Обоснование и выбор технических средств для автоматизации сепаратора С-1 на УПСВ.

 

Применяемые в проекте датчики, преобразователи, исполнительные механизмы изготавливаются предприятиями России, разработаны в последние годы и соответствуют условиям эксплуатации на месторождениях Западной Сибири.

Датчики и измерительные преобразователи, вторичные приборы имеют унифицированные выходные сигналы с одним из следующих параметров:

- аналоговые (токовые 4…20 мА) для контроля и регулирования режимных технологических параметров;

- частотно-импульсные сигналы для контроля учетных технологических параметров;

- дискретные типа «сухой контакт» для сигнализации предельных значений технологических параметров;

- интерфейсные RS 485.

Все датчики, преобразователи и исполнительные механизмы соответствуют требованиям по степени защиты от воздействия окружающей среды:

- по взрыво и пожаро безопасности;

- по климатическому воздействию;

- по устойчивости к воздействию агрессивных сред;

- по степени защиты оболочки от проникновения внутрь пыли и влаги.

Для выбора средства измерения избыточного давления будет произведен сравнительный анализ нескольких датчиков различных фирм. Характеристики представлены в таблице 2.1.

Поскольку характеристики датчиков практически совпадают, был выбран Метран-100 ДИ, зарекомендовавший себя с хорошей стороны.

Для измерения разности давлений был выбран датчик Метран-100-ДД.

Таблица 1 - Технические характеристики датчиков давления

Параметры	Метран-100 ДИ	Rosemount 2088	Сапфир-22	Метран-43ДИ
Диапазон измеряемых давлений	0..16	0…69	0.. 2,5	0.. 2,5
Измеряемая среда	газ, жидкость, пар	газ, жидкость, пар	газ, жидкость, пар	газ, жидкость, пар
Пределы допустимой погрешности, %	0,1	0,2	0,25	0,25
Защита	взрывозащищенный	взрывозащищенный	Взрывозащищенный	Взрывозащищенный
Температура окружающей среды,°С	-40…+70	-40…+85	-30…+50	-30…+50
Выходной сигнал	4…20мА	4…20мА	4…20мА	4…20мА
Срок службы	10 лет	8 лет	10 лет	8 лет

 

Таблица 2 - Характеристики датчика Метран-100-ДД

Выходной сигнал, мА	4-20
Предел допускаемой основной погрешности, %	0,1-1,0
Пределы измерений	0,04 кПа - 16 МПа
Исполнение	Взрывозащищенное
Межповерочный интервал	3 года
Внешнее магнитное поле напряженностью 400 А/м	Не более ±1%
Напряжение питания, В	12-42
Сопротивление изоляции, Мом	Не менее 20
Потребляемая мощность, ВА	0,8
Срок службы датчика	До 12 лет

Для измерения уровня жидкости и уровня раздела фаз были выбраны преобразователи Сапфир-22МП-ДУ так как они обладают следующими преимуществами:

- высокая температурная стабильность;

- автоматическая коррекция по температуре;

- установка нуля и перестройка диапазона измерения производится непосредственно на объекте, без вскрытия и разгерметизации электронного блока, что важно при использовании во взрывоопасной или агрессивной среде;

- преобразователи имеют высокую электромагнитную совместимость, что обеспечивает их стабильную работу вблизи мощных источников электромагнитных излучений;

- легкая интеграция в цифровые АСУ ТП;

- обеспечена возможность дистанционного снятия информации;

- защита от несанкционированного доступа.

Датчики уровня Сапфир-22МП-ДУ обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра в стандартный токовый выходной сигнал. Основные характеристики датчика приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Характеристики датчика Сапфир-22МП-ДУ

Исполнение	Взрывозащищенное
Выходной сигнал, мА	4-20
Верхний предел измерений, мм	250-10000
Допускаемая основная погрешность, %	1,0
Напряжение питания, В	36±0,72
Плотность контролируемой среды, кг/м3	350-2000
Предельно допускаемое рабочее избыточное давление, МПа	4,0
Сопротивление изоляции, Мом	Не менее 40

Приборы состоят из измерительного блока и электронного преобразователя. При изменении измеряемого уровня происходит изменение гидростатической выталкивающей силы, воздействующей на чувствительный элемент-буёк. Это изменение через рычаг передается на тензопреобразователь, который преобразует это изменение сопротивления в токовый выходной сигнал.

