авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Информационно-измерительная система для контроля дренирования многофазных сред на установках подготовки нефти

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Баталов Вячеслав Сергеевич

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДРЕНИРОВАНИЯ МНОГОФАЗНЫХ СРЕД НА УСТАНОВКАХ ПОДГОТОВКИ НЕФТИ

Специальность:

05.11.16 – «Информационно-измерительные и управляющие системы»

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Уфа - 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уфимской государственной академии экономики и сервиса»

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки и техники

Республики Башкортостан,

доктор технических наук, профессор

Ураксеев Марат Абдуллович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Исмагилов Флюр Рашитович

доктор технических наук, профессор

Баширов Мусса Гумерович

Ведущее предприятие: ОАО Башкирское специальное конструкторское

бюро «Нефтехимавтоматика», г. Уфа

Защита диссертации состоится 11 декабря 2008 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.009.03 при Астраханском государственном университете по адресу: 414056, г. Астрахань, ул. Татищева, 20а, конференц-зал

С содержанием диссертации можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета

Автореферат разослан 10 ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета, к.т.н. Щербинина О.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Возросшие требования к качеству управления технологическими процессами и объектами в различных отраслях промышленности диктуют необходимость широкого внедрения информационно-измерительных систем, в которых информация о контролируемых физических величинах получается с помощью первичных измерительных преобразователей. В плане развития нефтегазового комплекса автоматизация процессов сбора, подготовки и транспортировки нефти связана с совершенствованием средств измерительной техники и технологий. Такое направление развития объектов нефтепромысла позволяет повысить выпуск высококачественной нефтяной продукции при увеличении ее количественных показателей.

Проблема предварительной и полной очистки нефти зависит не только от совершенствования технологического оборудования установки подготовки нефти (УПН), но и от качества функционирования информационно-измерительной и управляющей системы (ИИУС), которая должна обладать высокими показателями точности, информативности и надежности. На УПН и узлах учета нефти широко используются датчики температуры, давления, расхода, влажности, плотности и других физических величин в системе дренирования многофазных сред (СДМС). Такие средства измерений функционируют в нормальных условиях исследуемой среды (до 80 оС) и реализуются на основе резистивных (РСД), индуктивных (ИСД) и емкостных (ЕСД) сопротивлений датчиков.

Условия исследований динамических уровней расслаиваемых многофазных нефтяных смесей в отстойном аппарате УПН характеризуются механическими воздействиями в виде вибраций при переключениях задвижек на входных и выходных коллекторах, а также агрессивностью исследуемой среды. При исследованиях высокотемпературных нефтяных смесей (от 80 оС до 100 оС и выше) в промежуточных стадиях подготовки нефти путем ее термообработки указанные условия значительно усугубляются.





Кроме того, высокие давления исследуемой среды (до 2,0-5,0 мПа и выше) обуславливают использование в многоканальных телеизмерительных системах (МТИС) одножильного бронированного кабеля в качестве линии связи (ЛС). Применение такого кабеля связано также с необходимостью выполнения им силовых функций во время протяжки приборов по высоте отстойного аппарата УПН.

В связи с этим датчики параметров дренирования должны обладать повышенной надежностью, устойчивостью к механическим воздействиям, термоустойчивостью, малопроводностью, малыми габаритными размерами конструкции приборов в передающей части МТИС, высокой информативностью и обеспечением инвариантности по отношению к влияющим факторам.

Известные датчики не отвечают комплексу вышеизложенных требований.

В области создания термостойких ИИУС наиболее перспективны резистивные, индуктивные и емкостные датчики, обеспечивающие преобразование одной из физических величин температуры, давления, вязкости или плотности среды в электрический сигнал.

Условия многофазности и многокомпонентности среды выдвигают требования по созданию датчиков на основе многофункциональных способов преобразования. Относительная погрешность преобразования известных датчиков в диапазоне от 100 оС и выше достигает 5-10 %. Все это обуславливает необходимость поиска новых методов построения датчиков с относительной погрешностью не более 1%, инвариантных к влиянию комплекса неинформативных факторов. В связи с этим задача теоретического исследования и разработки ИИУС с комплексом резистивных, индуктивных и емкостных датчиков является актуальной.

