automatizacija i upravljanje procesima u proizvodnji i ...rgf.rs/predmet/ro/v...
TRANSCRIPT
-
Automatizacija i upravljanje procesima u proizvodnji i pripremi nafte i prirodnog gasa
-
Objekti automatizacije
Buotina sa buotinskim vodomKolektorski sistemSeparatoriSistem dehidracijeRezervoarski sistemNaftovod/gasovod sa pumpnom/kompresorskom stanicom Sistem za grejanje
-
Tehnoloke eme sabiranja i pripreme buotinskih fluida
1-Proizvodna buotina; 2-Buotina za utiskivanje vode; 3-Dozator deemulgatora;4-Separator; 5-Linija gasa; 6-Linija izdrenirane vode; 7-Ureaj za izdvajanje slobodnevode; 8-Rezervoar skladine nafte; 9-Pufer rezervoar; 10-Pumpa; 11-Vod za otpremu nafte;12-Vod za razbijanje emulzije; 13-Triteri; 14-Hvata preostale nafte u vodi; 15-Filteri; 16-Dodavanje aditiva za utiskivanje; 17-Cevovod za utiskivanje vode u sloj.
Nafta sa malim sadrajem vode
Nafta sa visokim sadrajem vode i problemom emulzija
1
2
1
3
3 3
4
4
5
6
8 9
10 11
7
78 9
10 1112
13
14151610
17
-
Efekti automatizacije
Voenje optimalnog reima proizvodnje po buotinama sa stanovita reima eksploatacije leita;
Ekonomino korienje energije leita, fluida i spoljne energije koja se koristi za dovoenje fluida iz buotine do skladinog prostora;
Poveanje proizvodnog vremenskog fonda buotine, odnosno smanjenje broja zastoja;
Laka identifikacija havarijskih stanja buotine ili opreme i bre utvrivanje uzroka radi eliminisanja ili smanjenja efekta tih uzroka u daljem radu buotine;
Identifikacija i kvantifikacija zastoja koji su rezultat organizacione, tehnike ili subjektivne prirode;
-
Efekti automatizacije
Postizanje utede elektrine energije kod dubinskog pumpanja, smanjenje trokova odravanja i poveanja veka opreme;
Uteda trokova za deemulgaciju putem regulisanog troenja deemulgatora;
Nadzor i praenje propustljivosti naftovoda i gasovoda;
Regulisanje i praenje procesa zagrevanja nafte u naftovodu;
Smanjenje operativnih trokova, smanjenje broja ljudi, smanjenje vremene zastoja sistema zbog mogunosti brih intervencija i efikasnija zatita celokupnog sistema.
-
Objekat automatizacije - BuotinaPodizanje tenosti i gasa sa dna buotine na povrinu
pod uticajem prirodne energije (eruptivna proizvodnja) pod dejstvom pomone energije dovedene sa povrine (gaslift ili proizvodnja mehanikim metodama)
Automatizacija praenje relevantnih parametara rada buotine i buotinskog voda (naftovoda odnosno gasovoda) na bazi kojih se dobija uvid u njihovo stanje. Analiza stanja buotine omoguuje odreivanje optimalnog reima eksploatacije, koji se potom postie i odrava automatski ili runo.
-
Eruptivni metod eksploatacijeNajpoeljniji metod proizvodnje jer obezbeuje znatno veu koliinu proizvedenog fluida u odnosu na druge metode, pri emu su trokovi proizvodnje minimalni
Karakteristike proizvodnje zavise od prenika i dubine sputanja tubinga,odravanja konstantnog gasnog faktora, pritiska na dnu i ustima buotine
Sprovoenje definisanog, optimalnog rada buotine u reimu eruptivne proizvodnjom se obavlja korienjem optimalnih otvora dizne i upravljanjem radom buotine.
Upravljanje radom buotine podrazumeva praenje pritiska na glavi uzlaznih cevi-tubinga i u prstenastom prostoru (kezingu), kao i dnevnog trajanja proizvodnje i reagovanje odreenim postupcima na samoj buotini.
