Информационно-измерительные системы в топливно-энергетическом комплексе

АВТ разделена на два блока - атмосферной и вакуумной перегонки.

Атмосферная перегонка (рис. 3,4) предназначена для отбора светлых нефтяных фракций - бензиновой, керосиновой и дизельных, выкипающих до 360°С, потенциальный выход которых составляет 45-60% на нефть. Остаток атмосферной перегонки - мазут.

Процесс заключается в разделении нагретой в печи нефти на отдельные фракции в ректификационной колонне - цилиндрическом вертикальном аппарате, внутри которого расположены контактные устройства (тарелки), через которые пары движутся вверх, а жидкость - вниз. Ректификационные колонны различных размеров и конфигураций применяются практически на всех установках нефтеперерабатывающего производства, количество тарелок в них варьируется от 20 до 60. Предусматривается подвод тепла в нижнюю часть колонны и отвод тепла с верхней части колонны, в связи с чем температура в аппарате постепенно снижается от низа к верху. В результате сверху колонны отводится бензиновая фракция в виде паров, а пары керосиновой и дизельных фракций конденсируются в соответствующих частях колонны и выводятся, мазут остаётся жидким и откачивается с низа колонны.

Вакуумная перегонка (рис.3,5,6) предназначена для отбора от мазута масляных дистиллятов на НПЗ топливно-масляного профиля, или широкой масляной фракции (вакуумного газойля) на НПЗ топливного профиля. Остатком вакуумной перегонки является гудрон.

Необходимость отбора масляных фракций под вакуумом обусловлена тем, что при температуре свыше 380°С начинается термическое разложение углеводородов (крекинг), а конец кипения вакуумного газойля - 520°С и более. Поэтому перегонку ведут при остаточном давлении 40-60 мм рт. ст., что позволяет снизить максимальную температуру в аппарате до 360-380°С.

Разряжение в колонне создается при помощи соответствующего оборудования, ключевыми аппаратами являются паровые или жидкостныеэжекторы (рис.7).

3. Стабилизация и вторичная перегонка бензина

Получаемая на атмосферном блоке бензиновая фракция содержит газы (в основном пропан и бутан) в объёме, превышающем требования по качеству, и не может использоваться ни в качестве компонента автобензина, ни в качестве товарного прямогонного бензина. Кроме того, процессы нефтепереработки, направленные на повышение октанового числа бензина и производства ароматических углеводородов в качестве сырья используют узкие бензиновые фракции. Этим обусловлено включение в технологическую схему переработки нефти данного процесса (рис.4), при котором от бензиновой фракции отгоняются сжиженные газы, и осуществляется её разгонка на 2-5 узких фракций на соответствующем количестве колонн.

Продукты первичной переработки нефти охлаждаются в теплообменниках, в которых отдают тепло поступающему на переработку холодному сырью, за счет чего осуществляется экономия технологического топлива, в водяных и воздушных холодильниках и выводятся с производства. Аналогичная схема теплообмена используется и на других установках НПЗ.

Современные установки первичной переработки зачастую являются комбинированными и могут включать в себя вышеперечисленные процессы в различной конфигурации. Мощность таких установок составляет от 3 до 6 млн. тонн по сырой нефти в год.

На заводах сооружается несколько установок первичной переработки во избежание полной остановки завода при выводе одной из установок в ремонт.

Продукты первичной переработки нефти

*) - н.к. - начало кипения

**) - к.к. - конец кипения

Целью вторичных процессов является увеличение количества производимых моторных топлив, они связаны с химической модификацией молекул углеводородов, входящих в состав нефти, как правило, с их преобразованием в более удобные для окисления формы.

По своим направлениям, все вторичные процессы можно разделить на 3 вида:

Углубляющие: каталитический крекинг, термический крекинг, висбрекинг, замедленное коксование, гидрокрекинг, производство битумов и т.д.

Облагораживающие: риформинг, гидроочистка, изомеризация и т.д.

Прочие: процессы по производству масел, МТБЭ, алкилирования, производство ароматических углеводородов и т.д.

