Применение беспроводной технологии автоматизированного управления газораспределительной системы

Разработка и исследование усовершенствованного управления транспортом газа потребителю на основе автономных контрольно-измерительных приборов. Обзор перспективных технологических направлений в области автоматизации технологических процессов транспортировки газа потребителю. Анализ автономных датчиков различных мировых компаний. Разработка алгоритмов пуска и аварийного останова со стравливанием газа газораспределительной станции.

Введение ……………………………………………………………………………………………………… 15
1 Обзор перспективных технологических направлений в области
автоматизации (интеллектуализации) технологических процессов газодобычи и
газопереработки…………………………………………………………………………………………… 17
2 Обзор в области автономных сенсоров и самоорганизующихся сетей ……… 25
2.1 Автономные датчики для беспроводных сенсорных сетей ………………… 25
2.2 Обзор и сравнение беспроводных датчиков на мировом рынке …………. 28
2.3 Категории элементов для автономных сенсоров ……………………………….. 35
2.4 Обзор применения беспроводной сенсорной сети на производстве ……. 37
3 Сравнение технологических параметров беспроводных сенсоров ……………. 40
3.1 Беспроводные датчики «Honeywell»………………………………………………….. 40
3.2 Беспроводные датчики «БИНАР»……………………………………………………… 44
3.3 Беспроводные датчики «Emerson»…………………………………………………….. 47
3.4 Выбор беспроводных датчиков для применения на
газораспределительной станции Томской ПП ……………………………………………. 52
3.5 Сравнение текущих датчиков с беспроводными аналогами ……………….. 55
4 Описание технологического процесса …………………………………………………….. 61
5 Разработка алгоритмов……………………………………………………………………………. 66
5.1 Разработка алгоритма пуска ГРС ………………………………………………………. 68
5.2 Разработка алгоритма аварийного останова ГРС со стравливанием газа ..
………………………………………………………………………………………………………… 69
5.3 Описание тэгов ………………………………………………………………………………… 71
6 Анализ полученных результатов …………………………………………………………….. 77
7 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение …. 80
7.1 Организация и планирование работ ………………………………………………….. 80
7.2 Расчет сметы затрат на выполнение проекта……………………………………… 84
7.2.1. Расчет затрат на материалы …………………………………………………………… 84
7.2.2. Расчет заработной платы ……………………………………………………………….. 84
7.2.3. Расчет затрат на социальный налог ……………………………………………….. 85
7.2.4. Расчет затрат на электроэнергию …………………………………………………… 86
7.2.5. Расчет амортизационных расходов ………………………………………………… 87
7.2.6. Расчет расходов, учитываемых непосредственно на основе платежных
документов …………………………………………………………………………………………….. 87
7.2.7. Расчет прочих расходов ………………………………………………………………… 88
7.2.8. Расчет общей себестоимости разработки ……………………………………….. 88
7.2.9. Расчет прибыли …………………………………………………………………………….. 89
7.2.10. Расчет НДС …………………………………………………………………………………… 89
7.2.11. Цена разработки магистерской диссертации ………………………………….. 89
7.3 Определение срока окупаемости инвестиций (PP – payback period) …… 89
7.4 Выводы по разделу …………………………………………………………………………… 90
8 Социальная ответственность …………………………………………………………………… 91
8.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……. 91
8.2 Производственная безопасность ……………………………………………………….. 92
8.3 Эргономика и производственная эстетика…………………………………………. 96
8.4 Мероприятия по выполнению норм естественного и искусственного
освещения ………………………………………………………………………………………………… 98
8.5 Экологическая безопасность …………………………………………………………… 100
8.6 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………… 101
8.7 Выводы по разделу …………………………………………………………………………. 102
Заключение ……………………………………………………………………………………………….. 104
Список используемой литературы ……………………………………………………………… 106
Приложение А (обязательное) Характеристики технологий на основе
автономных сенсоров…………………………………………………………………………………. 112
Приложение Б (обязательное) Исходная функциональная схема ГРС …………. 113
Приложение В (обязательное) Измененная функциональная схема ГРС ……… 116
Приложение Г (обязательное) Алгоритм пуска ГРС ……………………………………. 119
Приложение Д (обязательное) Алгоритм аварийного останова ГРС ……………. 121
Приложение Е (справочное) Раздел на английском языке …………………………… 123
Обозначения и сокращения

В данной работе применены следующие сокращения с
соответствующими обозначениями:
АРМ – Автоматизированное рабочее место;
ГПЗ – Газоперекачивающий завод;
ГРС – Газораспределительная станция;
ГКРЧ – Государственная комиссия по радиочастотам;
КС – Компрессорная станция;
КИПиА – Контрольные измерительные приборы и автоматика;
ЛПУМГ – Линейное производственное управление магистральным
газопроводом;
МГ – Магистральный газопровод;
НКС – Насосно-компрессорная станция;
ПО – Программное обеспечение;
ПП – Производственная площадка;
РЧ – Радиочастота.

В ходе выполнения данной магистерской диссертации был проведен
анализ перспективных технологических направлений в области автоматизации
(интеллектуализации) технологических процессов газодобычи и
газопереработки. В качестве перспективного направления была выбрана область
применения автономных сенсоров на производственных объектах, а именно на
газораспределительной станции Томской ПП Томского ЛПУМГ.
В данной области было проведено подробное сравнение автономных
беспроводных датчиков различных компаний, которые являются лидерами на
мировом рынке. Выбор был сделан в пользу беспроводных датчиков компании
«Emerson». Представленная компанией линейка беспроводных датчиков имеет
все необходимые для применения на газораспределительной станции типы
датчиков. По характеристикам представленные датчики компании «Emerson»
являются одними из лучших из сравниваемых в данной работе.
С целью усовершенствования управления технологическим процессом
газораспределительной станции были разработаны алгоритмы пуска и
аварийного останова станции со стравливанием газа, в которых нашли свое
применение беспроводные контрольно-измерительные приборы. Использование
проводных датчиков в данных алгоритмах имеет множество недостатков,
рассмотренных в пункте 5, которые могут привести к сбоям в их работе. Ввиду
чего, применение беспроводных технологий является приоритетным. С
помощью алгоритма пуска газораспределительной станции пропадет риск
возникновения аварии по вине человека, так как все действия в необходимом
порядке будут выполняться автоматически, а не вручную диспетчером Томского
ЛПУМГ или оператором ГРС. Кроме ликвидации человеческого фактора при
пуске ГРС или аварийном останове станции, с появлением нового алгоритма
сохранится целостность счетчика газа, расположенного на линии потребителя
ТПП. Помимо этого, при обеспечении дистанционного управления свечными
кранами, появляется возможность создать алгоритм аварийного останова
газораспределительной станции со стравливанием газа. При стравливании газа в
трубах не будет скапливаться газ, что позволит избежать взрыва на ГРС при
возникновении аварийной ситуации. Применение беспроводных контрольно-
измерительных приборов приведет к сохранению жизни и здоровья
обслуживающего персонала, присутствующему на станции, так как отсутствует
возможность обрыва или недопустимого натяжения кабелей датчиков, а также
замыкание жил на землю или между собой, что свойственно проводным
датчикам и может привести к аварийной ситуации.
Однако, по результатам выполненного в диссертации анализа
потенциальных преимуществ беспроводных датчиков можно сделать вывод о
том, что внедрение беспроводной технологии на существующей
газораспределительной станции является довольно дорогостоящим. Данную
технологию наиболее целесообразно применять на временных ГРС. Поставку
газа потребителям нельзя приостанавливать даже во время проведения
капитального ремонта на станции, для чего рядом с основной ГРС
устанавливается временная. Именно через нее газ поставляется потребителям.
Внедрение беспроводной технологии на данные временные ГРС значительно
снизит время их подключения и запуска в работу. Помимо этого, беспроводные
датчики можно использовать на запланированных к постройке станциях, где
будут спроектированы места их более выгодного расположения.