Дипломная (вкр): Автоматизация и модернизация резервуарного парка

Современное отношение к безопасности технологических процессов устанавливает все более жесткие требования к точности и надежности средств автоматизации. В рамках модернизации системы противоаварийной защиты резервуарного парка ЛПДС «Субханкулово» мной была предложена замена устаревшего поплавкового сигнализатора уровня современным вибрационным. Патентный поиск проводился по вибрационным сигнализаторам уровня.

2.2 Регламент поиска

Патентный поиск проводился с использованием фондов УГНТУ по источникам патентной документации Российской Федерации. По зарубежным фондам поиск не проводился по причине их отсутствия

Глубина поиска составляет шесть лет (1995-2011 гг). Поиск проводился по индексам международной патентной классификации (МПК):

G01F 23/00 - «Индикация или измерение уровня жидких, газообразных или сыпучих тел, например индикация изменения объема, индикация с помощью сигнальных устройств»;

G01F 23/24 - «Индикация или измерение уровня жидких, газообразных или сыпучих тел путем измерения сопротивления резистора, изменяющегося за счет контакта с проводящей жидкостью».

При этом использовались следующие источники патентной информации:

полные описания к патентам Российской Федерации;

документы справочно-поискового аппарата;

официальный бюллетень Российского агентства по патентам и товарным знакам «Изобретения. Полезные модели».

2.3 Результаты поиска

Результаты поиска приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Результаты патентного поиска

2.4 Анализ результатов поиска

Рассмотрим более подробно аналоги, перечисленные в таблице 2.1.

Сущность изобретения (патент № 2047104): сигнализатор уровня (рисунок 2.1) содержит чувствительный элемент в виде вибрирующего щупа с наконечником в форме лопатки, второй конец щупа использован в качестве якоря преобразователя перемещений, два жестких упора, расположенных с разных сторон щупа, электромагнит и пружину. Электромагнит и преобразователь перемещений расположены по разные стороны вибрирующего якоря щупа, а с помощью пружины якорь подпружинен к упору со стороны преобразователя перемещений. В качестве жестких упоров использованы сердечники электромагнита и индукционного преобразователя перемещений.

- наконечник в форме лопатки; 2 - вибрирующий щуп; 3 - электромагнит; 4 - пружина; 5 - якорь преобразователя

Рисунок 2.1 - Устройство вибрационного сигнализатора уровня сыпучих материалов

Вибрационный сигнализатор уровня (патент № 2269099) относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля уровня сыпучих и жидких материалов. Сущность: вибрационный сигнализатор уровня (рисунок 2.2) содержит чувствительный элемент (щуп), связанный с якорем, устройство возбуждения в виде катушки с ферромагнитным сердечником, а также датчик перемещений якоря, генератор импульсов и последовательно соединенные усилитель и релейный блок. Усилитель охвачен регулируемой отрицательной обратной связью, выполненной в виде резистора. Датчик перемещений якоря может быть выполнен в виде катушки с ферромагнитным сердечником, при этом участок якоря между катушками выполнен из немагнитного материала, что препятствует электромагнитной связи между катушками, обеспечивая защиту от высокочастотных колебаний в системе якорь-катушки-усилитель. Технический результат: изобретение позволяет контролировать уровни сыпучих и жидких продуктов, находящихся в агрессивных средах, под давлением (разряжением) и при температуре до 200°С.

- чувствительный элемент (щуп); 2 - якорь; 3 - ферромагнитный сердечник; 4 - устройство возбуждения; 5 - датчик перемещения якоря; 6 - генератор импульсов; 7 - усилитель; 8 - резистор; 9 - релейный блок

Рисунок 2.2 - Устройство вибрационного сигнализатора уровня

Патентные исследования показали, что на сегодняшний день существует весьма ограниченное количество аналогов вибрационных сигнализаторов уровня, что ни в коем случае не делает их менее востребованными.

Вибрационный сигнализатор уровня, предложенный для контроля уровня жидкости в резервуарах ЛПДС «Субханкулово», имеет сравнительно простой и проверенный принцип действия, что свидетельствует о надежности прибора, отличается удобством использования и четкостью срабатывания по аварийным значениям.

3. Автоматизация резервуарного парка

.1 Объем автоматизации резервуарного парка

Резервуарный парк является одним из основных объектов НПС. Для надежной и эффективной эксплуатации резервуарного парка его автоматизируют.

