Модернизация автоматизированной системы управления дожимной насосной станции в ОАО «Негуснефть»

1.

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Уфимский государственный авиационный технический университет»
Филиал ФГБОУ ВО УГАТУ в г. Ишимбае
Кафедра ТиТМ
Модернизация автоматизированной системы
управления дожимной насосной станции в ОАО
«Негуснефть»
Выполнил:
Руководитель дипломного проекта:
студент гр. АТПз-513 Раймер С.В.
канд. техн. наук, доц. Шарипов М.И.
Ишимбай 2019

2.

Актуальность проекта
Автоматизация производственных процессов является высшей формой
развития техники добычи нефти и газа, предусматривающей применение
передовой технологии, высокопроизводительного и надежного оборудования.
2

3.

Цели и задачи проекта
Цель
выпускной
квалификационной
работы.
Модернизация
автоматизированной системы управления на дожимной насосной станции.
Для достижения указанной цели в проекте выпускной квалификационной работы
поставлены следующие основные задачи:
1. Произвести анализ существующей системы автоматизации.
2. Заменить приборы нижнего уровня на современные датчики.
3. Произвести расчет АСР уровня в ОГ-1
4. Внедрить для управления технологического процесса ПЛК.
5. Разработать АРМ оператора.
3

4.

Функциональная схема автоматизации
4

5.

Анализ существующей системы автоматизации
На данный момент автоматизированная
система дожимной насосной станции состоит из:
датчиков
давления
«Сапфир»,
датчиков
температуры ТСМ и ТСП, уровнемеров буйковых
пневматических УБ–П, мембранных пружинных
исполнительных механизмов с позиционером
пневматическим ППС–100
АРМ оператора включает в себя вторичные
приборы контроля и регистрации в щитовом
исполнении:
1. аналоговые показывающие и регистрирующие
одноканальные и двухканальные приборы А542,
аналоговые показывающие одноканальные и
двухканальные приборы А502
2. блоки преобразования сигналов БПС-90
3. пневматические регуляторы ПВ
4. световое табло сигнализации
5

6.

Контроль за технологическим процессом
подготовки нефти
Измерение температуры осуществляется при помощи датчика температуры
Метран 274.
Основные технические характеристики:
• Выходной сигнал: 4–20 мА.
• Предел допускаемой основной погрешности: 0,25 %.
• Диапазон измерения: от -50 до + 180°С
• Взрывозащищенное исполнение Exd
• Напряжение питания: от 18 до 42 В
• Гарантийный срок эксплуатации: 3 года
6

7.

Контроль за технологическим процессом
подготовки нефти
(продолжение)
Измерение избыточного давления
преобразователя давления Метран 55 ДИ.
осуществляется
Основные технические характеристики:
• Выходной сигнал: 4-20 мА
• Основная приведенная погрешность до ±0,075%
• Диапазоны измерения: 0 – 68 МПа.
• Взрывозащищенное исполнение Exd
• Напряжение питания от 12 до 42 В
• Гарантийный срок эксплуатации: 1,5 года
с
помощью
7

8.

Контроль за технологическим процессом
подготовки нефти
(продолжение)
Измерения уровня осуществляется волноводным радарным уровнемером
Rosemount 3300
Основные технические характеристики:
• Выходной сигнал: 4-20 мА
• Основная приведенная погрешность: ±5 мм
• Диапазон измерений уровня: от 0,1 до 23,5 м
• Взрывозащищенное исполнение Exd
• Напряжение питания от 16 до 42 В
• Наличие взрывозащищенного исполнения
• Гарантийный срок эксплуатации: 1 год
8

9.

Регулирование технологического процесса
подготовки нефти
Регулирующий пневматический и
быстро закрывающий клапан для
газообразных сред 241-7
Пневматический
исполнительный
типа 3331/3278
механизм
9

10.

Управление технологическим процессом
подготовки нефти
Система управления дожимной станцией реализована с помощью
программируемого логического контроллера I-8811, компании IPC DAS.
Модуль аналогового выхода I-8024
Модуль аналогового входа I-8017H
10

11.

SCADA-система
Управление и контроль за технологическим процессом на дожимной
насосной станции осуществляется с помощью программного обеспечения Trace
Mode 6.
11

12.

SCADA-система
(продолжение)
Тренды уровня, давления в КСУ 1,2.
12

13.

Структура FBD-программы
FBD-программа, реализующая регулировку уровня нефти в ОГ-1.
Программа состоит из следующих функциональных блоков:
1. 0В:1(X–Y) – вычитание (арифметические);
2. 1:4 (DZONE) – зона нечувствительности (управление);
3. 4:3 (PID) – звено PID (регулирование);
4. 3:Е (SEL) – звено выбора (функции выбора).
13

14.

