Автоматизация защиты технологического оборудования в случае аварии на сланцевых месторождениях

Размещено на http://www.allbest.ru

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ

Инженерный факультет

Кафедра Нефтепромысловой геологии, горного и нефтегазового дела

Реферат

по дисциплине: «Основы автоматизации технологических процессов нефтегазового производства»

На тему: «Автоматизация защиты технологического оборудования в случае аварии на сланцевых месторождениях»

Выполнил: Олмасханов Н.П.

Группа: ИНБ-401

Преподаватель : к.э.н., доцент Янкевский А.В.

Заведующий кафедрой: д.т.н., профессор Воробьев А.Е.

Москва 2015

Введение

Продукция, полученная из природного газа и жидкости, которыми богаты сланцевые месторождения, переживает бум. За последние пять лет добыча сланцевого газа увеличилась в десять раз до 25 миллиардов кубических футов в сутки. Аналогичным образом, добыча нефти в малопроницаемых пластах возросла до 1,8 миллиона кубических футов в сутки, что на 600% больше за тот же период. Эта благоприятная тенденция роста создала резкую потребность в улучшении инфраструктуры, включая транспортировку по трубопроводу от скважины до перерабатывающих установок и дальше.

Часто участки сланцевого бурения и различные поточные линии расположены в отдаленных районах, где человеческий контроль не является экономически эффективным или практичным. Если происходит нарушение нормального функционирования трубопровода, то требуется его отключение, чтобы задержать утечку или разрыв. В этом случае время реакции системы имеет существенное значение. Ручное отключение зависит от необходимости добраться до места расположения клапана, определить проблему и заблокировать поток. Это, как правило, занимает слишком много времени и не является реальным вариантом.

В дополнению к финансовым потерям, потенциальный урон окружающей среде является одной из основных задач всех производителей. Поэтому автоматизированные клапаны для аварийного отключения (ESD) и остановки технологического процесса (PSD) являются востребованными в качестве основы для безопасности персонала, защиты самого объекта и охраны окружающей среды. Они могут быть активированы без вмешательства человека, используя предварительно выбранный механизм аварийного отключения, или команду из центра удаленного управления.

Различные факторы, включая постановления на всех правительственных уровнях, географическое положение и доступные источники энергии, влияют на выбор решений, доступных для автоматизации предотвращения аварийной ситуации или остановки процесса. Различные сегменты трубопровода, от скважины и мест сбора скважинной продукции до транспортирующих трубопроводов, требуют своего выбора из различных технологических альтернатив для экстренного и безопасного отключения.

автоматизированный энергия аварийный

1. Автоматическая система безопасности

Автоматическая система безопасности (АСБ), предназначенная приводить поток жидкости или какой-то процесс к безопасному состоянию, состоит из логического решающего устройства, датчиков и конечных элементов системы управления, являющихся основными компонентами. Эти компоненты системы обычно содержат пружинный возврат или газопоршневой привод (конечный элемент системы управления) и действую согласованно друг с другом, чтобы управлять клапаном при соблюдении заранее заданных условий. Наличие АСБ особенно важно, когда контролируемая зона удалена или безлюдна. В этом случае функциональная надежность крайне важна. Клапаны и компоненты автоматизации часто остаются в статичном положении до тех пор, пока сигнал аварийного отключения потребуется оборудованию для управления клапаном. При необходимости исполнение должно быть безупречным, чтобы немедленно отключить или отвести поток, иначе произойдет катастрофа.

2. Источники энергии для приводов

Все приводы нуждаются в некотором виде питания для передачи энергии в движение, чтобы ввести клапан в безопасное положение. Существует несколько доступных источников питания:

- физическая сила - применяется, как правило, в форме ручного гидронасоса, который, используя человеческие усилия, может создать энергию для сжатия пружины привода. Это средство закрытия обычно используется, когда другая подходящая форма источника энергии недоступна или непрактична. Но это не стоит путать с ручной "блокировкой" системы;

- пневматическая или газовая подача - при таком обслуживании используемый воздух или подаваемый газ поступает в клапан (обычно природный газ). Баллон со сжатым воздухом или другая подходящая камера высокого давления может предоставить необходимую энергию по управлению клапаном. В этом случае часто используется газовый двигатель или газопоршневой привод, то есть пневмопривод. Этот источник также может быть использован для сжатия пружины в механизме пружинного возврата для механической блокировки.

- гидравлический привод - в этом случае применяется электричество для питания гидравлического насоса, сжимающего пружину или сохраняя гидравлическую энергию в накопителе (аккумуляторе);

- электричество - установка с электроприводом, как правило, не находит применения в АСБ по аварийному отключению, но она часто может быть использована в системах по остановке технологического процесса. Для предоставления резервного источника питания может быть использована аккумуляторная батарея;

- гибрид электричества и пневматики - такие приводы обычно полагаются на электрический источник энергии по созданию гидравлического давления для сжатия пружины.