Система централизованного контроля и управления резервуарным парком ЛПДС «Субханкулово» предусматривает механизацию и автоматизацию операций по приему и откачке нефти, выполнению товарно-учетных операций и защите оборудования от повреждений и аварий.

В резервуарных парках с резервуарами вместимостью свыше 10000 м³ или при числе резервуаров свыше шести меньшей вместимости необходимо предусматривать управление резервуарным парком из местного диспетчерского пункта.

Автоматизация РП предусматривает:

централизацию управления резервуарным парком;

автоматическую защиту;

автоматическое пожаротушение.

Централизация управления резервуарным парком включает:

дистанционное измерение уровня во всех резервуарах;

дистанционное измерение средней температуры нефти во всех резервуарах;

селективную сигнализацию максимального и минимального уровней во всех резервуарах;

аварийную сигнализацию при срабатывании защит;

дистанционное управление задвижками резервуарного парка и сигнализацию их положения.

Для уровнемеров, используемых для учетно-расчетных операций, основная погрешность измерения не должна превышать ± 3,0 мм.

Автоматическая защита резервуарного парка предусматривает:

автоматическую защиту от перелива;

автоматическую защиту от превышения давления в трубопроводах подачи нефти в РП.

Автоматическая защита от перелива должна обеспечивать прекращение поступления нефти в резервуар при достижении в нем максимального (аварийного) уровня нефти и переключение потока нефти в специально выделенную емкость.

Для автоматической защиты от перелива должен использоваться датчик максимального (аварийного) уровня, не связанный с измерителем уровня.

Автоматическая защита от превышения давления в трубопроводах подачи нефти в резервуарный парк может выполняться путем подключения к трубопроводу, в котором повысилось давление, специально выделенной емкости. Подключение емкости должно проводиться с использованием электроприводных задвижек, параллельно которым устанавливаются механические предохранительные клапаны. Реле давления системы защиты должно настраиваться на величину на 10 % ниже, чем соответствующий предохранительный клапан.

В резервуарных парках может предусматриваться контроль скорости наполнения или опорожнения резервуаров.

При превышении допустимой скорости наполнения (опорожнения) открывается задвижка на линии сброса в специально выделенные емкости или подключаются дополнительные резервуары.

В резервуарных парках может предусматриваться блокировка задвижек для предотвращения смешения разной нефти, последовательно перекачиваемой по трубопроводу, что весьма для нас актуально, поскольку через ЛПДС перекачивается несколько сортов нефтей, которые отличаются друг от друга составом и местом добычи [3].

3.2 Функциональная схема автоматизации резервуара РВС-5000

Функциональная схема автоматизации резервуара РВС-5000 приведена на рисунке 3.1.

Работа функциональной схемы автоматизации резервуарного парка ЛПДС

«Субханкулово» состоит в следующем. При технологических операциях, производимых в резервуарах, уровень нефти определяется датчиками уровня 1 (Saab Тank Radar RTG 3920 REX), установленными на каждом резервуаре, термометром 2 определяется температура нефти, имеются сигнализаторы верхнего аварийного уровня 3, пожароизвещатели 4 и датчик температуры стенки резервуара 5. Сигнал, полученный от датчиков, передается на блок системы контроля уровня нефти резервуаров «TankMaster», расположенный в операторной. На экране компьютера появляется информация с изображением самого резервуара, уровня и температуры нефти в нем.

Все приборы, установленные на резервуарах ЛПДС «Субханкулово», обеспечивают своевременное обнаружение отклонений от нормальной работы резервуарного парка, что позволяет избежать аварийных ситуаций, облегчает работу эксплуатационного персонала.

Перечень приборов, устанавливаемых на резервуар, приведен в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Приборы, устанавливаемые на резервуар РВС-5000

Список противоаварийных защит приведен в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Список противоаварийных защит

3.3 Описание используемых средств автоматизации

.3.1 Уровнемер Saab Тank Radar RTG 3920 REX

Система коммерческого учёта нефтепродуктов Saab TankRadar TRL/2 представляет собой систему контроля и измерения уровня, объёма и массы нефти в резервуарах. Система TRL/2 может взаимодействовать с различными датчиками, такими как датчики температуры и давления, осуществляя полный контроль над содержимым резервуара.

