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.

Нефть на учете

В статье объясняется процесс коммерческого учета на самом длинном в мире нефтепроводе с подогревом и изоляцией.

Emerson Process Management, г. Сингапур
emerson_site.gif


Открытие месторождения нефти в регионе Мангала в штате Раджастан в 1998 году позволило снизить зависимость Индии от импорта нефти. Запасы нефти здесь оцениваются на уровне 3,6 миллиарда баррелей. В настоящий момент частная энергетическая компания Cairn India Ltd., входящая в состав лондонской группы Vedanta Resources PLC, пробурила более 100 скважин. Добыча нефти началась в 2008 году. Ожидается, что максимальный уровень добычи достигнет 265 000 баррелей в день, что в денежном эквиваленте будет соответствовать 7 миллиардам долларов США в год при цене на нефть около 73 долларов США за баррель, и составит 20 % всей добываемой в Индии нефти.

Самое важное, что необходимо учесть при проектировании системы коммерческого учета, – это свойства транспортируемой нефти. Плотность вязкой нефти составляет от 25 до 30 градусов АНИ, что делает ее воскообразной. При этом она твердеет при комнатной температуре (25 °C). Температура текучести такой нефти составляет 38–42 °C (для сравнения: температура текучести легкой парафиновой нефти составляет 3 °C), а асфальтено-смолистые парафинистые отложения образуются в ней уже при 64 °C.

Для решения проблемы по транспортировке воскообразной нефти с высокой температурой текучести компании потребовалось построить самый длинный в мире нефтепровод с подогревом (рис. 1). Данный трубопровод позволяет поставлять нефть на нефтеперерабатывающие заводы по всей стране, тем самым обеспечивая попадание нефти на рынки, находящиеся по пути следования нефтепровода. Нефтепровод компании Cairn Energy простирается на 680 км, а в его обслуживании занято 11 000 человек, при этом компании удалось построить его и получить начальный дебит всего лишь за пять лет.

Рис.1.png

Рис. 1. Самый протяженный в мире трубопровод длиной 600 км с подогревом и изоляцией используется для транспортировки тяжелой, воскообразной сырой нефти из скважин в пустыне Тар к нефтеперерабатывающим заводам на западе Индии


По трубопроводу с подогревом и изоляцией осуществляется транспортировка нефти из нефтяного месторождения Мангала к шести нефтеперерабатывающим заводам на западе Индии, включая крупнейший в мире НПЗ Reliance. Подогреватели и изоляция рассчитаны на температуру 90 °C.

После создания всей необходимой инфраструктуры требовалось найти способ анализа и правильного измерения количества нефтепродуктов, поступающих к заказчикам. По результатам тендера компания Cairn выбрала фирму Daniel Measurement and Cont­rol, подразделение Emerson Process Management, в качестве поставщика комплексного решения для учета нефти.


Учет тяжелой нефти

По рекомендации Daniel компания Cairn решила установить на каждом терминале специально разработанные, полностью интегрированные и укомплектованные узлы коммерческого учета с ультра­звуковыми расходомерами (рис. 2). Эти узлы учета должны были стать контрольной точкой при передаче нефти непосредственно заказчику и обеспечивать высочайший уровень точности и стабильности.

Рис.2.png

Рис. 2. Терминал Viramgam – один из шести перевалочных пунктов на протяжении трубопровода


Одно из преимуществ ультра­звуковых расходомеров – это их полнопроходность, а также отсутствие механических частей, подверженных износу, внутри трубопровода, что обеспечивает низкий перепад давлений, значительную экономию энергии и минимальное техническое обслуживание. Традиционные технологии измерения расхода вещества, например, с помощью расходомеров объемного типа и турбинных расходомеров, предполагают наличие движущихся частей и требуют большего объема работ по техническому обслуживанию.

Компания Daniel разрабатывала каждый узел учета согласно требованиям компании Cairn и в полном соответствии с Руководством АНИ по стандартам измерений в нефтяной промышленности. Учет нефти, добываемой в месторождении Мангала, осложняется ее воскообразными свойствами и высокой температурой застывания. Однако философия компании, которой она руководствовалась при проектировании своих решений, не допускает никаких неточностей при учете сырой нефти в точке перехода права собственности от добывающей компании к заказчику.

