ФЭА / АИТ / Курсовой проект по курсу «Автоматизация производственных процессов» «Автоматизация дожимной насосной станции НГДУ «Елховнефть»
(автор - student, добавлено - 4-01-2014, 13:37)
СКАЧАТЬ:
Курсовой проект
по курсу «Автоматизация производственных процессов»
«Автоматизация дожимной насосной станции НГДУ «Елховнефть»
СОДЕРЖАНИЕ:
Введение______________________________________________________________________4Описание технологической схемы установки________________________________6Техническая часть: А) функциональные задачи автоматизации______________________________9Б) описание схемы автоматизации______________________________________10В) используемый комплекс технических средств и их основные технические характеристики_____________________________12 Экспериментальная и расчетная часть: А) определение передаточной функции объекта по кривой разгона____14Б) расчет и моделированиеСАР____________________________________________17В) программы расчета настроек регулятора и построение переходного процесса САР________________________________________________________________20Выводы______________________________________________________________________35 Литература_________________________________________________________________36 Графическая часть: А) функциональная схема комплексной автоматизации ГУ - 43 с УПС__37Б) принципиальная электрическая схема ГУ - 43 с УПС_________________39
ВВЕДЕНИЕПод автоматизацией производственных процессов нефтяных и газовых промыслов следует понимать применение приборов, приспособлений и машин, обеспечивающих бурение, добычу, промысловый сбор, подготовку и передачу нефти и газа с промысла потребителю без непосредственного участия человека, лишь под его контролем. Автоматизация производственных процессов является высшей формой развития техники добычи нефти и газа, предусматривающей применение передовой технологии, высокопроизводительного и надежного оборудования. Современные нефте- и газодобывающие предприятия представляют собой сложные комплексы технологических объектов, рассредоточенных на больших площадях, размеры которых достигают десятков и сотен квадратных километров. Технологические объекты (скважины, групповые измерительные установки, сепарационные установки, сборные пункты, установки комплексной подготовки нефти и газа, резервуарные парки) связаны между собой через продуктивный пласт и поток продукции, циркулирующей по технологическим коммуникациям. Добыча нефти и газа производится круглосуточно, в любую погоду, поэтому для нормального функционирования нефтегазодобывающего предприятия необходимо обеспечить надежную работу автоматизированного оборудования, дистанционный контроль за работой технологических объектов и их состоянием. Наиболее высокая эффективность работы газо - и нефтедобывающих объектов может быть достигнута при автоматическом управлении технологическими процессами в оптимальном режиме. Под оптимальным автоматическим управлением технологическим объектом понимают функционирование объекта с автоматическим выбором такого технологического режима, при котором обеспечивается наибольшая производительность с наилучшим использованием энергетических и сырьевых ресурсов. Технологические процессы бурения, добычи и транспортировки нефти и газа характеризуются значительным числом параметров, определяющих ход этих процессов, наличием внутренних связей между параметрами, их взаимным многообразным и сложным влиянием друг на друга и на течение всего процесса. Для того чтобы решить задачу создания системы оптимального автоматического управления технологическим процессом, необходимо его изучить, определить степень влияния характеризующих его параметров на выходные качественные и количественные показатели процесса. Один из методов изучения - познание процесса через модели, представляющие собой упрощенные системы, отражающие отдельные, интересующие исследователя стороны явлений. Процесс моделирования заключается в установлении зависимостей между входными и выходными параметрами системы. Наиболее удобным методом исследования сложных технологических процессов, позволяющим реализовать его на электронно-вычислительных машинах, отыскать оптимальные режимы ведения и условия управления процессом, является метод математического моделирования. Математическая модель должна правильно отражать технологический процесс, его характерные особенности, но в то же время она не должна быть перегружена деталями, несущественными или не влияющими на решение поставленной задачи. Наличие в модели множества второстепенных факторов может усложнить анализ и затруднить решение задачи. В то же время следует иметь в виду, что от того, насколько правильно модель отражает характерные черты изучаемого процесса, зависят успех исследования и ценность полученных результатов.
