Эксплуатация системы автоматизации газораспределительной станции

Введение

Автоматизация – это применение комплекса средств, позволяющих осуществлять производственные процессы без непосредственного участия человека, но под его контролем. Автоматизация производственных процессов приводит к увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества продукции, уменьшает численность обслуживающего персонала, повышает надежность и долговечность машин, дает экономию материалов, улучшает условия труда и техники безопасности.

Автоматизация освобождает человека от необходимости непосредственного управления механизмами. В автоматизированном процессе производства роль человека сводится к наладке, регулировке, обслуживании средств автоматизации и наблюдению за их действием. Эксплуатация средств автоматизации требует от обслуживающего персонала высокой техники квалификации.

Газораспределительная станция (ГРС) является основным объектом в системе магистральных газопроводов, функцией которой является понижение давления газа в трубопроводе и его подготовка для потребителя. Современные ГРС – сложные, высокоавтоматизированные и энергоемкие объекты. Эксплуатация газопроводов может происходить при различных режимах, смена которых происходит при изменении вариантов включения в работу агрегатов. При этом возникает задача выбора наиболее целесообразных режимов, соответствующих оптимальной загрузке газопровода.

С развитием электронной вычислительной техники стало возможным автоматизированное управление ГРС. В настоящее время на объектах ГРС широко используются как отечественные системы автоматизации, так и зарубежные контрольно-измерительные приборы, системы автоматики и телемеханики.

Назначение станции – понижение рабочего давления до заданного значения. Система управления должна быть достаточно сложной, чтобы учесть все разнообразие статических и динамических характеристик станции. Затраты на систему управления несоизмеримы с потерями от аварий. Систему защиты можно сравнить с противопожарными системами, которые окупаются сразу после установки за счет экономии от несостоявшихся пожаров.

Задача систем автоматизации ЛПУ заключается в управлении агрегатом в соответствии с командами, поступающими от оператора, контроле технологических параметров, обеспечении защиты магистральной газораспределительной станции. Решение данных задач на сегодняшний день является актуальной темой.

1. Технологическая схема  ГРС и ее характеристики

1.1 Назначение и состав ГРС

Базовым технологическим процессом предприятия Стерлитамакское ЛПУ МГ ООО «ГазпромтрансгазУфа» является транспортировка газа по югу Республики Башкортостан и подача его на газораспределительные станции, которые подают газ потребителю.

Станция является сложным и ответственным энергетическим (технологическим) объектом повышенной опасности. К технологическому оборудованию и средствам автоматизации ГРС предъявляются повышенные требования по надежности и безопасности энергоснабжения потребителей газом, промышленной безопасности как взрывопожароопасному промышленному объекту.

Газораспределительные станции (ГРС) предназначены для снабжения газом от магистральных и промысловых газопроводов следующих потребителей:

– объекты газонефтяных месторождений (на собственные нужды);

– объекты газокомпрессорных станций (ГКС);

– объекты малых и средних населенных пунктов;

– электростанции;

– промышленные, коммунально-бытовые предприятия и населенные пункты.

ГРС обеспечивают:

– очистку газа от механических примесей и конденсата;

– подогрев газа;

– редуцирование заданного давления и постоянное поддержание его с определенной точностью;

– измерение расхода газа с многосуточной регистрацией;

– одоризацию газа пропорционально его расходу перед подачей потребителю.

В состав газораспределительной станции входят:

а) узлы:

– переключения станции;

– очистки газа;

– предотвращения гидратообразования;

– редуцирования газа;

– подогрева газа;

– коммерческого измерения расхода газа;

– одоризации газа (при необходимости);

– автономного энергопитания.

б) системы:

– контроля и автоматики;

– связи и телемеханики;

– электроосвещения, молниезащиты, защиты от статического электричества;

– электрохимзащиты;

– отопления и вентиляции;

– охранной сигнализации;

– контроля загазованности.

1.2 Узел переключений

В узле переключения ГРС следует предусматривать:

– краны с пневмоприводом на газопроводах входа и выхода;

– предохранительные клапаны с переключающими трехходовыми кранами на каждом выходном газопроводе (допускается заменять в случае отсутствия трехходового крана двумя ручными с блокировкой, исключающей одновременное отключение предохранительных клапанов) и свечой для сброса газа;

– изолирующие устройства на газопроводах входа и выхода для сохранения потенциала катодной защиты при раздельной защите внутриплощадочных коммуникаций ГРС и внешних газопроводов;

– свечу на входе ГРС для аварийного сброса газа из технологических трубопроводов;

– обводную линию, соединяющую газопроводы входа и выхода ГРС, обеспечивающую кратковременную подачу газа потребителю, минуя ГРС.