Расчет отдельных элементов, выбор проверенного метода и философии и создание каждого узла учета с подогревом и изоляцией обеспечивают поддержание температуры сырой нефти выше температуры застывания в любой момент во время движения нефти по трубопроводу. А при отсутствии потока система автоматически может повысить температуру нагрева для предотвращения образования асфальтено-смолистых парафинистых отложений.

Компания Daniel использует интегрированный процесс проектирования систем, при котором решение для заказчика создается с применением масштабной 3D-модели. Такая модель разрабатывается на основании утвержденных схем трубопроводов с конт­рольно-измерительными приборами (рис. 3).

Рис.3.png

Рис. 3. Программное обеспечение Daniel позволяет создать 3D-модель узла учета


Трехмерная модель позволила компании Cairn осуществлять анализ предложенного решения на различных этапах реализации проекта и, таким образом, с легкостью вносить необходимые изменения в проект системы.

Это также помогло компании Cairn оценить спецификацию материалов и провести инженерные обзоры генерального плана, результатов стресс-анализа, расчетов центра тяжести и других факторов.

Каждый узел включает в себя многолучевые ультразвуковые расходомеры Daniel (измеряющие расход нефти за счет определения разности между временем прохождения ультразвукового импульса по направлению потока и против него), компакт-пруверы и компьютеры расхода S600 Daniel, измерители плотности Micro Motion, датчики давления и температуры Rosemount, регулирующие клапаны Fisher, линии обогрева трубопровода, силовые распределительные щиты и распределительные коробки EGS, а также другие необходимые компоненты.

Построение 3D-моделей является неотъемлемой частью производственного процесса, оно позволяет сократить время создания крупных проектов в условиях сжатых сроков, отведенных на проектные работы. Узлы были собраны на сингапурском предприятии по производству средств коммерческого учета, сертифицированном в соответствии с тремя стандартами ISO.

Узлы представляют собой крупные, тяжелые конструкции, которые были доставлены на грузовых морских судах в порты Индии. Оттуда их на грузовиках привезли на место монтажа в точке перехода права собственности. Эти предварительно собранные узлы были установлены как интегрированное решение.

После доставки на нефтеперерабатывающий завод узлы учета (рис. 4) подняли с помощью крана и поместили между трубопроводом и НПЗ. Предоставленное решение для учета нефти полностью отвечает требованиям компании Cairn и представляет собой единый узел, включающий измерительную и автоматическую пробоотборную системы. Каждый узел учета относительно компактен и без особых проблем был установлен на каждом объекте заказчика.

Рис.4.png

Рис. 4. Узлы учета были установлены на каждом НПЗ на всем протяжении трубопровода


Непосредственно после монтажа систем Daniel было проведено соответствующее обучение сотрудников компании Cairn и предоставлена вся необходимая поддержка при подготовке к пусконаладочным работам и вводу оборудования в эксплуатацию.


Коммерческий учет

Передача нефти на НПЗ осуществляется компанией Cairn в месте перехода права собственности (POS) при использовании системы коммерческого учета нефти (CTMS). Данные, передаваемые системой CTMS, используются при оформлении финансовой операции. В состав системы CTMS входят ультразвуковые расходомеры для коммерческого или фискального учета, контрольная линия для поверки счетчиков и автоматическая система пробоотбора с модулем контроля качества нефти, а также компьютер расхода. Кроме того, в решении используется установка для проливки по воде, позволяющая при необходимости осуществлять поверку компактного прувера в полном соответствии с требованиями Руководства АНИ по стандартам измерений в нефтяной промышленности.

Так как в сырой нефти присутствуют механические примеси и вода (BS&W), окончательная фискализация крайне важна для определения содержания чистой сырой нефти при осуществлении продажи. Для этого используется система, отбирающая образцы нефти в автоматическом режиме. Представители компании Cairn собирают эти пробы в емкость и проводят лабораторное исследование для определения свойств сырой нефти и механических примесей и воды.

Компьютер расхода производит расчеты как количественных (коммерческий учет), так и качественных (состав механических примесей и воды) характеристик. Также он производит расчет чистого фискального объема, чтобы определить окончательное количество продаваемой сырой нефти, после чего эти расчеты предоставляются покупателю с данными отслеживания операций.

Все полученные в результате расчетов данные дублируются и заносятся в журнал отслеживания операций. Также в системе CTMS есть один резервный контрольный участок трубопровода, который выступает в качестве оперативного резерва при неисправностях в главном измерительном участке.