Описание технологической схемы ГУ - 43 с УПСАвтоматизированная дожимная насосная станция предназначена для внутри промысловой перекачки продукции добывающих скважин и выполнения ряда технологических процессов:
ДНС имеет следующие функциональные узлы, основное и вспомогательное оборудование:
Продукция скважин после ГЗУ поступает в 2 параллельно работающих нефтегазосепаратора первой ступени (С-1 и С-2), куда также добавляют ингибитор коррозии. Затем жидкость поступает на концевой делитель фаз (КДФ), где проходит вторую ступень сепарации. Для повышения производительности сепараторов и снижения затрат на операцию по обезвоживанию скорость движения потока нефти на конечном участке сборного трубопровода необходимо снизить до уровня, обеспечивающего расслоение смеси на нефть, газ и воду, а отбор каждого из продуктов осуществить отдельными потоками. Процессы разделения газо-водонефтяного потока на отдельные фазы осуществляется в концевом делителе фаз, представляющем конечный участок сборного трубопровода увеличенного диаметра. Применение КДФ исключает из пользования аппараты предварительного сброса воды, выполненных в виде многочисленных буллитов и отстойников, в которых при отсутствии системы улавливания легких фракций теряется часть легких углеводородов. Использование высокого начального давления при двухступенчатой сепарации обеспечивает при резком снижении давления в сепараторе интенсивное выделение газа. Газ направляется в газосепаратор (С-3), а затем через узел учета газа в газопровод и на свечу рассеивания. Отделившаяся пластовая вода из концевого делителя фаз через регулятор уровня направляются в три параллельно работающих отстойника (УПС - 1, УПС - 2, УПС - 3). Эта вода не требует сложной дополнительной очистки, поэтому отстойники расположены на территории ДНС, откуда отстоявшаяся вода через узел учета насосами ЦНС - 300 перекачивается на КНС. Сырая нефть, прошедшая две ступени сепарации, поступает в буферную, а после в технологическую емкость, а затем насосами ЦНС - 800 через узел учета нефти направляется на Кичуйский товарный парк. Утечки с сальниковых уплотнений насосов собираются в дренажных емкостях, откуда откачиваются опять на прием насоса.
Техническая часть
Функциональные задачи автоматизации Функциональные схемы являются основным техническим документом, определяющим функционально - блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля, управления и регулирования технологического процесса и оснащение объекта управления приборами и средствами автоматизации. Объектом управление в системах автоматизации технологических процессов является совокупность основного и вспомогательного оборудования вместе с встроенными в него запорными и регулирующими органами, а также энергии, сырья и других материалов, определенных особенностями используемой технологии. При разработке функциональных схем автоматизации технологических процессов необходимо решать следующее:
Указанные задачи решаются на основании анализа работы технологического оборудования, выявленных законов и критериев управления объектом, а также требований, предъявляемых к точности стабилизации, контроля и регистрации технологических параметров, к качеству регулирования и надежности. Функциональные задачи автоматизации, как правило, реализуются с помощью технических средств, включающих в себя: отборные устройства, средства получения первичной информации, средства преобразования и переработки информации, средства представления и выдачи информации обслуживающему персоналу, комбинированные, комплексные и вспомогательные устройства.
описание схемы автоматизации Система контроля и управления ДНС предназначена для оперативного учета, поддержания заданных значений параметров технологического процесса и предотвращения возникновения аварийных ситуаций. Объем контроля и управления ДНС.
4. На дренажной емкости:
5. По общестанционным параметрам:
6. На оперативном узле учета нефти:
используемый комплекс технических средств и их основные технические характеристики
Экспериментальная и расчетная часть
1. Определение передаточной функции нефтегазосепаратора по кривой разгона. Для нахождения передаточной функции объекта воспользуемся методом Симою. Пусть кривая разгона задана в графическом виде. Регулируемая величина (давление в атм.) в результате приложенного к объекту возмущения DQвх (изменение расхода жидкости в м3/ч) при t® стремится к конечному значению DРвых() отличному от нуля.
