SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

СИКН. Работа вычислителей УВП‑280А.01(Б.01) в составе систем измерения количества нефти

В настоящей статье описана работа вычислителей УВП-280А.01 и УВП-280Б.01 в составе систем измерений количества и показателей качества нефти СИКН. Данные вычислители, сконструированные и произведенные специализированным конструкторским бюро «Промавтоматика», предназначены для вычисления расхода и количества воды, пара, тепла, нефти, нефтепродуктов, воздуха, попутного нефтяного, природного и других газов.


СКБ «Пром­автоматика» г. Москва, Зеленоград

PromAvtomatika.png


Назначение

Система измерения количества и показателей качества нефти (СИКН) предназначена для автоматизированного измерения массы (объема) нефти и нефтепродуктов, а также для определения их качественных параметров.

Основная область применения СИКН на основе вычислителей УВП-280 – это узлы оперативного учета сырой нефти.

Важное преимущество СИКН на основе вычислителей УВП‑280 – значительно меньшая стоимость вычислителя по сравнению с отечественными и особенно зарубежными аналогами при наличии тех же функциональных возможностей.


Основные технические характеристики СИКН, построенной на основе вычислителей

Измеряемыми средами СИКН являются как сырая нефть, состоящая из нефти, растворенного газа, пластовой воды (от 0 до 80 %), солей, механических примесей и остаточного после сепарации свободного газа, так и товарная нефть (по ГОСТ Р 51858).

В состав СИКН, построенной на основе вычислителей, входят следующие средства измерения:
- вычислитель УВП-280А-01 (УВП-280Б.01);
- массовые или объемные преобразователи расхода (от 6 до 24);
- датчики избыточного давления (от 6 до 24);
- датчики температуры (от 6 до 24);
- поточный плотномер;
- поточный анализатор влагосодержания.

Количество преобразователей зависит от конкретной конфигурации системы и ограничено числом входов, которыми снабжен вычислитель конкретной модификации.

В СИКН может входить от 1 до 10 измерительных линий, но, как правило, бывает от одной до четырех и одна линия измерения качества нефти.

Общая погрешность СИКН при измерении массы нефти определяется по формулам, законодательно закрепленным в следующих документах:
- п.5.8 ГОСТ 8.595-2004 «Масса нефти и нефтепродуктов. Общие требования к методикам выполнения измерений» (далее по тексту – ГОСТ 8.595) – для товарной нефти;
- п.7 МИ 2693-2001 «Порядок проведения коммерческого учета сырой нефти на нефтедобывающих предприятиях. Основные положения» (далее по тексту – МИ 2693) – для сырой нефти.


Работа вычислителя в составе СИКН

Упрощенная структурная схема варианта построения СИКН на базе вычислителя УВП-280 приведена на рис. 1.

Ris.1.png

Рис. 1. Схема построения СИКН на базе вычислителя УВП‑280

Перечислим основные функции, выполняемые вычислителем УВП-280 в системе измерения количества нефти:
- обработка сигналов от датчиков расхода, давления, температуры, плотности, влагосодержания по каждой измерительной линии и каждому блоку измерения показателей качества нефти (БИК); контроль, вычисление и индикация вычисленных значений учетных параметров;
- вычисление значений расхода и количества нефти брутто и нетто по каждой измерительной линии и узлу учета нефти в целом;
- формирование сигналов нештатных ситуаций;
- формирование и печать архивов входных и вычисленных параметров по всем измерительным линиям, архивов нештатных ситуаций, архивов действий операторов;
- обеспечение ручного ввода параметров нефти;
- обеспечение ввода градуировочных характеристик преобразователей расхода;
- управление автоматическим пробоотборником;
- контроль метрологических характеристик преобразователей расхода по эталонному преобразователю расхода;
- автоматический переход на резервный датчик в случае отказа основного или на константное значение;
- обеспечение передачи информации при работе с системами верхнего уровня по стандартным протоколам обмена (Modbus RTU, Modbus TCP).

Теперь рассмотрим эти функции подробнее.


Обработка входных сигналов от датчиков

Входные сигналы, полученные от датчиков со стандартным токовым выходом 4–20 мА, термопреобразователей сопротивления, а также датчиков с частотным и импульсным выходом, преобразуются вычислителем УВП‑280 в цифровые значения в соответствии с введенными в него паспортными данными каждого датчика.

Для преобразователей расхода дополнительно может выполняться вычисление К-фактора (коэффициента преобразования). При этом исходной информацией для вычислителя являются рабочая частота расходомера и таблица, состоящая максимум из 6 точек. Рабочее значение коэффициента преобразования УВП‑280 вычисляет с помощью линейной интерполяции из двух соседних точек таблицы. При выходе рабочей частоты за границы табличных частот принимается значение К-фактора крайней ближайшей точки таблицы.


Вычисление плотности нефти сикн

Плотность нефти вычисляется с помощью косвенного метода измерений. Данный метод может применяться при двух вариантах СИКН: с установленным в блок измерения показателей качества нефти (БИК) поточным плотномером или без него.

Если в БИК установлен поточный плотномер типа Solartron 7835, при вычислении плотности нефти исходной информацией для вычислителя являются значения рабочей частоты поточного плотномера, температуры и избыточного давления преобразователей, находящихся в непосредственной близости от поточного плотномера в линии блока измерения. Вычислитель преобразует значение периода времени выходного частотного сигнала в значение плотности.

Результатом вычислений является значение плотности в условиях БИК. Формулы и коэффициенты плотномера принимаются из его сертификата поверки. Кроме плотномера Solartron 7835 можно подключить плотномер с выходом 4–20 мА, а также задать плотность условно-постоянной константой.

После определения плотности в условиях БИК выполняется расчет плотности в блоке измерительных линий (БИЛ) при рабочих условиях. Для товарной нефти – без учета значения влагосодержания. Для сырой нефти – с учетом значения влагосодержания.

После определения значения плотности в условиях БИК производится вычисление плотности обезвоженной нефти в стандартных условиях. Исходной информацией на данном этапе вычислений являются значения плотности в условиях БИК, температуры и давления в линии БИК, температуры и давления стандартных условий, объемная доля воды в нефти в линии БИК. По умолчанию стандартные условия – это избыточное давление, равное 0 кПа, и температура, равная 15 °C. Возможно задание значения температуры для стандартных условий 20 °C.

Следующим этапом является вычисление плотности при рабочих условиях в каждой рабочей измерительной линии.

Исходной информацией на данном этапе вычислений являются значения плотности обезвоженной нефти в стандартных условиях, температуры и давления в рабочей линии, температуры и давления стандартных условий, объемная доля воды в нефти. В системе без поточного плотномера в качестве исходного значения плотности в стандартных условиях принимается условно-постоянная величина – плотность нефти в стандартных условиях, измеренная лабораторным методом.

При прямом методе измерений для вычисления массы нефти плотность не требуется. При этом плотность в рабочих условиях, как правило, измеряется непосредственно массовым расходомером и может передаваться в вычислитель по цифровому протоколу или в виде аналогового сигнала 4–20 мА. Это значение плотности может использоваться для вычисления объема нефти и вычисления влагосодержания при отсутствии влагомера.


Вычисление средневзвешенных технологических значений параметров нефти

Для формирования периодических отчетов производится средневзвешенное вычисление температуры и давления по каждой рабочей линии. Для всей СИКН вычисляются средневзвешенные значения температуры в БИК, давления в БИК, влагосодержания.

При использовании объемных счетчиков расхода взвешивание параметров производится по объему брутто, при использовании массомеров – по массе брутто.


Вывод информации

Обслуживающий персонал имеет возможность просмотреть информацию как на самом вычислителе, так и на ПК, к которому он подключен.

В вычислителе информация выводится на графический индикатор с разрешением 128 × 64 пикселя. Зайдя в меню с помощью 8-кнопочной клавиатуры, можно просмотреть текущие (расход, количество брутто/нетто, давление температура, плотность) и архивные (минутный, часовой, двухчасовой и суточный архивы) параметры по всем трубопроводам, а также выбрать режимы для проведения диагностики, поверки и других процедур, связанных с техническим обслуживанием вычислителя.

К компьютеру вычислитель подключается через порты связи USB, Ethernet, RS‑485 или RS‑232. При подключении ПК через порт USB используется программа локального пульта, входящая в комплект поставки. При подключении через порт Ethernet используется стандартный веб-браузер или протокол Modbus TCP. Порты RS‑232 и RS‑485 применяются для работы вычислителя в SCADA-системе по протоколам XML, XML-DA и Modbus RTU.

С помощью вычислителя УВП-280 на верхний уровень передается полный набор текущих и архивных данных (архивы исходных и расчетных параметров, архив нештатных ситуаций, архив действий операторов), доступных на момент формирования отчета.

Описание конфигурации и параметров системы измерения количества нефти в вычислителе УВП‑280 выполняется как с помощью программы локального пульта, так и с использованием стандартного веб-браузера. При описании задаются параметры каждого трубопровода БИЛ или БИК.


Описание СИКН

В вычислителе выполняется описание логических входов. В описание логического входа каждого датчика вносятся паспортные данные прибора и его подключение к физическим входам вычислителя. После этого описываются трубопроводы БИК и БИЛ. Описания трубопроводов отличаются в основном наличием (или отсутствием) поточного плотномера и наличием (или отсутствием) расходомера.

Далее описывается конфигурация системы СИКН в целом.

Затем задаются параметры нефти. Влагосодержание нефти может определяться с помощью поточного влагомера, задаваться условно-постоянной константой или вычисляться через плотность нефти в рабочих условиях.

В случае возникновения неисправности первичного датчика возможно переключение на резервный прибор. Для этого в описании соответствующего логического входа в строке «Резервный вход» необходимо задать ссылку на логический вход, описывающий подключение резервного датчика или задающий условно-постоянное значение.


Отчетные формы

Выводимые с вычислителя отчетные формы могут формироваться с задаваемым интервалом: минутным, часовым, двухчасовым или суточным.

Набор отображаемых параметров в трубопроводах (БИЛ и БИК) совпадает для различных временных интервалов и содержит следующие данные:
- средневзвешенные значения температуры, давления, влагосодержания, плотности (взвешиваются по массе/объему для датчика массового/объемного расхода соответственно); при массе/объеме, равном за отчетный период нулю, параметры не выводятся;
- объем брутто, масса брутто, масса нетто (накопленные значения счетчиков и разность значений счетчиков за отчетный период);
- время штатной и нештатной работы.


Контроль метрологических характеристик преобразователя расхода (КХМ ПР)

В режиме КМХ ПР выполняется контроль работы измерительной линии путем сравнения показаний преобразователя расхода этой линии с показаниями преобразователя расхода контрольной линии. Для этого контрольная линия включается последовательно с контролируемой измерительной линией.

В вычислителе контрольная линия описывается как обычная измерительная.

Для выполнения контроля метрологических характеристик описывается условный трубопровод. Описание включает ссылку на контрольный и контролируемый трубопроводы. В описании этого условного трубопровода задается количество импульсов, отсчитываемое с выхода преобразователя расхода контрольного трубопровода после команды «Старт контроля». Задание количества импульсов и команда «Старт контроля» выполняются с компьютера с помощью программы ЛП и браузера.

По команде «Старт контроля» вычислитель отсчитывает заданное количество импульсов с выхода преобразователя расхода контрольного трубопровода и по достижении этого количества фиксирует полученный контрольный период. За этот же период параллельно вычислитель выполняет подсчет импульсов по контролируемому преобразователю и накапливает средневзвешенные по расходу значения температуры и давления по контрольному и контролируемому трубопроводам.

Для массовых преобразователей расхода полученное количество импульсов по контрольной и контролируемой измерительным линиям соответствует измеренной массе с учетом весов импульсов.

Для объемных преобразователей расхода пересчет объема по контрольной и контролируемой измерительным линиям в массу выполняется с учетом описания этих линий.


Задачи управления и сигнализации

Все технологические параметры: расходы (в линиях, по узлу учета, в БИК), температура и давление в линиях и БИК, плотность в линиях при условиях измерения объема и плотность при условиях БИК, влагосодержание в БИК, перепад давления на фильтре – имеют два уровня предупредительных сообщений:
при выходе контролируемого параметра за верхнее или нижнее значение номинального диапазона;
при выходе контролируемого параметра за верхнее или нижнее значение уставки.

Сигнал оповещения о выбранной нештатной ситуации может выдаваться на один из выходов (ALARM1, ALARM2) или на оба этих выхода одновременно. К выходам ALARM1 и ALARM2 можно подключить устройства световой и звуковой сигнализации для сообщения о возникновении нештатных ситуаций на трубопроводах.

Подключив к вычислителю GSM-модем, можно организовать рассылку СМС-оповещений, позволяющую передавать аварийные или информационные сообщения шести абонентам GSM-сети.

Вычислитель способен управлять пробоотборником. Импульс амплитудой 24 В формируется с постоянным временным интервалом, задаваемым оператором. Период следования импульсов не чаще одного раза в секунду, длительность импульса и общее число импульсов – конфигурируемые параметры.

Кроме СИКН, вычислители УВП‑280, разработанные СКБ «Пром­автоматика», могут использоваться в других узлах коммерческого учета. Устройства имеют свидетельство об утверждении типа средств измерений (номер в Госреестре 53503-13).

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 1(61)_2016


СКБ «Пром­автоматика», г. Москва, Зеленоград,
тел.: +7 (495) 221-9165,
e-mail: root@skbpa.ru,