Компьютеры расхода, имеющие в своем распоряжении современные алгоритмы и программное обеспечение, гарантируют работу системы в полностью автоматическом режиме. Все данные об измерении расхода находятся в локальной компьютерной сети, что позволяет резервировать систему на различных уровнях. Кроме того, система обеспечивает резервирование аппаратной части узла учета за счет наличия нескольких конт­рольных участков.

Расходомеры проходят калибровку в проливочной лаборатории Daniel в Хьюстоне (штат Техас). Проливка позволяет определить коэффициент калибровки каждого расходомера, именуемый K‑фактором. После монтажа ультразвуковых узлов учета на объекте проводится их регулярная поверка в эксплуатации, позволяющая определить коэффициент коррекции для каждого ультразвукового расходомера в реальных условиях эксплуатации в соответствии с требованиями Руководства АНИ по стандартам измерений в нефтяной промышленности.

Помимо первоначальной поверки требуется проведение регулярных поверок для подтверждения или перерасчета точности счетчика. Поверка осуществляется в соответствии с рекомендациями, приведенными в разделах 4.2, 4.5, 4.8 и 5.8 Руководства АНИ по стандартам измерений в нефтяной промышленности. Эксплуатационная поверка ультразвуковых расходомеров коммерческого учета производится на месте, для чего последовательно со счетчиком устанавливается прувер. Каждый узел учета компании Cairn имеет встроенный прувер (рис. 5).

Рис.5.png
Рис. 5. Каждый узел учета включает в себя модуль, позволяющий вести учет расхода нефти непосредственно на месте в любое время в соответствии с желанием компании Cairn или ее заказчиков


Основополагающий принцип поверки заключается в сравнении известного показателя с данными, полученными от поверяемого счетчика. Это обеспечивается за счет последовательной установки счетчика и прувера таким образом, чтобы вся жидкость, проходящая через счетчик, проходила и через прувер. Измеряя таким способом объем, компания Cairn имеет возможность проверить точность ультразвуковых расходомеров в соответствии с техническими и нормативными требованиями, а также требованиями заказчиков.

Во время поверки сырая нефть проходит через прувер в течение времени, необходимого для стабилизации скорости, температуры, давления и плотности потока. Непосредственно поверка начинается после стабилизации всех параметров. Пруверы Daniel позволяют компании Cairn осуществлять поверку счетчиков в соответствии с требованиями Руководства АНИ по стандартам измерений в нефтяной промышленности и обеспечивать повторяемость измерений на уровне выше +/–0,05 % при пяти последовательных прогонах. Неопределенность коэффициента коррекции счетчика находится полностью в допустимых пределах.

После выполнения поверки и получения результатов открываются спусковой и дренажный клапаны, что позволяет сбросить давление жидкости и слить остатки нефти. Когда прувер не используется, питание системы отключено, что позволяет продлить срок службы компонентов и сэкономить энергию.

Обычно покупатель и продавец совместно решают, как часто должна проводиться поверка системы для обеспечения уверенности в точности получаемых данных. Эти данные являются неотъемлемой частью коммерческой сделки. За год, прошедший после ввода системы в эксплуатацию, у компании не возникло никаких проблем с заказчиками.

Недавно была внедрена автономная диагностика, которая стала возможной благодаря связи между счетчиками и хост-системой по локальной сети. Журналы данных можно запрашивать регулярно или при необходимости, а затем отправлять их по электронной почте специалистам Daniel, которые помогут определить, есть ли какие-либо внешние факторы, оказывающие негативное влияние на показатели работы или техническое состояние счетчиков и приводящие к возмущению потока, закупориванию трубопровода и другим проблемам.

Следующая цель компании Cairn – перейти к диагностике в режиме реального времени. Это позволит осуществлять сбор данных и выполнять проверку рабочих характеристик счетчиков и, при необходимости, других компонентов системы в режиме реального времени.


Результаты

Компания очень довольна успешным применением ультра­звуковых жидкостных расходомеров (рис. 6) в столь крупном проекте и их способностью точно измерять расход такой сложной среды, как сырая нефть. Система коммерческого учета обеспечивает получение конечных фискальных данных, проверку которых можно провести непосредственно на объекте и которые соответствуют государственным стандартам Индии.

Рис.6.png

Рис. 6. Ультразвуковой расходомер для коммерческого учета: Daniel 3804


Врезка.png


Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 6(42)_2012

Трилохан Гупта,
Emerson Process Management, г. Сингапур.
Статья первоначально опубликована 
в журнале «Oilfield Techno­logy» в марте 2012 года