Обводная линия должна быть оснащена двумя кранами:

первый – по ходу газа отключающий кран и второй – для дросселирования кран-регулятор (в случае отсутствия крана-регулятора допускается использовать задвижку с ручным приводом).

Обводная линия должна быть оснащена приборами контроля параметров газа.

Узел переключения должен располагаться на расстоянии не менее 10 м от зданий, сооружений или технологического оборудования, установленного на открытой площадке. Пневмоприводные краны узла переключения должны иметь автоматическое или дистанционное управление.

На рисунке 1.1 представлен узел переключения газа.

1.3 Узел очистки газа

Для очистки газа на ГРС должны применяться пылевлагоулавливающие устройства, обеспечивающие подготовку газа для стабильной работы оборудования ГРС и потребителя.

Узел очистки газа имеет в своем составе фильтры-сепараторы СГВ-7 или блок фильтров-сепараторов, обеспечивающие проектную производительность АГРС и предназначенные для очистки газа от твердых частиц и капельной влаги. Степень очистки – 10 мкм, эффективность – 99,99%. Продукты очистки из накопительной емкости фильтров-сепараторов автоматически сбрасываются в сосуд сбора конденсата.

На ГРС рекомендуется предусматривать не менее двух аппаратов очистки газа. Узел очистки газа должен быть оснащен устройствами удаления конденсата и дренажа в сборные резервуары.

Вместимость резервуара должна определяться из условия слива примесей в течение 10 сут.

Резервуары должны быть рассчитаны на максимально возможное давление и оборудованы сигнализатором уровня жидкости.

С целью исключения выбросов паров конденсата и одоранта в атмосферу необходимо применять меры по их утилизации.

Технологический процесс сбора продуктов очистки газа из резервуаров должен исключать возможность пролива и попадания жидкости на грунт.

На рисунке 1.2 изображен узел очистки газа.

1.4 Узел редуцирования  газа

В узле редуцирования ГРС количество редуцирующих линий следует принимать не менее двух (одна резервная). Допускается применять три линии редуцирования равной производительности (одна – резервная).

В узле редуцирования при необходимости допускается предусматривать линию малых расходов для работы в начальный период эксплуатации ГРС.

Редуцирующие линии в пределах одного узла редуцирования должны оснащаться однотипной запорно-регулирующей арматурой. Линии редуцирования газа должны быть оборудованы сбросными свечами.

Редуцирующие линии должны иметь автоматическую защиту от отклонения от рабочих параметров и автоматическое включение резерва.

На рисунке 1.3 изображен узел редуцирования.

В редуцирующих линиях используются регуляторы РДО-1, РДЭ, Tartarini, RMG, РДО25–100, РД-10 и другие. Регуляторы обеспечивают точность поддержания давления на выходе: 2,5 0,5. При необходимости используются регуляторы с дистанционным вводом уставки для поддержания дисциплины потребления газа.

1.5 Узел подогрева газа

Узел подогрева газа или блок подогрева газа (БПГ) предназначен для непрямого подогрева газа до заданной температуры, используется в составе ГРС для исключения гидратообразования при редуцировании газа и поддержания температуры газа на выходе ГРС на заданном значении, а также для обеспечения теплоносителем систем отопления помещений или других возможных теплопотребителей.

БПГ предназначены для эксплуатации в районах с умеренным и умеренно-холодным климатом (УХЛ, NF), а также в районах с холодным климатом (ХЛ, F).

Типоразмер узла подогрева в составе газораспределительных станций следует определять из условий обеспечения требуемой температуры газа на выходе ГРС, нормальной работы оборудования станции и исключения его оледенения. В случае использования БПГ в контуре отопления, необходимо учитывать дополнительную тепловую нагрузку.

Нагрев газа осуществляется в кожухо-трубчатом теплообменнике посредством промежуточного теплоносителя, нагреваемого в водогрейном котле. Теплоноситель в зависимости от тепловой мощности узла нагревается до 95°С и подается на кожухо-трубчатый теплообменник, где осуществляется передача тепла нагреваемому телу (газу), затем охлаждённый теплоноситель из обратного теплопровода с температурой до 95°С подается на вход водогрейного котла. При наличии дополнительного контура отопления отбор теплоносителя осуществляется из обратного теплопровода.

