Пути повышения надежности и безотказного обеспечения абсорбента на установке регенерации диэтиленгликоля на Ямбургском нефтегазоконденсатном месторождении

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена комплексному исследованию метода повышения надежности установки регенерации диэтиленгликоля за счет замены буйкового уровнемера на волноводный радарный уровнемер.

 К настоящему времени основная добыча газа (более 90 %) на северных месторождениях России осуществляется за счет разработки чисто газовых залежей, главным образом, сеноманского продуктивного горизонта. Наиболее известные месторождения газа: Медвежье, Уренгойское и Ямбургское. В стадии проектирования разработки находится ряд крупных чисто газовых месторождений Западной Сибири и полуострова Ямал, намеченных к освоению уже в ближайшие годы.

Подготовка газа осуществляется на установках комплексной подготовки газов и заключается в отделении из него газового конденсата, пластовой воды с растворенным в ней метанолом и механических примесей с последующей осушкой его диэтиленгликолем.

Актуальность создания системы автоматизации процесса регенерации диэтиленгликоля обусловлена необходимостью безотказного обеспечения диэтиленгликоля (абсорбента) с концентрацией 99 % и выше для эффективной и высокоточной работы установки комплексной подготовки газа.

Цель данной статьи заключается в улучшении  системы автоматизации установки регенерации диэтиленгликоля Ямбургского НГКМ (нефтегазо-конденсатного месторождения) и тем самым увеличении надежности технологического процесса.

В статье анализируются средства измерения уровня и температуры, а также приведен расчет надежности измерительных каналов.

В результате анализа выбран тип датчика, предложен волноводный радарный уровнемер Eclipse 706 фирмы Magnetrol, произведен расчет надежности измерительных каналов и надежность всей системы.

Опытно-конструкторские показатели подтверждают надежность, быстродействие, ресурсоемкость установки регенерации диэтиленгликоля и свидетельствуют о снижении вероятности возникновения аварийной ситуации на технологическом объекте.

ABSTRACT

Article is devoted to complex research of a method of increase of reliability of installation of regeneration of diethylene glycol due to replacement of the buoy level gage by the waveguide radar level gage.

So far the main gas production (more than 90%) on northern fields of Russia is performed due to development of net gas deposits, mainly, of the Cenomanian productive horizon. The most known gas fields are Medvezhye, Urengoy and Yamburg. In a design stage of development there is a number of the large-scale purely gas deposits of Western Siberia and the Yamal Peninsula planned to development in the next years.

Preparation of gas is carried out on installations of complex preparation of gases and consists in office from him gas condensate, reservoir water with the methanol dissolved in her and mechanical impurity with the subsequent osushka his diethylene glycol.

Relevance of creation of system of automation of process of regeneration of diethylene glycol is caused by need of trouble-free providing diethylene glycol (absorbent) with concentration of 99% and above for effective and high-precision work of installation of complex preparation of gas.

The purpose of this article consists in improvement of system of automation of installation of regeneration of diethylene glycol of Yamburg gas field and by that increase in reliability of technological process.

In article gages of level and temperature are analyzed, and also calculation of reliability of measuring channels is given.

As a result of the analysis the sensor type is chosen, the waveguide radar Eclipse 706 level gage of Magnetrol firm is offered, calculation of reliability of measuring channels and reliability of all system is made.

Developmental indicators confirm reliability, speed, resource intensity of installation of regeneration of DEGA and demonstrate decrease in probability of emergence of an emergency on technological object.

Введение

В данной статье рассматривается проблема низких показателей надежности системы измерения установки регенерации диэтиленгликоля из-за неточных показаний устаревших буйковых уровнемеров, применяющихся на данной установке.

Система измерений процесса регенерации диэтиленгликоля как автоматизированная система управления производством требует высокой надежности и эффективности. Система измерений должна сохранять в заданном времени в установленных пределах значения всех параметров, которые характеризуют способность системы выполнять требуемые функции в заданных режимах, условиях эксплуатации и технического обслуживания.

Система измерения играет важную роль в поддержании устойчивости всего технологического процесса регенерации диэтиленгликоля [3]. Надежность любой системы измерений будет тем выше, чем выше надежность каждого ее элемента.

Необходимость обеспечения высокой надежности системы обусловлена необходимостью избегать возможности выхода ее из строя [4; 6].

С целью повышения надежности работы системы измерения следует рассмотреть замену используемого  на установке регенерации диэтиленгликоля буйкового уровнемера УБ-ЭМ на современный и  высокоэффективный волноводный радарный уровнемер Eclipse 706 фирмы “Magnetrol”. Целесообразность улучшений в системе измерений доказана путем расчета показателей надежности отдельно для датчика уровня и в целом в системе.

Методика исследования

Новый высокоэффективный прибор Eclipse модели 706 – это уровнемер с питанием напряжением 24 В пост. тока по токовой петле, работающий по испытанной и признанной технологии волноводного радара (GWR). Этот наиболее совершенный уровнемер, в конструкции которого применен ряд уникальных технических разработок, имеет рабочие характеристики, намного превосходящие характеристики, обеспечиваемые традиционными технологиями.

Благодаря использованию технологии диодного переключения, а также наиболее широкой на рынке номенклатуре зондов один этот прибор можно использовать для широкого спектра условий применения, начиная с самых легких углеводородов и заканчивая средами на водной основе.

Инновационная конструкция корпуса, расположенного под углом и состоящего из двух отсеков, теперь стала общепринятой. Этот корпус, впервые предложенный компанией Magnetrol в 1998 году, располагается под углом для удобства подключения, настройки и просмотра изображения на универсальном графическом ЖК-дисплее.