Цель работы:

Создание и исследование информационно-измерительной системы с улучшенными характеристиками (повышенными значениями надежности и информативности) для автоматизации контроля параметров дренирования многофазных сред на установках подготовки нефти.

Задачи:

1. Провести анализ существующих способов и средств измерения комплекса физических величин для оперативных исследований дренируемых параметров нефтяных смесей на УПН нефтепромысла и выработки управляющих воздействий при автоматизации его функционирования.

2. Разработать резистивные, индуктивные и емкостные датчики для ИИУС, обеспечивающие:

а) инвариантность по отношению к электрическим помехам в условиях реализации принципа многоканальности;

б) инвариантность по отношению к влияющим факторам окружающей среды, которые уточнены в новом методе исследований дренируемых параметров;

в) повышение надежности и термоустойчивости передающих частей ИИУС;

г) реализуемость метода многофункциональности измерений в составе МТИС с цифровым КС при использовании одножильного бронированного кабеля в качестве линии связи;

д) выполнение совмещенных режимов измерений, управлений и сигнализации.

3. Проанализировать детерминированные и вероятностные характеристики погрешности результата в измерительных каналах с разными типами датчиков, а также динамические погрешности при установившихся и переходных процессах в линиях связи ИИУС.

4. Выявить быстродействие и информативность действующего технологического процесса и системы.

5. Создать модули ИИУС в лабораторных условиях, провести их экспериментальные исследования с обеспечением гибкого сопряжения в общей структуре корпоративной системы.

Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе:

1. Систематизированы принципы построения ИИУС и дан их анализ, позволяющий создавать унифицированные модули с заданными свойствами и совмещенными режимами измерения, управления и сигнализации.

2. Разработан способ одновременного преобразования и приемо-передачи сигналов для разных датчиков в составе ИИУС, позволяющий повысить точность измерений параметров многофазных сред.

3. Развиты и обоснованы с позиций принципа инвариантности методы многофункционального и многоканального преобразования сигналов резистивных, индуктивных и емкостных датчиков, когда КП формируются изменением параметров двухполюсников и дополняются КП образцовых мер.

4. Предложены аналоговые и цифровые способы организации КП в ИИУС с двухпроводной ЛС, инвариантность которых достигается с введением КП образцовых мер при адресации и временной привязке первичных и промежуточных процессов преобразования.

5. Разработаны методики проектирования цифровых и аналоговых датчиков в составе интегрируемых модулей ИИУС, позволяющие повысить их надежность и информативность в системе дренирования многофазных сред.

6. Разработана системная модель процесса дренирования многофазных сред и принципы построения на ее основе многосвязных СДМС, определяющие структуру корпоративной системы нефтепромысла.

На защиту выносятся:

1. Систематизация принципов построения модульных структур ИИУС с разными способами одновременного измерения дренируемых параметров многофазных сред с использованием резистивных, индуктивных и емкостных датчиков.

2. Структуры МТИС с двухпроводной ЛС при разных способах комплексирования аналоговых и цифровых КП.

3. Исследования условий достижения инвариантности преобразования сигналов датчиков по отношению к влияющим факторам.

4. Методы повышения точности КП в ИИУС.

5. Реализация экспериментальных исследований и основ проектирования унифицированных модулей ИИУС в составе корпоративных систем.

Практическая ценность.

1. Разработаны принципиальные электрические схемы унифицированных модулей ИИУС, позволяющих реализовать в своем составе аналоговые и цифровые МТИС с двухпроводной ЛС.

2. Предложены оригинальные конструкции многофункциональных датчиков в составе МТИС с цифровым КС, имеющие повышенные значения точности, надежности и помехоустойчивости.

3. Разработана методика проектирования термостойких датчиков (до 300 оС) на основе резистивных, индуктивных и емкостных элементов.

4. Выявлена возможность обоснованного выбора числа датчиков на УПН, а также количества каналов МТИС.

5. Предложена схема интеграции модулей ИИУС в единую корпоративную систему для одновременной эксплуатации всех имеющихся объектов дренирования на нефтепромысле.

В процессе проведенных исследований и разработок получены патенты на изобретения. Основные результаты диссертационной работы в виде сравнительного анализа существующих средств измерения параметров СДМС, принципов построения ИИУС, основных рабочих характеристик, характеристик погрешностей и методики проектирования внедрены в ЦХМН УНЦ РАН (г. Уфа), а также в ООО «Теплый стан», (г. Уфа).

Принципы построения и методика проектирования ИИУС внедрены в учебный процесс при чтении лекций по различным дисциплинам, курсовом и дипломном проектировании в Уфимской государственной академии экономике и сервиса.

Методы исследования основаны на применении: теории электрических цепей и информационно-измерительных систем, методов математического моделирования, а также тестового и функционального контроля для систем управления и измерительной техники, теории дифференциальных уравнений и методов статистической обработки результатов измерений, теории погрешности и помехоустойчивости. При выполнении исследований широко использовались пакеты программных систем Statistika, Компас, MatLab, Sigma Plot и др.

Основные теоретические положения и выводы подтверждены результатами экспериментальных исследований в лабораторных условиях на этапах разработки.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докла-дывались и обсуждались на III Всероссийской научно-практической конференции «Информационные технологии и математическое моделирование». (г. Томск, 2004 год); Всероссийской научно-методической конференции «Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике». (г.Уфа, 2007 год); Международной научно-практической конференции «Химия и химическая технология, экология сервиса» (г. Уфа, 2008 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, в том числе 4 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендуемых ВАК, а также 1 патент и 3 положительных решения на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, и приложений. Основная часть диссертации изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков и 12 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении к диссертационной работе обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются цель и задачи исследований, приводятся основные положения и результаты, выносимые на защиту, отмечается их новизна, практическая и теоретическая значимость. Приводятся сведения о внедрении результатов работы и публикациях.

В первой главе проведен аналитический обзор существующих видов ИИУС, используемых на технологических объектах нефтеизвлечения, сбора, подготовки и транспортировки нефти. Показано, что в системном комплексе сбора и подготовки нефти можно использовать составные классы ИИС в виде измерительных систем (ИС), как подсистем низшей иерархии в реализации систем технической диагностики (СТД), автоматического контроля и многоканальных телеизмерительных систем (МТИС).

Установлено, что основные виды ИС (многоканальные, многоточечные, мультиплицированные и многомерные) накладывают определенные требования при создании различных типов однофункциональных и многофункциональных датчиков. Выявлено, что актуальным является разработка аналоговых и цифровых МТИС с составными методами разделения каналов (пространственным, временным и с уплотнением-разуплотнением цифровых каналов).

С целью определения комплекса измеряемых величин была рассмотрена специфика выполнения технологических процессов сбора и подготовки нефти на оборудовании УПН в соответствии с требованиями математического вида обеспечения ИИУС. Исследования гидравлической схемы обвязки УПН в процессе сбора нефти указывают на то, что она может использоваться только для стабилизации входных скважинных потоков. Анализ существующих технологий дренирования нефтяных смесей в современных системах ее подготовки указывает на группу выявленных недостатков из-за ограниченного применения одноконтурной системы дренирования. Показано, что современным требованиям удовлетворяют СДМС с учетом условий многофазности и многокомпонентности дренируемых нефтяных сред (рис. 1).

Рис. 1. Технологическая схема образования СДМС на основе УПН

Приведенная схема содержит отстойник 1, включающий входной коллектор 2 скважинной жидкости с дебитом Gс.ж., а также выходные коллекторы 3, 4, 5 и 6 для дренирования фаз нефти, воды, газа и механических примесей с дебитами Gн, Gв, Gг, и массы механических примесей м.п., соответственно; датчики концентраций нефти 7 и 8, эмульсий 9, воды 10, механических примесей 11 и газосодержания 12 (типа СТМ-10), измеритель давления 13 (типа Сапфир 22ЕхДи), уровнемер 14 и газоуловитель 15.

