У навчальному посібнику розглянуто питання автоматизації технологічних процесів транспорту нафти. Розглядаються принципи, технологічні основи, сучасні технології, технічні засоби та системи автоматизації технологічних процесів і об'єктів нафтотранспортного комплексу. Навчальний посібник призначений для студентів технічних вузів нафтогазового профілю, що навчаються за напрямом підготовки - 6.050202 - "Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології". Він також може бути використаний інженерно-технічними працівниками, які займаються експлуатацією систем автоматизації технологічних процесів у нафтотранспортній галузі промисловості. З М І С Т Вступ..………………………………………………………………………………... 6 Перелік умовних позначень, символів, одиниць, скорочень і термінів…………. 7 1 ЗАГАЛЬНІ ПОНЯТТЯ ПРО НАФТО-ГАЗОТРАНСПОРТНУ СИСТЕМУ УКРАЇНИ…………………………………………………………………………….. 9 1.1 Компанія "Нафтогаз України"………………………………………………….. 10 1.2 Видобуток нафти, газового конденсату та природного газу…………………. 11 1.3 Переробка газу і газового конденсату………………………………………….. 14 1.4 Співробітництво НАК "Нафтогаз України" з міжнародними організаціями та зарубіжними компаніями…………………………………........... 15 1.5 Наукове забезпечення діяльності Компанії……………………………………. 16 1.6 Участь України в міжнародній транспортній інфраструктурі……………... 17 1.7 Кроки з розвитку та використання транспортної інфраструктури…………... 18 1.7 Регулювання режимів роботи нафтопроводу…………………………………. 18 1.9 Режими роботи нафтопроводів…………………………………………………. 22 1.10 Вибір раціональних режимів експлуатації магістрального нафтопроводу… 25 1.11 Режим роботи нафтопроводу при відключенні перекачувальних станцій…. 28 1.12 Режим роботи нафтопроводів зі скиданнями і підкачуваннями……………. 33 1.13 Режими експлуатації при послідовному перекачуванні нафти і нафтопродуктів………………………………………………………………………. 36 1.14 Узгодження роботи станцій при послідовному перекачуванні……………... 39 1.15 Експлуатаційний режим перекачування високов'язких нафт……………….. 40 2 ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ТРАНСПОРТУВАННЯ НАФТИ…………. 41 2.1 Класифікація нафтопроводів……………………………………………………. 41 2.2 Основні об'єкти і споруди магістрального нафтопроводу……………………. 41 2.3 Системи перекачування…………………………………………………………. 44 2.4 Основне устаткування нафтоперекачувальних станцій………………………. 45 3 АСУТП МАГІСТРАЛЬНИХ НАФТОПРОВОДІВ……………………………… 49 3.1. Обладнання головної нафтоперекачувальної станції………………………… 49 3.2 Майданчик прийому-пуску засобів очищення і діагностики………………… 50 3.3 Фільтри-брудоуловлювачі………………………………………………………. 51 3.4 Резервуарний парк………………………………………………………………. 52 3.5 Нафтоперекачувальна насосна станція………………………………………… 55 3.6 Регулятори тиску………………………………………………………………… 62 4 ПРОЕКТУВАННЯ АСУТП НАФТОТРАНСПОРТНОЇ ГАЛУЗІ……………… 68 4.1 Об'єкти автоматизації в нафтогазовій галузі. Порядок опису функціональної схеми технологічного процесу…………………………………… 68 4.2 Вибір архітектури і профілю АС……………………………………………….. 70 4.3 Розробка структурної схеми АС……………………………………………….. 77 4.4 Розробка функціональної схеми автоматизації……………………………….. 80 4.5 Розробка схеми інформаційних потоків АС…………………………………… 84 4.6 Вибирання засобів реалізації АС……………………………………………….. 89 4.6.1 Вибір контролерного устаткування………………………………………….. 89 4.6.2 Вибір датчиків…………………………………………………………………. 103 4.6.3 Вибір виконавчих механізмів………………………………………………… 110 4.6.4 Вибір системи сигналізації АС……………………………………………….. 116 4.7 Розробка принципової схеми автоматизації…………………………………… 120 4.8 Розробка схеми з'єднання зовнішніх проводок……………………………….. 123 4.9 Розробка шаф, схем з'єднань і розташування АС…………………………….. 129 4.10 Вибір (обґрунтування) алгоритмів управління АС………………………….. 132 4.10.1 Управління збором даних…………………………………………………… 134 4.10.2 Регулювання параметра технологічного процесу…………………………. 135 4.11 Розробка ПО для ПЛК…………………………………………………………. 141 4.12 Розробка екранних форм АС………………………………………………….. 143 5. ОСНОВНІ ВІДОМОСТІ ПРО ВИМІРЮВАННЯ КІЛЬКІСНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВУГЛЕВОДНІВ……………………………………………… 149 5.1 Теоретичні основи вимірювання витрати речовини………………………….. 149 5.1.1 Режими руху рідин і газів……………………………………………………... 149 5.1.2 Рівняння нерозривності потоку рідини або газу, що рухається, і рівняння Бернуллі……………………………………………………………………………… 150 5.1.3 Теоретичне рівняння витрати нестискуваного середовища при проходженні через звужуючий пристрій………………………………………….. 152 5.1.4 Рівняння для реальної витрати нестискуваної рідини при проходженні через звужуючий пристрій…………………………………………………….......... 154 5.2 Комплекс контрольно-вимірювальних приладів, використовуваних в системі обліку кількості вуглеводнів………………………………………………. 155 5.2.1 Класифікація приладів для вимірювання тиску…………………………….. 159 5.2.2 Класифікація приладів для вимірювання температури……………………... 178 5.2.3 Класифікація приладів для вимірювання рівня нафти……………………… 199 5.2.4 Системи автоматизованого комплексного виміру рівня вуглеводнів……... 229 5.2.5 Класифікація витратомірів і лічильників рідини, газу і пари………………. 234 5.3 Вимірювання витрати та кількості вуглеводнів методом змінного перепаду тиску за допомогою звужуючих пристроїв і дифманометра……………………... 234 5.3.1 Звужуючі пристрої……………………………………………………………. 234 5.3.1.1 Діафрагма……………………………………………………………………. 237 5.3.1.2 Сопло………………………………………………………………………… 238 5.3.1.3 Сопло Вентурі………………………………………………………………. 240 5.3.1.4 Труби Вентурі……………………………………………………………….. 241 5.3.1.5 Якісні характеристики звужуючих пристроїв…………………………….. 242 5.3.1.6 Приклади звужуючих пристроїв…………………………………………… 245 5.3.1.7 Вимірювання фізико-хімічних параметрів газу і перепаду тиску на звужуючих пристроях……………………………………………………………….. 249 5.3.1.8 Схеми приєднання вимірювального перетворювача перепаду тиску або дифманометра………………………………………………………………………... 261 5.3.1.9 Вплив місцевих опорів на вимірювання витрати газу і способи його зниження……………………………………………………………………………... 267 5.3.1.10 Струєвипрямлячі…………………………………………………………... 269 5.3.1.11 Пристрої підготовки потоку………………………………………………. 272 5.3.2 Вимір витрати і кількості вуглеводнів за допомогою витратомірів………. 275 5.3.2.1 Мембранні лічильники газу………………………………………………... 277 5.3.2.2 Ротаційні (об'ємні) лічильники…………………………………………….. 279 5.3.2.3 Коріолісові витратоміри……………………………………………………. 285 5.3.2.4 Вихрові витратоміри………………………………………………………... 288 5.3.2.5 Акустичні (ультразвукові) витратоміри…………………………………... 297 5.3.2.6 Турбінні витратоміри і лічильники………………………………………... 305 5.3.2.7 Порівняльна характеристика витратомірів і лічильників………………... 311 5.3.2.8 Вимірювально-обчислювальні комплекси (ВОК) для визначення витрати газу………………………………………………………………………… 313 6 ОБЛІК КІЛЬКОСТІ ГАЗУ ТА НАФТИ В СИСТЕМІ МАГІСТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ…………………………………………………………………... 318 6.1 Вузли обліку товарного газу……………………………………………………. 318 6.1.1 Концепції побудови вузлів обліку газу………………………………………. 318 6.1.2 Газорозподільні і газовимірювальні станції…………………………………. 320 6.2 Облік нафти……………………………………………………………………… 327 6.2.1 Класифікація методів вимірювання маси нафти……………………………. 332 6.2.2 Визначення маси нафти з застосуванням СВКН……………………………. 334 6.2.3 Визначення маси нафти в заходи місткості і мірах повної місткості……… 349 6.2.4 Визначення маси нафти в нафтопроводах…………………………………… 353 7 ПРОТОКОЛ ПЕРВИННОГО ЗВ'ЯЗКУ HART, І ЙОГО ЗАСТОСУВАННЯ В АСУТП……………………………………………………………………………….. 357 7.1 HART протокол первинного зв'язку…………………………………………… 357 7.2 Інтелектуальні пристрої………………………………………………………… 357 7.3 Цифровий зв'язок………………………………………………………………... 358 7.4 Зчитування вимірюваного параметра по цифровому зв'язку………………… 359 7.5 HART протокол………………………………………………………………….. 360 7.6 Команди HART………………………………………………………………….. 361 7.7 Вихідні пристрої…………………………………………………………………. 361 7.8 Фізичні сигнали………………………………………………………………….. 362 7.9 Кодування, структура повідомлень і процедура транзакції………………… 367 7.10 Опис і робота Метран-650…………………………………………………....... 372 7.11 Пристрій і робота комунікатора…………………………………………….. 374 7.12 Використання комунікатора…………………………………………………... 375 7.13 Робота комунікатора з довільним датчиком…………………………………. 383 Перелік використаних джерел……………………………………………………… 387 Додатки ……………………………………………………………………………… 389 Додаток А. Функціональна схема підсистеми перекачування води у УПСВ…… 390 Додаток Б. Орієнтовна номенклатура базових стандартів і ПЗ для профілю АС. 391 Додаток В. Структура умовного позначення комунікатора Метран-650……….. 392 Додаток Г. Алгоритми роботи комунікатора при управлінні датчиком………… 393 Додаток Д. Одиниці вимірювання, що відображуються комунікатором Метран-650…………………………………………………………………………………….. 407