-
Eruptivni metod eksploatacijeAutomatizacija rada eruptivnih buotina se prvenstveno odnosi na automatsku akviziciju i praenja procesa. Mere se i sakupljaju sledee veliine:
pritisak na tubingu buotine,pritisak u meuprostoru,temperatura na glavi uzlaznih cevi,
Definiu se maksimalne, odnosno minimalne vrednosti pritiska na tubingu koje predstavljaju granina stanja i u sluaju njihovog prekoraenja neophodno je obezbediti pojavu signala alarma
-
Eksploatacija gasliftom
Mehanika metoda podizanja nafte sa dna buotine na povrinu, kod koje se koristi energija komprimovanog gasa koji se utiskuje kroz prstenasti prostor preko tzv. gaslift ventila, postavljenog na tubingu na odreenoj dubini
Kontinualni gaslift - gasifikacija, smanjenje gustine fluidaPovremeni gaslift - proces istiskivanja
Leite
Tubing
Kezing
Gaslift
ventil
Ulazgasa
Izlaznafte
Proizvodna dizna
Utisniventil
-
Eksploatacija gasliftom
Regulator pritiska za baklju Regulator pritiska u separatoru
Naftovod
Spremnik nafte
Buotina
Vremenski regulator dovoda gasa
Utis
ni g
asov
od
Visokopritisna komora
Kompresor
Regulator pritiska komprimovanja
Regulator pritiska z a baklju
Odvajac kapljica i necistoca
Regulator pritiska z a nadopunjavanje gaslift sistema
Separator
Niskopritisna komora
-
Eksploatacija gasliftom
MEMBRANA/MEH
OPRUGA
VRETENO
ZATVARA
SEDITE
Regulator pritiska Gaslift ventil
-
Eksploatacija gasliftom
4 5
p t =
xi
p=xi
6
1
2
4
5
6
1
1
2
3
5
pt = xi
1
1pt = xi
3
2
Ventil A Ventil B
pk pk
4
6
3
Gaslift ventil koji reaguje na pritisak u kezingu
-
Eksploatacija gasliftom
Sl. 4.6.
pt = xi pt
pt p=xi
pk 1 2 4
3
3 41 pt = xi 2
Gaslift ventil koji reaguje na pritisak u tubingu
-
Eksploatacija gasliftom
Veliine koje se prate u akvizicionom sistemu:pritisak na tubingu buotinepritisak u meuprostorutemperatura na glavi uzlaznih cevikoliina gasa koji se utiskuje u buotinukoliina gasa koji se dobija iz buotinepritisak utisnutog gasa kod buotineproizvodnja nafte (i proizvodnja vode)usisni pritisak kompresorapotisni pritisak kompresoraulazne i izlazne temperature gasa iz kompresorapotronja elektroenergije kompresora
Mogua pojava pulsacije, nestabilan rad
eljena vrednost (Setpoint)
pritiska Ulaz gasa
Izlaz nafte
Tubing
Kezing
Anular
Proizvodna dizna
Gasliftventil
Utisni ventil
Leite
-
Eksploatacija sistemom dubinskog pumpanja
Transformacijom mehanikog rada u potencijalnu energiju se podie pritisak fluida.
Na osnovu naina na koji se ostvaruju prenos i transformacija kretanja motora, dubinske pumpe se mogu podeliti u dve osnovne grupe:
Dubinske pumpe na klipnim ipkama sa kaaljkomDubinske pumpe bez klipnih ipki (klipne i centrifugalne pumpe)
Optimalni reim proizvodnje se ostvaruje putem odravanja odreenog reima rada dubinske pumpe neophodno praenje stanja buotine i stanja opreme sa dubinskom pumpom.
-
Eksploatacija sistemom dubinskog pumpanja
Veliine koje se mere i prikupljaju u procesu su:
optereenje glatke ipkehod glatke ipkepritisak na tubingu buotine,pritisak u meuprostoru,temperatura na glavi uzlaznih cevi,jaina struje pogonskog elektromotora,mogunost povratnog delovanja uglavnom se odnosi na iskljuenje/ukljuenje pogonskog elektromotora zbog potrebe ili prema unapred zadatom programu
Signal sa motora
Pumpa Nivo fluida
Leite
Izvo
r ak.
sign
ala Pritisak u
kezingu Mikrofon
Signal opter. i ubrzanj.
Senzor optereenja glatke ipke
Kaaljka
Transmiterpritiska
-
P&ID dijagram buotinskog voda jedne gasne buotine
PI 01 TI 01
TIT01D
XC1
TIR01D
PCV01C PI
02TI02
FE 01 TE01
TIT01E
PIT01C
UT 01
DPI01
PI 01 TI01
FIQ 01
XC 1
FIR 01
M
DS
DS
DS
DS
DS
XC1
TIR01E
XC1
DS
TIR01
PIR01C
Gasne buotine
-
Regulacioni ventil
Elektromotorni aktuator
Pozicioner
-
Buotinski vod
D
xi = T
12
3
FIC
101
TIC
101
YIC101
TY
101FT
101
TT
101
SP-F
SP-T
Pritisak na poetku, tj. na glavi izlaznih cevi i pritisak na kraju tj. ispred kolektora su parametri koji se moraju pratiti.
Vazduh za instrumentaciju
YIC element
ZSHxx
ZSLxx
YICxxS
-
Objekat automatizacije - Sabirna stanica
Sabirne stanice slue za prikupljanje fluida (nafta, voda i gas) dobijenog iz buotina
SeparacijaMerenja proizvodnje pojedinanih buotina i zbirnoProcesi zagrevanja fluidaPprocesi dehidracije nafte i gasaProcesi skladitenja i otpreme nafte i gasaPriprema i odlaganje slojne vode
Integralni akviziciono-upravljaki sistem - SCADAAkvizicija i praenje reima odvijanja procesa, stanja procesnih sudova, arhiviranje prikupljenih podataka, obezbeenje mogunosti promene reima rada pojedinih procesa programski ili na zahtev, signalizacija alarmnih stanja i dr.
-
Vertikalni dvofazni separator
LG
LSH
LSL
TI
LC
LSV
FSV
PI
TSE
PSV PCV FSV
PSHL
Ulaz fluida na tretman
Izlaz gasa
Izlaz nafte
Odvod vrste faze
Separatori
-
Separatori
Procesni sudovi koji ostvaruju razdvajanje nafte i gasa (dvofazniseparatori), odnosno vode, nafte i gasa (trofazni separatori).
Neophodno obezbediti odreene vrednosti nivoa, pritiska, temperature i vremenskog zadravanja fluida da bi se proces razdvajanja ili bar vei deo razdvajanja faza mogao obaviti
Parametri koji se prate u procesu separacije su: pritisak i temperatura u zbirnom i mernom separatoruprotok tenog fluida kroz zbirni i merni separatorsadraj vode u naftiprotok gasa u mernom i zbirnom separatoru.
Alarmni signali: prelaz pritiska izvan gornjeg ili donjeg pragaprelaz temperature izvan gornjeg ili donjeg pragaprelaz nivoa tenosti iznad gornjeg (maksimalnog) dozvoljenog nivoa
-
P&ID dijagram vertikalnog separatora
Separatori
-
P&I dijagrami za regulaciju nivoa u trofaznim separatorima
LC
LC
LC
LC
LC
LC Nafta
Voda
Nafta
Voda
Nafta
Voda
Regulacija meupovrine
Regulacija sa komorom za naftu
Regulacija sa odvojenim stubom vode
Separatori
-
- izgradnja izolacionih sistema u separatoru
- mogu se izbei problemi sa provodljivou fluidaSenzori induktivnosti
- provodljivost fluida stvara probleme
- razliiti nivoi dodira se mogu detektovati
Kapacitivni senzori sa vie elektroda
- prisustvo radioaktivnog zraenja- mogue merenje vertikalne raspodele fluidaSenzor gama zraenja
- ima problema sa detektovanjem emulzije
- prisustvo mehuria u tenosti slabi ultrazvune talase
- moe se koristiti za kontinualna i diskretna merenja
- lako se montira na postojeim ili novim separatorima
- nema potrebe za kalibracijom
Ultrazvuni senzor
- ne detektuje emulziju- moguezaepljenje cevi - neophodna termika izolacija
- koristi razliitu gustinu fluida u proraunu
Senzor diferencijalnog hidrost. pririska
- ne detektuje emulziju- jednostavna primenaPlovak
NedostaciPrednostiSenzor za merenja nivoa
Separatori
-
Merenje proizvodnje
Redosled merenja
Automatski ciklus merenja i usmeravanje tenosti sa buotine koju treba staviti na merenje obuhvata:
otvaranje odgovarajueg ventila buotine koju treba meriti, za usmeravanje fluida od zbirnog do mernog kolektora,zatvaranje ventila svih ostalih proizvodnih buotina prema mernom kolektoru, odnosno omoguavaju njihov tok, samo prema zbirnom kolektrou,na kraju ispitivanja buotine, zatvaranje ventila, koji je prikljuio buotinu na merni kolektor,registrovanje i arhiviranje ukupno dobijene koliine fluida u toku ispitivanja, buotine koja je bila na merenju,kraj ciklusa i poetak merenja na drugoj buotini.
-
Sistemi za dehidraciju
LCV
LSL
FSV
LCVPSV
LC
FSV
PSV
PCV
LC
LC
TC
TI
LSHTSE PSHL
TSH
Ulaz fluida na tretman
Osiguradimnjaka
DimnjakIzlaz
BDV
PI
PCV
PCV
PI
Pilot
FSVLCV
LSLTSH Osiguraplamena TSE
TCV
SDV
PSH
BSLIzlaz nafte
Izlaz vode
Gorivo
Izlaz gasa
-
Akviziciono-upravljaki sistemitipine sabirno-merne stanice
pritisak zbirnog kolektora
pritisak mernog kolektora
pritisak zbirnog separatora
pritisak mernog separatora
pritisak pare za grejanje
temperatura zbirnog kolektora
temperatura mernog kolektora
temperatura mernog separatora
temperatura pare za grejanje
Prikupljaja, arhivira i prema potrebi prezentuju podatke o veliinama:
protok nafte kroz zbirni separator
protok nafte kroz merni separator
protok nafte kroz zbirni kolektor
protok nafte kroz merni kolektor
sadraj vode u nafti - zbirno
sadraj vode u nafti - merno
protok nafte prema sabirno otpremnoj stanici
potronja energije za grejanje
-
Akviziciono-upravljaki sistemitipine sabirno-merne stanice
Upravljake aktivnosti jednog takvog AUS-a se odnose na:iskljuivanje/iskljuivanje grejaa zbog potrebe ili programski,automatsko usmeravanje toka tenosti od zbirnog do mernog separatora,automatsko ukljuenje sistema za hlaenje separatora i rezervoara,vreme stavljanja odreene buotine na merenje.
AUS sabirno-otpremne stanice dodatno meri, prikuplja i arhivira podatke o:nivou nafte u rezervoarima,protoku nafte u rezervoare,protoku nafte iz rezervoara,sadraju vode u nafti,protoku isputene vode iz rezervoara,potronji gasa u polju,temperaturi rezervoara,potronji elektro energije za pogon pumpi.
-
Automatizacija i upravljanje procesima pri transportu nafte i prirodnog gasa
-
Transport nafte i prirodnog gasaSistemi cevovodnog transporta ovih fluida na naftno-gasnim poljima i sa polja do rafinerija i potroaa. Obuhvataju i pumpne i kompresorske sisteme koji obezbeuju energiju potrebnu za transport
Automatizacija i upravljanje procesima transporta nafte i prirodnog gasa se uglavnom vezuje za upravljanje radom magistralnih naftovoda igasovoda putem odgovarajuih AUS
Automatizovan rad transportnog sistema podrazumeva:upravljanje radom kompresora,upravljanje radom pumpi i pumpnih stanica,regulisanje rada upravljakih ventila,automatsko usmeravanje i promene reima rada,merenja u rezervoarima,merenja pritiska, protoka i temperature u mrei,automatsko ienje deonica,ukljuivanje/iskljuivanje sistema,detekciju nekontrolisanog isticanja,energetski optimalno voenje procesa.
-
Transport nafte i prirodnog gasa
Telemetrijski sistemi zasnovani na SCADA-i Udaljene telemetrijske stanice (RTU) - mikroprocesorska stanica ija je primarna uloga skupljanje merenih signala sa senzora i generisanje pobude izvrnih elemenata, odnosno konverzija procesnih veliina u digitalni oblik i obrnuto
Sl. VII 5.1.
-
Transport nafte i prirodnog gasa
U dispeerskom centru se formira raunarski model, koji simulira ponaanja cevovodnog sistema.
Sl. VII 5.2.
Dispeerska radna stanica
Akviziciono-upravljaka stanica
Mrea udaljenih telemetrijskih stanica
2xModem
TerminalKa Dispeerskim centrima istog ili vieg hijerarhiskog nivoa
-
AUS za upravljanje radom pumpne stanice na magistralnom naftovodu
Prema Glavnomdispeerskom centruDispeerski centar
Prema RTU
Merni rezer. i naf/vod monit.
tampaizvetaja i alarma
Ulazni naftovod
Reze-rvoari
Pomonepumpe
Glavne pumpe
Ulazni naftovod
Meraprotoka
Regul.ventil
-
Frekventna regulacijaTradicionalno se pritisak i protok nafte reguliu priguivanjem, podeavanjem lopatica predkola pumpi i prestrujnim vodovima
Elektronski frekventni regulatori omoguuju kontinualnu promenu broja obrtaja motora naizmenine struje.