Для контроля уровня нефти, воды и конденсата в технологических емкостях используются сигнализаторы уровня ультразвуковые УЗС 207И и УЗС 107И, так как они обладают следующими преимуществами:

- сигнализаторы обеспечивают два вида сигнализации наличие и отсутствии контролируемой среды;

- сигнализаторы УЗС-207И обеспечивают контроль исправности при подаче напряжения постоянного тока 27В от отдельного источника питания;

- погрешность срабатывания относительно номинального уровня срабатывания не более 2 мм при вертикальной установке и 5 мм при горизонтальной установке датчика.

- сигнализаторы устойчивы к воздействию температур окружающего воздуха;

- отсутствие механически движущихся частей.

Датчик состоит из чувствительного элемента, корпуса, электронного блока. Вторичный преобразователь состоит из корпуса, крышки, платы, имеет наружный винт заземления. Основные характеристики сигнализатора представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Характеристики сигнализатора УЗС 207И

Исполнение	Взрывозащищенное
Выходной сигнал	24 В
Максимальное расстояние между двумя точками контроля, мм
Погрешность, мм	+ 2
Время срабатывания, сек	0,5
Напряжение питания, В
Предельно допускаемое рабочее избыточное давление, МПа	16,0

Принцип действия сигнализатора основан на использовании метода импульсного зондирования ультразвуком с временной или частотной селекцией, который заключается в сравнении времени прохождения ультразвукового сигнала через рабочий зазор датчика, заполненной контролируемой средой или газом, с вырабатываемой в самом сигнализаторе временным интервалом.

Для получения дискретных данных о превышении или снижении заданных параметров давления были выбраны манометры электроконтактные ДМ-2005, так как они просты в исполнении и обладают хорошими эксплуатационными характеристиками.

Данный прибор является показывающим сигнализирующим манометром, предназначенным для измерения избыточного и вакуумметрического давления жидкостей, паров, газов и управления внешними электрическими цепями в схемах автоматизации и блокировки трубопровода. Основные характеристики датчика ДМ-2005 приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Характеристики датчика ДМ-2005

Диапазон показаний, кг/см2	От 0 до 1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40; 60; 100; 160; 250; 400; 600; 1000; 1600
Сила коммутируемого тока, А	до 1
Частота переменного тока, Гц	50±1
Предел допустимой основной погрешности срабатывания сигнализирующего устройства, %	2,5-4 диапазона показаний
Диапазон измерения избыточного давления, %	0-75 диапазона показаний вакуумметрического давления и равен диапазону показаний
Параметры сигнализирующего устройства: Напряжение внешних коммутирующих цепей	24; 27; 36; 40; 140; 220; 380 В-для цепей переменного тока; 24; 27; 36; 40; ПО; 220 В-для цепей постоянного тока;
Предел допускаемой основной погрешности, %	0,1
Потребляемая мощность контактов, ВА	10-30 постоянного 20-50 переменного тока
Средний срок службы датчика	12 лет

Для выбора средства измерения температуры будет произведен сравнительный анализ нескольких датчиков различных фирм. Характеристики представлены в таблице 1.

Поскольку характеристики датчиков практически совпадают, был выбран Метран-100 ДИ, зарекомендовавший себя с хорошей стороны.

 

Таблица 6 - Технические характеристики датчиков температуры

Параметры	Метран ТСМУ-276	Rosemount 144H	Метран ТСМУ-55	Метран-200Т
Диапазон измеряемых температур, °С	-50…+180	-60…+250	-50…+150	-50…+100
Предел допустимой погрешности %	0,25	0,1	0,25	0,15
Измеряемые среды	твердые, жидкие, газообразные и сыпучие среды	Нейтральные и агрессивные среды	Нейтральные и агрессивные среды	твердые, жидкие, газообразные и сыпучие среды
Выходной сигнал	4…20мА	4…20мА	4…20мА	4…20мА
Температура окружающей среды, °С	-40…+60	-40…+60	-40…+60	-40…+60
Защита	1ExdIICT6	1ExdIICT6	1ExdIICT6	1ExdIICT6
Срок службы	5 лет[3]	8 лет[4]	5 лет[3]	5 лет[3]

В качестве сигнализаторов загазованности были выбраны сигнализаторы СТМ-30, которые предназначены для непрерывного автоматического контроля взрывоопасных концентраций многокомпонентных воздушных смесей и паров.

