АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КОМПАУНДИРОВАНИЯ НЕФТЕЙ

Автоматизированная система управления процессом компаундирования нефтей
Предложение относится к средствам автоматизации и может быть использовано в трубопроводном транспорте при перекачке нефти из нескольких трубопроводов в общую магистраль, по которой смесь нефтей транспортируется к потребителю. Система предназначена для контролирования и регулирования процесса кампаундирования - смешения нескольких потоков нефтей с целью обеспечения необходимых качественных характеристик смешанного потока нефти.
Нефти различных месторождений отличаются по химическому, и физическом составу. По химическому составу все нефти довольно близки между собой и состоят из двух основных элементов - углерода и водорода, на долю которых приходится 97-99% всего состава. Содержание в нефти других элементов серы, кислорода, азота - обычно не превышает 1-2%, и лишь в виде исключения достигает 3-5% преимущественно за счет серы, которая присутствует в нефти в виде органических соединений сульфиды, меркаптаны и др. и частично - в свободном состоянии. По содержанию серы нефти подразделяются на три класса: малосернистые (содержание серы от О до 0,5%), сернистые (содержание серы от 0,51 до 2%) и высокосернистые (серы более 2%) (Н.М.Байков и др.. Сбор, транспорт и подготовка нефти, Москва, Недра, 1975, стр.14-16). Содержание в нефти сернистых
МПК б: G 05 D 11/02
соединений ухудшает качество нефти и вызывает серьезные осложнения в процессах добычи, переработке нефти из-за коррозии внутренних поверхностей нефтепроводов и другого оборудования.
Одной их важных физических характеристик нефти является ее плотность. Как правило, нефть легче воды, плотность ее составляет от 0,750 до 0,940 воды. Однако бывают нефти плотностью боле 1 т/м и менее 0,750 т/м. Нефти плотностью менее 0,900 т/м относятся к легким, а более 0,900 т/м - к тяжелым. Содержание серы в легких нефтях относительно мало.
Физико-химические характеристики нефти, в том числе процентное содержание серы, плотность нефти определяют ее качество. По существующим нормам при экспорте нефти массовая доля содержание серы в нефти, отпускаемой потребителю, должна быть не более 1,8%, а плотность - не более О, 865 т/м.
Себестоимость сдаваемой продукции и прибыль нефтеперерабатывающих станций - поставщиков продукции находятся в прямой зависимости от показателей качества и количества (объема) принятых на переработку нефтей и сданной потребителю смеси нефтей. Так, например, передозировка подкачки высокосернистой нефти в поток сернистой нефти в процессе смешивании этих потоков приводит к ухудшению качества смеси, а поставка потребителю смеси нефти с меньшим, чем оговорено в договоре между поставщиком и потребителем, содержанием серы, приводит к уменьшению количества подкачиваемой высокосернистой нефти, что влияет на величину выручки поставщика за услуги по компаундированию.
При безрезервуарной сдаче нефти учет количества перекачиваемой по нефтепроводам определяют по показаниям расходомера. Данные о физико-химическом составе нефти получают на основе лабораторного анализа средней нефти пробы, отбираемой пробоотборником в потоке. (Н.М.Байков и др., Сбор, транспорт и подготовка нефти, Москва, Недра, 1975, стр.255257).
Для обеспечения поддержания заданных показателей качества и количества сдаваемой потребителю продукции на нефтеперерабатывающих станция используются автоматизированные системы управления.
Известна система для регулирования соотношения расходов нефтепродуктов, в котором осуществляется регулирование процесса смешивания потоков нефтепродуктов, поступающих по магистралям в буферные емкости, откуда они выбираются на смешение. Необходимое соотношение содержания каждого из потоков в смеси регулируется посредством регулирующих органов, управляемых регуляторами соотношения расходов, соединенных с выходами датчиков расхода, установленных на каждой из магистралей до и после буферных емкостей, в которых производится смешение нефтепродуктов (SU, 570029, G-05 D 11/02, 23.11.77). В известном устройстве осуществляется регулирование процесса смешения высокосернистого прямогонного дизельного топлива, содержащего 1,2% серы, с потоком гидроочищенного дизельного топлива с содержанием серы 0,1% для получения смеси с содержанием серы не более 0,2%.
Регулирование осуществляется по соотношению расходов потоков, поступающих на смешение.
Недостатком данного устройства является отсутствие контроля давления в потоках, поступающих на смешение, а также контроль процентного содержания серы и плотности в смешанном потоке, что, в случае увеличения процентного содержания серы в одном и/или другом потоке, не позволяет обеспечить заданные качественные показатели компаундированного потока, сдаваемого потребителю. В системе не производится учет количества смешиваемых продуктов и количества смеси.
