2580909 - Система компаундирования высокосернистых нефтей по нескольким направлениям перекачки смешанного потока

Система компаундирования высокосернистых нефтей по нескольким направлениям перекачки смешанного потока

Иллюстрации

Показать все

Изобретение относится к средствам автоматизации и может быть использовано в трубопроводном транспорте при подкачке нефти из одного трубопровода или из его нескольких ответвлений в несколько общих магистралей, по которым смесь нефтей транспортируется к потребителю. Отличительной особенностью изобретения является введение в конструкцию системы управления процессом компаундирования нефти следующих блоков: вычислитель коэффициентов соотношения расходов нефти в каждом транспортируемом потоке и в смешанном потоке, вычислитель коэффициентов соотношения плотности нефти в каждом транспортируемом потоке и в смешанном потоке, вычислитель значения требуемой производительности компаундирования в реальном режиме времени по направлениям перекачки, необходимого для контроля выполнения плана. Входы указанных вычислителей соединены с измерителями расхода и плотности, а выходы вычислителей соединены с входами блока управления. Технический результат - обеспечение в автоматическом режиме компаундирования разносортных нефтей по некоторым показателям качества при одновременной или поочередной перекачке смешанного потока по нескольким магистральным трубопроводам. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Реферат

Система предназначена для контролирования и регулирования процесса компаундирования - рационального смешения нескольких потоков нефтей с целью обеспечения необходимых качественных характеристик смешанных потоков нефти по нескольким направлениям перекачки, контроля за выполнением плана компаундирования по каждому направлению и в целом, обеспечения безопасности и согласованности работы системы трубопроводов в процессе компаундирования.

Известна автоматизированная система для управления показателями качества потока жидкости, полученной в результате смешения потоков нефтей, поступающих по трубопроводам в емкость для смешения, содержащая устройство регулирования потока, блок управления, управляющий выход которого взаимосвязан с устройством регулирования потока, блоки измерения параметров потока высокосернистой нефти, измеритель расхода потока высокосернистой нефти и измеритель расхода смешанного потока, при этом выходы блока измерения параметров потока высокосернистой нефти и измерителя расхода высокосернистой нефти, измерителя расхода смешанного потока взаимосвязаны с соответствующими информационными входами блока управления, блок измерения показателей качества смешанного потока снабжен анализатором содержания серы, устройство регулирования потока предназначено для регулирования давления и расхода потока высокосернистой нефти и снабжено регуляторами давления и расхода. (Патент RU 2158437 G05D 11/ 02, 25.06.1999). Указанная система выбрана в качестве ближайшего аналога.

Известная система позволяет обеспечить поддержание заданных показателей качества компаундированной нефти (содержания серы или плотности) за счет непрерывного контроля качественных показателей этого потока и регулирования расхода потока нефти с высоким содержанием серы, обеспечение контроля давления в нефтепроводе с высокосернистой нефтью, поступающей в общую магистраль, с целью поддержания давления в этом трубопроводе выше давления, соответствующего режиму испарения - порогу кавитации, обеспечение учета количества нефти, направляемой потребителю по общей магистрали и количества высокосернистой нефти.

Однако данная система не может функционировать, когда поток нефти с одного трубопровода или из его ответвлений, качество которой необходимо улучшить по некоторым показателям (например, по содержанию серы или по плотности) подкачивается одновременно или поочередно в разные магистральные нефтепроводы, т.е. по нескольким направлениям.

Задачей изобретения является обеспечение в автоматическом режиме компаундирования разносортных нефтей по некоторым показателям качества при одновременной или поочередной перекачке смешанного потока по нескольким магистральным трубопроводам. Система осуществляет выбор (согласование) подкачки нефти в тот или иной трубопровод в зависимости от наличия запаса качества в трубопроводе данного направления по компаундируемым показателям и обеспечение безопасного (во избежание исключения работы на закрытую задвижку насосной станции (НС), перекачивающей поток нефти для компаундирования) переключения потока нефти с одного направления перекачки на другое в автоматическом режиме, когда по одному направлению перекачки содержание серы достигает заданного значения, а по другому направлению компаундирование в это время не осуществляется и содержание серы в нефти этого направления меньше заданного значения, т.е. имеется запас качества. Также задачей изобретения является контроль и обеспечение выполнения плана компаундирования в автоматическом режиме по каждому направлению и в целом выполнения общего плана компаундирования.