Разбиваем ось абсцисс на отрезки с интервалом времени Dt = 0,2 исходя из условия, что на протяжении всего графика Рвых в пределах 2Dt мало отличается от прямой. Находим отношение выходной величины от установившегося значения: . Таким образом, функция будет приведена к безразмерному виду.
Тип передаточной функции можно определить, построив график зависимости F(t) = s(t).
По виду графика определим тип передаточной функции в безразмерном виде:
Задача состоит в том, чтобы определить неизвестные коэффициенты полиномов знаменателя. Определим площади F1 , F2 , F3 для нахождения неизвестных коэффициентов. Определим площадь F1 по формуле:
Площади F2 и F3 определим по формулам:
Для того, чтобы определить эти площади, перестраиваем функцию 1-s(t) в другом масштабе времени, за независимую переменную принимаем Q.
Разбиваем график на равные отрезки времени DQ, исходя из условия, что на протяжении всего графика 1-si в пределах 2DQ мало отличается от прямой. DQ = 0,1
По данным из таблицы рассчитываем F2, F3:
Таким образом, передаточная функция в безразмерном виде будет выглядеть: Тогда передаточная функция в размерном виде будет:
[ ]
[ ]
В практике построения систем автоматизации объектов нефтяной, газовой и нефтеперерабатывающей промышленности широкое применение нашли одноконтурные системы автоматического регулирования. В качестве примера можно назвать регулирование давления в сепараторе, регулирование уровня жидкости в различных технологических аппаратах (адсорберах, ректификационных колоннах и т.д.), регулирование температуры на выходе теплообменника, стабилизация расходов нефти, газа, нефтепродуктов в технологических линиях. Исходя из найденной передаточной функции объекта регулирования и выбранного закона регулирования регулятора, определим параметры настройки регулятора, которые обеспечивали бы устойчивость и качество САР.
Система автоматического регулирования давления в сепараторе.
Структурная схема одноконтурной САР. Дана передаточная функция: , так как коэффициенты a3 = 0,391, a2 = 0,542 малы, то ими можно пренебречь. Пусть запаздывание будет e-1p, тогда передаточная функция примет вид:
Перейдем от передаточной функции объекта к расширенной амплитудно-фазовой характеристике:
при p = - mw + iw получим
Инверсная расширенная АФХ объекта в алгебраической форме записи будет иметь вид:
Выделим вещественную и мнимую часть:
т.к. для ПИ - регулятора настроечные параметры определяются из системы:
то с учетом вещественной и мнимой частей частотной характеристике объекта получим:
тогда для: T = 1,328, k = 0,14, t = 1, m = 0,221 получим настройки П1 и П2 при разных значениях частоты w. В плоскости настроечных параметров строим линию равной степени затухания.
Определим оптимальные настройки регуляторов при y = 0,75:
П-регулятор: Пп1 = 6,83 Пп2 = 0 ПИ-регулятор: Ппи1 = 4,502 Ппи2 = 5,462 И-регулятор: Пи1 = 0 Пи2 = 3,19
6. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ НАХОЖДЕНИЕ НАСТРОЕЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛЯТОРОВ МОДЕЛИРУЕМЫХ САР Для повышения качества регулирования объектов с существенными инерционными свойствами и большим запаздыванием применяют каскадные САР. Применение каскадной САР возможно в случае, если: - имеется промежуточная регулируемая переменная , зависящая от того же самого регулирующего воздействия , что и основная регулируемая переменная ; - промежуточный канал регулирования является более быстродействующим, чем основной канал , т. е. рабочая частота регулятора промежуточной переменной выше рабочей частоты регулятора основной переменной. Структурная схема каскадной САР приведена на следующем рисунке. Регулятор является стабилизирующим (внутренним, вспомогательным), регулятор - корректирующим (внешним, основным). Регулирующее воздействие, вырабатываемое регулятором , является заданием регулятору .
Расчет параметров настройки регуляторов и каскадной CAP осуществляется теми же методами, что и расчет настроек регулятора одноконтурной САР. При этом двухконтурную каскадную систему представляют в виде сочетания двух одноконтурных систем, в состав которых входят так называемые “эквивалентные объекты”.
