Автоматизированная система управления процессом подогрева нефти
Разработка автоматизированной системы управления процессом подогрева товарной нефти. Выполнение исследования влияния возмущающих факторов на качество процесса нагревания. Разработка проектной и конструкторской документации на АСУ.
Введение ………………………………………………………………………………………………….. 12
1 Системы и установки подогрева нефти и нефтепродуктов ……………………… 14
2 Анализ объекта автоматизации ………………………………………………………………. 19
2.1. Устройство и принцип работы печи ……………………………………………………….. 19
2.2. Входные и выходные параметры…………………………………………………………….. 23
2.3. Описание алгоритмов работы печи …………………………………………………………. 25
3 Моделирование процесса теплопереноса при нагревании нефти в печи ….. 28
3.1. Теплообмен в трубах печи ……………………………………………………………………… 28
3.2. Физическая и математическая модель …………………………………………………….. 33
3.3. Методы решения ……………………………………………………………………………………. 37
3.4. Алгоритм решения …………………………………………………………………………………. 38
3.5. Численное исследование процесса теплопереноса при нагревании нефти .. 42
4 Система автоматизированного управления работой печи. Разработка структуры
АСУ …………………………………………………………………………………………………………. 51
4.1 Автоматизация установки подогрева нефти …………………………………………….. 51
4.2 Функции АСУ работой печи подогрева нефти …………………………………………. 52
4.3 Описание структуры проектируемой системы управления ………………………. 53
4.4 Выбор схемы регулирования …………………………………………………………………… 54
5 Выбор технических средств автоматизации и контроля ………………………….. 58
5.1 Выбор датчиков давления ……………………………………………………………………….. 58
5.2. Выбор термопреобразователей ……………………………………………………………….. 60
5.3 Выбор датчика контроля и индикации пламени ……………………………………….. 61
5.4 Выбор датчика расхода газа …………………………………………………………………….. 62
5.5 Выбор датчика расхода нефти …………………………………………………………………. 62
5.6 Выбор электрического привода с блоком управления ………………………………. 63
5.7 Выбор регулирующего устройства …………………………………………………………. 65
6 Проектирование принципиальной схемы АСУ установки подогрева нефти71
7 Проектирование монтажной схемы АСУ установки подогрева нефти …….. 72
8 Конструкторская разработка шкафа управления и автоматики установки
подогрева нефти ………………………………………………………………………………………. 73
9 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение … 76
9.1 Предпроектный анализ ……………………………………………………………………………. 77
9.1.1 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения………………………………………………… 77
9.1.2 SWOT-анализ ……………………………………………………………………………………….. 78
9.1.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации ………………………………….. 80
9.1.4 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования ………………………………………………………………………………………………… 81
9.2 Инициация проекта …………………………………………………………………………………. 82
9.2.1 Цели и результат проекта ……………………………………………………………………… 82
9.2.2 Организационная структура проекта …………………………………………………….. 83
9.3 Планирование управления научно-техническим проектом……………………….. 83
9.3.1 Контрольные события проекта …………………………………………………………….. 83
9.3.2 План проекта ………………………………………………………………………………………… 84
9.3.3 Бюджет научного проекта …………………………………………………………………….. 85
9.4. Оценка абсолютной эффективности проекта …………………………………………… 90
Вывод по разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение»……………………………………………………………………………………… 91
10 Социальная ответственность ………………………………………………………………… 93
Введение ………………………………………………………………………………………………………. 93
10.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ………… 93
10.1.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства ………………… 94
10.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны …………… 94
10.2 Анализ вредных и опасных факторов, которые может создавать объект
исследования ………………………………………………………………………………………………… 95
10.2.1 Отклонение показателей микроклимата ………………………………………………. 96
10.2.2 Недостаточная освещенность ……………………………………………………………… 97
10.2.3 Повышенный уровень шума на рабочем месте ……………………………………. 98
10.2.4 Повышенное значение напряжения в электрической цепи …………………… 99
10.2.5 Экологическая безопасность ……………………………………………………………… 100
10.2.6 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………… 101
Заключение по разделу «Социальная ответственность» ………………………………. 102
Заключение…………………………………………………………………………………………….. 104
Список литературы…………………………………………………………………………………. 105
Приложение А (обязательное) Automated process control system for heating oil112
Графический материал: На отдельных листах
ФЮРА.421000. 001 С1 Автоматизированная система управления процессом
подогрева нефти. Схема структурная
ФЮРА.421000. 001 С2 Автоматизированная система управления процессом
подогрева нефти. Схема функциональная
ФЮРА.421000. 001 С3 Автоматизированная система управления процессом
подогрева нефти. Схема электрическая
принципиальная
ФЮРА.421000. 001 С4 Автоматизированная система управления процессом
подогрева нефти. Схема внешних проводок
ФЮРА.421000. 001 СБ Автоматизированная система управления процессом
подогрева нефти. Схема общего вида шкафа
управления и автоматики
СОКРАЩЕНИЯ
АСР – автоматическая система регулирования;
ПТБ-10 – печь трубная блочная;
АР – автоматический регулятор;
ИМ – исполнительный механизм;
ТОУ – технологический объект управления;
РО – регулирующий орган.
.