Варианты конфигураций по срабатываю аварийной защиты в случае отказа оборудования

Существует множество способов, на основании которых могут быть сконфигурированы автоматизированные решения по реагированию на срабатывание сигналов ESD или PSD. Среди них можно отметить:

- электромагнитный клапан - система может быть дистанционно или на месте заблокирована посредством электрического сигнала, который обеспечивает снятие напряжения на этом клапане;

- снижение давления подачи - этот режим отключения обычно выполняется посредством пилотируемого контроля клапаном, который имеет те же функциональные возможности электромаганитного клапана за исключением того, что аварийное отключение происходит при снижении подачи давления;

- переменное предварительно заданное давление - при этом методе используется один или два контролируемых клапана (высокого и/или низкого давления). Они устанавливаются в различных местах линий потока для автоматической активации закрытия клапана, когда предварительно установленный предел избыточного давления превышен или же текущее давление падает ниже заданного значения. Ложные аварийные отключения часто можно избежать при использовании вспомогательных клапанов, очень чувствительных к давлению, в том случае если система оповещения повреждения трубопровода функционирует, которые измеряют отклонения давления в течение долгого времени, допуская временные колебания давления в течение предопределенного промежутка времени;

3. Практическое применение API 6A

На фонтанной елке стандарт API 6A обычно применяется для проектирования и функционирования ручных и автоматизированных клапанов. Многие факторы влияют на выбор решения и варьируются в зависимости от давления, расхода жидкости или газа, температуры и состояния потока в различных сланцевых месторождениях. Продукция 6A или клиновые задвижки на устье клапанов для обслуживания ESD/PSD систем на фонтанных елках скважины обычно проектируется как затвор обратного действия, приспособленный для рабочих давлений между 2-15 фунтов на квадратный дюйм. Клапаны обычно устанавливают выше по течению, чем фонтанный штуцер, и могут быть или не быть автоматизированными.

В случае, когда они автоматизированы, некоторые владельцы шахт на сланцевых месторождениях размещают клапаны 6A ESD за дросселем для дополнительной защиты оборудования от поврежденного дросселя вследствие непредвиденного появления эрозии или шлака. Если в этом случае скважину не остановить, то технологическое оборудование, включая теплообменники или производственные сепараторы, может быть повреждено.

В то время, пока традиционная работа клапанов API 6A зависела от гидравлики или энергии сжатого воздуха, увидела свет новая разработка затвора 6A и шаровых клапанов с ручными гидравлическими автономными системами отключения. Повышенный спрос на эту технологию был обусловлен, в частности, эффективной работой в области, где места дислокации буровых вышек сильно удалены и имеется недостаток квалифицированной рабочей силы для управления такими участками, которых становится очень много.

Автономные, с ручным приводом, узлы предлагают ESD/PSD защиту без дополнения к существующей структуре электроснабжения. Эти узлы могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы не использовать внешние источники питания. Напротив, они приводятся в действие посредством гидравлического ручного насоса, расположенного в приводе. Таким образом, установка может адаптироваться к отключению, когда альтернативные источники энергии ненадежны или недоступны.

Рис. 1 Фонтанная елка (на скважине) с системой противоаварийной защиты (ESD system)

4. Практическое применение API 6D

Спецификация API 6D для клапанов трубопровода, как правило, применима за фонтанной елкой и клапаном дросселя для обеспечения защиты ESD/PSD системы сланцевого потока от мест сбора продукции до производственных операций по сепарации и очистке, а также до станций хранения и перекачки. Во всех пунктах вдоль этого пути, поток подвержен разрыву, воздействию избыточного давления, появлению возвратного течения и опасностям, которые требуют немедленного отключения.

Часто линии, по которым движется поток, преодолевают значительные расстояния через удаленные области, что требует наличия автоматизированных возможностей отключения. Четверть оборота шарового клапана является преимущественной находкой в этой процедуре. Также используется автоматический контрольный, шиберный, проходной клапан и клапан-бабочка.

Технологии 6А, используемые на самой скважине или рядом с ней, в основном такие же, которые использует и 6D. Если не принимать во внимание специальные возможности клапана и вопросы доступности источников питания, то существуют некоторые различия в основе автоматизации функционирования между использованием 6А и 6D технологий.

Заключение

США продолжают рассматривать сланцевые месторождения в качестве перспективы по получению независимого источника энергии. Сланцевое производство создало резкое увеличение количества скважин и связанной с ними инфраструктуры. Большая часть такой деятельности имеет место в регионах, для которых она стала развиваться совсем недавно. Часто рабочие не готовы с достаточной инфраструктурой и рабочей силой вручную контролировать деятельность скважины или вмешаться в закрытие трубопровода в случае его повреждения. В промышленности проявление инициативы по обеспечению безопасности, защиты объекта и решений по охране окружающей среды посредством технологии, уверенно автоматизирующей работу ESD и PSD клапанов и приводов, будет играть все большую и большую роль.

Список литературы

1. Журнал “Pipeline & Gaz Journal” №5, 2014

2. Банков Н.М., Байкова Е.Н. Перспективы разработки сланцевой нефти // Нефтяное хозяйство. - 2013. - №5. - С. 120- 123; № 7.-С. 131-135.

3. Якуцени В.П., Петрова Ю.Э., Суханов АЛ. Нетрадиционные ресурсы углеводородов - резерв для восполнения базы нефти и газа России // Нефтегазовая геология. Теория и практика: электронный научный журнал. - 2009. -14. - № 1.

4. Rodgers Oil & Gas Consulting, «The Economics of Alberta's Oil Sands, » 2012, and WFSOG previously referenced.

Размещено на Allbest.ru