Поставленная задача решается тем, что система управления процессом компаундирования нефти, содержащая два и более направления транспортировки, содержащая установленные в каждом из нефтепроводов по каждому направлению для транспортирования нефти измеритель параметров потока нефти, измеритель расхода, измеритель плотности нефти, и средство регулирования расхода нефти, установленные в каждом нефтепроводе для смешанного потока измеритель расхода нефти, измеритель плотности, измеритель содержания серы, выходы указанных измерителей соединены с входами блока управления, выходы которого связаны со средствами регулирования расхода нефти, согласно изобретению содержит вычислитель коэффициентов соотношения расходов нефти в каждом транспортируемом потоке и в смешанном потоке, вычислитель коэффициентов соотношения плотности нефти в каждом транспортируемом потоке и в смешанном потоке, вычислитель значения требуемой производительности компаундирования в реальном режиме времени по направлениям перекачки, необходимого для контроля выполнения плана, входы указанных вычислителей соединены с измерителями расхода и плотности, а выходы вычислителей соединены с входами блока управления.

Система содержит в каждом направлении смешанного потока вычислители запаса качества, входы вычислителей связаны с вычислителями соотношения расходов, измерителями содержания серы, а выходы каждого вычислителя связаны с входом общего блока управления (контроллера запаса качества), выходы которого связаны с соответствующими заслонками. При достижении на одном из потоков предельно допустимого значения соотношения расходов контроллер дает управляющий сигнал на закрытие заслонки на этом потоке, и при необходимости, предварительно открыв, по результатам сравнения запасов качества, заслонку на потоке, где больше запаса качества, т.е. обеспечивает при необходимости безопасное переключение потоков (полное открытие заслонки на одном потоке и полное закрытие заслонки на другом потоке в автоматическом режиме).

Трубопроводы входящих потоков на компаундирование гидравлически связаны между собой, т.е. являются ответвлениями одного общего потока.

Система содержит общий суммарный вычислитель значения требуемой плановой производительности в реальном режиме времени по всем направлениям, входы которого взаимосвязаны с вычислителями значения требуемой плановой производительности в реальном режиме времени по направлениям, измерителями расхода, выходы вычислителя взаимосвязаны с входом общего блока управления (контроллера плана), выходы которого связаны с соответствующими заслонками, по результатам сравнения контроллер плана дает управляющий сигнал на отключение (полное закрытие) или включение (полное открытие) соответствующей заслонки.

Система обеспечивает учет количества высокосернистой нефти подкачиваемой для компаундирования в реальном режиме времени, вычисляет необходимый объем и среднюю производительность компаундирования за оставшееся время планового периода и в случае отставания от плана, приоткрывает заслонку на потоке высокосернистой нефти для обеспечения необходимой производительности, и если при этом при полностью открытой заслонке не достигается необходимая производительность, то отключается подкачка для компаундирования по другому направлению, которое не приоритетно, что приведет к увеличению расхода по первому направлению, и если после этого не достигается необходимого расхода, то дается световая и звуковая сигнализация, и рекомендация диспетчеру по изменению режима (расхода) НС высокосернистой нефти и расхода смешанного потока по данному направлению.

Известно, что при смешении жидкостей (взаимно нерастворимых) показатели качества (содержание параметров качества, характеризующих физико-химические свойства) подчиняются закону аддитивности.

G₂ S₂ +G₁S₁= G_СМ S_СМ ,	(1)
G_СМ = G₂ + G₁,	(2)

где G_СМ, G₂, G₁ - массовые расходы смешанной нефти, высокосернистой и сернистой нефти соответственно;

S_СМ, S₂, S₁ - массовое содержание серы в смешанной, высокосернистой и сернистой нефти соответственно.