Структурная схема автоматизации
14

15.

Схема подключения внешних электрических проводок
2106.100000.003.Э4.01
Взрывоопасная среда
По месту
Rosemount 3300
+
-
KCK1
C1/ 1L +
По месту
Операторная
КСК
Шкафкроссовый
1
ХТ1
C1/ 1L +
Прибор РСУ
C1/ 1L -
2
C1/ 1L -
2
+
-
C1/ 1C+
C1/ 1C-
3
4
C1/ 1C+
C1/ 1C-
3
4
+
C1/ 1G+
C1/ 1G-
5
6
C1/ 1G+
C1/ 1G-
5
6
LICA
I-8017
LT-3a-1
I-8024
SAMSON
3331/ 3278
-
I-8017
КВВГ-7Х1,0 (L=10М)
+
2в-2
SAMSON
3331/ 3278
+
-
C1/ 2 G+
C1/ 2 GC1/ 2 C+
C1/ 2 C-
7
8
9
10
C1/ 2 G+
C1/ 2 GC1/ 2 C+
C1/ 2 C-
7
8
9
10
I-8017
I-8024
КВВГ-7Х1,0 (L=15М)
К
О
Н
Т
Р
О
Л
Л
Е
Р
I
8
8
1
1
SI
001
SI
002
Шкафкроссовый
КСК3
ОГ1L +
ОГ1L -
1
2
ХТ3
ОГ1L +
ОГ1L -
1
2
I-8017
+
-
ОГ1 С+
ОГ1 С-
3
4
ОГ1 С+
ОГ1 С-
3
4
I-8024
+
-
ОГ1G+
ОГ1G-
5
6
ОГ1G+
ОГ1G-
5
6
I-8017
+
-
ОГ2 +
ОГ2 -
7
8
ОГ2 +
ОГ2 -
7
8
I-8017
+
-
ОГ2 С+
ОГ2 С-
9
10
ОГ2 С+
ОГ2 С-
9
10
I-8024
ОГ2 L +
ОГ2 L -
11
12
ОГ2 L +
ОГ2 L -
11
12
I-8017
+
-
2в-3
SAMSON
3331/ 3278
+
-
C1/ 2 L +
C1/ 2 L -
11
12
KCK2
+
-
11
12
C1/ 1Р +
C1/ 1Р -
2в-4
SAMSON
3331/ 3278
Rosemount 3300
+
-
C1/ 1Р +
C1/ 1Р -
Rosemount 3300
РICA
I-8017
PT-2a-2
1в-3
+
-
C1/ 1C+
C1/ 1C-
3
4
C1/ 1C+
C1/ 1C-
3
4
I-8024
+
-
C1/ 1G+
C1/ 1G-
5
6
C1/ 1G+
C1/ 1G-
5
6
I-8017
+
-
C1/ 2 G+
C1/ 2 G-
7
8
C1/ 2 G+
C1/ 2 G-
7
8
I-8017
+
-
C1/ 2 C+
C1/ 2 C-
9
10
C1/ 2 C+
C1/ 2 C-
9
10
I-8024
КВВГ-7Х1,0 (L=10М)
1в-2
SAMSON241-7
LICA
LT-3a-7
ХТ5
C2 L +
C2 L -
1
2
C2 L +
C2 L -
1
2
I-8017
+
-
CC+
C2 C-
3
4
C2 C+
C2 C-
3
4
I-8024
+
-
C2 G+
C2 G-
5
6
C2 G+
C2 G-
5
6
I-8017
ГCG+
ГCG-
7
8
ГCG+
ГCG-
7
8
I-8017
+
-
LICA
LT-3a-4
КВВГ-4Х1,0 (L=20М)
1
2
SAMSON241-7
SAMSON241-7
SI
006
I
8
8
1
1
КВВГ-14Х1,0 (L=110М)
КСК5
LT-3a-2
КВВГ-4Х1,0 (L=10М)
1в-1
SI
005
LICA
I-8017
ХТ2
1
2
К
О
Н
Т
Р
О
Л
Л
Е
Р
КВВГ-7Х1,0 (L=15М)
КВВГ-14Х1,0 (L=60М)
КВВГ-4Х1,0 (L=15М)
Метран 55 ДИ
C1/ 2 L +
C1/ 2 L -
LICA
LT-3a-6
КВВГ-7Х1,0 (L=10М)
КВВГ-4Х1,0 (L=15М)
Rosemount 3300
Раб. станция
КВВГ-4Х1,0 (L=10М)
КВВГ-4Х1,0 (L=10М)
2в-1
КСК
Раб. станция
Rosemount 3300
1
Нормальная среда
Операторная
Прибор РСУ
