Система управления процессом компаундирования нефтей по нескольким параметрам качества

Система управления процессом компаундирования нефтей по нескольким параметрам качества
Заявленная система относится к средствам автоматизации процессов транспортирования нефти по различным трубопроводам с разными качествами параметров нефти и объединения потоков нефти с контролированием в смеси нефти показателей ее качества.
Предшествующий уровень техники
Наиболее близкой к заявленной системе является автоматизированная система управления процессом компаундирования нефти, состоящая из блока измерения параметров потока высокосернистой нефти, измерителей расхода, блока управления, блока измерения показателей качества потока нефти (RU 2158437 С1, G05D 11/02, 27.10.2000).
В известной системе обеспечивается поддержание заданных показателей качества компаундированной нефти с обеспечением контроля давления в нефтепроводе с высокосернистой нефтью, поступающей в общую магистраль.
Однако, известные системы не обеспечивают контроль и ведение регулирования компаундирования по нескольким параметрам качества.
Техническим результатом заявленной системы является регулирование процесса компаундирования нефтей по нескольким параметрам качества, по содержанию серы, и/или по плотности нефти, и/или по содержанию хлористых солей, и/или по содержанию воды, а также по расходу продуктов.
Технический результат достигается тем, что в системе управления процессом компаундирования нефти, содержащей, по крайней мере, два нефтепровода, предназначенных для транспортирования потоков нефти и нефтепровод, предназначенный для смешанного потока нефти, заслонки,
установленные в нефтепроводах и предназначенные для регулирования соответствующими потоками нефти, измерители плотности нефти и/или измерители расхода нефти, и/или измерители содержания серы в нефти, и/или измерители содержания хлористых солей в нефти, и/или измерители содержания воды в нефти, предназначенные для измерения указанных параметров нефти в соответствующих потоках нефти, отличающаяся тем, что система содержит измеритель плотности нефти, и/или измеритель расхода нефти, и/или измеритель содержания серы в нефти, и/или измеритель содержания хлористых солей в нефти, и/или измеритель содержания воды в нефти, предназначенные для измерения указанных параметров нефти в смешанном потоке, вычислитель коэффициентов соотношения величины плотности нефти в каждом потоке к величине плотности нефти в смешанном потоке и/или вычислитель коэффициентов соотношения величины расхода нефти в каждом потоке к величине расхода нефти в смешанном потоке, и/или вычислитель соотношения величины содержания серы в нефти в каждом потоке к величине содержания серы в нефти в смешанном потоке, и/или вычислитель коэффициентов соотношения величины содержания хлористых солей в нефти в каждом потоке к величине содержания хлористых солей в нефти в смешанном потоке, и/или вычислитель коэффициентов соотношения величины содержания воды в нефти в каждом потоке к величине содержания воды в нефти в смешанном потоке, входы каждого из указанных вычислителей связаны с выходами соответствующих измерителей, а выходы соединены с соответствующими входами микропроцессора, предназначенного для сравнения измеренных и вычисленных параметров с заданными и формирования сигналов регулирования положения заслонок в соответствующих потоках по результатам сравнения.
На фиг.1 приведена функциональная схема заявленной системы. Система содержит нефтепроводы , емкость 5 для смешения, предназначенную для смешивания нефти и передачи смешанного потока в нефтепровод 10, установленные в нефтепроводах 41-4з измерители брбз расхода нефти, измерители  плотности, измерители  содержания серы, измерители 8г8з содержания серы, измерители  содержания хлористых солей, измерители lli-l Ц содержания воды и заслонки 191-19з, подпорный насосный агрегат 12 с системой автоматического регулирования (САР) 13, установленные в трубопроводе 10 смешанного потока нефти, измеритель 7 содержания плотности в смешанном потоке, измеритель 8 содержания серы в смешанном потоке, измеритель 9 содержания хлористых солей в смешанном потоке, измеритель 11 содержания воды в смешанном потоке, связанные с соответствующими измерителями брбз и 6 вычислитель 14 коэффициентов соотношения расхода KQi, KQ2, Крз в каждом потоке по отношению к величине расхода нефти в смешанном потоке нефтепровода 10, связанный с соответствующими измерителями  вычислитель 15 коэффициентов соотношения величины плотности Крь Кр2, Крз в каждом потоке по отношению к величине плотности нефти в смешанном потоке нефтепровода 10, связанный с соответствующими измерителями 81-83 и 8 вычислитель 16 коэффициентов соотношения содержания серы в каждом из потоков к величине содержания серы в смешанном потоке, связанный с соответствующими измерителями 91-9з и 9 вычислитель 17 коэффициентов соотношения хлористых солей в каждом из потоков к величине содержания хлористый солей в смешанном потоке, связанный с соответствующими измерителями ПрИз и 11 вычислитель 18 коэффициентов соотношения содержания воды в каждом из потоков к величине содержания воды в смешанном потоке, каждый из указанных вычислителей связан с соответствующими входами микропроцессора 20 (с шиной данных микропроцессора), предназначенного для сравнения
вышеуказанных измеренных и вычисленных параметров с заданными и между собой по алгоритмам, приведенным ниже, и формирования сигналов регулирования положения заслонок, связанных с выходами микропроцессора по результатам сравнения.
Система работает следующим образом.
Пусть необходимо осуществить смешение потоков нефти различного качества, поступающих по нескольким нефтепроводам 4, отличающихся по параметрам плотности (Р), и/или содержанию хлористых солей (С1), и/или содержанию серы (S), и/или воды (В). .
Обозначим номера потоков 1, 2 и 3 нефти, поступающей соответственно по первому, второму и третьему нефтепроводам . Индексы в приведенных ниже уравнениях предназначены для указания принадлежности номеру потока или смешанному потоку, Q - показатель расхода.
Пусть требуется осуществление контроля и ведение регулирования компаундирования по нескольким параметрам качества, например, по содержанию серы, и/или по плотности, и/или по содержанию хлористых солей, и/или содержанию воды.
При смещивании потоков нефти из разных нефтепроводов в нефтепроводе 10 параметры качества подчиняются закону аддитивности
PlQl+P2Q2 + P3Q3  PcMQcM(1)
PCM - плотность, а QCM - расход смещанной нефти в нефтепроводе 10. Поделив правую и левую части уравнения на QCM, имеем
P,KQ,+P2KQ2 + P3KQ3 PcM,(2)
при этом очевидно, что Qi + Q2 + Qs  QCM, а коэффициенты KQI, Кр2, Кдз соотношение расходов по нефтепроводам потоков 1, 2, 3 к общему расходу QCM в смешанном потоке нефтепровода 1.0, полученные в результате деления величин Qi, Q2, QB на величину QCM соответственно. . при ЭТОМ, поделив правую и левую части на QCM, получаем SiKgi + S2KQ2 + 8зКдз  SCM,(4). Таким образом, в формулах участвует соотношение расходов KQI, KQ2, Крз, в общем случае KQJ, где i  1-гП (число нефтепроводов или число смешиваемых потоков). Исходя из соотношения вышеуказанных показателей KQ для автоматического регулирования, задают эти соотношения расходов, например, исходя из плановых объемов; в зависимости от содержания серы или плотности нефти и т.п. Т.о., измеряя расход Q в каждом потоке и в потоке смеси нефтепровода 10 с измерителей 6 и определяя в вычислителе 14 KQ как отношение расхода Qi/QcM, получают KQ для каждого потока. Кроме того, в вычислителе 14 осуш1ествляют суммирование величин Qi + Q2 + QB для получения величины QCM, полученные величины пересылают в соответствуюш;ий элемент памяти 21 для использования при работе микропроцессора 20. Поддержание заданных параметров при компаундировании потоков нефти для случая регулирования по показателю плотности осуш;ествляют следующим образом. Устанавливают в каждом нефтепроводе 41-4з каждого потока измерители , плотности. При этом для регулирования по плотности уравнение (2) запишем в виде: KpiKQi + Кр2Кр2 + КрзКдз  1(5), где KPI, Кр2, Крз - соотношение плотностей в нефтепроводах 41-4з к плотности смеси в нефтепроводе 10, полученное как отношение PI/PCM, Р2/Рсм, РЗ/РСМОсуществляют определение этих коэффициентов в вычислителе 15 и запоминают полученные величины в элементе памяти 212. Микропроцессор 20 сравнивает величины KQI, Кд2, Кдз с заданными. Пусть микропроцессор 20 определил, что соотношение расходов не изменилось, т.е. KQI, Кд2 и Кдз находятся в диапазоне заданных значений.