4. Ультразвуковые расходометры

Ультразвуковые многофункциональные расходомеры предназначены для коммерческого и оперативного учета жидкости и газа в напорных трубопроводах. Возможные объекты и области применения расходомеров:

- магистральные нефтепроводы;

- НПЗ;

- нефтебазы и узлы учета;

- магистральные газопроводы;

- узлы замера газа;

- газораспределительные станции;

- нефтехимические предприятия;

- предприятия химической промышленности;

- фармацевтическая промышленность;

- пищевая промышленность.

Принцип измерения

Расходомеры состоят из вычислителя расхода и накладных преобразователей ультразвукового сигнала (датчиков), а также могут дополнительно включать в свой состав накладные термометры сопротивления и датчик определения толщины стенки трубопровода.

Вычислитель расхода представляет данные измерений как в цифровой, так и в аналоговой форме и снабжен регистратором данных для хранения данных и программой введения параметров объекта измерений (трубопровода). Кроме этого, вычислитель расхода содержит набор данных по скорости звука различных жидкостях/газах в зависимости от физических параметров потока (температура, давление, плотность) согласно международным стандартам API.

Вычислители расхода имеют два вида исполнения:

- двухканальный для работы с одной или двумя парами датчиков: для возможности измерений времяимпульсными датчиками в двух трубопроводах или в одном трубопроводе времяимпульсными и доплеровскими датчиками;

- многолучевой: для измерения расхода по результатам обработки двух или четырех ультразвуковых лучей, излучаемых в различных плоскостях.

Расходомеры обеспечивают два режима измерения: времяимпульсный и доплеровский.

Времяимпульсный режим базируется на измерении разницы времени прохождения ультразвуковых волн в двух направлениях: по потоку и против потока. Специальная цифровая технология, вносящая калибровочные метки в ультразвуковой сигнал, обеспечивает высокую точность измерения скорости потока, расхода и количества жидкости.

Доплеровский режим базируется на обработке отраженного ультразвукового сигнала от взвешенных в жидкости частиц или пузырьков газа. Этот режим используется, когда времяимпульсный режим нельзя применять из-за низкой проводимости звука в жидкости, вызванной высокой концентрацией взвешенных частиц.

Накладные ультразвуковые расходомеры поддерживают как традиционный прямой режим измерений Direct (датчики устанавливаются на разных сторонах трубы), так и режим с отражением Reflect (датчики на одной стороне трубы). Рекомендуемым является режим с отражением Reflect, особенно при искаженном профиле потока. В этом режиме ультразвуковой луч проходит в диамет-ральном сечении трубы до противоположной стенки, отражается от нее и возвращается после двукратного пересечения потока. В результате устраняется любая погрешность, вызываемая осевой асимметрией профиля потока, так как в данном режиме измерений погрешность, возникающая в одном направлении, полностью компенсируется при прохождении луча в другом.

4.1 Преимущества ультразвуковых накладных расходомеров

Отсутствие контакта с измеряемым потоком жидкости, благодаря чему параметры расходомера не изменяются во времени из-за абразивных воздействий потока и его работа не вызывает потерь давления, т. е. по эксплуатационным затратам это самый экономичный расходомер..

При установке накладных датчиков на трубе исключается даже малейшее влияние на профиль потока жидкости. Поэтому отсутствует дополнительная погрешность калибровки расходомеров из-за искажения профиля потока, чего невозможно избежать при эксплуатации ультразвуковых датчиков врезного типа.

При установке накладных ультразвуковых датчиков не появляется углублений в трубе, наличие которых при врезных датчиках служит местом сбора отложений, которые могут привести к блокировке ультразвукового луча.

4.2 Уникальность ультразвуковых расходомеров

Технология "широколучевого" измерения реализуется с помощью так называемых ультразвуковых волн Лэмба. Волной Лэмба называется волна, распространяющаяся между поверхностями стенки трубы в резонансе вдоль трубопровода. При каждом отражении от границы труба/поток в веществе генерируется волна, направленная внутрь измеряемого потока. В результате создаётся пучок когерентных измерительных лучей, который и называют широким лучом. В силу своей резонансной природы волна Лэмба имеет существенно меньшие энергетические потери в стенке трубы. Это позволяет максимизировать отношение полезного сигнала к помехам, что является существенным условием надёжности расходомера, и упрощает процесс обработки сигнала. По сути, при генерировании широкого измерительного луча сама стенка трубы становится излучателем сигнала, своего рода продолжением датчика.