Из соотношений (1), (2), получим

S_СМ =S₁+G₂/G_СМ (S₂-S₁)

(3)

Таким образом, из соотношения (3) видно, что регулирование значения содержания серы S_СМ можно осуществлять путем изменения соотношения расходов.

В тех случаях, когда содержание серы во входящем потоке сернистой нефти увеличивается и приближается к заданному значению S_зад (отсутствие запаса качества), система автоматики закрывает заслонки на потоке высокосернистой нефти и компаундирование прекращается. Из соотношения (3) следует, что при

S_СМ=S₁=S_{СМ зaд},

G₂/G_СМ=0, т.е. G₂=0.

Вывод: независимо от содержания серы в потоке высокосернистой нефти компаундирование можно вести, если выполняется условие: содержание серы во входящем потоке меньше заданного значения G₂>0, т.е. в этом случае G₂>0.

Формулу (3) выразим относительно S₁

S 1 = S с м − S 2 G 2 G с м 1 − G 2 G с м (4)

Содержание серы в смешанном потоке определяется анализатором содержания на потоке непрерывно. Регулирование осуществляется по соотношению расходов. Известно, что диапазон изменения содержания серы в потоке высокосернистой нефти на практике наблюдается от 2% до 3,5%. Заданную величину содержания серы в смешанном потоке примем 1,35% или 1,4%. Решение примера с использованием соотношения (4) при условии, что после компаундирования поддерживается S_СМ = [S_СМ _зад], позволяет сделать следующий вывод (приложение 1).

По изменению соотношения расходов системы регулирования можно оценить насколько увеличивается содержание серы во входящем потоке

сернистой нефти и приближается к заданной (предельно допустимой) величине содержания серы в потоке компаундированной (смешанной) нефти. По приведенным расчетам видно, что с достаточной точностью для практических расчетов можно принять предельное значение соотношения расходов G₂/G_СМ=А, например G₂/G_СМ=0,02, при этом запас качества входящего потока по содержанию серы будет малой величиной от 1,5 до 3,3% , или абсолютные значения разности заданной величины содержания серы и содержания серы во входящем потоке будут составлять в пределах от 0,02 до 0,04 % . При достижении соотношения расходов значения А, необходимо принять решение о прекращении компаундирования (подкачки высокосернистой нефти) или о переключении потока высокосернистой нефти в другой нефтепровод (на другое направление перекачки), где имеется запас качества. Данный вывод можно использовать для переключения подкачки потока высокосернистой с одного трубопровода в другой в системе автоматического управления.

На фиг. 1 представлена принципиальная технологическая схема нефтеперекачивающей станции (НПС) по компаундированию высокосернистых нефтей по нескольким направлениям перекачки смешанного потока по предложению. На фиг. 2 приведена функциональная схема управления компаундированием нефти. На схеме обозначены резервуары 1, насосные 2 для перекачки компаундированной нефти, блок 3 измерения качества (БИК), узел 4 учета нефти (УУН), трубопровод 5 высокосернистой нефти, трубопроводы 6 для сернистой нефти, насосная 7 для перекачки высокосернистой нефти.

Трубопровод для перекачки высокосернистой нефти, качество которой необходимо изменить путем компаундирования, содержит насосную (НС)-7 (фиг.2), оснащенную центробежными насосными агрегатами, на общей линии после насосной размещается блок измерения качества (БИК)-7в, который содержит стандартный набор датчиков, например плотномер, влагомер, датчики давления и температуры и другие (на схеме не показаны). Далее поток разветвляется на несколько потоков по направлениям транспортировки смешанного потока, например, направления транспортировки компаундированной нефти могут быть два и более. Трубопроводы, на каждом ответвлении высокосернистой нефти, содержат измерители расхода 6_в1, 6_в2, 6_в3, заслонки для регулирования расхода и давления потока 10_в1, 10_в2, 10_в3.

Каждый трубопровод для перекачки сернистой нефти (направления перекачки смешанной нефти после компаундирования) содержит подпорную насосную соответственно 12₁, 12₂, 12₃, емкость для смешения 4, в качестве которой используется приемный коллектор подпорной насосной, измерители расхода 6_1см, 6_2см, 6_3см, измерители плотности 7_1см, 7_2см, 7_3см, измерители содержания серы 8_1см, 8_2см, 8_3см, основную насосную 13₁, 13₂, 13₃, систему автоматического регулирования режима (САР), на схеме САР не показана. Блок управления по каждому направлению перекачки смешанного потока содержит вычислитель отношения расхода высокосернистой нефти к расходу смешанного потока ВУ 14i (где i=1, 2, 3 - порядковые номера направлений перекачки), вычислитель отношения плотности высокосернистой нефти к плотности смешанного потока ВУ 15i, вычислитель Ву 16i необходимой текущей производительности подкачки высокосернистой нефти для выполнения плана компаундирования, вычислитель ВУ 17i запаса качества по компаундируемому показателю. Входы вычислителей ВУ 14i, 15i соединены с соответствующими выходами измерителя расхода и плотности, входы вычислителя By 16i соединены с соответствующими выходами измерителя расхода, в ячейку памяти вычислителя вносится значение планового объема компаундирования, входы вычислителя ВУ 17i соединены с выходами ВУ 14i и измерителями содержания серы, в ячейку памяти вычислителя вносится значения S_зад, S₂.

Выходы вычислителей ВУ 14i, 15i, 16i соединены с входом контроллера соответствующего направления K 20i, выход которого дает управляющий сигнал на изменение положения заслонки 10вi, т.е. при этом изменяется соотношение расходов.

Для согласования работы блоков управления по направлениям (БУн) смешанных потоков по направлениям перекачки имеется общий блок управления (БУо) компаундированием - контроллеры K23 и K25. На вход общего контроллера подается информация от вычислителей 14i, 15i, 17i, значения содержания серы на смешанном потоке каждого направления от измерителей 8iсм. В ячейку памяти контроллера вносится данные предельного значения соотношения расходов для каждого направления, по достижении которого должно прекратиться компаундирование по этому направлению и закрыться заслонка полностью, если по другим направлениям ведется компаундирование. А если компаундирование ведется только по одному направлению, по которому должна прекратиться компаундирование в связи с отсутствием запаса качества, то контроллер осуществляет безопасное переключение потока на другое направление, где имеется запас качества по компаундируемому показателю, т.е. сначала открывается заслонка подключаемого направления и только после этого закрывается заслонка на потоке, где прекращается компаундирование. Предлагается формула (5) для определения запаса качества З_к.

Запас качества - это отношение разности значений заданной величины содержания серы на смешанном потоке и текущего значения содержания серы во входящем потоке к значению заданной величины. С учетом значения S₁ по соотношению (4), имеем:

З к = 1 − S С М S з а д + G 2 G С М ( S 2 S з а д − 1 ) 1 − G 2 G С М ( 5 )

Вычислительное устройство ВУ 17i непрерывно вычисляет запас качества по каждому направлению, информация подается на вход контроллера K23. Это значение запаса качества используется для выбора направления переключения потока, например, из двух возможных вариантов переключение производится в поток, где больше значение запаса качества. В случаях, когда прекращается компаундирование из-за отсутствия запаса качества во входящем потоке, это приводит к невыполнению плана компаундирования по направлению, а также плана компаундирования по общему количеству высокосернистой нефти в целом по НПС. Поэтому в заявленной системе в блоке управления введена функция контроля выполнения плановых заданий компаундирования высокосернистой нефти по направлениям перекачки и регулирования расхода для выполнения плана. Ведется учет в реальном режиме времени количества (объема) подкачиваемой высокосернистой нефти по каждому направлению. Объем определяют путем интегрирования расхода нефти, протекающей через преобразователь расхода (счетчик), по времени

V в i t = ∫ 0 t Q в i ( t ) d t , ( 6 )

где V_вit, Q_вit - объем и расход по i-ому направлению подкачки высокосернистой нефти за текущее время t, соответственно;

t - период времени с начала отчетного периода (двухчасовки, смены и т.д.)

или V в i t = ∑ i q i ⋅ Δ t i , где

q_i - мгновенное значение расхода за i-цикл измерения (сканирования);

Δt_i - период сканирования.

(А.Ш. Фатхутдинов, М.А. Слепян, Н.И. Ханов и др. «Автоматизированный учет нефти и нефтепродуктов при добыче транспорте и переработке». Москва, Недра. 2002, стр. 10.)

Вычисляется средний расход подкачки по каждому направлению перекачки, необходимый для поддержания за оставшееся время планового периода T-t, для того чтобы выполнить плановый объем компаундирования.

Q в i o с т = V в i п л − ∫ 0 t Q в i ( t ) d t T − t ( 7 )

При Q_вiост≥Q_вi, система увеличивает производительность путем открытия заслонки, если имеется запас качества, т.е. S₁<S_зад.

Возможны случаи, когда заслонка открыта полностью, а расход остается меньшим, чем необходимый расход для выполнения плана. Тогда микропроцессор системы компаундирования анализирует выполнение плана по другим направлениям. К примеру, по другим направлениям подкачка идет с опережением плана, тогда система управления снижает расход подачки по этим направлениям путем прикрытия заслонки. При этом происходит перераспределение расхода потоков

Q в 1 + Q в 2 + Q в 3 = Q в , ( 8 )

где Q_в - рабочая производительность насосной станции при перекачке высокосернистой нефти.

Если и после регулирования расход подкачки будет меньше, чем необходимый объем для выполнения плана Q_вi<Q_вiост, принимается решение о прекращении компаундирования по направлению, которое в данный момент не приоритетно, например, по направлению 3. Тогда подкачка высокосернистой нефти будет осуществляться по двум направлениям 1 и 2. При этом будет

Q в 1 + Q в 2 = Q в ( 9 )

И если, даже после регулирования по двум направлениям остается Q_в1<Q_вiост, тогда отключается подкачка еще по одному направлению и компаундирование ведется только по одному направлению. При этом будет максимальный расход подкачки

Q в 1 = Q в ( 10 )

И если, при этом Q_в1=Q_в<Q_вiост, не удается обеспечить режим подкачки для выполнения плана, то оповещается диспетчер (дается звуковая и световая сигнализация) и рекомендуется изменение режима НС по перекачке высокосернистой нефти и режима по направлению перекачки смешанного потока.

Таким образом, предусмотренное в блоке управления вычислительное устройство ВУ 16i, в реальном режиме времени, вычисляет необходимую производительность подкачки количества высокосернистой нефти в целях контроля выполнения плана компаундирования по каждому нефтепроводу, а также вычислительное устройство ВУ24 в целом в гидравлически связанном общем потоке. Контроллер K20i, связанный по информационным каналам с вычислителем ВУ 16i, осуществляет регулирование производительности (соотношения расходов) путем открытия заслонок для установления по каждому направлению необходимой производительности, позволяющей выполнить суточный план (при условии содержания серы S_СМi≤[S_{СМi зад}], а контроллер K25 обеспечивает отключение потоков, по которым план выполнен, или направления в данный момент не приоритетного с точки зрения выполнения плана.

Система работает следующим образом.

Рассмотрим общую схему компаундирования, когда имеется возможность ведения компаундирования и перекачки смешанной нефти по трем магистральным нефтепроводам Возможны случаи в зависимости от содержания серы:

1 ) S 1 < [ S С М 1 з а д ] ( 11 ) S 2 < [ S С М 2 з а д ] S 3 < [ S С М 3 з а д ]

компаундирование можно вести по трем нефтепроводам, т.е. по направлениям 1, 2, 3.

2 ) S 1 ≥ [ S С М 1 з а д ] ( 12 ) S 2 < [ S С М 2 з а д ] S 3 < [ S С М 3 з а д ]

компаундирование можно вести по направлениям 2, 3

3 ) S 1 ≥ [ S С М 1 з а д ]

Система компаундирования высокосернистых нефтей по нескольким направлениям перекачки смешанного потока

Патент 2580909