Конструктивная разработка основного оборудования установки подготовки газа на ГПЗ.

Условия статической прочности фланца (KТ = 1.3)
Фланцевое соединение отвечает условиям прочности в соответствии с требованиями ГОСТ 34233-2017.
4. КИП и автоматизация производства

КИПиА — контрольно-измерительные приборы и автоматика (КИПиА).
Все большее число аппаратных и программных датчиков внедряется в процессы химического производства для мониторинга ключевых переменных, связанных с качеством продукции и безопасностью технологических процессов.
В технологии используются приборы для измерения давления, температуры, расхода и положения уровня среды, различные сигнализирующие и регулирующие устройства [15, 20].
Подготовка газа производится круглосуточно, поэтому необходимо обеспечить постоянный дистанционный контроль за работой технологических объектов, оборудования и состава сырья.
Автоматизация установок подготовки газа и нефти позволяет улучшить контроль над основными параметрами процессов (давлением, температурой, расходом).
Точность отдельных датчиков может быть нарушена целым рядом факторов, таких как неисправность прибора, ошибки оператора и присущие им погрешности измерений. Надежность может быть значительно повышена с помощью методов слияния датчиков [15] с использованием всех доступных данных от различных датчиков. 
В качестве контрольно-измерительных приборов для системы КИПиА были выбраны следующие приборы:
1. Датчики температуры – устройства, определяющие температуру газообразных и жидкостных сред в диапазоне от минус 70 до 2300 °С. В основе работы ДТ лежит пропускание через них электрических сигналов.

Часто для измерения температуры среды в аппарате или трубопроводе используют термопару. Термопара изготовлена из двух разных металлических проводов. Провода соединены вместе на одном конце, образуя измерительный (горячий) переход. Другой конец, известный как опорный (холодный) переход, соединен с электронным измерительным устройством (контроллером или цифровым индикатором). Термопара будет генерировать измерительный сигнал не в ответ на фактическую температуру, а в ответ на разницу температур между измерительным и контрольным переходами. Небольшой датчик температуры окружающей среды встроен в электронное измерительное устройство рядом с точкой, к которой прикреплен опорный переход. Затем измерительное устройство добавляет температуру окружающей среды к дифференциальной температуре термопары, чтобы определить и отобразить фактическую измеренную температуру
2. Датчик давления - прибор, измеряющий избыточное давление среды в аппарате [16]. Это устройство обнаруживает, регулирует или контролирует давление и преобразует воспринимаемые физические данные в электронный сигнал. Давление определяется как количество силы (оказываемой жидкостью или газом), приложенной к единице “площади” (P=F/A), а традиционной единицей давления является Паскаль. Датчики давления часто используют пьезоэлектрическую технологию, поскольку пьезоэлементы испускают электрический заряд, пропорциональный напряжению (вызванному давлением), которое они испытывают.
3. Средство измерение расхода сырья – прибор, который измеряет объемный расход или массовый расход вещества, проходящее через сечение трубопровода в единицу времени.
4. Датчик уровня - прибор, предназначенный для определения уровня в основном жидкой среды в открытых и закрытых сосудах, резервуарах, хранилищах и других ёмкостях.
5. Регулирующий клапан – клапан, оснащенный преобразователем (пневматическим или электрическим приводом) для осуществления управления потоками различных сред (газа, жидкости и т.д.).
Для основного оборудования переработки газа на ГПЗ, в частности для газосепаратора и абсорбера, используются датчики контроля температуры и давления, датчик уровня, регулирующие клапаны.
Рассмотрим технические характеристики данных устройств. На рисунке 4.1 представлен внешний вид датчика температуры производителя Siemens с техническими характеристиками. В качестве датчика температуры выбран термопреобразователь температуры. Этот прибор подает электрический сигнал для его последующей обработки на ЭВМ.
В качестве датчика давления был выбран датчик производителя Siemens. Данный датчик представляет собой преобразователь давления высокой производительности. Устройство отличается особой надежностью, устойчивостью к высоким механическим нагрузкам и химическим агрессивным средам. На рисунке 4.2 представлен внешний вид преобразователя давления, а также его технические характеристики.