Структурная схема одноконтурной САР с регулятором . Передаточная функция эквивалентного объекта в одноконтурной САР с регулятором определяется выражением:
. При различной инерционности основного и промежуточного каналов первым членом правой части выражения можно пренебречь. Сравнение инерционности основного и промежуточного каналов производится на основании выполнения условия . В этом случае передаточная функция эквивалентного объекта для регулятора равна: . Передаточная функция эквивалентного объекта в одноконтурной САР с регулятором определяется выражением: . Если на рабочей частоте выполняется условие , то передаточная функция эквивалентного объекта для регулятора равна .
Структурная схема одноконтурной CAP с регулятором . Расчет параметров настройки регуляторов методом незатухающих колебаний (метод Циглера-Никольса). Исходными данными являются передаточная функция регулятора с неизвестными параметрами. Расчет производится в два этапа. Расчет критической настройки П1кр пропорциональной составляющей регулятора (П2=П3=0), при САР находится на границе устойчивости. Определение по П1кр рабочих настроек регуляторов по приближенным формулам. Метод обеспечивает для большинства объектов степень затухания переходного процесса y³0,75 и небольшую динамическую ошибку. Определение П1кр. Как известно, замкнутая САР находится на границе устойчивости, если разомкнутая система устойчива и ее АФХ проходит через точку с координатами (-1;j0). Это условие, выполняемое на частоте wкр, называется критической, имеет вид:
Так как
то уравнение можно представить как систему двух уравнений:
АФХ П-регулятора известна:
Из второго уравнения системы находим wкр, из первого П1кр:
Определение рабочих настроек регуляторов. П-регулятор:
ПИ-регулятор:
1. Каскадная САР.
2. Исследование одноконтурной САР, построенной по принципу исключения из схемы каскадной САР внутреннего контура. Данная САР содержит объект, передаточная функция которого представляет собой ПФ объекта по основному каналу (известна из начальных условий), и ПИ-регулятор, настроечные параметры которого неизвестны. План расчета параметров остается тот же, что был рассмотрен выше, немного усложнившись в связи с тем, что ПФ объекта содержит апериодическое звено 2 порядка. Программа построения ПП для данной САР также изменится незначительно.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТАХ СИСТЕМ Программа моделирования каскадной САР. Начальные условия Листинг программы (см. на следующей стр.). Графическое изображение ПП каскадной САР.
Программа моделирования одноконтурной САР. Начальные условия.
Листинг программы.
Графическое изображение ПП одноконтурной САР.
Расчёт САР производится по методам, разработанным для аналоговых регуляторов. При этом уравнение объекта и регулятора представляются в разностной форме. Пусть, например, объект регулирования описывается дифференциальным уравнением порядка: , где y(t) - регулируемый параметр; x(t) - входное воздействие; k - коэффициент усиления; T - постоянная времени; - время запаздывания. Требуется найти функцию y(t), принимающую при значение . Рассмотрим численное решение того уравнения по методу Эйлера. Область непрерывного изменения аргумента заменим дискретным множеством точек, такими что где - некоторое фиксированное малое число - параметр численного метода. Вместо функции y(t) будем рассматривать таблицу значения , которые для краткости будем обозначать Представим время запаздывания в виде .Так как, по определению производной - есть предел отношения при , то, заменяя производную этим конечным соотношением, получим вместо дифференциального уравнения разностное уравнение . Отсюда:
или . Исследования показали, что точность решения дифференциального уравнения I-го порядка, полученного по уравнению, может быть повышена заменой Действительно, при соотношения получаются при разложении экспоненты в ряд Тейлора. Например: . После подстановки (7) в (6) получим: . Это уравнение может быть представлено в виде: , где . Уравнение наиболее распространённого в промышленных системах ПИ-регулятора в непрерывной форме имеет вид: , где - выходная величина регулятора (регулирующее воздействие) - входная величина регулятора (отклонение регулируемого параметра). После замены интеграла в ПИ-законе регулирования суммой (методом прямоугольников) уравнение в разностной формуле будет иметь вид: .
Похожие статьи:
|
|