Преимущества использования широкого луча по сравнению с узколучевыми расходомерами:

Широкий измерительный луч охватывает существенно большую часть потока, нежели традиционные системы. Измерительный сигнал в двулучевой системе (4 датчика) содержит на 40% больше информации о потоке, чем традиционный узколучевой сигнал в четырехлучевой хордовой системе (8 датчиков).

Широколучевые расходомеры решают проблему "ухода луча". При существенном увеличении скорости потока происходит смещение измеряющего луча. В узколучевых расходомерах при существенном увеличении или уменьшении скорости потока луч отклоняется настолько, что не поступает на второй датчик. В случае широкого луча измеряющих сигналов много и они генерируются из разных точек стенки трубы. Таким образом, при резком изменении скорости потока расходомер продолжает функционировать, не теряя при этом в точности. Чувствительность прибора повышается до 0,0003 м/с. Поскольку ультразвукоые датчики расходомера являются одновременно и приёмниками и передатчиками, измерение потока возможно в двух направлениях

Технология обеспечивает нечувствительность расходомера к загрязнениям среды. Если один из параллельных лучей широкого пучка перекрывается инородной частицей примеси, то измерение обеспечивают другие лучи. Испытания независимых компаний зафиксировали успешное измерение расхода жидкости при уровне аэрации до 50% и измерение расхода газа при содержании жидкости до 40%.

В процессе использования накладных расходомеров невозможно применение абсолютно идентичных трубе датчиков. Это приводит к появлению дополнительной ошибки при определении времени прохождения измерительного луча. Использование волны Лэмба, проходящей по стенке трубы как дополнительного (опорного) сигнала, позволяет решить эту проблему и существенно повысить чувствительность прибора.

Технология с помощью постоянного контроля опорного сигнала позволяет расходомеру полностью исключить возможную ошибку измерения, связанную с характеристиками материала трубы. При каждом прохождении измерительного сигнала по потоку и против потока расходомер автоматически корректирует полученную разность времени прохождения сигналов в двух направлениях на величину, равную разности времен прохождения опорных сигналов, то есть полностью устраняет влияние трубы на измерение.

Технология повышения точности измерения расхода углеводородных соединений корректирует показания расходомера с учетом изменения состава продукта. Это достигается благодаря тому, что расходомер измеряет скорость ультразвука в продукте (путем сложения времен прохождения сигнала по потоку и против потока), которая зависит от его состава. Вычислитель расхода содержит в своей памяти таблицы, связывающие ультразвуковые характеристики продукта и его состав в зависимости от температуры, плотности и вязкости согласно международным стандартам API.

Технология также позволяет расходомеру фиксировать прохождение границы раздела жидкостей, отмеченную во времени изменением скорости звука, а также вычислить нормализо-ванный расход газов, в том числе природного газа.

Результаты многочисленных тестирований, проводимых независимыми компаниями, подтверждают высочайшие технические характеристики расходомеров.

5. Сотовая связь

Сотовая связь -- один из видов радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть. Ключевая особенность: общая зона покрытия делится на соты, определяющиеся зонами покрытия базовых станций. Соты перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной поверхности зона покрытия одной базовой станции представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть имеет вид сот с шестиугольными ячейками.

5.1 Принцип действия

Сеть составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого. Основные составляющие сотовой сети - это сотовые телефоны и базовые станции. Базовые станции обычно располагают на крышах зданий и вышках. Будучи включённым, сотовый телефон прослушивает эфир, находя сигнал базовой станции. После этого телефон посылает станции свой уникальный идентификационный код. Телефон и станция поддерживают постоянный радиоконтакт, периодически обмениваясь пакетами. Связь телефона со станцией может идти по аналоговому протоколу(AMPS, NAMPS, NMT-450) или по цифровому (DAMPS, CDMA, GSM, UMTS).

Рис.1.1. Упрощенная схема сотовой связи

Если телефон выходит из поля действия одной базовой станции, он налаживает связь с другой. Сотовые сети могут состоять из базовых станций разного стандарта, что позволяет оптимизировать работу сети и улучшить её покрытие. Сотовые сети разных операторов соединены друг с другом, а также со стационарной телефонной сетью. Это позволяет абонентам одного оператора делать звонки абонентам другого оператора, с мобильных телефонов на стационарные и со стационарных на мобильные. Операторы разных стран могут заключать договоры роуминга. Благодаря таким договорам абонент, находясь за границей, может совершать и принимать звонки через сеть другого оператора (по повышенным тарифам).

Несмотря на многообразие существующих стандартов сотовой связи и обилие особенностей их реализации, построение и алгоритмы работы таких систем во многом сходны.

Теоретически разделить территорию на одинаковые по форме зоны без перекрытия или пропусков можно путем использования трех правильных геометрических фигур: треугольника, квадрата и шестиугольника. В первом случае базовые станции должны располагаться на местности в шахматном порядке, а во втором -- квадратно-гнездовым способом. Но наиболее экономное и эффективное покрытие достигается зонами в виде шестиугольников. А причина здесь простая: именно шестиугольник почти идеально описывает рабочую зону базовой станции, установленной в центре ячейки и имеющей антенну с круговой диаграммой направленности.

В тех местах, где требуется одновременное обслуживание большого числа абонентов, используется метод расщепления сот -- создание зон меньшего размера. В этом случае исходный шестиугольник делится на семь шестиугольников меньшего размера (пикосоты). При этом вся остальная структура сети не нарушается. Необходимо заметить, что геометрически правильная форма рабочих зон далеко не всегда достижима на практике. Дальность распространения радиоволн зависит от рельефа местности: холмов, оврагов, гор, больших зданий и т. п. Они искажают форму рабочих зон и вынуждают располагать базовые станции далеко не всегда в строгом геометрическом порядке.

Теперь о технических аспектах. Основные элементы сотовой системы: абонентское оборудование (мобильные радиотелефоны), сеть базовых станций, размещенных на обслуживаемой территории, и центр коммутации.

Каждая базовая станция -- это многоканальное приемно-передающее устройство, которое обслуживает абонентов в пределах своей соты. По специальным линиям связи (проводным или радиорелейным) все базовые станции соединяются с центром коммутации.

Центр коммутации обеспечивает управление сетью и, по сути, является специализированной автоматической телефонной станцией. Он хранит в своей памяти данные всех абонентов сотовой сети, отвечает за проверку прав доступа абонентов и их аутентификацию (подтверждение подлинности), обрабатывает и хранит информацию. Также в его обязанности входит: слежение за сигналами мобильных телефонов, их эстафетная передача при перемещении телефона из соты в соту, коммутация каналов в сотах при появлении помех или неисправностей, а главное -- установление соединения абонента сотовой сети в соответствии с набранным номером с другим абонентом или выход в городскую, междугородную и международную телефонную сеть. В некоторых вариантах построения систем все эти функции разделяются между центром коммутации и еще одним элементом оборудования -- контроллерами базовых станций.

Упрощенно порядок работы элементов сотовой сети выглядит так. В каждой базовой станции есть специальный канал, называемый управляющим, и все сотовые телефоны прослушивают сигналы на этом канале в ожидании вызова. В том случае, если абонент желает позвонить, сразу после набора номера радиотелефон начинает автоматический поиск свободного канала. При его обнаружении он передает свои параметры и набранный номер через базовую станцию на коммутатор сотовой сети. После проверки параметров абонента центр коммутации осуществляет соединение. В обратном направлении -- при вызове абонента сотовой сети -- коммутатор проверяет в своей базе данных наличие такого номера и начинает поиск радиотелефона в каждой из сот. Радиотелефон абонента, приняв этот вызов по управляющему каналу, передает подтверждение вызова, определяя, таким образом, свое местонахождение в сотовой сети.

Рис.1.2. Сотовая связь

После этого коммутатор находит свободный разговорный канал в данной соте и переключает соединение на него. Кроме организации соединений, коммутатор непрерывно следит за сигналами радиотелефонов и в процессе связи. Если возникает неисправность в оборудовании или появляются помехи, коммутатор находит другой свободный канал и переводит разговор на него. Перемещения абонента в процессе соединения могут привести к предельному снижению уровня сигналов. Тогда коммутатор переключается на другую базовую станцию, более близкую к абоненту. Эстафетная передача производится полностью автоматически и настолько быстро, что связь не прерывается, а абонент ничего не замечает.

Размещено на Allbest.ru