Известна автоматизированная система для управление потоком жидкости, полученной в результате смешения потоков нефтепродуктов, поступающих по трубопроводам в емкость для смешения, содержащая устройство регулирования потока, блок управления, управляюцц й выход которого взаимосвязан с устройством регулирования потока, блок измерения показателей качества потока нефти, подаваемой в общую магистраль, взаимосвязаный с информационными входами блока управления, управляющий сигнал блока управления предназначен регулирования расхода смешиваемых потоков (GB, 1073951, G 05 D 11/02, 28.06.67). Указанная система выбрана в качестве ближайшего аналога. Известная система позволяет осуществлять контроль таких качественных показателей, как вязкость, вес смешанного потока нефти путем регулирования соотношения расхода смешиваемых потоков, поступающих в емкость для смешения. Однако, в данной системе не обеспечивается контроль плотности и концентрации серы в смешанном потоке. В известной системе
не производится учет количества смешиваемых продуктов и количества смеси.
Техническим результатом предложения является обеспечение поддержания заданных показателей качества компаундированной нефти 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.
Целью регулирования процесса компаундирования является получение продукта с требуемыми физико-химическими свойствами. Регулирование процесса проводят как по косвенному показателю качества смешанного потока - давлению, так и по прямым показателям качества - физико-химическим свойствам продукта концентрации в нем серы и его плотности.
Технический результат достигается тем, что автоматизированная система управления процессом компаундирования нефтей, содержащая блок измерения показателей качества потока смешанной нефти, подаваемой в общую магистраль, полученной в результате смешения потока высокосернистой нефти с потоком сернистой нефти, поступающих по трубопроводам в емкость для смешения, устройство регулирования потока, блок управления, управляющий выход
которого взаимосвязан с устройством регулирования потока, а информационные входы - с блоком измерения показателей качества потока смешанной нефти, дополнительно содержит по крайней мере один блок измерения показателей параметра потока высокосернистой нефти, измеритель расхода потока высокосернистой нефти и измеритель расхода потока нефти, подаваемой в общую магистраль, при этом выходы блока измерения показателей качества потока высокосернистой нефти, измерителя расхода потока высокосернистой нефти и измерителя расхода потока нефти, подаваемой в общую магистраль, взаимосвязаны с соответствующими информационными входами блока управления, блок измерения показателей качества потока нефти, подаваемой в общую магистраль, снабжен датчиком концентрации серы, устройство регулирования потока предназначено для регулирования давления и расхода потока высокосернистой нефти и снабжено регуляторами давления и расхода.
В качестве датчика концентрации серы может быть использован поточный анализатор серы, например, спектрометр на радиоактивных изотопах.
В качестве емкости для смешения целесообразно использовать приемный коллектор подпорной насосной нефтепровода с сернистой нефтью.
Блок измерения показателей параметра потока высокосернистой нефти может быть снабжен датчиком давления.
Устройство для регулирования потока высокосернистой нефти может быть электрическим или электрогидравлическим,, в котором
регулятор расхода выполнен в виде исполнительного органа, управляющего электрическими или электроприводными заслонками.
Для оперативного оповещения персонала диспетчерских станций об отклонениях, обнаруженных блоком измерения показателей качества потока нефти, подаваемой в общую магистраль, и/или блоком измерения показателей параметра потока высокосернистой нефти, измеренных показателей указанных потоков от заданных значений в блоке управления может быть предусмотрена световая или звуковая сигнализация.
Для обеспечения показателя плотности потока компаундированной нефти заданным значениям блок измерения показателей качества потока нефти, подаваемой в общую магистраль, может быть снабжен измерителем плотности.
Для учета количества высокосернистой нефти и нефти, подаваемой в общую магистраль, система содержит вычислительное устройство, взаимосвязанное с измерителем расхода потока высокосернистой нефти и измерителем расхода потока нефти, подаваемой в общую магистраль.
На фиг.1 изображена блок-схема автоматизированной системы управления процессом компаундирования нефтей.
Система содержит блок 4 измерения показателей параметра потока высокосернистой нефти, поступающей.по трубопроводу 1 в емкость б для смешения с потоком сернистой нефти, поступающей по трубопроводу 2, устройство 3 регулирования расхода потока высокосернистой нефти, снабженное регуляторами давления и расхода (на чертеже не показаны), измеритель 5 расхода потока высокосернистой нефти, измеритель 7 расхода потока нефти.
подаваемой в общую магистраль 11, блок 8 измерения показателей качества потока нефти, подаваемой в общую магистраль 11 из емкости б, блок управления 9, информационные входы .которого взаимосвязаны с блоками 4 и 8, а управляющий выход - с устройством 3, вычислительное устройство 10, взаимосвязанное с измерителем 5 и 7. Блок 4 измерения показателей параметра потока высокосернистой нефти снабжен датчиком давления (на чертеже не показаны). Блок 8 измерения показателей качества потока нефти, подаваемой в общую магистраль 11 снабжен датчиком концентрации серы и датчиком плотности (на чертеже не показаны). В блоках 4 и 8 измеренные датчиками, входящими в состав этих блоков, значения обрабатываются, подаются на соответствующие информационные входы блока управления 9.
В блоке 8 в качестве датчика концентрации серы используется поточный анализатор серы, например, спектрометр на радиоактивных изотопах (Машиностроение и автоматика, серия 1, Автоматизация и оборудование в нефтяной и газовой промышленности, Москва, ЦБТИ, 1961, стр.186), в котором содержание серы в нефти находится путем измерения степени
поглощения нефтепродукта мягкого у-излучения изотопа Fe55, которое поглощается серой значительно сильнее, чем углеводородом и водородом, составляющим основную массу нефтепродукта. Излучаемые лучи, проходящие через поток, регистрируются специальным счетчиком. Источник излучения такого спектрометра содержит небольшое количество радиоактивного изотопа может действовать до распада в течение трех лет.
Регулятор расхода потока устройства 3 выполняется электрическим или электрогидравлическим и содержит  исполнительный орган (на чертеже не показан), регулирующий по сигналу, поступающему с блока управления 9 приводами заслонок (на чертеже не показаны), изменяя таким образом расход потока жидкости в трубопроводе 1, Для достижения высокой точности автоматической регулировки расхода потока, время срабатывания исполнительного органа должно быть минимальным.
Блок управления 9 размещается в местном диспетчерском пункте, выполнен на базе контроллеров, снабжен монитором, на экране которого оператор может наблюдать за диаграммой значений регулируемых параметров: значением концентрации серы и/или плотности в потоке смеси, поступающей в общую магистраль 11, давлением потока нефти в трубопроводе 1. Блок 9 выполнен на базе контроллеров, содержит ячейки памяти (на чертеже не показаны), в которых хранятся данные о заданных требуемых значениях показателей качества смещанного потока, средства для сравнения данных (на чертеже не показаны), поступающих с блоков 4 и 8, с данными, хранящимися в ячейках памяти, вычислитель (на чертеже не показан) соотнощения расхода потока высокосернистой нефти к расходу потока смещанной нефти, измерителя 5, 7, связанный со средством для сравнения данных и снабженный ячейками памяти (на чертеже не показаны) для хранения данных о соотношении расходов потоков, при которых качество смеси соответствует требуемым значениям. В блоке 9 предусмотрена световая и/или звуковая сигнализация для оповещения персонала диспетчерской станции об обнаруженном
блоком 8 и блоком 4 превьшениях заданных предельных значений соответственно показателя концентрации серы и/или плотности в общей магистрали 11 и давления в трубопроводе 1.
Вычислительное устройство 10 предназначено для подсчета количества высокосернистой нефти и нефти, направляемой потребителю.
Блок управления 9 и вычислительное устройство 10 могут быть объединены в единое устройство - ЭВМ.
Система работает следующим образом.
Потоки высокосернистой и сернистой нефти поступают соответственно по трубопроводу 1 и 2 в емкость 6 для смещения, например, приемный коллектор подпорной насосной нефтепровода с сернистой нефтью, где осуществляется их смешение, после чего поток смещанной нефти подается в общую магистраль 11 для дальнейщей транспортировки ее потребителю. В процессе смещения датчик давления, входящий в состав блока 4 производит измерение давление потока высокосернистой нефти в трубопроводе 1, а датчики концентрации серы и плотности потока, входящие в состав блока 8, производят непрерывное измерение процентного содержания серы в смешанном потоке и плотность этого потока. Результаты измерений с выходов блоков 4 и 8 подаются в блок 9 управления, где они сравниваются с заранее заданными предельными значениями (в смешанном потоке содержание серы не более 1,8%, плотность - не более О, 865 т/м, давление в потоке высокосернистой нефти должно быть выще давления, соответствующего режиму испарения - порогу кавитации), хранящимися в соответствующей ячейке памяти (на чертеже не
показана) блока 9. Одновременно в блок 9 поступают с измерителя 5 и измерителя 7 сигналы о величине расхода соответственно потока высокосернистой нефти в трубопроводе 1 и измерителя 7 расхода потока смешанной нефти в общей, магистрали 11, В блоке 9 на основании данных, поступивших с измерителей 5, 7 производится вычисление соотношения расхода потока высокосернистой нефти к расходу потока смешанной не.фти в установленные интервалы времени, вычисленные данные, при которых качество смеси соответствует требуемым значениям, запоминаются.