Konverzija naizmenine struje od 50 Hz u jednosmernu struju, a zatim proteruje ovu struju kroz seriju elektronskih prekidaa koji kontrolisanim naizmeninim ukljuivanjem i iskljuivanjem generiu naizmeninu struju promenljivog napona i frekvencije od 0 pa ak do 100 Hz. Ova promenljiva frekvencija dozvoljava promenu broja obrtaja motora, jer je broj obrtaja asinhronih (indukcionih) i sinhronih motora na naizmeninu struju direktno zavisan od frekvencije napajanja.
-
Frekventna regulacija
Ulazni napon u motor se podeava proporcionalno frekvenciji tako da se obezbedi konstantan odnos napona i frekvencije.
-
SISTEMI DISTRIBUCIJE PRIRODNOG GASA
Telemetrijski sisteme zasnovane na SCADA-i iji je osnovni zadatak praenje i nadzor rada sistemaUreaji lokalne automatike kojima se obezbeuju eljene vrednosti pritiska i protoka u sistemu.
-
SISTEMI DISTRIBUCIJE PRIRODNOG GASA
Sa gasnih polja, iz sabirno-otpremnih stanica preieni gas se magistralnim gasovodima pod visokim pritiskom (16-100 bar-a) transportuje do gradova, odnosno potroaa gasa. Magistralni gasovodi (transport gasa) se zavravaju glavnim merno regulacionim stanicama (GMRS).
GMRS su objekti koji povezuju na nivou grada magistralni gasovod sa gradskom distributivnom gasnom mreom i u kojima se vri filtriranje, dogrevanje, redukcija pritiska, regulacija i merenje protoka prirodnog gasa. GMRS obezbedjuje automatizovanu sinhronizaciju tehnolokog reima u magistralnom gasovodu i gradskoj mrei.
Gradske (primarne) distributivne mree predstavljaju sistem gasovoda kojima se gas transportuje od GMRS do merno regulacionih i regulacionih stanica potroaa (MRS i RS). Primarne mree se projektuju i dimenzioniu u naim uslovima za radni pritisak od 6 do 12 bara. Iz primarne mree treba da se napajaju svi potroai snage vee od 1 MW i merno regulacione stanica (MRS) koje smanjuju pritisak gasa ispod 4 bara koji se rasporeuje sekundarnom distributivnom mreom svim potroaima snage ispod 1 MW.
-
AUS distributivne gasne mree
--Zatvaranje PP ventilaDigitalni izlazi
eljena vrednost protoka-eljena vrednost protokaAnalogni izlazi
Kumulativni korigovani protokKumulativni nekorigovani protok-
Kumulativni korigovani protokKumulativni nekorigovani protokBrojaki ulazi
Status sigurn. ventilaIspad elektro mreeNizak napon AKU bat.
Status PP ventilaIspad elektro mreePoloaj ulaznih vrataNizak napon AKU bat.
Status sigurn. ventilaIspad elektro mreeNizak napon AKU bat.Rad cirkulacione pumpe (u
kotlarnici)Rad goripnikaPoloaj ulaznih vrata
Digitalni ulazi
Ulazni pritisakRadni pritisakIzlazni pritisakSpoljna temperaturaIzlazna temperaturaZatitni potencijalZaprljanost filtraTrenutni protok
Radni pritisakRadna temperatura
Ulazni pritisakRadni pritisakIzlazni pritisakUlazna temperaturaIzlazna temperaturaZatitni potencijalZaprljanost filtraTrenutni protokSpoljna temperatura
Analogni ulazi
Merno-regulaciona stanicaGlavno razvodno voriteGlavna merno-regulaciona stanicaTip signala
-
Regulatori pritiska
Regulaciona staza
Pogon za upravljanje
Ureaj za podeavanje
zadate vrednostiIzvrni
elementxi = p
Povratni vod
-
Regulacija pritiska ispred ili iza regulatora
-
Regulatori pritiska za gas direktnog dejstva
Regulatori pritiska za gas indirektnog dejstva