основным этапам;

Рис. 10. Стойка с оборудованием уровня

возможность по хорошо документи

контроллеров

рованным типовым аппаратно про

 

граммным решениям проводить со

рабатывается аппаратно программ

провождение и модернизацию АСУ

ный тренажёр. Он представляет со

ТП УКПН.

бой двухмашинный комплекс, где на

Фирма «Шатл» работает в тесном

одном компьютере установлено кон

сотрудничестве с ведущими проектными

кретное ПО АРМ оператора, а на вто

институтами Татарстана: Тат

ром моделируются различные ава

НИПИнефть, Нефтехимпроект — и

рийные ситуации или рассчитывают

благодарна им за творческое сотрудни

ся на моделях зависимости парамет

чество.

ров качества нефти от изменений

Авторы — сотрудники фирмы

температур, давлений на технологи

«Шатл»

ческих блоках автоматизированной

Телефон/факс: (8432) 3821600

УКПН.

E2mail: shuttle@kai.ru

19" стойка

Вентилятор

 

 

 

 

 

Термостат

 

Модули гальванической

 

 

 

развязки

 

 

 

 

 

Модули гальванической

 

 

 

развязки

 

Контроллер MicroPC 1

OCTAGON

 

 

SYSTEMS

 

 

 

1

Модули гальванической

 

 

0

 

 

 

развязки

 

Модули гальванической

 

 

 

развязки

 

 

 

16 портовый Hub

 

 

 

Модули гальванической

 

 

 

развязки

 

 

 

 

 

Реле с блоком питания

ADAM

 

 

4520

Контроллер MicroPC 2

SYSTEMS

 

OCTAGON

 

1

 

0

Модули гальванической развязки

Контроллер MicroPC 3

OCTAGON

SYSTEMS

 

1

 

0

Клеммы WAGO

Модули гальванической развязки

Розетки 220 В

 

(через UPS)

 

Розетки 220 В

Прижимная планка

Автомат защиты

для ввода кабелей

 

UPS

 

SU1400RM2U

1400

 

UPS

 

APS

Рис. 11. Проект компоновки 19" стойки

23

 

 

 

СТА 2/2001

www.cta.ru

© 2001, CTA Тел.: (095) 234 0635 Факс: (095) 232 1653 http://www.cta.ru