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.

Программный комплекс «Сириус-СППР» – система моделирования процессов транспортировки нефти

В статье описывается программный комплекс «Сириус-СППР», позволяющий проводить подробный и всесторонний мониторинг работы нефтепровода, и его модульная структура.

ООО «НПА Вира Реалтайм», г. Москва

С ростом протяженности, усложнением топологии, интенсивности эксплуатации трубопроводных систем и, как следствие, повышением требований к диспетчерскому и технологическому персоналу возникает необходимость в совершенствовании средств автоматизации управления магистральными нефтепроводами (МН) путем развития систем поддержки принятия решений. Подобные средства позволяют имитировать работу трубопровода в реальном масштабе времени, осуществлять непрерывную диагностику его режима функционирования и на этой основе снижать размеры ущерба от последствий ошибки диспетчерского персонала.

Для моделирования процессов транспортировки нефти предприятием ООО «НПА Вира Реалтайм», специализирующимся на разработке, проектировании и производстве аппаратно-программных комплексов и средств для систем диспетчерского контроля и управления (СДКУ), был разработан программный комплекс (ПК) «Сириус-СППР»*.

«Сириус-СППР» – это непрерывно функционирующий совместно с СДКУ программный комплекс, использующий в качестве исходных данных технологические параметры работы трубопровода и физические свойства нефти. Основу программного комплекса составляет математическая модель МН, позволяющая осуществлять теплогидравлические расчеты давлений, расходов и температуры по длине нефтепровода с учетом профиля трассы и эксплуатируемого на МН оборудования.

В основу расчетного ядра ПК «Сириус-СППР» положена одномерная термогидродинамическая математическая модель напорного и безнапорного течения жидкости по трубам, представляющая собой систему гиперболических дифференциальных уравнений в частных производных и алгебраических уравнений, описывающих функционирование технологического оборудования нефтепровода. В математической модели учитывается возможность появления двухфазного течения на отдельных участках нефтепровода.

Граничными условиями модели являются давление, расход и температура нефти в низовом и верховом резервуарных парках нефтепровода. Математическая модель позволяет проводить расчеты как стационарных, так и нестационарных режимов работы нефтепровода.

Итоговым показателем качества работы ПК «Сириус-СППР» является величина отклонения расчетного давления от фактического при штатном режиме работы МН. В реальных условиях эксплуатации при используемых средствах измерения были получены следующие точностные показатели: отклонение в стационарном режиме работы магистрального нефтепровода в среднем составило 0,32 кгс/см² и 0,9 кгс/см² – после начала переходного (нестационарного) режима.

В случае если наблюдается отклонение расчетного значения давления от фактического, ПК «Си­риус-СППР» диагностирует нештатную ситуацию, производит полное протоколирование работы нефтепровода и формирует отчеты по форме, указанной пользователем после его авторизации.

Пользователями ПК «Си­риус-СППР» являются сотрудники службы главного технолога и диспетчерских служб. Для них в составе программного комплекса разработаны автоматизированные рабочие места (АРМ) технолога и диспетчера.

АРМ диспетчера обеспечивает:
- мониторинг текущих параметров технологических режимов персоналом диспетчерских служб;
- сбор требуемого объема оперативной информации об отклонениях и нарушениях технологических режимов перекачки нефти для оценки экологической и экономической безопасности эксплуатации и функционирования нефтепроводов;
- контроль герметичности нефтепровода в реальном масштабе времени и оповещение персонала диспетчерской службы посредством светозвуковой сигнализации в случае выявления отклонения фактического давления от планового сверх допустимой величины;
- моделирование технологических (штатных), а также возможных аварийных режимов работы нефтепровода;
- определение типа режима работы МН (установившийся, переходный, фаза быстрой динамики).

АРМ технолога позволяет осуществлять:
- расчет режимов работы нефтепровода, включая планирование технологических операций;
- автоматический пересчет параметров планового режима (с учетом появившихся изменений параметров нефти и состояния оборудования) и выдачу расчетной и фактической информации диспетчеру по происходящим процессам;
- создание базы данных технологически допустимых режимов работы трубопровода с учетом подкачек/откачек;
- определение значения производительности перекачки, входных и выходных давлений на нефтеперекачивающих станциях (НПС), рабочих температур нефти при заданной комбинации работающего насосно-силового оборудования в определенное время года;
- моделирование стационарного и переходных режимов работы МН, связанных с изменением давления, производительности, температуры и физико-химических свойств нефти;
- формирование карты технологических режимов МН.

Структурная схема ПК «Сириус-СППР» представлена на рис. 1.

Ris.1.png

Рис. 1. Структурная схема ПК «Сириус-СППР»

ПК «Сириус-СППР» реализован в операционной системе Microsoft Windows 2000/XP на платформе .NET и имеет многооконный интерфейс.

Комплекс взаимодействует со SCADA-системой по интерфейсам OPC DA и OPC HDA. База данных, используемая для хранения исторической информации, развернута на платформе Oracle. Для расширения функциональных возможностей программного комплекса к нему можно подключить программные модули.


Программные модули ПК «Сириус-СППР»

ПК «Сириус-СППР» – клиент-серверная система. Клиентом является АРМ диспетчера или технолога. Основу АРМ составляет графический редактор (модуль «Конструктор»). В графическом редакторе создается технологическая схема нефтепровода, которая в вычислительном модуле (ВМ) автоматически преобразуется в расчетную математическую модель нефтепровода.

Все теплогидравлические расчеты состояния нефтепровода по статической и динамической моделям в реальном масштабе времени осуществляются вычислительным модулем на сервере ПК «Сириус-СППР».

Модуль утечек в составе ВМ производит непрерывный мониторинг герметичности нефтепровода. Он выполняет следующие основные функции:
- выявление факта негерметичности нефтепровода;
- определение места возникновения (координат) утечки;
- определение величины утечки.

Модуль контроля параметров нефтепровода в составе АРМ осуществляет контроль давления в трубопроводе как в режиме реального времени, так и в режиме анализа данных из истории. Текущее и расчетное состояния нефтепровода отображаются графически (рис. 2).

Ris.2.png

Рис. 2. Графическое отображение расчетного и текущего состояния нефтепровода

Программный модуль контроля параметров нефтепровода позволяет:
- наблюдать и контролировать распределение отклонений давления вдоль всего трубопровода при переходных режимах магистрального нефтепровода;
- устанавливать предельно допустимые отклонения давления, при превышении которых подается сигнал диспетчерскому персоналу;
- косвенно делать вывод о возможной неисправности датчиков давления;
- контролировать давление в магистральном нефтепроводе, чтобы не допустить превышения его несущей способности во время смены технологических режимов или при аварийных остановках магистрального агрегата (МА) на НПС;
- загружать историю параметров МН за указанный интервал времени и проигрывать ее на встроенном плеере со скоростью, заданной пользователем;
- выявлять наличие «перевальных точек» и самотечных участков трубопровода;
- прогнозировать положение внутритрубного снаряда (ВСПН) или партий нефти, оперативно вносить необходимые коррективы и формировать отчеты; графически отображать движение внутритрубного снаряда или партии нефти (рис. 3);
- своевременно определять место возмущающего воздействия на трубопровод (утечка и разгерметизация, частичное или полное перекрытие сечения трубопровода, пуски и остановки магистральных агрегатов на НПС, отборы нефти и т. п.). Отметка об утечке, сформированная модулем утечек, отображается на экране «Контроль параметров нефтепровода» (красный треугольник с вертикальной линией на рис. 4). Появление утечки сопровождается звуковым сигналом, отображением даты и времени образования, координат и величины объема утечки.

Ris.3.png

Рис. 3. Движение партии нефти

Вместе с тем ПК «Сириус-СППР» также располагает средствами интеграции с внешними системами обнаружения утечек (СОУ).

Ris.4.png

Рис. 4. Отметка об утечке на экране «Контроль параметров нефтепровода»

ПК «Сириус-СППР» располагает развитыми средствами диагностирования нештатных ситуаций и генерации разнообразных отчетов о текущем состоянии системы. Модульная структура ПК «Сириус-СППР» позволяет конфигурировать систему исходя из потребностей конкретного заказчика.


Заключение

В настоящий момент на основе ПК «Сириус-СППР» разработаны Расчетная аналитическая информационная система (РАИС), внедренная в ОАО МН «Дружба», и Система поддержки принятия решений (СППР), эксплуатирующаяся в ОАО «Сибнефтепровод». Указанные системы являются модификациями ПК «Сириус-СППР».

Разработчики непрерывно совершенствуют программный комплекс «Сириус-СППР» с целью повышения точности динамических расчетов для однофазных и многофазных сред, развития средств поддержки принятия решений на основе нечеткой логики, возможности учета экологических последствий разрыва нефтегазопровода.

______________________________________
*Программный комплекс «Сириус-СППР» (ПК «Сириус-СППР»). Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010612933. Зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 30 апреля 2010 г.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 1(49)_2014

ООО «НПА Вира Реалтайм»,
тел.: (495) 723-7559,
e‑mail: info@rlt.ru,
www.rlt.ru