Конструктивно узел подогрева газа состоит из двух блоков:

– блок котельной;

– блок теплообменных аппаратов.

Оборудование этих блоков размещается в боксе, герметично поделённом на два отсека: отсек котельной (категория Д) и отсек теплообменных аппаратов (категория В-1а). Бокс выполнен из панелей типа «сэндвич», имеет съёмную крышу, позволяющую быстро произвести монтаж и ремонта тяжёлого и крупногабаритного оборудования. Устойчивость блок-бокса к сейсмическим нагрузкам до 9 баллов. Компактность узла и полная заводская готовность позволяют в кратчайшие сроки произвести транспортировку, монтаж и пусконаладочные работы. БПГ спроектирован с учетом требований ГОСТ, СНиП, а также последних требований руководящих документов ОАО «Газпром».

Необходимая тепловая мощность обеспечивается двумя водогрейными котлами в отсеке котельной для повышения степени надежности узла. В случае отказа одного котла, второй может обеспечить работоспособность станции в аварийном режиме.

Циркуляционные насосы установлены на входе водогрейных котлов и работают под управлением прибора контроля и защиты насосов в режиме распределения времени работы. При выходе одного насоса из строя исправный насос обеспечивает работоспособность на 100%. Для защиты системы от превышения внутреннего гидравлического давления, котлы оборудованы предохранительными сбросными устройствами (сброс осуществляется в расширительный бак).

Электроснабжение БПГ осуществляется от промышленной сети 220В/50Гц, или 380В/50Гц в зависимости от требований заказчика. Питание заводится через шкаф вводной, оборудованный автоматами защитного отключения. Вводной шкаф устанавливается в отсеке котельной.

газораспределительный логистический автоматизация управление

1.6 Узел одоризации газа

Газ, подаваемый в населенные пункты, должен быть одорирован. Для одоризации газа может применяться этилмеркаптан (не менее 16 г. на 1000 м) или другие вещества.

Газ, подаваемый промышленным предприятиям и электростанциям, по согласованию с потребителем может не одорироваться.

В случае наличия централизованного узла одоризации газа, расположенного на магистральном газопроводе, допускается не предусматривать узел одоризации газа на ГРС.

Узел одоризации устанавливается, как правило, на выходе станции после обводной линии. Подача одоранта допускается как с автоматической, так и с ручной регулировкой.

На ГРС необходимо предусматривать емкости для хранения одоранта. Объем емкостей должен быть таким, чтобы заправка их производилась не чаще 1 раза в 2 мес. Заправка емкостей и хранение одоранта, а также одоризация газа должна осуществляться закрытым способом без выпуска паров одоранта в атмосферу или их нейтрализацией. [2]

1.7 Режимы работы и режимные параметры АГРС «Энергия-1» Салихово

Режимы управления:

– полностью автоматическое управление;

– дистанционное управление исполнительными механизмами с удаленного АРМ оператора;

– дистанционное ручное и дистанционное автоматическое управление исполнительными механизмами от панельного АРМ оператора, встроенного в шкаф САУ.

Автоматические блочные газораспределительные станции «Энергия» (рис. 1) предназначены для питания отдельных потребителей природным, попутным, нефтяным, предварительно очищенным от тяжелых углеводородов, и искусственным газом от магистральных газопроводов с давлением (1,2–7,5 МПа) путем снижения давления до заданного (0,3–1,2 МПа) и поддержания его. Станции «Энергия» эксплуатируются на открытом воздухе в районах с умеренным климатом при температуре окружающего воздуха от –40°С до +50°С с относительной влажностью 80% при 20°С.

Номинальная пропускная способность станции «Энергия-1» по газу в условиях по ГОСТ 2939–63 равна 10000 м3/ч при входном давлении Рвх=7,5 МПа (75 кгс/см2) и Р вых = 0,3 МПа (3 кгс/см2).

Максимальная пропускная способность станции равна 40000 м3/ч газа при входном давлении Рвх=7,5 МПа (75 кгс/см2) и Р вых=1,2 МПа (12 кгс/см2).

1.8 Описание технологической  схемы

Технологическая схема АГРС «Энергия-1» Салихово представлена на рисунке 1.4.

Газ высокого давления, поступивший на вход ГРС, проходит через шаровой кран №1 (см. рис. 1.4) на подогреватель газа ПТПГ-15М, где нагревается с целью предотвращения выпадения кристалогидратов.

Нагрев осуществляется в змеевике радиационным излучением горелки и теплом отходящих газов.

Подогретый газ высокого давления через краны №7,6 поступает в блок редуцирования совмещенный с узлом очистки. Узел редуцирования состоит из двух редуцирующих ниток: рабочей и резервной.

В блоке редуцирования происходит редуцирование топливного газа на питание горелок от Рвых. до 100–200 мм. вод. ст.

Из блока редуцирования газ низкого давления проходит на замерный узел.

После замерного узла газ поступает в узел одоризации, а затем в блок переключений. Газ идет в блок переключения через входной кран №12 и через выходную нитку выбрасывается на свечу.

Подготовленный газ подается потребителю с выходным давлением 0,6 МПа.

Рисунок 1.4 – Технологическая схема АГРС «Энергия-1» Салихово

2. Автоматизация технологического объекта управления ГРС

2.1 Объем автоматизации

2.1.1 Уровни автоматизации

Как правило, системы контроля и управления – это двухуровневые системы, так как именно на этих уровнях реализуется непосредственное управление технологическими процессами.

Нижний уровень – уровень объекта (контроллерный) – включает различные датчики для сбора информации о ходе технологического процесса, электроприводы и исполнительные механизмы для реализации регулирующих и управляющих воздействий. Датчики поставляют информацию локальным программируемым логическим контроллерам (PLC – Programming Logical Controller). Как правило, задачи управления решаются на контроллерном уровне.

Для уменьшения человеческого фактора, связанного с неправильной эксплуатацией сложного технологического оборудования, необходимо внедрение средств автоматизации на основе человекомашинного интерфейса, интуитивно понятного человеку, которые должны обобщать, структурировать и систематизировать информацию.

Верхний уровень включает, прежде всего, одну или несколько станций управления, представляющих собой автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера / оператора. В основном в качестве рабочих станций используются ПЭВМ типа IBM PC различных конфигураций.

Актуальность АРМ оператора ГРС состоит в необходимости повышения эффективности взаимодействия оператора (диспетчера) с системой и сведения к нулю его критических ошибок при управлении; сокращении времени на обработку информации, на поиск необходимой информации; улучшении качества контроля и учета аналоговых и дискретных параметров; управлении технологическим оборудованием, т.е. повышении эффективности работы оператора.

Все компоненты системы управления объединены между собой каналами связи. Взаимодействие АРМ с САУ ГРС осуществляется по сети Ethernet. Структурная схема представлена на рис. 2.1.

Рисунок 2.1 – Структурная схема системы контроля и управления ГРС

Функции, которые выполняет АРМ САУ ГРС:

• обеспечение механизма регистрации пользователей для защиты от несанкционированного управления технологическим оборудованием ГРС;
• отображение на мониторе мнемосхем крановой обвязки и технологического оборудования ГРС в форме видеокадров, выполненных по принципу многоуровневого вложения от общего к частному;
• визуализация на мониторе информации от датчиков и сигнализаторов о состоянии технологического оборудования ГРС, а также информации, поступающей от локальных САУ в реальном масштабе времени (подогревателей газа и др.);
• отображение аналоговых параметров, в том числе в виде трендов за заданный промежуток времени, и контроль их достоверности;
• отображение уставок аналоговых параметров с возможностью их изменения;
• отображение состояний исполнительных механизмов и контроль их исправности;
• дистанционное управление исполнительными механизмами (кранами, вентиляторами, ДКД);
• регистрация и архивирование информации с согласованной глубиной ретроспективы о состоянии крановой обвязки ГРС, состоянии технологического оборудования, аварийных и предаварийных ситуациях, действиях оператора (по управлению технологическим оборудованием, изменению уставок технологических параметров);
• отображение и регистрация учета расхода газа по нескольким замерным узлам (мгновенного, суточного, месячного расхода), изменение конфигурационных параметров, в том числе с учетом химического состава газа;

– отображение текущей аварийной и предупредительной информации в журнале текущих тревог;

• звуковое оповещение оператора об аварийной ситуации, включающее аварийную и предупредительную звуковую сигнализацию;
• автоматическая генерация и печать журналов оператора;
• ведение архивов журналов событий, трендов и журналов оператора.

