Автоматизация процесса сепарации попутного нефтяного газа

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ
Актуальность темы выпускной квалификационной работы обусловлена введением федерального закона № 216–ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности…» от 2009 г. , который стимулирует рост программы энергосбережения российской газонефтепромышленности.
Переработка попутного нефтяного газа (ПНГ) для производства газонефтехимической продукции является наиболее рациональным способом его использования и для транспорта газа необходима его обработка в сепараторах.
В настоящее время системы автоматики нефтегазовых сепараторов не обеспечивают необходимой производительности по газу, и газовыделение осуществляется недостаточно эффективно.
Поэтому тема данной выпускной квалификационной работы актуальна и посвящена разработке автоматизированной системы управления (АСУ) сепарацией попутного газа с разработкой САУ температурой в газосепараторе с целью стабилизации показателей качества газа, поступающего к потребителям, ресурсосбережения и повышения надежности и экономичности системы.

Технологическая схема процесса сепарации попутного нефтяного газа
Технологическая схема сепарации ПНГ на установке подготовки нефти, где:
C-11, C-12, С-13 – нефтегазосепараторы 1й ступении типа НГС;
С-2 – нефтегазосепаратор 2й ступени типа НГС;
ГС – нефтегазосепараторы типа ГС;
потоки С1 - газоводонефтяная смесь, С2, С3 – попутный нефтяной газ

Технические характеристики газосепаратора
1 – корпус; 2 – сборник жидкости;
3 – секция предварительной гравитационной сепарации; 4 – сливная труба с гидрозатвором секции тонкой сепарации; 5 – сетчатая насадка;
6 – сетчатый коагулятор

Техническая структура АСР температуры сепарации газа в газосепараторе
.

Технические средства АСР температуры сепарации газа в газосепараторе
6
Электропневматический
позиционер Neles NE700
Клапан серии LW с ПИМ B1J12
Датчик температуры пара Метран–ТСПУ–274:
Диапазон от 0 до +150 °С,
Погрешность 0,25%
ПЛК SLC-500 компании «Allen Bradley», где:
Модуль процессора - SLC 5/04 1747 L542;
Модуль питания - 1746-Р2;
Модуль аналоговых входов - 1746-NI16l;
Модуль дискретных выходов - 1746-IB16.

Математическая модель объекта управления
Передаточная функция объекта управления по каналу управления “Изменение расхода газожидкостной смеси, поступающей в газосепаратор ΔGПЖ -Температура в газосепараторе ΔТ”
Gпж – расход газожидкостной смеси ПНГ;
Gг – расход газа от сепаратора;
Рпж – давление газожидкостной смеси ПНГ;
WОБ1(Р), WОБ2(Р), WОБ3(Р) – передаточные функции по каналам расхода газожидкостной смеси ПНГ, расход газа от сепаратора и давления газожидкостной смеси ПНГ соответственно.

Wрег(р) - передаточная функция регулятора;
Wпр(p) - передаточная функция преобразователя;
Wпим(p) - передаточная функция пневматического исполнительного механизма;
Wро(p) - передаточная функция регулирующего органа;
Wд(p) – передаточная функция датчика температуры;
Wоб.у(p) - передаточная функция объекта;
Gпж – расход газожидкостной смеси ПНГ;
Тзд, Т – заданная и фактическая температура сепарации газа в газосепараторе.
Алгоритмическая структурная схема АСР температуры сепарации газа в газосепараторе

Схема моделирования АСР температуры сепарации газа в газосепараторе в Simulink

Для аналоговой АСР температуры сепарации газа в газосепараторе передаточная функция ПИ - регулятора будет иметь вид:
Выбор настроек регулятора АСР температуры сепарации газа в газосепараторе
Определим параметры настройки ПИ - регулятора методом незатухающих колебаний при Ккр = 0,00388 и Ткр = 30,5 с
ТИ=Ткр/1,2
Переходная характеристика АСР температуры сепарации газа в газосепараторе на границе устойчивости при Ккр = 0,00385

Анализ качества управления АСР температуры сепарации газа в газосепараторе
Переходная характеристика АСР температуры сепарации в газосепараторе в диапазоне регулирования ± 2,5 0С
Показатели качества
системы управления:
- время регулирования 85 с;
- статическая ошибка отсутствует;
- перерегулирование отсутствует.
Т, 0С
t, c

Функциональная схема автоматизации процесса сепарации попутного нефтяного газа
.
.

Техническая структура АСУ сепарацией попутного нефтяного газа

Спецификация технических средств автоматизации АСУ сепарацией попутного нефтяного газа

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
Цель работы – повышение производительности процесса сепарации газа за счет ресурсосберегающего управления температурой в газосепараторе в пределах 37,5 ± 2,5 оС для обеспечения оптимального эффекта сепарации газа и нефти.
В работе:
- проанализирован процесс сепарации попутного нефтяного газа как объекта управления и определены основные контролируемые параметры и сигналы управления АСУ;
- предложена техническая реализация АСР температуры в газосепараторе на базе ПЛК SLC-500 Allen Bradley;
- разработана техническая структура АСУ процесса сепарации попутного нефтяного газа;
- разработана функциональная схема автоматизации процесса сепарации попутного нефтяного газа и спецификация технических средств автоматизации к ней;
- Выполнен анализ разработанной АСР температуры сепарации газа в нефтегазосепараторе методом моделирования в программе Simulink и определены показатели качества АСР.
Предложенная техническая реализация АСР температуры сепарации газа в газосепараторе полностью соответствует требованиям по точности и ресурсосбережению, предъявленным к ней.