Материал: Техническое и программное обеспечение системы автоматизации колонны отбензинивания нефти

Уровень раздела фаз «нефть - засоленная вода» в электродегидраторе автоматически поддерживается регулятором путём вывода засоленной воды со следами нефти через клапан в блок очистных сооружений. Предварительно засоленная вода охлаждается в теплообменниках, нагревая промывную воду, что способствует более эффективному отделению воды в электродегидраторе.

На выходе из электродегидратора установлен датчик давления.

После электродегидратора обезвоженная и обессоленная нефть с содержанием воды не более 0,1 % масс., и хлоридов не более 3 мг/л вторично подогревается в трубном пространстве теплообменника до температуры 220-280°С и поступает в эвапорационное пространство простой атмосферной колонны.

В колонне происходит разделение нефти на ректификат и кубовый остаток:

легкий бензин;

нефть.

Для снижения парциального давления нефтяных паров с целью улучшения отпарки легких фракций из кубового остатка колонны в низ подается перегретый в пароперегревателе печи водяной пар.

Расход водяного пара 300 ¸ 600 кг/ч контролируется датчиком перепада давления.

С верха колонны по шлемовой трубе выводятся пары бензиновой фракции, углеводородный газ и водяные пары, которые поступают в водяной холодильник-конденсатор, где конденсируются и охлаждаются до температуры 45 - 50°С. Эта температура автоматически поддерживается регулятором путем увеличения или уменьшения расхода воды.

Газоконденсатная смесь собирается в рефлюксной емкости, где происходит разделение углеводородных газов, нестабильного прямогонного бензина и воды.

Бензин из емкости насосом с целью регулирования температуры верха колонны подается в качестве острого орошения на верх колонны. Температура верха колонны автоматически поддерживается регулятором путём подачи управляющего сигнала регулятору расхода острого орошения.

Балансовое количество прямогонного бензина из по уровню в рефлюксной емкости направляется в товарно-сырьевой парк. Расход бензина в парк замеряется прибором расходомером.

Давление в рефлюксной емкости (и во всей системе) 0,5¸1,5 кгс/см2 автоматически поддерживается регулятором путём сброса избытка углеводородных газов из емкости через клапан на факел.

Отстоявшийся водяной конденсат из отстойника рефлюксной емкости по уровню раздела фаз поступает на подогрев в теплообменник и далее в блок ЭЛОУ в качестве промывной воды.

Нефть с куба колонны забирается по уровню в кубе насосом и поступает двумя параллельными потокамив печь для дальнейшего нагрева и переработки.

Сигнализация минимального (30%) и максимального (80%) уровней в кубе колонны осуществляется прибором сигнализатором уровня.

Расход нефти по потокам на входе в печь - от 6 до 18 т/ч автоматически поддерживается регуляторами.

Нефть двумя потоками проходит через горизонтальные змеевики конвекционной камеры печи, где нагревается за счет тепла дымовых газов. Далее нефть через перевал печи поступает в радиантную зону, где дальнейший нагрев происходит в вертикальных змеевиках за счет лучистой радиации сжигаемого топлива и радиации разогретых стен печи. Пройдя через змеевики радиантной камеры, оба потока после печи объединяются в один общий поток. Далее нефть по трубопроводу идет в атмосферную колонну.

Температура обоих потоков нефти на выходе из печи измеряется приборами ТХА, соответственно и должна быть примерно одинаковой.

Температура общего потока нефти на выходе из печи автоматически поддерживается регулятором в диапазоне 250-350 0С (в зависимости от состава нефти) путём подачи управляющего сигнала регуляторам расхода газообразного и жидкого топлива на горелки печи.

2. Постановка задач автоматизации и структура систем управления

.1 Задачи автоматизации

.1.1 Контроль и регулирование уровня раздела фаз нефть/вода в электродегидраторе

Уровень зависит от качества нефти, от содержания в ней воды, кислот, щелочей. Контроль осуществляется уровнемером, регулируется изменением расхода нефти и сбросом воды, с помощью расходомера регулирующими клапанами.

.1.2 Контроль давления в электродегидраторе

Давление зависит от температуры нефти, а так же от ее расхода в дегидратор. Контролируется датчиком давления.

.1.3 Контроль температуры в электродегидраторе

Температура зависит от температуры продуктов проходящих через теплообменник. Контролируется датчиком температуры.

.1.4 Контроль и регулирование температуры низа колонны

Температура зависит от температуры подаваемой нефти, расхода пара в колонну, температуры и расхода обратного потока нефти. Контроль температуры нефти в кубе колонны ведется термопарой, регулируется изменением расхода нефти и пара, с помощью расходомеров регулирующими клапанами.

.1.5 Контроль и регулирование уровня куба колонны

Уровень зависит от расхода нефти: на установку и обратного потока. Контроль уровня нефти осуществляется уровнемером, регулируется изменением расхода нефти, с помощью расходомера регулирующими клапанами.

.1.6 Контроль и регулирование температуры верха колонны

Температура зависит от температуры подаваемой нефти, расхода пара в колонну, температуры и расхода обратного потока нефти, а также от расхода бензина на орошение. Контроль температуры паров вверху колонны ведется термопарой, регулируется изменением расхода, с помощью расходомера регулирующими клапанами.

.1.7 Контроль давления верха колонны

Давление зависит от расхода нефти и пара в колонну. Контролируется датчиком давления.

.1.8 Контроль и регулирование расхода пара в колонну

Расход пара рассчитывается в зависимости от ТП. Контроль и регулирование расхода пара осуществляется изменением расхода, с помощью расходомера регулирующим клапаном.

.1.9 Контроль и регулирование температуры газо-конденсата после холодильника

Температура зависит от температуры подаваемой нефти, расхода пара в колонну, температуры и расхода обратного потока нефти, а также от расхода бензина на орошение и расхода воды в холодильник. Король осуществляется датчиком температуры, регулируется изменением расхода, с помощью расходомера регулирующими клапанами.

2.1.10 Контроль и регулирование уровня бензина в рефлюксной емкости

Уровень зависит от расхода нефти и ее состава, а также температуры в колонне. Контроль и регулирование уровня бензина осуществляется уровнем, с помощью расходомера регулирующими клапанами.

.1.11 Контроль и регулирование уровня воды в рефлюксной емкости

Уровень зависит от расхода нефти, ее состава и расхода пара. Контроль и регулирование уровня воды осуществляется уровнем, с помощью расходомера регулирующим клапаном.

.1.12 Контроль и регулирование давления газа в рефлюксной емкости

Давление зависит от состава нефти и температуры в колонне. Контроль и регулирование давления газа осуществляется, с помощью датчика давления регулирующим клапаном.

.1.13 Контроль давления и подача газа к запальникам

Давление зависит от давления газа в основной линии. Контроль и регулирование давления газа осуществляется, с помощью датчика давления регулирующим клапаном.

.1.14 Контроль давления газа к горелкам

Давление зависит от давления газа в основной линии. Контроль давления газа и его подача осуществляется, с помощью датчика давления отсечным клапаном.

.1.15 Контроль давления мазута к горелкам

Давление зависит от давления подачи мазута. Контроль давления мазута и его подача осуществляется, с помощью датчика давления отсечным клапаном.

.1.16 Контроль давления и подача пара в мазут

Давление зависит от давления мазута в печь. Контроль давления подачи пара осуществляется, с помощью датчика перепада давления регулирующим клапаном.

.1.17 Контроль и регулирование температуры нефти после печи

Температура зависит от расхода нефти в печь, а также от расхода газа или мазута на горелку. Контроль температуры нефти после печи ведется тремя термопарами, две установлены на потоках и одна в общем потоке. Регулирование осуществляется, с помощью расходомера регулирующими клапанами.

.2 Структура системы

Система управления ректификацией нефти имеет трехуровневую структуру автоматизации.

На первом (нижнем) уровне находится объект управления, представленный самой атмосферной колонной, печью для подогрева нефти и теплообменниками для охлаждения паров бензина, а также полевым оборудованием, т.е. расположенными на объекте управления датчиками, исполнительными механизмами.

Второй уровень системы управления состоит из двух подсистем, одна из которых представлена шкафом контроллера и ЭВМ с операторской станцией, а вторая только ЭВМ. Работой атмосферной колонны управляет контроллер, соединенный с полевым оборудованием по протоколу HART. Контроллер осуществляет регулирование технологических параметров, управление исполнительными механизмами, реализуют заложенные в них алгоритмы различных технологических процессов. Контроллер использует ЭВМ для взаимодействия с оператором и инженером.