Проведенный анализ дренируемых параметров указывает на то, что они могут быть получены из модели потоков многофазных и многокомпонентных нефтяных продукций в процессе динамического расслаивания

hд = hм.п.1 + hн + hэ + hв + hм.п.2, (1)

где hм.п.1 и hм.п.2 – слои механических примесей легкой (битумы, парафины) и тяжелой (глина, песок) фракций; hн, hэ, hв – слои нефти, эмульсий и воды.

Показано, что для контроля динамических уровней указанных слоев нефтяных смесей необходимо измерение соответствующих их параметров. При этом процесс дренирования составных фаз нефтяных сред должен выполняться при совмещении режимов измерения, управления и сигнализации технического состояния ИИУС и оборудования УПН. Таким образом, разработка СДМС позволяет выявить полный перечень измеряемых физических величин для последующего определения используемых типов датчиков. Проведенный анализ существующих классов датчиков температуры и давления на нефтепромыслах и других отраслях промышленности указывает на перспективу использования РСД в первичных измерительных цепях. При анализе существующих измерителей состава нефтяных сред выявлены перспективные датчики на основе ИСД и ЕСД.

В этой же главе исследована возможность использования принципа инвариантности в измерительной технике для анализа и синтеза составных КП в ИИУС, реализуемых в процессах измерения, управления, сигнализации, и описываемых независимыми уравнениями

где aij - операторы взаимных связей; - количество свободных членов уравнений; xij - исследуемые информационные параметры; fi– влияющие факторы.

При этом необходимым условием достижения инвариантности исследуемых систем является наличие в них не менее двух каналов передачи воздействия между точкой приложения и точкой, относительно которой достигается инвариантность. Достаточным условием достижения инвариантности исследуемых систем является неравенство нулю якобиана из дифференциальных уравнений описания их элементов.

Указаны два основных направления разработки методов преобразования сопротивлений датчиков и комплексирования КП, инвариантных к влияющим факторам исследуемой среды и неинформативным электрическим факторам ИИУС.

Первое из них предполагает реализацию передающих частей ИИУС для умеренных температурных условий эксплуатации при их комплексировании РСД, ИСД и ЕСД с преобразовательными цепями. В случае исследований высокотемпературных нефтяных сред необходима реализация датчиков с непосредственным подключением РСД, ИСД и ЕСД к выводам двухпроводной ЛС. Поскольку первая группа ИИУС наиболее подвержена воздействиям влияющих факторов среды в условиях ее многофазности и многокомпонентности, поэтому установлена необходимость двухсторонней синхронизации преобразуемых сигналов в приемной и передающей частях с комплексами КП, и введение в передающую часть ИИУС с образцовыми сигналами для повышения надежности и информативности.

Во второй группе реализуемой ИИУС принцип организации КП может быть выполнен только за счет адресации РСД и образцового резистора в составе канала преобразования образцовых мер КП0. В этом случае приведены основные математические соотношения при выводе уравнения преобразования на примере двухканальных структур. Применение такого принципа преобразований дает возможность организации многоканальной структуры датчиков в соответствии с выявленными условиями измерений.

В конце главы рассматриваются методы анализа измерительных сигналов с установившимися и переходными процессами.

Во второй главе рассмотрена разработанная структура универсального модуля ИИУС, обеспечивающая выполнение режимов измерения, управления и сигнализации. Данная структура устанавливает возможность одновременного измерения комплекса гидродинамических параметров УПН на основе резистивных, индуктивных и емкостных датчиков. Показано, что аналоговые сигналы различных датчиков Дi поступают через коммутатор на вход АЦП микроконтроллера. Информацию, обработанную в микроконтроллере можно воспроизвести визуально. По интерфейсу модуль связывается с каналообразующей аппаратурой для обмена данными с центральным диспетчерским пультом, а алгоритм обмена информацией с помощью протокола, принципы функционирования которого зависят от количества измерительных модулей в сети, предназначения системы, оперативности представления данных и др.



Pages:   || 2 | 3 |
 



Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.