Внедрение таких систем на газораспределительных станциях приобретает особое значение, так как позволяет обеспечить эффективную работу ГРС в заданных режимах, повысить качество работы, обеспечить безаварийность и экологическую безопасность, повысить производительность труда.

Средства автоматизации ГРС (САУ ГРС) предназначены для повышения надежной и стабильной работы ГРС и обеспечения непрерывной подачи газа потребителям.

2.1.2 Функции автоматизации

Комплекс технических средств автоматизации, установленный на технологическом оборудовании обеспечивает:

1) Управление узлом переключения, в том числе:

– измерение давления и температуры газа на входе ГРС, сравнение измеренных значений с заданными технологическими и аварийными границами, формирование и выдача предупредительной и аварийной сигнализации;

– измерение давления и температуры газа на выходе ГРС, сравнение измеренных значений с заданными технологическими и аварийными границами, формирование и выдача предупредительной и аварийной сигнализации;

– сигнализация положения кранов узла переключения, охранного крана ГРС; дистанционное (с локального пульта ГРС и с диспетчерского пункта) управление кранами узла переключения, охранным краном ГРС и автоматическое отключение ГРС при авариях. Управление узлом очистки газа, в том числе: измерение перепада давления в сепараторе;

– сигнализация минимального и максимального допустимого уровня жидкости в сепараторе; дистанционное и автоматическое управление краном на линии сброса жидкости в зависимости от уровня жидкости в фильтре-сепараторе;

– предупредительная сигнализация максимального уровня жидкости в сборных емкостях;

2) Управление узлом предотвращения  гидратообразований, в том числе:

– измерение давления и температуры газа на выходе блока подогрева;

– сигнализация положения кранов на входе и выходе блока подогрева, крана на линии подачи газа в обход подогревателя;

– автоматическое и дистанционное управление кранами;

– сигнализация о работе подогревателя от системы управления подогревателя; сигнализация аварии подогревателя.

3) Управление узлом редуцирования газа, в том числе:

– контроль положения кранов на линиях редуцирования;

– автоматическое и дистанционное включение / отключение линий редуцирования, в том числе резервных и вспомогательных в соответствии с ВРД 39–1.10–069–2002;

– сигнализация давления газа на линиях редуцирования между последовательно установленными регулирующими устройствами;

– автоматическое регулирование давления газа, подаваемого потребителям.

4) Коммерческий учет газа по  каждому потребителю, в том числе:

– измерение общих для всех потребителей параметров и введение необходимых констант; измерение давления газа; измерение температуры газа;

– измерение расхода газа (счетчик газа с импульсным выходом);

– расчет расхода газа в соответствии с ГОСТ 30319.1–96, ГОСТ 30319.2–96, ГОСТ 30319.3–96, ГОСТ 8.563–97, ПР 50.2.019–96.

6) Управлением блоком одоризации  газа, в том числе:

– сигнализация минимального уровня в емкости хранения одоранта;

– управление дозированной подачей одоранта в газ;

– сигнализация наличия потока одоранта;

– учет количества введенного одоранта.

7) Управление краном на обводной  линии, в том числе:

– положение крана на обводной линии;

– дистанционное (с локального пульта ГРС и с диспетчерского пункта) управление краном на обводной линии.

8) Сигнализацию состояния узла энергопитания, в том числе:

– сигнализация отключения основного источника питания; сигнализация состояния резервного источника питания;

– сигнализация переключения на резервный источник;

– учет расхода электроэнергии.

9) Коммерческий учет газа на  собственные нужды, в том числе:

– измерение параметров и введение необходимых констант;

– измерение давления газа;

– измерение температуры газа;

– измерение расхода газа (счетчик газа с импульсным выходом);

10. Контроль состояния ГРС, в том числе:

– выявление аварийных ситуаций по соответствующим алгоритмам, включение аварийных защит ГРС;

– измерение температуры в блоке КИП;

– сигнализация наличия довзрывоопасной концентрации природного газа в помещениях ГРС;

– пожарная сигнализация;

– сигнализация проникновения на территорию ГРС и в помещения ГРС;

– сигнализация утечек одоранта;

– контроль работы и управление станцией катодной защиты (измерение напряжения, тока, потенциала и регулирование выходного напряжения / тока);

11. Самодиагностика технического состояния САУ ГРС, в том числе: