Результат интеллектуальной деятельности: УСОВЕРШЕНСТВОВАННАЯ СИСТЕМА КОМПАУНДИРОВАНИЯ РАЗНОСОРТНЫХ НЕФТЕЙ

Изобретение 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.

Известна автоматизированная система для управления показателями качества потока жидкости, полученной в результате смешения потоков нефтей, поступающих по трубопроводам в емкость для смешения, содержащая устройство регулирования потока, блок управления, управляющий выход которого взаимосвязан с устройством регулирования потока, блоки измерения параметров потока высокосернистой нефти, измеритель расхода потока высокосернистой нефти и измеритель расхода смешанного потока, при этом выходы блока измерения параметров потока высокосернистой нефти и измерителя расхода высокосернистой нефти, измерителя расхода смешанного потока взаимосвязаны с соответствующими информационными входами блока управления, блок измерения показателей качества смешанного потока снабжен анализатором содержания серы, устройство регулирования потока предназначено для регулирования давления и расхода потока высокосернистой нефти и снабжено регуляторами давления и расхода (Патент RU 2158437, G05D 11/02, 25.06.1999). Указанная система выбрана в качестве ближайшего аналога.

Известная система позволяет обеспечить поддержание заданных показателей качества компаундированной нефти (содержания серы или плотности) 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.

Недостатком известной системы является то, что если содержание серы на потоке сернистой нефти (на входящем потоке на компаундирование) будет приближаться или будет больше, чем заданное значение S_зад, то заслонка на линии высокосернистой нефти будет прикрываться или закроется полностью. При этом в нефтепроводе на потоке высокосернистой нефти будет повышаться давление, и диспетчер останавливает подкачку высокосернистой нефти. В случае скачкообразного изменения содержания серы на потоке сернистой нефти - это может привести к срабатыванию системы предохранительных клапанов, предназначенных для защиты трубопроводов от превышения давления на нефтеперекачивающей станции (НПС) или отключению НПС перекачивающей высокосернистую нефть от максимального давления.

Задачей изобретения является создание усовершенствованной системы компаундирования с достижением следующего технического результата: обеспечение поддержания заданных показателей качества компаундированной нефти, обеспечение контроля давления и поддержание давления в заданных пределах в нефтепроводе с высокосернистой нефтью при подкачке высокосернистой нефти (ВСН) для компаундирования в поток сернистой нефти, обеспечение учета количества нефти, направляемой потребителю по общей магистрали, и количества подкачиваемой высокосернистой нефти, а также количества сбрасываемой высокосернистой нефти в резервуар.

Поставленная задача решается тем, что в усовершенствованной системе компаундирования разносортных нефтей, содержащей по крайней мере два нефтепровода, предназначенные для транспортировки потоков нефти, и нефтепровод, предназначенный для смешанного потока, блок измерения показателей качества смешанного потока, блок измерения параметра потока высокосернистой нефти, измеритель расхода потока высокосернистой нефти и измеритель расхода смешанного потока, вычислительное устройство для учета количества высокосернистой нефти и общего количества смешанного потока, устройство регулирования потока, при этом выходы блока измерения параметра потока высокосернистой нефти, блока измерения показателей качества смешанного потока, измерителя расхода потока высокосернистой нефти и измерителя расхода смешанного потока взаимосвязаны с соответствующими информационными входами блока управления, управляющий выход которого взаимосвязан с устройством регулирования потока, согласно изобретению к линии высокосернистой нефти (ВСН), подающей поток к приемной линии подпорной насосной, перед устройством регулирования потока врезается отвод-коллектор с установленным регулятором давления, предназначенный для поддержания на линии высокосернистой нефти давления не более заданного значения при регулировании расхода подкачки высокосернистой нефти на смешение и позволяющий сбросить часть потока нефти в резервуар при срабатывании регулятора давления.

При этом в блоке управления (БУ) введена функция контроля максимального значения давления на линии высокосернистой нефти, при достижении заданного значения давления настройки подается управляющий сигнал на приоткрытие заслонки регулятора давления, при этом часть потока сбрасывается в резервуар, и при снижении давления заслонка прикрывается или полностью закрывается. Заданное значение максимального давления на линии высокосернистой нефти для настройки регулятора давления выбирается меньше, чем давление настройки предохранительных клапанов для защиты от превышения давления технологических трубопроводов и резервуарного парка. Для учета количества сбрасываемой высокосернистой нефти в резервуар при срабатывании регулятора давления устанавливается измеритель расхода на линии сброса высокосернистой нефти.

Вычислительное устройство блока управления дополнительно ведет учет объема сбрасываемой нефти в резервуар при срабатывании регулятора давления от давления настройки по заданному максимальному значению на линии высокосернистой нефти. Дополнительно в операторную поступает от блока управления звуковая и световая сигнализация при срабатывании регулятора давления и сброса части потока высокосернистой нефти в резервуар.

Технический результат достигается за счет прокладки (сооружения) коллектора для возможности направления «излишков» ВСН в резервуары при регулировании расхода подкачки ВСН в поток сернистой нефти на приеме подпорной насосной, установки на этом коллекторе регулятора давления и измерителя расхода, введения в автоматизированную систему управления процессом компаундирования нефтей блока измерения параметра потока высокосернистой нефти, измерителя расхода потока высокосернистой нефти и измерителя расхода потока нефти, подаваемой в общую магистраль, блока поддержания давления на линии ВСН в заданных пределах, измерителя расхода потока нефти, сбрасываемого в резервуар. Система предназначена для контролирования и регулирования процесса компаундирования - рационального смешения потоков нефтей с целью обеспечения необходимых качественных характеристик смешанного потока нефти.

На фиг. 1 представлена принципиальная технологическая схема усовершенствованной системы компаундирования, а на фиг. 2 представлена функциональная схема автоматизации по данному предложению.

Система содержит (Фиг. 1 и Фиг. 2): 1, 2, 3, нефтепроводы для высокосернистой, сернистой, линии сброса высокосернистой нефти, соответственно; 4 - емкость для смешения, в качестве которой используется приемный коллектор подпорной насосной; 5в - блок измерения параметров потока высокосернистой нефти (давления); 6в, 6см, 6всбр - измерители расхода, соответственно, на линии высокосернистой нефти, смешанного потока и на линии сброса высокосернистой нефти в резервуар; 7см - измеритель плотности на смешанном потоке, 8см - анализатор содержания серы на смешанном потоке; 9 - блок управления (БУ), включающий в себя вычислители ВУ-14, ВУ-16 и контроллер К20; 10в - регулятор расхода на линии подкачки высокосернистой нефти; 11 - регулятор давления на линии сброса (поступления) высокосернистой нефти в резервуар 12; 13 - резервуар для сернистой нефти; 14 - подпорная насосная, 15 - нефтепровод для смешанной нефти.

В технологическую схему НПС вносятся изменения, а именно: с линии высокосернистой нефти (ВСН) прокладывается (сооружается) нефтепровод 3, на этой линии устанавливается регулятор давления 11 и измеритель расхода 6всбр, линия соединяется с резервуаром 12, выделенным для хранения ВСН. Если на НПС существует линия для приема ВСН в резервуарный парк, то на этой линии устанавливается регулятор давления 11 и измеритель расхода 6всбр. Система автоматически отслеживает (контролирует) давление на линии ВСН. Функция контроля на линии ВСН реализована в изобретении RU 2158437, G05D 11/02, 25.06.1999 с точки зрения обеспечения бескавитационной работы расходомеров узла учета нефти. Система автоматически поддерживает давление Р на узле учета

где P_min - минимальное значение давления на узле учета, при котором и выше которого будет обеспечиваться бескавитационный режим работы турбинных преобразователей расхода.

По данному техническому решению вводится дополнительная функция контроля максимально разрешенного давления на линии подкачки ВСН. Для этого в контроллере К20 в блоке управления в ячейке памяти устанавливается максимально разрешенное давление на линии ВСН Рмах, в контроллер поступает информация о значении давления на линии ВСН от блока измерения параметров ВСН 5в. В случае достижения давления на линии ВСН максимально допустимого значения Рмах контроллер дает управляющий сигнал на приоткрытие заслонки регулятора 11 давления и часть потока ВСН сбрасывается в резервуар, выделенный для этой цели. Для учета количества сбрасываемой в резервуар 12 нефти устанавливается расходомер 6вcбр. Значение настройки максимального разрешенного давления в коллекторе ВСН принимается меньшим, чем предел настройки на срабатывание предохранительных клапанов системы защиты резервуарного парка и технологических трубопроводов от превышения давления. При снижении давления в коллекторе ВСН заслонка регулятора 11 давления прикрывается или полностью закрывается и сбрасывание ВСН в резервуар 12 прекращается. Высокосернистая нефть, поступившая в резервуар, вовлекается в откачку по мере заполнения резервуара при дозированном смешении с сернистой нефтью известными методами или вовлекается в откачку по трубопроводу для перекачки ВСН на следующую НПС.

Система работает следующим образом. Пусть требуется вести компаундирование по параметру серы. Анализатор содержания серы 8см осуществляет текущий непрерывный контроль содержания серы на смешанном потоке. Информация по текущему значению содержания серы передается в блок 9 управления системы компаундирования, включающий в себя вычислители ВУ-14, ВУ-16 и контроллер К20. В ячейке памяти блока управления контроллера К-20 устанавливается заданное значения содержания серы, за пределы которого нельзя допустить увеличение значения содержания серы. Поступившая информация по текущему значению содержания серы в контроллер К 20 от анализатора содержания серы 8см сравнивается с заданным значением S_зад, установленным в ячейке памяти контроллера. Если текущее значение меньше, чем заданное S_см<S_зад, то система управления дает сигнал на приоткрытие заслонки - 10в регулятора расхода (давления) до тех пор, пока не будет достигнуто равенство текущего значения и заданного значения содержания серы S_см=S_зад,. Если текущее значение содержания серы больше, чем заданное S_см>S_зад, то система управления дает сигнал на прикрытие заслонки 10в регулятора расхода, пока не будет достигнуто равенство текущего и заданного значений содержания серы S=S_зад. Таким образом, система будет поддерживать заданное значение содержания серы в смешанном потоке. Если при прикрытии заслонки регулятора расхода 10в для поддержания заданного содержания серы давление на линии подачи высокосернистой нефти (ВСН) будет повышаться и достигнет давления настройки регулятора 11 давления по максимальному давлению, заслонка регулятора давления откроется, и часть потока ВСН поступит в резервуар 12. Ведется учет количества сбрасываемой нефти в РВС 12 по измерителю расхода 6всбр. Информация о значении расхода сбрасываемой нефти, о расходе ВСН поданной на компаундирование, а также о расходе на смешанном потоке поступает в вычислитель ВУ-16 блока управления, где осуществляется учет объема поступившей нефти в резервуар 12, объема компаундированной нефти (подкачанной ВСН) и общего объема перекачки смеси нефтей по трубопроводу 15. При снижении давления на линии поступления ВСН и достижении значения меньше, чем давление настройки регулятора 11 давления, заслонка клапана закроется и прекратится сброс ВСН в резервуар 12.

Известно, что при смешении жидкостей (взаимно нерастворимых) показатели качества (содержание параметров качества, характеризующих физико-химические свойства) подчиняются закону аддитивности.

где G_см, G₂, G₁ - массовые расходы смешанной нефти, высокосернистой и сернистой нефти соответственно;

S_см, S₂, S₁ - массовое содержание серы в смешанной, высокосернистой и сернистой нефти соответственно;

Из соотношений (1), (2) получим

Таким образом, из соотношения (3) видно, что регулирование значения содержания серы на смешанном потоке S_см можно осуществлять путем изменения соотношения расходов.

В тех случаях, когда содержание серы во входящем потоке сернистой нефти увеличивается и приближается к заданному значению S_зад (отсутствие запаса качества), система автоматики закрывает заслонки на потоке высокосернистой нефти и компаундирование прекращается. Из соотношения (3) следует, что при S_см=S₁=S_{см зад}, , т.е. G₂=0.

В таких случаях закрытие заслонки на потоке ВСН будет приводить к повышению давления в трубопроводе, по которому поступает ВСН. Во избежание срабатывания предохранительных клапанов СППК защиты технологических трубопроводов и оборудования резервуарного парка от высокого давления, при достижении давления настройки на открытие P_орд регулятора 11 давления блок управления дает сигнал на приоткрытие заслонки регулятора 11 давления и поток ВСН сбрасывается в резервуары для ВСН. При этом давление на линии ВСН будет уменьшаться и не произойдет срабатывание СППК. В дальнейшем при снижении содержания серы в сернистой нефти S₁<S_{см зад} компаундирование ВСН возобновится, т.е. заслонка регулятора 10в расхода откроется и по мере уменьшения давления на линии ВСН заслонка регулятора 11 давления будет прикрываться вплоть до полного закрытия. Рассмотренный случай может быть кратковременным, т.е. когда будет наблюдаться скачкообразное изменение (всплески) содержания серы в потоке сернистой нефти.

Из формулы (3) видно, что содержание серы S_см будет меняться, если изменится также соотношение расходов. Рассмотрим случай, когда соотношение расходов увеличилось за счет увеличения расхода G₂ потока ВСН (или за счет уменьшения производительности перекачки G_см) и это привело к неравенству S_см>S_зад, тогда блок управления дает сигнал на прикрытие заслонки регулятора 10в расхода и установится новое соотношение расходов. При этом давление на линии ВСН повысится: его значение может быть ниже предела настройки P_орд регулятора 11 давления или выше. В том случае, когда на линии ВСН значение давление ниже значения настройки регулятора 11 давления на открытие, система автоматики не дает никаких управляющих воздействий. В том случае, когда давление на линии ВСН больше, чем предел настройки регулятора давления P_всн>P_орд, то заслонка регулятора 11 давления приоткроется и часть потока ВСН будет сбрасываться в резервуар для ВСН и давление на линии ВСН будет поддерживаться не более значения P_орд. Для уменьшения соотношения расходов можно изменить режим перекачки по магистральному трубопроводу G_см в сторону увеличения, тогда расход G₂ останется на прежнем уровне и не произойдет увеличение давления на линии ВСН и не произойдет сброса части потока ВСН в резервуары.

При регулировании давления на линии поступления ВСН и поддержании его значения равном значению настройки P_орд заслонка регулятора 11 давления может находиться и в промежуточном положении, т.е. приоткрытом. Это будет возможным, когда производительность поступления ВСН по линии ВСН будет больше, чем требуется для компаундирования при подкачке в поток сернистой нефти из условия (3), когда содержание серы в смешанном потоке равняется заданному значению S_см=S_зад. Необходимую производительность ВСН для компаундирования получим из (3):

В случае поступления на НПС по трубопроводу 1 ВСН с производительностью G_всн больше, чем требуется G₂ по соотношению (4), «излишки» в количестве (G_всн-G₂) будут сбрасываться по линии ВСН в резервуар 12.

В вычислителе ВУ-14 определяется соотношение расхода высокосернистой нефти, подкачанной для компаундирования, и расхода смешанной нефти . В процессе регулирования содержания серы на смешанном потоке и достижения заданного значения S_см=S_зад это соотношение расходов запоминается в ячейке памяти контроллера К20 (на схеме не показана). Это текущее соотношение расходов может использоваться на следующих этапах регулирования для сокращения времени регулирования заслонкой регулятора 10в расхода в целях достижения значения содержания серы S_см=S_зад. Например, при возобновлении процесса компаундирования после его прекращения в связи с выполнением плана компаундирования или после плановых остановок перекачки и т.д. В связи с изменением производительности перекачки по трубопроводам 1, 2, 15 или изменением содержания серы во входящих потоках на компаундирование соотношение расходов будет меняться, при котором поддерживается на смешанном потоке содержание серы S_зад, при этом запоминается это новое соотношение расходов в ячейке памяти контроллера, т.е. обновляется информация по значению соотношения расходов в ячейке памяти контроллера при котором выполняется условие S_см=S_зад.

Если требуется вести компаундирование по показателю плотности, то система работает аналогично, как и при компаундировании по содержанию серы. Соотношение (1) можно записать в форме:

где ρ_см, ρ₂, ρ₁ - плотность смешанной, высокосернистой и сернистой нефти соответственно.

Из соотношений (5) и (2) получим

Также из соотношения (6) видно, что регулирование значения плотности на смешанном потоке ρ_см можно осуществлять путем изменения соотношения расходов.

В тех случаях, когда плотность во входящем потоке на НПС нефти увеличивается и приближается к заданному значению ρ_зад, система автоматики закрывает заслонки на потоке нефти с большей плотностью и компаундирование прекращается.

В таких случаях закрытие заслонки на потоке с большей плотностью будет приводить к повышению давления в трубопроводе, по которому поступает нефть с более высокой плотностью. Во избежание срабатывания предохранительных клапанов СППК защиты технологических трубопроводов и оборудования резервуарного парка от высокого давления, при достижении давления настройки на открытие Р_орд регулятора 11 давления блок 9 управления дает сигнал на приоткрытие заслонки регулятора 11 давления и поток нефти с высокой плотностью сбрасывается в резервуары 12 для нефти с высокой плотностью. При сбросе части потока через регулятор 11 давления в резервуар 12 давление на линии приема нефти с большей плотностью будет уменьшаться и не произойдет срабатывание СППК. В дальнейшем при снижении плотности сернистой нефти ρ₁<ρ_{см зад} компаундирование ВСН возобновится, т.е. заслонка регулятора 10в расхода откроется и по мере уменьшения давления на линии ВСН заслонка регулятора давления 11 будет прикрываться вплоть до полного закрытия. Рассмотренный случай может быть кратковременным, т.е. когда будут наблюдаться скачкообразное изменение (всплески) значения плотности в потоке сернистой нефти.

Ведется учет количества сбрасываемой нефти в РВС 12 по расходомеру 6всбр. Информация о значении расхода сбрасываемой нефти, о расходе нефти поданной на компаундирование, а также о расходе на смешанном потоке поступает в вычислитель ВУ-16, где осуществляется учет объема поступившей нефти в резервуар 12, объема компаундированной нефти (подкачанной более плотной нефти) и общего объема перекачки смеси нефтей по трубопроводу 15.

Из формулы (6) видно, что плотность ρ_cм будет меняться, если изменится также соотношение расходов. Рассмотрим случай, когда соотношение расходов увеличилось за счет увеличения расхода G₂ потока ВСН (или за счет уменьшения производительности перекачки G_см), это привело к неравенству ρ_см>ρ_зад, тогда блок управления дает сигнал на прикрытие заслонки 10в и установится новое соотношение расходов. При этом давление Р_бп на линии с большей плотностью повысится: его значение может быть ниже предела настройки Р_орд регулятора 11 давления или выше. В том случае, когда на линии с большей плотностью значение давления ниже значения настройки регулятора 11 давления на открытие, система автоматики не дает никаких управляющих воздействий. В том случае, когда давление на линии с большей плотностью больше, чем предел настройки регулятора давления Р_бп>Р_орд, то заслонка регулятора 11 давления приоткроется и часть потока ВСН будет сбрасываться в резервуар для приема нефти с более плотной нефти и давление на линии более плотной нефти будет поддерживаться не более значения Р_орд. Для уменьшения соотношения расходов можно изменить режим перекачки по магистральному трубопроводу G_см в сторону увеличения, тогда расход G₂ останется на прежнем уровне и не произойдет увеличение давления на линии более плотной нефти и не произойдет сброса части потока ВСН в резервуары.

При регулировании давления на линии поступления нефти с большей плотностью и поддержании его значения равным значению настройки Р_орд заслонка регулятора 11 давления может находиться и в промежуточном положении, т.е. приоткрытом. Это будет возможно, когда производительность поступления нефти с большей плотностью будет больше, чем требуется для компаундирования при подкачке в поток нефти с меньшей плотностью из условия (6), когда значение плотности в смешанном потоке равняется заданному значению, т.е. ρ_см=ρ_зад.

Необходимую производительность потока с более высокой плотностью для компаундирования получим из (6):

В случае поступления на НПС по трубопроводу 1 нефти более высокой плотности с производительностью G_бп больше, чем требуется G₂ по соотношению (7), «излишки» в количестве (G_бп-G₂) будут сбрасываться по линии поступления более плотной нефти в резервуар 12.

В процессе регулирования значения плотности на смешанном потоке и достижения заданного значения ρ_см=ρ_зад, это соотношение расходов запоминается в ячейке памяти контроллера К20 (на схеме не показана). Это текущее соотношение расходов может использоваться на следующих этапах регулирования для сокращения времени регулирования заслонкой регулятора 10в расхода в целях достижения значения плотности на смешанном потоке заданного значения ρ_см=ρ_зад. Например, при возобновлении процесса компаундирования после его прекращения в связи с выполнением плана компаундирования или после плановых остановок перекачки и т.д. В связи с изменением производительности перекачки по трубопроводам 1, 2, 15 или изменением значений плотности во входящих потоках на компаундирование соотношение расходов будет меняться, при котором поддерживается на смешанном потоке значение плотности ρ_зад, при этом запоминается это новое соотношение расходов в ячейке памяти контроллера, т.е. обновляется информация по значению соотношения расходов в ячейке памяти контроллера, при котором выполняется условие ρ_см=ρ_зад.

Источник экономической эффективности.

Объем резервуарного парка рассчитывается, исходя из нормы технологического проектирования, и принимается для головных НПС в пределах (2-3) суточной производительности трубопровода, а для НПС на границе технологического участка, если также ведется приемо-сдаточные операции, принимается в пределах (1,0-1,5) суточной производительности. При автоматизации компаундирования по предлагаемой технологии часть ВСН, задействованной на компаундирование, не поступает в РП, а смешивается в трубопроводе на приемной линии подпорной насосной, поэтому количество резервуаров для приема ВСН можно сократить.

Количество компаундированной нефти в трубопроводах приемной линии подпорной насосной по формуле (4) составит:

Это количество ВСН не поступает в резервуары, а следовательно, можно уменьшить количество резервуаров на НПС, предназначенных для приема и хранения ВСН на эту величину с учетом коэффициента использования полезной емкости резервуаров. Объем сокращения резервуарной емкости составит:

где ρ_см - плотность смеси нефти, К_и - коэффициент полезной емкости резервуара, V_2у - объем сокращения емкости резервуарного парка.

Для условий НПС, когда компаундирование ведется по нескольким направлениям перекачки, количество сэкономленных резервуаров на НПС определяется суммированием их объемов по каждому направлению.

Общее количество поступления ВСН на НПС составит:

, где i - порядковый номер трубопроводов ВСН, по которым поступает нефть на НПС, n - количество входящих потоков ВСН, G_2i - количество ВСН, поступающей по i-ому трубопроводу.

Количество нефти, задействованной на компаундирование, по всей НПС составит:

, где j - номер направления компаундирования, k - количество направлений компаундирования на НПС.

Тогда, количество ВСН, не задействованной на компаундирование, поступит в резервуарный парк и потребуется объем резервуаров для ВСН:

где ρ₂ - плотность ВСН, k_и - коэффициент полезной емкости резервуара, R - коэффициент, учитывающий вид НПС, для головных НПС R принимается от 2 до 3, для НПС на границе технологических участков, когда ведется приемо-сдаточные операции - от 1 до 1,5.

Объем резервуарного парка для ВСН, сэкономленных (уменьшенных) при внедрении автоматизации компаундирования, составит: