Проектирование автоматизированной системы управления установок отвода и сжигания попутного нефтяного газа

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Самарский государственный  технический университет

в г. Сызрани

Кафедра «Автоматизация технологических 

процессов и производств»

 

 

Курсовой проект по дисциплине

«Проектирование автоматизированных систем»

На тему

«Проектирование автоматизированной системы управления установок отвода и сжигания попутного нефтяного газа»

 

 

 

 

 

Исполнитель:

Студент группы ___________   ________ Федоров А. В.

                                                   ^{(шифр группы)       (подпись)}

Руководитель  КП: ________________ Тараканов А.В.

                                                               ^{(подпись)}

_______________________

     ^{(ученая  степень, ученое  звание)}

 

^{_____________________________}

^{(оценка  работы)}

^{_____________________________}

^(дата)

Сызрань 2012 г

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение…………………………………………………….……………………..5

1. Описание технологического режима и установки …………….........…..7
1. Установки для отделения и сжигания попутного нефтяного газа……….7
2. Контролируемые и регулируемые величины……………………………14
2. Разработка алгоритмической схемы системы автоматизации……..…..15
3. Построение функциональной схемы и выбор измерительных и регулирующих устройств………………………………………………………..…..19

3.1   Выбор приборов и средств автоматизации…………………………..….21

3.1.1   Датчик давления КРТ-5……………………………………..……...…..21

3.1.2   Датчик температуры ТКП-100А…………………………………….….23

3.1.3   Датчик уровня жидкости электрический ДУЖЭ-200М……..…….…24

3.1.4  Датчик расхода жидкости Центросоник……………………………….26

3.1.5  Датчик расхода газа Взлет ВРС 500 ЕХ………………………………29

6. Анализатор качества газа Петрохром-4000……………………….….30
7.   Контроллер Логиконт – S200……..…………………………..……..…32

3.1.8   Спецификация на приборы и средства…………………………..…….34

4. Разработка чертежа общего вида щита………………………………….36

5    Разработка структурной схемы средств автоматизации (или АСУ) технологического процесса……………………………………………………….….38

1. Функции АСУ……………………………..……………………..……….38
2. Описание структуры АСУ………………………………………………....39
3. Описание классификационных признаков системы……………………..42

6     Экономическое обоснование спроектированной автоматизированной системы. Анализ технико-экономических показателей…………………………...44

6.1   Расчет капитальных вложений………………………………………..…..45

Заключение …………………………………………………………………..….51

Библиографический список……………………………………………….…...52

Приложение. Графическая  часть

 

Реферат

 

Курсовой проект 56 стр., 24 рисунков, 11 таблицы, 7 источников, 2 листа графического материала.

Ключевые слова: автоматизация, измерительное оборудование, попутный нефтяной газ, сетчатый газосепаратор, факельная установка, эффективность.

Объектом автоматизации  является процесс отвода и сжигания попутного нефтяного газа. (под объектом управления понимается совокупность основного и вспомогательного оборудования вместе с встроенными в него запорными и регулирующими органами, а также энергии, сырья и других материалов)

Цель работы - разработка АСУ ТП отвода и сжигания попутного нефтяного газа.

В процессе проектирования проводились выбор силового, измерительного оборудования, выбор устройства управления и разработка электрической принципиальной схемы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Техническое задание на проектирование

 

При выполнении курсового проекта необходимо:

1. Тщательно изучить технологический процесс и конструкцию аппаратов и оборудования, используя имеющуюся по данной теме техническую литературу. Описать необходимость существующей системы контроля и управления.
2. Разработать структурную схему объекта автоматизации и обосновать выбор необходимых контролируемых и регулируемых величин, и управляющих величин.
3. Разработать алгоритмическую схему автоматизации.
4. Разработать функциональную схему автоматизации. Рассчитать и выбрать приборы и средства автоматизации. Составить спецификацию на приборы, средства автоматизации и аппаратуру.
5. Разработать общий вид щита (пульта). Составить схему подключения (подсоединения) основных элементов щитовой аппаратуры.
6. Разработать структурную схему средств автоматизации (или АСУ) технологического процесса. Описать состав, функции и классификационные признаки системы.
7. Экономически обосновать спроектированную автоматизированную систему.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Попутный нефтяной газ - ценнейшее углеводородное сырье  наряду с нефтью и природным газом. В эпоху нарастающего дефицита энергоносителей  рациональное использование попутного  нефтяного газа является неотъемлемой частью эффективного энергопользования и одним из важнейших показателей уровня промышленного развития страны.

Стандартом  для нефтяных компаний в развитых странах является утилизация 90-95% добываемого  попутного нефтяного газа, в то время как в России, даже по официальным данным, сжигается не менее 30% этого углеводородного сырья.

Сжигание ПНГ  – это более полумиллиона тонн вредных выбросов в атмосферу  в России и странах СНГ ежегодно и миллиарды долларов упущенной  выгоды.

Основные потери нефтяного газа формируются за счет малых и средних удаленных месторождений, доля которых в мире продолжает стремительно увеличиваться. Однако, организация сбора газа с таких месторождений по схемам, предложенным для строительства крупных газоперерабатывающих заводов, является весьма капиталоемким мероприятием, требует значительного времени для реализации, не позволяет утилизировать нефтяные газы концевых ступеней сепарирования и фактически неприменима к территориально разобщенным малым и средним месторождениям.

Проблема утилизации попутного нефтяного газа является сложной технической и экономической  задачей. При ее решении приходится учитывать не только потенциальную  техническую реализуемость рассматриваемых  способов переработки ПНГ, но и экономическую целесообразность этой переработки.