В том случае, когда в процессе смешения изменяются качественные показатели потока выскосернистой нефти и/или смешанной нефти, т.е. значения давления в трубопроводе 1, значения концентрации серы в смешанном потоке, плотность смешанного потока превьш ают предельно допустимые значения, блок 9 управления осуществляет регулирование процессом компаундирования.
При снижении давления в трубопроводе 1, блок управления 9 путем подачи управляющего сигнала воздействует на регулятор давления устройства 3, изменяющего давления потока высокосернистой нефти. Указанное воздействие производится блоком 9, с использованием измеряемых датчиком давления блока 4 значений, до установления величины давления в трубопроводе 1 выше значения, соответствующего режиму испарения - .порогу кавитации.
управления воздействует на регулятор расхода устройства 3 регулирования потока высокосернистой нефти путем подачи управляющего сигнала на его исполнительный орган, регулирующий положение заслонок, уменьшая расхода потока нефти в трубопроводе 1, Изменение расхода потока в трубопроводе 1 приводит к изменению концентрации серы в смешанном потоке нефти, поступающей в общую магистраль 11, что регистрируется датчиком серы блока 8, осуществляющего непрерывный -контроль состава потока в общей магистрали 11. Результаты измерений с выхода блока 8 подаются в блок 9 управления, где они сравниваются с заранее заданными предельными значениями. Процесс регулирования производится блоком 9 управления до тех пор, пока процентное содержания серы в смещанном потоке не достигнет заданного значения.
Аналогичным образом осуществляется процесс регулирования состава нефти, подаваемой в общую магистраль 11, по показателю заданного значения плотности нефти, измеряемой посредством датчика плотности, входящего в состав блока 8.
В процессе компаундирования возникают ситуации, когда происходит изменение расходов потоков в трубопроводах 1 и 2, что связано с производительность подкачки нефтей, поступающих на смещение по эти трубопроводам. В том случае, когда качество смешанного потока, удовлетворяет требуемым показателям, т.е. процентное содержание серы и плотность этого потока соответствуют заданным значениям, в системе предусмотрено осуществление регулирование процессом смешения по показателям
соотношения расхода потоков высокосернистой нефти и смешанного потока.
Первая ситуация: при неизменном расходе потока нефти в трубопроводе 1 расход нефти в магистрали 11 увеличился. Это свидетельствует о том, что количество в смеси сернистой нефти увеличилось, и смесь будет иметь запас по качеству. Ситуация вторая: расход потока нефти в трубопроводе 1 уменьшился, а расход потока в магистрали 11 остался неизменным, т.е. смесь также будет иметь запас по качеству. В обоих случаях наличие запаса показателей качества смешанной нефти позволяет изменить производительность подкачки высокосернистой нефти, что позволит, в свою очередь, увеличить выручку за компаундирование нефтей, зависяшую как от качества и количества смешанной нефти, так и от количества поступаюшей на смешение высокосернистой нефти. Это обеспечивается за счет регулирования расхода поступления потока высокосернистой нефти в емкость б для смешения посредством блока 9, который, воздействуя на регулятор расхода потока устройства 3, увеличивает (в первой ситуации) или уменьшает (во второй ситуации) расход потока нефти в трубопроводе 1. При осушествлении указанного регулирования используются данные, храняшиеся в ячейках памяти блока  9, о  соотношении расходов потоков, при которых качество смеси (концентрация серы и плотность) соответствует требуемым значениям (сера - не более 1,8%, плотность - не более О, 865 т/м) . Уменьшение или увеличение расхода потока в трубопроводе 1 производят до тех
пор, пока соотношение расхода потока в магистрали 11 Не будет соответствовать значения, хранящимся в ячейках памяти блока 9.
Вычислительное устройство 10 обрабатывает данные о расходе потока в трубопроводе 1, поступающие с блока 5, и данные о расходе потока в общей магистрали 11, поступающие с блока 7, и на их основании производится подсчет выручки за услуги по компаундированию.
Заявленная система позволяет осуществлять контроль состава потока нефти, отпускаемой потребителю, регулирование процесса компаундирования потоков нефти, состав которых отличается по показателям плотности и концентрации серы, обеспечить поддержание заданных показателей качества компаундированной нефти, вести учет количества высокосернистой нефти и количества нефти, направляемой потребителю.