СТМ-30 применяется в процессе добычи, переработки и транспортировки газа, нефти и нефтепродуктов. СТМ-30 состоит из блока питания и сигнализации БПС, датчика и блока обмена информацией БОИ, обслуживающего от 1 до 16 БПС.

В основу принципа действия сигнализатора положен термохимический метод, основанный на измерении теплового эффекта от окисления горючих газов и паров на каталитически активном элементе датчика, дальнейшем преобразовании полученного сигнала и выдачи сигнала о достижении предельной концентрации.

Сигнализатор СТМ-30 имеет следующие особенности исполнения:

- взрывобезопасное исполнение датчиков;

- световая сигнализация при достижении пороговых концентраций или неисправности датчика;

- наличие «сухих» контактов реле для подключения исполнительных устройств;

- наличие выходного унифицированного сигнала 4-20 мА;

- встроенный или выносной датчик;

- наличие цифровой индикации.

Основные характеристики сигнализатора представлены в таблице 7.

Таблица 7 - Характеристики сигнализатора СТМ-30

Выходной сигнал, мА	4-20
Напряжение питания, В
Диапазон измерений, % НПВ (нижний предел взрываемости)	0…50
Диапазон показаний, % НПВ	0…100
Основная абсолютная погрешность, % НПВ	±5
Время срабатывания сигнализации, сек	Не более 7
Резервное питание, В
Потребляемая мощность, ВА	Не более 10
Время работы без калибровки, месяц

В качестве расходомеров были выбраны турбинные расходомеры НОРД-М, которые предназначены для измерения объемного количества нефти, нефтепродуктов и других, нейтральных к сталям 20X13 и 12X18Н10Т жидкостей.

В зависимости от диаметра условного прохода и условного давления имеет 18 исполнений. В данной работе был выбран диаметр равный 150 мм.

Принцип работы преобразователя основан на вращении турбинки набегающим потоком жидкости. При вращении турбинки, выполненной из ферромагнитного материала, каждая лопасть её, проходя вблизи сердечника катушки датчика, наводит в ней импульсы электродвижущей силы. Основной характеристикой преобразователя является фактор, которой характеризуется количеством импульсов на единицу объема.

Основные характеристики расходомера представлены в таблице 8.

Для учета расхода газа были применены счетчики газа вихревые СВГ.М, которые предназначены для оперативного и коммерческого учета потребляемого природного газа и других неагрессивных газов (воздух, азот, кислород и т.п.) на промышленных объектах.

Таблица 8 - Характеристики турбинных расходомеров НОРД-М

Выходной сигнал	Аналоговый 4-20 мА или частотный
Напряжение питания, В
Исполнение	Взрывозащищенное
Пределы измерений, м3/ч	35…900
Основная абсолютная погрешность, %	±1,5
Условное давление, МПа	4,0
Потребляемая мощность, ВА	Не более 25
Коэффициент преобразования, имп/м3, не менее
Потеря давления в преобразователе, Мпа	0,05

Датчик расхода работает следующим образом. Набегающий поток газа образует за телом обтекания дорожку, характеризующуюся местными завихрениями в потоке. Частота срыва вихрей с тела обтекания пропорциональна скорости потока газа. У верхнего торца тела обтекания установлены два чувствительных элемента, воспринимающие пульсации давления при срыве очередного вихря.

Основные характеристики расходомера представлены в таблице 9.

Для определения процента содержания воды в нефти был выбран влагомер сырой нефти полнопоточный ВСН-2-ПП/30, так как он обладает следующими преимуществами:

- высокая достоверность результатов измерений - непрерывно контролируется вся проходящая по основному трубопроводу нефть;

- не требует врезки через пробозаборный зонд;

- измеряет мгновенные значения влажности;

- выдает сигнал о достижении предельной влажности.

Таблица 9 - Характеристики счетчиков газа СВГ.М

Выходной сигнал	Аналоговый 4-20 мА
Напряжение питания, В
Избыточное давление, МПа	0,003…2.5
Диаметр условного прохода, мм
Диапазон эксплуатационных расходов, м3/час	250…5000
Основная относительная погрешность, %	+ 1,5
Потребляемая мощность, Вт
Средняя наработка на отказ, ч, не менее
Средний срок службы, лет