Государственная политика в этой области должна быть направлена на всемерное поощрение  технически и экономически оправданных  способов утилизации ПНГ. Так «Энергетическая  стратегия России на период до 2020 г.»  в числе основные задач энергетической отрасли приводит:

• Применения энергосберегающих технологий и оборудования
• Сокращения потерь при добыче, переработке, транспортировки и реализации продукции ТЭКа
• Минимизация техногенного воздействия энергетики на окружающую среду.

В настоящее время у недропользователей вновь возник интерес к проблеме коммерческой переработки попутного газа. Причиной этому в первую очередь является требование государства к нефтяным компаниям утилизировать нефтяной газ в соответствии с условиями лицензий на эксплуатацию нефтяных месторождений. Невыполнение этих условий может служить основанием для лишения недропользователя лицензии на добычу нефти.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.      ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА И УСТАНОВКИ

 

1. Установки для отделения и сжигания попутного нефтяного газа

 

Добыча нефти  неразрывно связана с природными и попутными нефтяными газами, образующимися в процессе бурения. Природный и попутный газ –  это высокоэкономичное энергетическое топливо, применяется как топливо  на электростанциях, в чёрной и цветной металлургии, цементной и стекольной промышленности, как сырье для получения органических соединений при синтезе и т.д, также применяются и в повседневной жизни для обеспечения систем ЖКХ.

Для очистки  природных и попутных нефтяных газов  используются различные установки. Переработка ведется многими государствами, это сложный высокотехнологический процесс.

В одной тонне  нефти количество попутного нефтяного  газа может колебаться от одного-двух до нескольких тысяч кубометров.

В отличие от природного газа попутный нефтяной газ содержит в своем составе кроме метана и этана большую долю пропанов, бутанов и паров более тяжелых углеводородов. Во многих попутных газах, в зависимости от месторождения, содержатся также неуглеводородные компоненты: сероводород и меркаптаны, углекислый газ, азот, гелий и аргон.

При вскрытии нефтяных пластов обычно сначала начинает фонтанировать газ нефтяных «шапок». Впоследствии основную часть добываемого  попутного газа составляют газы, растворенные в нефти. Газ газовых «шапок», или свободный газ, является более «легким» по составу (с меньшим содержанием тяжелых углеводородных газов) в отличие от растворенного в нефти газа. Таким образом, начальные стадии освоения месторождений обычно характеризуются большими ежегодными объемами добычи попутного нефтяного газа с большей долей метана в своем составе. При длительной эксплуатации месторождения дебет попутного нефтяного газа сокращается.

В нефтяной и  газовой отраслях в тех случаях, когда технологическим процессом  предусмотрено принудительное выделение жидкости из газа, широко используются специальные устройства, называемые сепараторами. Для очистки природного газа в промысловых условиях используют газосепараторы сетчатые рисунок 1, которые в данной ситуации выполняют роль фильтров, очищающих газ от механических примесей, конденсата и капельной жидкости. Точно так же газосепараторы устанавливают на скважинах, где нефть содержит большое количество растворенного газа.

Конструктивно газосепараторы сетчатые представляют собой цилиндр из углеродистой или низколегированной стали, внутри которого находится отсек предварительной сепарации и отстойник для сбора жидкости. Для тонкой очистки газа от жидкости применяется каплеуловитель — сетчатый рукав-фильтр из специальной коррозионно-стойкой стали. Для слежения за процессом сепарации газосепаратор оснащается приборами. По исполнению один газосепаратор может отличаться от другого в зависимости от тех параметров, которые заложены в его конструкцию исходя из условий эксплуатации. Если корпуса непосредственно газосепараторов, как правило, изготавливаются двух типов — это вертикальный с фланцевым разъемом и вертикальный цельносварной, — то расчетное давление аппаратов может иметь множество значений.

Принцип действия сепараторов основан на различиях  физических свойств, которыми обладают компоненты смеси. Размещаясь на входе насоса, качающего газ из скважины в устье А, под воздействием тяги, создаваемой насосом, внутри корпуса газосепаратора создается завихрение среды. Под воздействием центробежной силы происходит отклонение потока за счет влияния на него специальных насадок различной конфигурации. Таким образом, более тяжелые углеводороды отделяются от газа, отбрасываются на сетку-каплеуловитель и выводятся через сливное отверстие В, благодаря чему очищенный газ вытягивается наверх через устье Б. При помощи рамки уровня Г в газосепараторе регулируется уровень смеси. Манометр Д снимает давление внутри установки. Термометр показывает температуру рабочей среды нутрии газосепаратора Таким образом, газосепараторы очень эффективно очищают газ, количество примеси в котором на выходе не превышает одного процента. Тем не менее принцип сепарации в нефтегазовой отрасли используется не только при отделении добываемого газа от примесей, но и для удаления капельной жидкости из газа, сбрасываемого на горелки факельных установок. Основные технические характеристики приведены в таблице 1.

 

Рис. 1. Сетчатый газосепаратор:

А-вход газа с  месторождения; Б-выход газа на факельную  установку; В-выход примесей;     Г-рамка уровня; Д-манометр; Е-термометр

 

 

 

 

Таблица 1 – Основные характеристики сетчатого газосепаратора

Основные технические  характеристики
Наименование  параметров	Значение
Объём номинальный  сепаратора, м3	1,0 - 50
Давление рабочее, МПа   (кгс/см2)	0,07÷16
Температура рабочей среды, не более, С°	100
Рабочая среда, об.	Газоконденсатная  смесь, с содержанием H2S и CO2 до 6%