Разработка системы управления установкой физического подобия трехфазного сепаратора в статическом и динамическом режимах

Объектом исследования является стенд физического подобия трехфазного сепаратора, на основе которого разработана автоматизированную систему управления установкой в статическом и динамическом режимах.

Определения и обозначения ………………………………………………………………….. 9
Введение …………………………………………………………………………………………….. 14
1 Техническое задание …………………………………………………………………….. 16
1.1 Полное название ………………………………………………………………………. 16
1.2 Краткая характеристика области применения …………………………… 16
1.3 Основные задачи и цели создания АСУ ТП ………………………………. 16
1.4 Требования к системе в целом ………………………………………………….. 16
1.5 Требования к техническому обеспечению ………………………………… 17
1.6 Требования к математическому обеспечению …………………………… 17
1.7 Требования к программной документации ……………………………….. 18
2 Аналитический обзор существующих систем ……………………………….. 19
2.1 Промысловая подготовка нефти……………………………………………….. 19
2.2 Подготовка нефти к транспорту ……………………………………………….. 19
2.3 Сепарация нефти ……………………………………………………………………… 21
2.3.1 Принципы работы нефтяного сепаратора …………………………….. 23
2.3.2 Образование эмульсий…………………………………………………………. 26
2.3.3 Физико-химические свойства нефтяных эмульсий ……………….. 26
3 Устройство и принцип работы стенда …………………………………………… 29
3.1 Конструкция стенда …………………………………………………………………. 29
3.2 Описание комплекса технических средств ……………………………….. 30
3.3 Подбор оборудования ………………………………………………………………. 31
3.3.1 Выбор клапанов …………………………………………………………………… 31
3.3.2 Выбор насоса ………………………………………………………………………. 32
3.3.3 Выбор контроллера ……………………………………………………………… 33
3.4 Разработка принципиальных электрических схем …………………….. 35
4 Принцип работы стенда………………………………………………………………… 37
4.1 Разработка алгоритмов работы стенда ……………………………………… 39
4.1.1 Алгоритм работы стенда в статическом режиме …………………… 39
4.1.2 Алгоритм работы стенда в динамическом режиме ……………….. 41
4.1.3 Алгоритм технологического прогона …………………………………… 43
4.2 Компьютерное зрение………………………………………………………………. 43
4.3 Структура информационно-измерительной системы ………………… 44
5 Разработка имитационной модели стенда ……………………………………… 46
5.1 Имитационная модель в Matlab SimHydraulics ………………………….. 46
5.2 Связь имитационной модели с ПЛК …………………………………………. 50
6 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение …………………………………………………………………………. 51
6.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности ……………….. 51
6.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования ………. 51
6.1.2 Анализ конкурентных технических решений ……………………….. 52
6.1.3 SWOT – анализ ……………………………………………………………………. 54
6.2 Планирование научно-исследовательских работ ………………………. 56
6.2.1 Структура работ в рамках научного исследования ……………….. 56
6.2.2 Определение трудоемкости выполнения работ …………………….. 57
6.2.3 Разработка графика проведения научного исследования ………. 58
6.3 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) ………………….. 62
6.3.1 Расчет материальных затрат ………………………………………………… 62
6.3.2 Расчет материальных затрат НТИ ………………………………………… 62
6.3.3 Основная заработная плата исполнителей темы …………………… 64
6.3.4 Дополнительная заработная плата исполнителей темы ………… 66
6.3.5 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления)66
6.3.6 Накладные расходы …………………………………………………………….. 67
6.3.7 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского
проекта …………………………………………………………………………………………… 67
6.4 Определение ресурсной, финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования ………………………………….. 68
6.5 Риски разработки……………………………………………………………………… 70
7 Социальная ответственность ……………………………………………………………. 73
7.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности74
7.1.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства …. 74
7.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны75
7.2 Производственная безопасность ………………………………………………. 77
7.2.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов ……… 77
7.2.2 Обоснование мероприятий по снижению уровней воздействия
опасных и вредных факторов на исследователя (работающего) ……….. 78
Повышенный уровень шума ………………………………………………………. 78
Отклонение показателей микроклимата ……………………………………… 79
Производственное освещение ……………………………………………………. 82
Уровень электромагнитных излучений ………………………………………. 84
Опасность поражения электрическим током ………………………………. 84
7.3 Экологическая безопасность…………………………………………………….. 86
Анализ влияния процесса исследования на окружающую среду …. 87
7.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях………………………………….. 87
7.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований ………………………………………………………………………………….. 88
7.4.2 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС …………………………………. 89
Выводы по разделу социальная ответственность ……………………………… 90
Заключение ………………………………………………………………………………………… 91
Список использованных источников …………………………………………………… 92
Приложение А. Development of a three-phase separator control system …… 96
Приложение Б. Схемы электрические принципиальные …………………….. 109
Приложение В. Блок-схема работы стенда в статическом режиме ……… 120
Приложение Г. Блок-схема работы стенда в динамическом режиме …… 122
Приложение Д. Блок-схема технологического прогона оборудования .. 124
Приложение Е. Имитационная модель ………………………………………………. 126

Результатом выполнения магистерской диссертации стала разработанная
система управления стендом физического подобия трехфазного сепаратора в
статическом и динамическом режимах работы. В ходе выполнения были
разработаны структурная схема стенда, схема электрическая принципиальная, а
также схема структуры информационно-измерительной системы. Также
произведен подбор оборудования, что в совокупности с вышеупомянутым
позволило собрать стенд.
Также результатом работы стала имитационная модель стенда,
позволяющая производить исследования процессов, приближенных к реальным.
Основной задачей установки является сепарация нефтепродукта в статическом и
динамическом режимах работы. Динамика разделения фаз жидкости в емкости
сепаратора анализируется с помощью компьютерного зрения. На основании
полученных данных производится регулирование процесса сепарации по
разработанным алгоритмам.
На основе разработанного стенда в совокупности с программным
обеспечением образовательные учреждения, а также научно-исследовательские
институты способны проводить исследования по разделению нефтяных
эмульсий на фракции при различных условиях.
Выполненная работа удовлетворяет требованиям к системе
автоматизации. Данная система имеет возможность расширения и
модернизации.