Третий уровень представлен ЭВМ и работающей на ней SCADA-системой, обеспечивающей организацию, архивацию и диспетчеризацию данных. Предусмотрены средства связи.

Таблица 2.1 - Условные обозначения технических средств и функций

2.3 Технические средства автоматизации

.3.1 Источник питания

Рисунок 2.1

Предлагаются модели с входным напряжением переменного тока или 24В постоянного тока. Обеспечивают питание цепей ввода/вывода и модулей сетевого интерфейса. Имеется возможность резервирования при этом, поддерживает распределение нагрузки. Могут генерировать сигнал неисправности по питанию.

.3.2 Контроллер

Рисунок 2.2

Контроллеры PAC8000 предлагают решение для сложных условий, которые встречаются на перерабатывающих предприятиях во всем мире. Как в условиях экстремальных температур пустынной или арктической зон, так и в коррозионной среде в присутствии химикатов или морской воды контроллеры PAC8000 смогут управлять самыми сложными задачами. Надежность можно повысить путем применения избыточности единого шасси, а использование устройств и оборудования можно улучшить за счет возможностей прямого применения протокола HART.

Контроллеры могут быть установлены на шасси двух типов: 8750-CA-NS и 8751-CA-NS. Эти шасси очень похожи, но у 8751-CA-NS имеется дополнительный вывод для плавающего заземления, который используется для обнаружения утечек тока на землю. Наиболее типичные области применения таких устройств - противопожарные и газовые системы.

Шасси для контроллеров оснащаются также системами мониторинга источника питания (8410-NS-PS), который позволяет отследить появление сигнала «сбой питания», поступающий из блоков питания, например, 8913-PS-AC и 8914-PS-AC компании GE Fanuc.

.3.3 Плата ввода-вывода

Рисунок 2.3

Для работы с дискретными и аналоговыми полевыми устройствами любых типов предусмотрено большое количество различных модулей ввода-вывода. Продуманный подход к конструкции модулей обеспечивает высокую плотность каналов - от четырех до тридцати двух каналов ввода-вывода в модуле шириной 42 мм. Для того чтобы задать сетевой адрес модуля, не требуется каких-либо настроек. Адрес нового модуля определяется автоматически по его положению на шасси.

Шасси предназначены для установки модулей PAC8000 и являются несущей конструкцией для модулей ввода-вывода, монтажных клеммных колодок, а также имеют внутреннюю шину Railbus. Многие шасси могут быть смонтированы на DIN-рейку T- или G-образного сечения, либо установлены на плоскую панель.

.3.4 Расходомер Rosemount 3051SFC на базе диафрагм Rosemount серии 405

Рисунок 2.4

Расходомеры на базе диафрагм Rosemount серии 405 предназначены для измерения расхода жидкостей, газов, пара и передачи полученной информации для технологических целей и учетно-расчетных операций.

Основные преимущества:

интегральная конструкция расходомера исключает потребность в импульсных линиях и дополнительных устройствах, сокращает количество потенциальных мест утечек среды;

минимальная длина прямолинейных участков трубопровода 2 Dy до и 2 Dy после места установки расходомера на базе диафрагмы Rosemount 405С (стабилизирующей) значительно упрощает монтаж и сокращает затраты;

многопараметрический преобразователь 3095MV в составе расходомеров 3095MFC обеспечивает вычисление мгновенного массового расхода жидкости, пара, газа или объемного расхода газа, приведенного к стандартным условиям.

Области применения химическая, нефтехимическая, нефтяная, газовая, пищевая, фармацевтическая и др. отрасли промышленности.

Характеристики:

Измеряемые среды: жидкость, газ, пар.

Температура измеряемой среды:

-40...232°С (интегральный монтаж датчика);

-100...454°С (удаленный монтаж датчика импульсными линиями).

Избыточное давление в трубопроводе до 10 МПа.

Диаметр условного прохода трубопровода:

Dу 15…200 мм (диафрагма Rosemount 405Р);

Dу 50…200 мм (диафрагма Rosemount 405С).

Пределы измерений расхода рассчитываются для конкретного применения.

Динамический диапазон 8:1, 10:1, 14:1.