Реферат
Дипломный проект 125 страниц, 17 рисунков, 34 таблицы, 1 приложение,
72 источника, 7 листов графического материала.
Ключевые слова: нефть, нефтяная эмульсия, процесс горения топлива,
конвекция, орёберные трубы, система автоматического управления.
Объектом разработки проекта является трубчатая блочная печь ПТБ-10,
которая предназначена для нагрева нефти и нефтяных эмульсий при их
транспорте и промысловых подготовках.
Целью работы является численный анализ условий подогрева нефти в
установках, основанных на сжигании газа, определение условий наиболее
эффективного подогрева, предотвращающего застывание нефти на стенках
подогревателя, выявление оптимального способа регулирования расхода
топливного газа, разработка автоматизированной системы управления процессом
подогрева нефти.
В результате разработана система автоматизированная система управления
процессом подогрева парафинистой нефти с высокой температурой застывания.
Автоматизация является очень важной составляющей жизни современного
общества. Нефтяная промышленность является важнейшей составной топливно-
энергетического комплекса.
Ежегодно Россия добывает около 550 миллионов тонн нефти. За 2018 год
достигнут рекордный объем добычи нефти, который составил 603,9 млн. т. [1].
Наибольшие объемы нефтедобычи приходятся на Ханты-Мансийский
автономный округ (Приобское, Самотлорское, Лянторское и другие
месторождения региона), Ямало-Ненецкий АО, Ханты-Мансийский АО и
Республика Татарстан. На указанные регионы приходится около 65 %
добываемой в России нефти. Наиболее эффективными месторождениями нефти
сегодня являются Ванкорское (Красноярский Край) и Русское (Ямало-Ненецкий
АО) [2]. Анализ географии месторождений показывает, что нефть добывается,
преимущественно, в условиях низких температур и в условиях вечной мерзлоты.
Нефть, добываемая на разных месторождениях, может существенно
отличаться по своим свойствам. Так, по плотности нефть разделяют на легкую
(ρ<0,83 г/см3), среднюю (0,83 ≤ ρ ≤ 0,86 г/см3) и тяжелую (ρ>0,86 г/см3).
Отличными для разных нефтей являются также такие параметры как температура
начала кипения, температура кристаллизации, которую определяет соотношение
легких и парафиновых фракций, вязкость, удельная теплоемкость и удельная
теплота сгорания, электрическая проводимость, температура вспышки, зависящая
от количества растворенных природных газов [3].
Транспортировка нефти по трубопроводам связана с большими
трудностями. При понижении температуры увеличивается вязкость нефти
(нефтяной эмульсии), и, как следствие, при ее транспортировке по трубопроводам
увеличивается гидравлическое сопротивление. Вязкость ‒ важнейшее
технологическое свойство нефти, определяющее ее подвижность в пластовых
условиях для добычи или при транспортировке по магистральным нефтепроводам
[3].
В условиях пониженных температур нефтепродукты становятся
«застывающими», высоковязкими, из-за чего затрудняется пуск нефтепровода
после его остановки, транспортировка продукта на дальние расстояния. Низкая
температура при перекачке парафинистой нефти приводит к «замораживанию»
нефтепровода до полного прекращения подачи. В связи с этим температурному
режиму транспортировки нефти уделяется значительное внимание: разработаются
способы подогрева, новые конструкции подогревательных установок и т.д.
Целью настоящей работы является численный анализ условий подогрева
нефти в установках, основанных на сжигании газа, определение условий наиболее
эффективного подогрева, предотвращающего застывание нефти на стенках
подогревателя, разработка автоматизированной системы управления процессом
подогрева парафинистой нефти с высокой температурой застывания, а также
выявление оптимального способа регулирования расхода топливного газа.
1 Системы и установки подогрева нефти и нефтепродуктов
Произведен анализ публикаций на темупроцесса подогрева нефти.
Проанализирована целесообразность внедрения автоматизированной системы
управления процесса подогрева нефти. Решение тестовых задач
теплопроводности для бесконечной пластины, однослойного и двуслойного
бесконечного цилиндравMatlab.
На основании результатов будет разработана математическая модель
влияния возмущающих факторов на процесс нагревания в Matlab.
Создание автоматизированных систем управления технологическими
процессами АСУТП в условиях частного или корпоративного вложения капитала
в промышленные предприятия требует реализации специфичных требований
владельцев предприятия.
Важным этапом подготовки специалиста по автоматизации
технологических и производственных процессов в нефтегазовой отрасли является
приобретение им первоначального опыта выполнения проектных работ.
Получен первоначальный опыт выполнения проектных работ, изучены
этапы проектирования автоматизированной системы контроля и управления,
подобран комплекс технических средств и, а также был освоен теоретический
материал по технологии нагрева нефтяных эмульсий и нефти при их промысловой
подготовке и транспорте. Разработана функциональная схема автоматизации,
принципиальная электрическая, схема внешних проводок, а также шкаф
управления и автоматики для трубчатой блочной ПТБ-10.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (44 отзыва)
4.8 (30 отзывов)
5 (145 отзывов)
4.5 (9 отзывов)
4.8 (2878 отзывов)
4.9 (826 отзывов)
4.7 (18 отзывов)
5 (154 отзыва)
4.3 (248 отзывов)