Уровнемеры системы TRL/2 способны измерять уровень любых продуктов, включая битум, сырую нефть, продукты переработки, агрессивные химические продукты, сжиженные газы, гранулированные вещества и т.д. Основными компонентами системы TRL/2 являются (рисунок 3.2):

Рисунок 3.2 - Основные компоненты системы TRL/2

радарный уровнемер (RTG) - автономное взрывозащищенное устройство, измеряющее уровень нефти в резервуаре. Он может комплектоваться четырьмя типами антенн в зависимости от требований и условий применения;

модуль сбора данных (DAU) может взаимодействовать с различными датчиками и исполнительными механизмами. Существует две модификации DAU: подчиненный и независимый. Подчиненный DAU предназначен для измерения температуры, в то время как независимый DAU в дополнение к измерениям температуры имеет аналоговые и цифровые входы. Обе модификации могут дополнительно снабжаться жидкокристаллическим дисплеем для местного снятия показаний измерения;

модуль полевого соединения (FCU) используется в качестве концентратора данных и шлюза между полевой шиной и групповой шинами. К каждому FCU могут подключаться до 32 RTG и 32 DAU;

модем полевой шины (FBM) является конвертером данных между компьютерным портом типа RS-232C и шиной TRL/2. Он используется для подключения персонального компьютера с программным обеспечением Saab TankMaster к шине TRL/2;

операторский интерфейс TankMaster WinOpi представляет собой программное обеспечение для представления оператору данных измерений и вычислений TRL/2. Операторский интерфейс также используется для установок срабатывания аварийной сигнализации, эксплуатационных характеристик, конфигурации и калибровки системы TRL/2;

программное обеспечение RadarSetup обычно используется на сервисном переносном персональном компьютере. Программное обеспечение RadarSetup используется для обслуживания и конфигурации радарного уровнемера и не является заменой более мощного WinSetup.

Уровнемер TankRadar REX разработан также для проведения высокоточных измерений объёма и массы нефти непосредственно на базе электронного блока уровнемера и последующей передачи в систему верхнего уровня.

Уровнемер может принимать и обрабатывать сигналы от аналоговых цифровых датчиков давления и датчиков уровня подтоварной воды.

Все измеренные данные передаются по полевой шине для дальнейшей обработки в рабочей станции TankMaster или на главном компьютере предприятия. Из-за высокой производительности процессора уровнемера эти вычисления могут производиться непосредственно в электронном блоке уровнемера.

Ни одна часть уровнемера не находится в реальном контакте с нефтью в резервуаре, и только антенна подвергается воздействию атмосферы резервуара.

Радарный уровнемер подает по направлению к поверхности нефти в резервуаре высокочастотное излучение с непрерывно изменяющейся частотой. Вычисление уровня проводится по отраженному от поверхности нефти сигналу. Излучаемый сигнал и сигнал, отраженный от поверхности нефти, имеют различные частоты, разность между которыми пропорциональна расстоянию до поверхности нефти.

Этот метод называется методом частотно-модулированной непрерывной волны (рисунок 3.3). Для обеспечения точности измерений радарный уровнемер снабжен цифровым эталоном.

Все измеренные данные представляются оператору с помощью операторского интерфейса, который содержит функции учёта уровня нефти в резервуаре. Для дальнейшей обработки полученных данных может подключаться основной компьютер предприятия.

Уровнемер состоит из двух основных частей: основного блока уровнемера и антенны. Уровнемер сконструирован для монтажа на резервуарах с фиксированной кровлей и имеет точность, которая позволяет использовать его при коммерческих операциях. Конструкция параболической антенны устойчива к загрязнению и конденсации паров нефти и воды.

Рисунок 3.3 - Метод частотно-модулированной непрерывной волны

Основной блок уровнемера состоит из взрывобезопасного корпуса, электронного блока, интегрированной клеммной коробки и погодозащитного кожуха. На резервуарах ЛПДС «Субханкулово» установлены уровнемеры Saab Тank Radar RTG 3920 REX с конусной антенной (рисунок 3.4).

Техническая характеристика уровнемера приведена в таблице 3.3.

- основной блок; 2 - погодозащитный кожух; 3- конус; 4 - патрубок 8”min

Рисунок 3.4 - Общий вид уровнемера RTG 3920 REX

Таблица 3.3 - Характеристики уровнемера Saab Тank Radar RTG 3920 REX

Плата процессора (SPC) - основная плата электронного блока уровнемера. На ней расположен процессор, предназначенный для решения задач по генерации и обработке модулирующего сигнала, обработке входных и выходных сигналов, а также для выполнения вспомогательных функций.

Плата обработки аналоговых сигналов(APC) используется для фильтрации и усиления аналоговых входных сигналов. При размещении аналоговых усилителей на отдельной плате достигается более высокое соотношение сигнал/шум.