Разработка автоматизированного стенда физического подобия «3-х фазный сепаратор нефти»

В данной работе осуществляется исследование процессов разделения скважной жидкости и создание на основе экспериментальных данных математической модели процесса подготовки товарной нефти на уровне технологической схемы и отдельного аппарата.

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ ……………………………………………………………. 14
ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………. 15
1 Техническое задание …………………………………………………………………………………. 16
1.1 Назначение и цели создания стенда …………………………………………………. 16

1.2 Состав системы ……………………………………………………………………………….. 16

1.3 Требования к системе ……………………………………………………………………… 17

1.3.1 Требования к системе в целом ……………………………………………….. 17

1.3.2 Требования к техническому обеспечению ……………………………… 18

2 Состав объектов обустройства нефтепромысла ………………………………………….. 19
2.1 Структура нефтепромысла ………………………………………………………………. 19

2.2 Блок схема нефтедобывающего комплекса ………………………………………. 19

2.3 Кусты скважин ………………………………………………………………………………… 20

2.4 Пункты сбора и подготовки нефти, газа и воды ……………………………….. 21

2.5 Резервуарные парки ………………………………………………………………………… 22

2.6 Насосные внешней перекачки нефти ……………………………………………….. 23

2.7 Система поддержания пластового давления …………………………………….. 24

2.8 Сеть трубопроводов нефтесбора………………………………………………………. 26

2.9 Основные физические свойства нефти …………………………………………….. 27

2.10 Нефтегазовый сепаратор ……………………………………………………………….. 33

2.10.1 Принцип работы нефтегазового сепаратора …………………………. 33

2.10.2 Разновидности нефтегазовых сепараторов……………………………. 33

2.10.3 Виды сепараторов нефти по характеру проявления

основной силы …………………………………………………………………………………………….. 34
2.11 Определение передаточной функции объекта ………………………………… 36

3 Устройство и принцип работы стенда………………………………………………………… 39
3.1 Разработка структурной схемы стенда …………………………………………….. 39

3.2 Разработка конструкции сепаратора стенда ……………………………………… 40

4 Разработка алгоритмов работы стенда ……………………………………………………….. 41
4.1 Алгоритм технологического прогона оборудования…………………………. 41

4.2 Алгоритм работы стенда в статическом режиме ………………………………. 43

4.3 Алгоритм работы стенда в динамическом режиме……………………………. 45

5 Выбор оборудования …………………………………………………………………………………. 47
5.1.1 Выбор привода смесителя ……………………………………………………… 47

5.1.2 Выбор клапанов …………………………………………………………………….. 48

5.1.3 Выбор насоса ………………………………………………………………………… 49

5.1.4 Выбор драйвера …………………………………………………………………….. 50

5.1.5 Выбор уровнемеров ………………………………………………………………. 51

5.1.6 Выбор сигнализатора уровня …………………………………………………. 53

5.1.7 Выбор датчика плотности ……………………………………………………… 54

5.1.8 Выбор датчика температуры ………………………………………………….. 56

5.1.9 Выбор датчика давления ……………………………………………………….. 57

5.1.10 Выбор компрессора ……………………………………………………………… 58

5.1.11 Выбор нагревателя ………………………………………………………………. 60

5.1.12 Выбор контроллера ……………………………………………………………… 61

6 Разработка имитационной модели работы стенда ………………………………………. 63
7 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ……. 67
7.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности…………………………….. 67

7.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования ………… 67

7.2 Анализ конкурентных технических решений …………………………………… 68

7.3 SWOT-анализ ………………………………………………………………………………….. 70
7.4 Планирование в рамках научного исследования ………………………………. 75

7.4.1 Структура работ в рамках проектной работы …………………………. 75

7.4.2 Определение трудоемкости выполнения работ ………………………. 75

7.4.3 Бюджет научно-технического исследования ………………………….. 78

7.4.4 Формирование бюджета затрат проекта …………………………………. 84

7.5 Определение ресурсной, финансовой и экономической эффективности
исследования ……………………………………………………………………………………………….. 85

7.6 Оценка абсолютной эффективности исследования …………………………… 87

7.6.1 Расчет чистой текущей стоимости …………………………………………. 88

7.6.2 Дисконтированный срок окупаемости ……………………………………. 89

7.6.3 Внутренняя ставка доходности (IRR) …………………………………….. 90

7.6.4 Индекс доходности (рентабельности) инвестиций………………….. 92

8 Социальная ответственность ……………………………………………………………………… 94
8.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения

безопасности ……………………………………………………………………………………………….. 95

8.1.1 Специальные (характерные для проектируемой рабочей зоны)

правовые нормы трудового законодательства ………………………………………………. 95

8.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны 96

8.2 Производственная безопасность ………………………………………………………. 98

8.2.1 Отклонение показателей микроклимата …………………………………. 99

8.2.2 Производственный шум ………………………………………………………. 101

8.2.3 Отсутствие или недостаток естественного света …………………… 102

8.2.4 Повышенный уровень электромагнитных излучений……………. 104

8.2.5 Опасность поражения электрическим током ………………………… 105

8.3 Экологическая безопасность ………………………………………………………….. 107
8.3.1 Анализ влияния процесса исследования на окружающую

среду …………………………………………………………………………………………………………. 107

8.3.2 Обоснование мероприятий по защите окружающей

среды …………………………………………………………………………………………………………. 108

8.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………….. 108

8.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать

объект исследований ………………………………………………………………………………….. 109

8.4.2 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка

порядка действия в случае возникновения ЧС ……………………………………………. 110

8.5 Выводы по разделу социальная ответственность ……………………………. 111

Список использованных источников ………………………………………………………….. 113
Приложение А. Development of automated stand of physical similarity
“3-phase oil separator” …………………………………………………………………………………. 115
Приложение Б. Конструкция сепаратора стенда …………………………………………. 134
Приложение В. Блок-схема алгоритма технологического прогона оборудования
стенда ………………………………………………………………………………………………………… 135
Приложение Г. Блок-схема алгоритма работы стенда в статическом режиме . 136
Приложение Д. Блок-схема алгоритма работы стенда в динамическом
режиме ………………………………………………………………………………………………………. 137
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
В данной работе приняты следующие сокращения:
ПЛК – программируемый логический контроллер;
ПК – персональный компьютер;
ИМ – исполнительный механизм;
СИ – средства измерения;
ППД – поддержание пластового давления;
ДНС – дожимная насосная станция;
ЦТП – центральный товарный парк;
КСП – комплексные сборные пункты;
КНС – кустовая насосная станция;
ДНП – давление насыщенных паров;
КСУ – концевая ступень сепарации;
ГПЗ – газоперерабатывающий завод;
НПЗ – нефтеперерабатывающий завод;

Результатом выполнения магистерской диссертации стал разработанный
стенд физического подобия “3-х фазный сепаратор нефти”. При выполнении
работы осуществлен выбор оборудования, разработаны алгоритмы работы
стенда в статическом и динамическом режиме и алгоритм технологического
прогона оборудования стенда, разработана имитационная модель работы стенда
с использованием программного пакета Simulink и камера сепаратора стенда.
В состав стенда входит оборудование преимущественно отечественного
производства. Идеология разработки позволяет при необходимости заменить
импортные составляющие на отечественные аналоги без потери
эксплуатационных качеств.
Все требования технического задания выполнены в полном объеме.