Однако он выявил изменение соотношения плотностей, полученных в вычислителе 15, от заданных значений Кр1зад, Кр2зад, Крззад- Микропроцессор осуществляет сравнение полученных Кр из вычислителя 15 и плотностей из измерителей 7 с заданными значениями. При этом пусть выявлено, что , тогда и выявляется, что .зад и микропроцессор 20 формирует сигнал регулирования данного потока путем прикрытия заслонки системы автоматического регулирования 19 (задвижки), т.е. изменяя соотношение расхода до тех пор, пока Рсм РзадУказанное соотношение расходов запоминается в элементе памяти 21.
Рассмотрим вариант, когда предыдуш,ее соотношение соотношение расходов не изменилось, т.е. микропроцессор 20 определил, что указанное соотношение расходов находится в пределах заданных значений, однако он выявил, что , И ЧТО .зад, тогда микропроцессор 20 формирует сигнал на регулирование по данному потоку путем приоткрывания заслонки 19; САР, т.е. изменяя соотношение расходов.
Пусть микропроцессор 20 выявил, что соотношение плотностей .зад; .зад; .зад, а Рсм Рзад- Определяют соотношение расходов в вычислителе 14 и микропроцессор 20 контролирует соотношение расхода, при выявлении .зад, микропроцессор 20 формирует сигнал регулирования на прикрытие соответствуюп е заслонки 19i на потоке i (i  1, 2, 3), т.е., уменьшая соотношение расходов. Наоборот, если выявляется .зад и имеется запас качества Рсм Рсм-зад5 то микропроцессор формирует сигнал на приоткрывание заслонки 19i и регулирование проводится до тех пор, пока РСМ « Рсм-задРассмотрим процесс компаундирования при регулировании по параметру серы.
аналогично регулированию по параметру плотности. При этом применяют
формулу (4).
SiKgi + S2KQ2 + 8зКдз  SCM,
ИЛИ, поделив все части уравнения на SCM, получим:
KsiKgi + Ks2KQ2 + KssKgs  1.(6)
Таким образом, установив в каждом из потоков нефти (нефтепроводы , и нефтепровод 10) измерители 8, 81-83 содержания серы, соединив измерители 81-83 и 8 с вычислителем 16, получают соотношения содержания серы в каждом потоке по отношению к смешанному потоку, т.е. KSI SI/SCM, Ks2 S2/ScM и Ks3 S3/ScM- Выходы вычислителя 16 связаны с блоком 20 сравнения (микропроцессором) для осуществления регулирования по содержанию серы аналогично как и по плотности или по расходу.
Однако, измерители 8, 81-83 содержания серы - дорогостояп,ее оборудование, поэтому желательно ограничить их количество. Например, для удешевления регулирования по показателю серы можно устанавливать один измеритель на обпдем потоке (т.е. на потоке смеси нефти). Затем выявить известным способом потоки сернистой и высокосернистой нефти, и установить измерители на потоках высокосернистой нефти, например, в потоках 2 и 3. Можно соединить потоки высокосернистой нефти для того, чтобы упростить систему регулирования (см. фиг.2), используя один измеритель 8.
Система для случая регулирования содержания серы (фиг.1) работает следуюш,им образом. Определяют содержание серы в потоках для данного момента времени и по формуле (4) в вычислителе 14 вычисляется соотношение расходов KQI, Кд2, Кдз при которых . Эти соотношения расходов запоминаются в ячейке памяти микропроцессора.
Предположим, что микропроцессор 20 выявил, что , тогда он формирует сигнал на прикрывание заслонки 19i в потоке высокосернистой х„ нефти в нефтепроводе, например, 1, в котором нарушилось соотношение расхода, т.е. в котором микропроцессор 20 установил, что Кд1 Кдзад. Если микропроцессор 20 сравнения выявил, что , то он осуществляет аналогичный алгоритм регулирования для нефтепровода, в котором Кд1 Кдзад, ТОЛЬКО заслонка 19i в соответствующем потоке приоткрывается до тех пор, пока микропроцессор 20 не определит, что с с -cM -зaД Рассмотрим случай, когда соотношение расходов, определяемое микропроцессором 20, не изменилось, однако он выявил, что . Следовательно, в одном из потоков увеличилось содержание серы. После выявления номера потока, в котором увеличилось содержание серы, микропроцессор формирует сигнал на прикрытие заслонки 19; на одном из потоков с высокосернистой нефтью. В случае, если микропроцессор 20 выявил, что соотношение расходов не изменилось, но обнаружено, что , т.е. на одном из потоков уменьшилось содержание серы, микропроцессор 20 определяют поток, в котором уменьшилась плотность по сравнению с заданной, и формирует сигнал на приоткрывание заслонки 19 и устанавливается новое (другое) соотношение расходов. Рассмотрим регулирование или офаничение потока по содержанию хлористых солей. В случае установки в соответствующих потоках измерителей 91-9з и 9 содержания хлористых солей процесс регулирования аналогичен процессу регулирования по плотности, описанному выше При этом используем следующее соотношение C1,Q, + C12Q2 + ClsQs  ClcMQcM,(7) CliKgi + C12KQ2 + С1зКдз  ClcM,(о) KcilQl + Kc,2Q2 + КозОз  QcM(9)
Вычислитель 17 определяет соотношение содержания хлористых солей в потоках по отношению к смешанному потоку, полученных от измерителей  и 9 и соотношения расходов в потоках по отношению к смешанному потоку, полученных в измерителях 61-63 и 6. Если микропроцессор 20 при поступлении этих величин выявит, что имеет место отклонение какой-либо величины по отношению к заданной, микропроцессор 20 формирует сигнал на изменение соотношения расхода на той точке, где выявлено отклонение параметра содержания хлористых солей от заданного значения, либо если имеется запас качества по этому параметру в смешанном потоке, то соотношение расходов увеличивается на соответствуюш;ем нефтепроводе (на тех потоках, где заслонки находились в прикрытом положении), т.е., заслонки 19i приоткрывают (под запасом качества по данному параметру (компоненту) понимают определенное значение содержания компонента в смеси, которое меньше, чем заданная величина).
Регулирование или ограничение потока по содержанию воды осуш,ествляют путем установки влагомеров (измерители ПрПз в потоках 1-3 и измерителя 11 в смешанном потоке), процесс регулирования аналогичен процессу регулирования по плотности.
При этом используют следующее соотношение:
B,Q,+B2Q2 + B3Q3-BeMQcM,(И)
при этом приводят это уравнение к виду
KBiKgi + Кв2Кд2 + КвзКдз 1(12)
где KBI BI/BCM, Кв2-В2/Всм, Квз-Вз/ВсмОпределяют с помощью вычислителя 18 указанные коэффициенты. Данные по результатам вычисления поступают в микропроцессор 20, который осуществляет сравнение поступивших от всех вычислителей величины с заданными, и при соответствующем изменении осуществляет процесс регулирования положением заслонки 19 в соответствующем
потоке по алгоритму регулирования, аналогичному алгоритму регулирования плотности.
В случае одновременного регулирования и контроля всех вышеперечисленных параметров качества на смешанном потоке система управления процессом компаундирования выбирает и устанавливает такое соотношение расходов в нефтепроводах по отношению к обшему потоку смеси нефтей, при которых величина каждого контролируемого параметра качества в смешанном потоке не будет превышать заданного значения.
Регулирование содержания параметров качества в смешанном потоке (содержания серы, плотности, хлористых солей, воды и других) в любом случае осуш;ествляется изменением соотношения расходов. Поэтому соотношение расходов жестко не должно задаваться, а необходимо запомнить предыдущее соотношение расходов при установившемся режиме, когда параметры качества, подлежащие регулированию на смешанном потоке, находились в пределах заданных значений. Запомнить предыдущее соотношение расходов необходимо для того, чтобы определить в последующее время причину изменения параметров качества от заданных значений: за счет изменения соотношений расходов от предыдущих значений, за счет изменения параметра качества в нефтепроводе, с которого поток поступает в емкость для смешения.
В данном техническом решении также как в системе по патенту RU 2 158437 С1 остается необходимость контроля и поддержания давления на нефтепроводах выше порогового значения, ниже которого может наступить двухфазное течение, т.е., выделение паров нефти, что повлияет на достоверность учета турбинными расходомерами. Поэтому при регулировании параметров качества нефти система следит и поддерживает давления в нефтепроводах i в пределах заданных значений.