Взрывоопасная среда
Нормальная среда
К
О
Н
Т
Р
О
Л
Л
Е
Р
КВВГ-7Х1,0 (L=10М)
К
О
Н
Т
Р
О
Л
Л
Е
Р
+
-
SI
003
1в-4
SAMSON241-7
SI
+
-
Метран 55 ДИ
+
-
ГCC+
ГCC-
9
10
ГCC+
ГCC-
9
10
I-8024
ГСР +
ГCР -
11
12
ГСР +
ГCР -
11
12
I-8017
КВВГ-4Х1,0 (L=25М)
SI
010
I
8
8
1
1
КВВГ-7Х1,0 (L=15М)
004
SI
009
РICA
PT-2a-4
КВВГ-14Х1,0 (L=60М)
КВВГ-7Х1,0 (L=15М)
Метран 55 ДИ
+
-
C1/ 2 Р +
C1/ 2 Р -
11
12
Rosemount 3330
11
12
РICA
I-8017
PT-2a-3
КВВГ-14Х1,0 (L=60М)
КВВГ-4Х1,0 (L=15М)
+
-
C1/ 2 Р +
C1/ 2 Р -
KCK4
КСУ1 L +
КСУ1L -
1
2
ХТ4
КСУ1 L +
КСУ1L -
LICA
I-8017
LT-3a-8
+
-
КСУ1C+
КСУ1C-
3
4
КСУ1C+
КСУ1C-
15
16
I-8024
+
-
КСУ1G+
КCУ1G-
5
6
КСУ1G+
КCУ1G-
17
18
I-8017
+
-
КСУ2 G+
КСУ2 G-
7
8
КСУ2 G+
КСУ2 G-
19
20
I-8017
+
-
КСУ2 С+
КСУ2 С-
9
10
КСУ2 С+
КСУ2 С-
21
22
I-8024
КВВГ-7Х1,0 (L=10М)
2в-6
SAMSON
3331/ 3278
Rosemount 3300
ХТ6
РОС-1L +
РОС-1L -
1
2
РОС-1L +
РОС-1L -
1
2
I-8017
+
-
РОС-1С+
РОС-1С-
3
4
РОС-1С+
РОС-1С-
3
4
I-8024
+
-
РОС-1G+
РОС-1G-
5
6
РОС-1G+
РОС1G-
5
6
I-8017
РОС-2 G+
РОС-2 G-
7
8
РОС-2 G+
РОС-2 G-
7
8
I-8017
+
-
LICA
LT-3a-12
КВВГ-4Х1,0 (L=10М)
13
14
КВВГ-4Х1,0 (L=10М)
2в-5
SAMSON
3331/ 3278
КСК6
2в-8
SAMSON
3331/ 3278
К
О
Н
Т
Р
О
Л
Л
Е
Р
КВВГ-7Х1,0 (L=10М)
К
О
Н
Т
Р
О
Л
Л
Е
Р
+
-
SI
007
SI
2в-7
SAMSON
3331/ 3278
+
-
Rosemount 3300
+
-
КВВГ-4Х1,0 (L=15М)
SI
012
РОС-2 С+
РОС-2 С-
9
10
РОС-2 С+
РОС-2 С-
9
10
I-8024
РОС-2 L +
РОС-2 L -
11
12
РОС-2 L +
РОС-2 L -
11
12
I-8017
I
8
8
1
1
КВВГ-7Х1,0 (L=15М)
008
SI
011
LICA
LT-3a-11
КВВГ-14Х1,0 (L=110М)
КВВГ-7Х1,0 (L=15М)
Rosemount 3300
+
-
КВВГ-4Х1,0 (L=15М)
КСУ2 L +
КСУ2 L -
11
12
КСУ2 L +
КСУ2 L -
23
24
LICA
I-8017
LT-3a-9
2106.100000.003.Э4.01
КВВГ-14Х1,0 (L=90М)
Литер.
Изм Лист
докум.
Разраб.
Раймер С.В.
Проверил
Шарипов М.И.
Шарипов М.И.
Т.контр
Н.контр
Ю
расова Н.В.
Утв.
Ипполитов Н.В.
Подп.
Дата
Схема соединения внешних
электрических проводок
15
Лист1
Модернизация автоматизированной системы
управления дожимной насосной станции
в ОАО«Негуснефть»
Масса
У
Масштаб
Б/ М
Листов 2
Филиал ФГБОУ ВОУГАТУ
в г. Ишимбае
АТПз-513

16.