Рисунок 4.1 - Термопреобразователь температуры Siemens SITRANS 7NG3130 Рисунок 4.2 – Преобразователь давления Siemens SITRANS P410
В качестве расходомера выбран прибор производителя Siemens. Устройство предназначено для измерения расхода жидкости, газа, пара в системах автоматического, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности и соответствует международным требованиям и нормам. На рисунке 4.3 представлен внешний вид выбранного устройства, а также его техническая характеристика.
Рисунок 4.3 – Расходомер вихревой Siemens SITRANS FX300
В качестве уровнемера выбран прибор производителя Siemens. Данный прибор является радарным, с высокой производительностью. Принцип действия данного типа устройства основан на том, что в уровнемере присутствует устройство, проецирующее высокочастотные радио колебания в волноводе, размещенном в жидкости и измерении отражения этих колебаний от уровня раздела жидкость-газ или жидкость-жидкость с разными диэлектрическими проницаемостями.
Сигнал полученный от устройства отправляется на ЭВМ. Одно из преимуществ данного уровнемера в том, что прибор легко справляется с механическими нагрузками, агрессивными средами, является безопасным для использования в производстве. На рисунке 4.4 представлен внешний вид уровнемера и его технические характеристики.
Рисунок 4.4 – Уровнемер радарный Siemens SITRANS LR 200
В качестве регулирующего клапана выбрано устройство AUMA SA с электроприводом. Устройство представляет собой преобразователь, оснащенный электродвигателем. Здесь электродвигатель приводит в движение редуктор, который передает крутящий момент на механический интерфейс. Здесь происходит запись положения хода и происходит контроль крутящего момента.
Электродвигатель получает сигнал от блока и может остановить привод. Обмен данными происходит через электрический интерфейс. На рисунке 4.5 представлен внешний вид регулирующего клапана, а также его технические характеристики.
Рисунок 4.5 – Регулирующий клапан с электроприводом AUMA SA
В таблице 4.1 представлено используемое оборудования для контроля и регулирования процесса.







Таблица 4.1 – Характеристики приборов
Наименование Назначение Параметры Допустимые пределы значений Единицы измерения Преобразователь давления Siemens SITRANS P410 Измерение избыточного давления Выходной сигнал 4-20 мА+HART 0,4 кПа ….50 МПа Па Термопреобразователь температуры Siemens SITRANS 7NG3130 Измерение температуры Выходной сигнал 4-20 мА+HART -50…+1000 оС оС Расходомер вихревой Siemens SITRANS FX300 Измерение расхода среды Выходной сигнал 4-20 мА+HART 0…..100000 кг/час Кг/час Уровнемер радарный Siemens SITRANS LR 200 Измерение уровня Выходной сигнал 4-20 мА+HART 10…20 000 мм мм Регулирующий клапан с электроприводом AUMA SA Регулирование потока среды Частота управления 50 Гц - -
Также, в настоящее время разрабатываются математические модели для оптимизации производства. Эти алгоритмы возможно применять на ЭВМ, которыми оснащено производство. Алгоритмы могут обрабатывать жесткие ограничения состояний и скоростей на входы и состояния, которые обычно, но не всегда, включаются в алгоритмы с помощью метода оптимизации. Линейные модели прогностического управления начали появляться в начале 1980-х годов и хорошо зарекомендовали себя в практике управления.
Нелинейная модель прогнозирующего управления (NMPC) начала использоваться около 10 лет спустя и также нашла свой путь в практике
управления, хотя популярность этой модели управления нельзя сравнить с предсказательным управлением линейной моделью. Это связано с трудностями, связанными с построением нелинейной модели и отсутствием необходимой уверенности в модели. Был внесен ряд вкладов в области предсказательного управления нелинейными моделями, связанных с такими вопросами, как стабильность, эффективные вычисления, оптимизация, ограничения и другие.
Некоторые недавние работы в этой области можно найти в работах Allgöwer и Zheng и Kouvaritakis и Cannon в 2001 году. Алгоритмы NMPC основаны на различных нелинейных моделях. Часто эти модели разрабатываются как модели первых принципов, но популярны и другие подходы. Различные алгоритмы прогностического управления основаны на моделях нейронных сетей, нечетких моделях или локальных модельных сетях. Нелинейное прогнозное управление, основанное на модели, как следует из названия, критически зависит от нелинейной модели. Чем лучше модель, тем лучше управление. Именно здесь гауссовские модели процессов могут предложить значительные преимущества. Гауссовские модели процессов обеспечивают меру достоверности, которая может быть полезна при проектировании NMPC, как отмечено в работе 2002 года, где был описан другой подход к той же проблеме.
Модель гауссовского процесса является примером вероятностной непараметрической модели черного ящика, которая также предоставляет информацию о неопределенностях прогнозирования, которые трудно адекватно оценить в нелинейных параметрических моделях. Большая часть работ по гауссовским процессам, представленных до сих пор, посвящена
моделированию статических нелинейностей. Использование гауссовых процессов при моделировании динамических систем является недавним развитием и некоторые алгоритмы управления, основанные на таком подходе,
описаны в работах Муррау-Смита и Шарбаро. Этот подход к моделированию рассматривается не как замена какого-либо существующего метода, а скорее
как дополнительный подход к моделированию. Недостатком гауссовских моделей процессов является значительная вычислительная нагрузка. Это бремя может быть воспринято как препятствие для использования гауссовой модели процесса в приложениях промышленного управления [17].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения выпускной квалификационной работы на тему «Конструктивная разработка основного оборудования установки подготовки газа на ГПЗ» была произведена разработка газосепаратора и абсорбера для очистки и осушки газа.
Выполнены технологические расчеты данных аппаратов, определены их основные геометрические размеры в технологической части работы. Определен тип требуемого для технологии абсорбера АВКФ по ТУ-26-01-981-86 и газосепаратора ГСГ-1,6-1200-50-И-УХЛ-С по ТУ 3615-007-79172827-2013. Выбран тип тарелок для абсорбера ТКП (по ОСТ 26-02-1401-76).
В разделе три были выполнены прочностные расчеты газосепаратора, определены толщины обечайки и эллиптического днища. Также, рассчитана врезка патрубка на выполнение условий прочности, и рассчитано фланцевое соединение для данного патрубка. Патрубок имел диаметр 50 мм. Также, в ходе расчётов была определена толщина патрубка.
Для технологической схемы подготовки газа были подобраны регулирующие устройства для системы КИП и А. Указаны их технические характеристики, которые полностью удовлетворяют потребностям производства.
Графическая часть содержит два чертежа общего вида аппаратов – сепаратора и абсорбера, а также технологическую схему и схему КИП и А.
Практическая значимость работы в том, что полученные результаты расчетов возможно применять для проектирования и изготовления аппаратов для подготовки газа на ГПЗ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Роддатис, К. Ф. Средний состав природного газа, его теплота сгорания, плотность, объемы воздуха и продуктов сгорания: Справочник по котельным установкам малой производительности  / К. Ф. Роддатис, А. Н. Полтарецкий. — Москва : Энергоатомиздат, 1989. — 488 с. – Текст : непосредственный
2. He T. Design and analysis of dual mixed refrigerant processes for high-ethane content natural gas liquefaction / T. He, W. Lin. – Текст : непосредственный // Chinese Journal of Chemical Engineering, 2021. - № 29. - С. 354-364.
3. И.А. Голубева Газоперерабатывающие предприятия России / И.А. Голубева. – Текст : непосредственный // Нефтепереработка и нефтехимия, 2015. - № 1.- С. 18-26
4. Установка комплексной подготовки газа (УКПГ) – Текст : непосредственный // Российская газовая энциклопедия. - М.: Научное издательство Большая Российская энциклопедия, 2004. - С. 462-464.
5. Vítor de Almeida S. A comprehensive approach to evaluate feed stream composition effect on natural gas processing unit energy consumption / S. Vítor de Almeida, F. Danielda, C. Ribeiro Ana, P. Meneguelo. – Текст : непосредственный // Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2020. - № 83. - С. 1-20
6. Анализ физико-химических свойств природного газа: [сайт]. - URL: https://www.meta-chrom.ru/company/articles/natural-gas-analysis/#:~:text=Основным%20методом%20анализа%20компонентного%20состава,(сероводород%2C%20меркаптаны%2C%20сульфид
ы)%20и%20др (дата обращения 06.06.2021). – Текст : электронный.
7. K.M. Dąbrowski Downhole measurements and determination of natural gas composition using Raman spectroscopy / K.M. Dąbrowski, Sz. Kuczyński, J. Barbacki, T. Włodek, R. Smulski, S. Nagy. – Текст : непосредственный // Journal of Natural Gas Science and Engineering. – 2019. -№ 65. - С. 25-31
8. Десорбция газа [сайт]. - http://www.gazprominfo.ru/terms/desorption/#:~:text=Десорбция%20газа%20—%20удаление%20из,газами%20или%20парами%2C%20обработки%20растворителями (дата обращения 06.06.2021). – Текст : электронный.
9. Статья о разработке и внедрении АСУ ТП установки комплексной подготовки газа [сайт]. - URL: https://advantekengineering.ru/статья/ (дата обращения 06.06.2021) . – Текст : электронный.
10. Промышленное газовое оборудование: Справочник, 6-е изд., перераб. и доп./под ред. Е. А. Карякина.- Саратов : Газовик, 2013. - 498с. – Текст : непосредственный
11. КОНСТРУКЦИИ АБСОРБЕРОВ [сайт]. - URL: https://helpiks.org/4-88130.html (дата обращения 06.06.2021). – Текст : электронный.
12. Вихман Г. Л. Основы конструирования аппаратов и машин нефтеперерабатывающих заводов. – Москва : Машиностроение, 1978. – 327 стр. – Текст : непосредственный
Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств: Примеры и задачи. Под общей редакцией М. Ф. Михалева. – Ленинград : Машиностроение, Ленинградское отделение, 1984. – 301 стр. – Текст : непосредственный.
14. ГОСТ 34233.2-2017 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность: национальный стандарт Российской Федерации: издание официальное: утв. и введ. в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 июля 2017 г. N 101-П: дата введ. 2018-08-01 / разработан Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 523 "Техника и технологии добычи и переработки

нефти и газа". – Москва : Стандартинформ, 2018. – 53 с. – Текст : непосредственный.
15. Жарковский Б. И. Справочник молодого слесаря по контрольно-измерительным приборам и автоматике / Жарковский Б. И., Шапкин В. В.  — Москва : Высшая школа, 2009 — 162 с. – Текст : непосредственный.
16. Датчики теплофизических и механических параметров: Справочник в трех томах. Т.1/ Под общ. ред. Ю.Н. Коптева, - Москва : ИПРЖР, 1999 –548 с. – Текст : непосредственный.
17. Громаков Е. И., Проектирование автоматизированных систем. Курсовое проектирование: учебно-методическое пособие: Томский политехнический университет. — Томск : Томский политехнический университет. - 2009.  – Текст : непосредственный.
18. Клюев А. С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: справочное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. / Клюев А. С., Глазов Б. В., Дубровский А. Х., Клюев А. А. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 464 с.  – Текст : непосредственный.
19. ГОСТ 21.408-2013 Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов: национальный стандарт Российской Федерации: издание официальное: утв. и введ. в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии 14 ноября 2013 г. N 44: дата введ. 2014-11-01/ разработан Открытым акционерным обществом - Ассоциация "Монтажавтоматика" (ОАО - Ассоциация "Монтажавтоматика") – Москва : Стандартинформ, 2014. – 56 с. – Текст : непосредственный.
20. Кузнецов А.А. Расчеты основных процессов и аппаратов переработки углеводородных газов: Справочное пособие/ А.А. Кузнецов, Е.Н. Судаков – Москва : Химия, 1983. – 224 с. – Текст : непосредственный.








5


71



БР.18.03.02.03-3140/020.352.2021.00.ПЗ Лист 7 Изм. Лист № докум. Подпись Дата