Схема подключения внешних электрических проводок
2106.100000.003.Э4.01
Взрывоопасная среда
По месту
Метран 274
Метран 55 ДИ
Rosemount 3300
Метран 55 ДИ
Метран 55 ДИ
Метран 55 ДИ
Метран 55 ДИ
Метран 274
Метран 55 ДИ
Метран 274
Метран 55 ДИ
Метран 55 ДИ
Метран 274
Метран 274
Rosemount 3300
Rosemount 3300
КВВГ-4Х1,0
Взрывоопасная среда
Нормальная среда
КСК
КВВГ-14Х1,0
Шкафкроссовый
Раб. станция
Прибор РСУ
+
УПОГ Т +
1
УПОГ Т +
1
-
УПОГ Т -
2
УПОГ Т -
2
+
УПОГ Р +
1
УПОГ Р +
1
-
УПОГ Р -
2
УПОГ Р -
2
+
ГСL +
1
ГСL +
1
-
ГСL -
2
ГСL -
2
+
С2 Р +
1
С2 Р +
1
-
С2 Р -
2
С2 Р -
2
+
КСУ-1Р +
1
КСУ-1Р +
1
-
КСУ-1Р -
2
КСУ-1Р -
2
+
КСУ-2 Р+
1
КСУ-2 Р+
1
-
КСУ-2 Р -
2
КСУ-2 Р -
2
+
ОГ-1Р +
1
ОГ-1Р +
1
-
ОГ-1Р -
2
ОГ-1Р -
2
+
ОГ-1Т +
1
ОГ-1Т +
1
-
ОГ-1Т -
2
ОГ-1Т -
2
+
ОГ-2 Р+
1
ОГ-2 Р+
1
-
ОГ-2 Р -
2
ОГ-2 Р -
2
+
ОГ-2 Т +
1
ОГ-2 Т +
1
-
ОГ-2 Т -
2
ОГ-2 Т -
2
+
ПТБ-1Р +
1
ПТБ-1Р +
1
-
ПТБ-1Р -
2
ПТБ-1Р -
2
+
ПТБ-1Р +
1
ПТБ-1Р +
1
-
ПТБ-1Р -
2
ПТБ-1Р -
2
+
ПТБ-1Т +
1
ПТБ-1Т +
1
-
ПТБ-1Т -
2
ПТБ-1Т -
2
+
ПТБ-1Т +
1
ПТБ-1Т +
1
-
ПТБ-1Т -
2
ПТБ-1Т -
2
+
КС1L +
1
КС1L +
1
-
КС1L -
2
КС1L -
2
+
КС2 L +
1
КС2 L +
1
-
КС2 L -
2
КС2 L -
2
По месту
ТI
I-8017
I-8017
I-8017
I-8017
I-8017
ТТ-1а-1
К
О
Н
Т
Р
О
Л
Л
Е
Р
I
8
8
1
1
Метран 274
РI
РТ-2а-1
Метран 55 ДИ
LIA
LT-3a-3
Метран 55 ДИ
РIА
РТ-2а-5
Метран 286
РIA
РТ-2а-13
Rosemount 3300
РIA
I-8017
РТ-2а-14
Rosemount 3300
РIA
I-8017
I-8017
I-8017
I-8017
I-8017
РТ-2а-11
К
О
Н
Т
Р
О
Л
Л
Е
Р
I
8
8
1
1
Rosemount 3300
ТIA
ТТ-1а-6
Rosemount 3300
РIA
РТ-2а-12
Rosemount 3300
ТIA
ТТ-1а-7
Rosemount 3300
РIA
РТ-2а-7
Метран 55 ДИ
РIA
I-8017
I-8017
I-8017
I-8017
I-8017
РТ-2а-8
К
О
Н
Т
Р
О
Л
Л
Е
Р
I
8
8
1
1
Метран 55 ДИ
ТIA
ТТ-1а-2
Метран 274
ТIA
ТТ-1а-3
Метран 274
LIA
LT-3a-16
Метран 55 ДИ
LIA
LT-3a-17
Метран 55 ДИ
КВВГ-4Х1,0
Нормальная среда
КСК
КВВГ-14Х1,0
Шкафкроссовый
+
ПТБ-2 Т +
1
ПТБ-2 Т +
1
-
ПТБ-2 Т -
2
ПТБ-2 Т -
2
+
ПТБ-2 Р +
1
ПТБ-2 Р +
1
-
ПТБ-2 Р -
2
ПТБ-2 Р -
2
+
ПТБ-2 Р +
1
ПТБ-2 Р +
1
-
ПТБ-2 Р -
2
ПТБ-2 Р -
2
+
ПТБ-2 Т +
1
ПТБ-2 Т -
1
-
ПТБ-2 Т -
2
ПТБ-2 Т -
2
+
РВСL +
1
РВСL +
1
-
РВСL -
2
РВСL -
2
+
ЕП-1L +
1
ЕП-1L +
1
-
ЕП-1L -
2
ЕП-1 L -
2
+
ЕП-2 L +
1
ЕП-2 L +
1
-
ЕП-2 L -
2
ЕП-2 L -
2
+
ЕП-3 L +
1
ЕП-3 L +
1
-
ЕП-3 L -
2
ЕП-3 L -
2
+
ЕП-4 L +
1
ЕП-4 L +
1
-
ЕП-4 L -
2
ЕП-4 L -
2
+
ЕП-5 L +
1
ЕП-5 L +
1
-
ЕП-5 L -
2
ЕП-5 L -
2
+
Н1/ 1 Р +
1
Н1/ 1 Р +
1
-
Н1/ 1 Р -
2
Н1/ 1 Р -
2
+
Н1/ 1 Р +
1
Н1/ 1 Р +
1
-
Н1/ 1 Р -
2
Н1/ 1 Р -
2
+
Н1/ 1 Т +
1
Н1/ 1 Т +
1
-
Н1/ 1 Т -
2
Н1/ 1 Т -
2
+
НВ-1Т +
1
НВ-1Т +
1
-
НВ-1Т -
2
НВ-1Т -
2
+
НВ-1L +
1
НВ-1 L +
1
-
НВ-1 L -
2
НВ-1L -
2
+
НВ-1 L +
1
НВ-1L +
1
-
НВ-1L -
2
НВ-1L -
2
Изм Лист
Раб. станция
Прибор РСУ
ТIА
I-8017
I-8017
I-8017
I-8017
I-8017
ТТ-1а-4
К
О
Н
Т
Р
О
Л
Л
Е
Р
I
8
8
1
1
РIА
РТ-2а-9
РIA
РТ-2а-10
ТIА
ТТ-1а-5
LIA
LT-3a-10
LIA
I-8017
LT-3a-12
LIA
I-8017
I-8017
I-8017
I-8017
I-8017
LT-3a-13
К
О
Н
Т
Р
О
Л
Л
Е
Р
I
8
8
1
1
LIA
LT-3a-14
LIA
LT-3a-15
LIA
LT-3a-18
РIA
РТ-2а-15
РIA
I-8017
I-8017
I-8017
I-8017
I-8017
докум.
Подп.
Дата
РТ-2а-16
К
О
Н
Т
Р
О
Л
Л
Е
Р
I
8
8
1
1
ТIA
ТТ-1а-8
ТIA
ТТ-1а-9
РIA
РT-2a-17
РIA
РT-2a-18
16
2106.100000.003.Э3.01
Лист
2

17.

Расчет АСР уровня в ОГ-1
17

18.

Блок схема адресного опроса датчиков
18

19.

Заключение
Результаты выполнения данного проекта предоставляют возможность существенной
модернизации автоматизированной системы управления дожимной насосной станции в
ОАО «Негуснефть».
В разделе «Расчет АСР уровня в горизонтальном отстойнике» произведен расчет
регулирования уровня раздела фаз «вода-нефть» в горизонтальном отстойнике.
Определены оптимальные настройки регулятора. Прямые показатели качества,
следующие: δ=4,71 %, tp= 120 c.
В следующем разделе «Основные технические решения по автоматизации» была
разработана трехуровневая структура автоматизированной системы контроля и управления
технологическими процессами. С учетом всех параметров дожимной насосной станции
были выбраны приборы контроля и регулирования технологическим процессом. Для
контроля технологических параметров были выбраны преобразователь температуры
Метран 274, датчик давления Метран 55 ДИ, волноводный уровнемер Rosemount 3300. В
качестве приборов для регулирования технологических параметров были выбраны клапан
241-7 и заслонкой 3311/3278.
Система автоматизации построена на базе современного программируемого
контроллера I-8811, компании IPC DAS.
Разработано АРМ оператора с применением SCADA - системы TraceMode 6.
В последнем разделе был произведен расчет экономической эффективности, который
показал, что капиталовложения окупятся через 1,89 года. Следовательно, разработанный
проект АСУ ТП дожимной насосной станции является экономически эффективным.
19

20.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!