Один универсальный прибор модели 706 можно использовать и комбинировать с зондами любого типа, при этом обеспечивая повышенную надежность, т.к. он пригоден для работы в аппаратных контурах безопасности уровня SIL 2.

Основные преимущества:

•      измерение уровня, на результаты которого не влияют изменяющиеся характеристики среды;
•      для калибровки не требуется изменять уровень;
•      зонды, способные работать в условиях переполнения, позволяют измерять истинный уровень вплоть до уплотнения, при этом не используя специальные алгоритмы;
•      конструкция зонда рассчитана на работу при +450 °C/431 бар;
•      применение в среде насыщенного пара – до 155 бар при +345 °C;
•      измерительную головку можно устанавливать отдельно от зонда, на расстоянии 3,6 м от него;
•      анализ отказов, их последствий и диагностики (FMEDA) показывает, что допустимо использование в контурах безопасности уровня SIL 2 (имеется полный отчет по FMEDA);
•      нет движущихся частей.

Волноводный радар ECLIPSE создан на основе технологии TDR (рефлектометрия с временным разрешением). В методе TDR используются импульсы электромагнитной энергии, передаваемые по волноводу (зонд). При достижении импульсом поверхности жидкости, имеющей более высокую диэлектрическую проницаемость, чем у воздуха (Еr = 1), в котором он распространялся перед этим, импульс отражается. Быстродействующая схема измерения времени точно определяет время распространения импульса и обеспечивает точное измерение уровня жидкости (или сыпучего материала). Амплитуда отраженного импульса зависит от диэлектрической проницаемости продукта. Чем выше диэлектрическая проницаемость, тем сильнее отражение [5].

Опыт эксплуатации приборов ECLIPSE показал, что они являются идеальной заменой для существующих буйковых уровнемеров. Обширная практика применения по всему миру показала, что характеристики волноводных радарных уровнемеров ECLIPSE превосходят характеристики устаревших буйковых уровнемеров.

Уровнемеры ECLIPSE модели 706 дают несколько преимуществ при замене ими буйковых уровнемеров с торсионной трубкой:

•      стоимость нового уровнемера модели 706 сравнима со стоимостью капитального ремонта торсионной трубки с большим сроком службы;
•      замена буйкового уровнемера на волноводный радар является достаточно простой операцией: Eclipse 706 можно установить непосредственно в резервуар в имеющийся патрубок или в выносную камеру;
•      уровнемер ECLIPSE модели 706 не чувствителен к изменениям плотности и не имеет движущихся частей, которые могут изнашиваться и выходить за пределы допусков.

Уровнемер ECLIPSE модели 706 спроектирован и изготовлен для обеспечения бесперебойной работы в различных условиях эксплуатации. Уровнемер непрерывно выполняет ряд внутренних тестов самодиагностики и с целью привлечения внимания оператора выводит на большой графический ЖК дисплей соответствующие сообщения. Комбинация таких внутренних тестов и диагностических сообщений позволяет прогнозировать возникновение возможных неполадок. Прибор не только сообщает пользователю о неполадках, но и предлагает решения по устранению возникших проблем, что более важно.

Уровнемер ECLIPSE модели 706 может измерять уровень как верхней жидкости, так и поверхности раздела. Поскольку от верхней поверхности, имеющей меньшую диэлектрическую проницаемость, импульс отражается лишь частично, некоторая доля излученного импульса продолжает двигаться вниз по GWR-зонду через верхнюю жидкость. При достижении остаточным исходным импульсом нижней жидкости, имеющей более высокую диэлектрическую проницаемость, происходит еще одно отражение. Необходимо, чтобы диэлектрическая проницаемость жидкости, находящейся сверху, была меньше 10, а находящейся внизу – больше 15. Типичным случаем является граница раздела между нефтью и находящейся под ней водой, когда находящийся сверху слой нефти является непроводящим (Еr ≈ 2,0), а находящийся снизу слой воды – хорошо проводящим (Еr ≈ 80). Минимальная толщина верхнего слоя составляет 50 мм, а максимальная толщина верхнего слоя ограничена длиной GWR-зонда.

Таким образом, волноводные радары Eclipse 706 позволяют повысить стабильность и надежность измерений за счет прямого метода измерений, не чувствительного к изменениям плотности или других свойств среды, снизить погрешность измерений, начать внедрение новых технологий автоматизации на вашем производстве.

Рассчитав основные показатели надежности, была построена сравнительная зависимость вероятностей безотказной работы  P(t) для датчиков уровня УБ-ЭМ и волноводного уровнемера Eclipse 706, которая представлена на рисунке 1.1 [2].

Рисунок 1.1. Сравнительная характеристика датчиков уровня УБ-ЭМ
и волноводного радарного уровнемера Eclipse 706

Сравнительная характеристика надежности системы в целом показана на рисунке 1.2 [1].

Рисунок 1.2. Сравнительная характеристика надежности системы в целом

Заключение

Статья посвящена актуальной на сегодняшний день проблеме, так как УКПГ (установка комплексной подготовки газа) является связующим элементом между потребителем и добычей, а газ, перед тем как поступить потребителю, должен быть подготовлен. Поэтому и надежность таких установок должна быть достаточно высокой, чтобы не происходило сбоев поставок газа потребителям. При этом надежность следует понимать не только как безотказное функционирование, но и как поддержание реальных погрешностей в пределах нормированных значений.

Большинство установок были сконструированы и построены достаточно давно, поэтому на них все еще встречается устаревшее оборудование, сильно отстающее от современных аналогов по техническим характеристикам, таким как надежность, точность измерения и быстродействие.

В статье был использован методический подход к повышению надежности как отдельных элементов, так и всей системы в целом. На основе расчетных данных предлагается замена буйкового уровнемера УБ-ЭМ на волноводный радарный уровнемер Eclipse 706, при этом  достигается значительное улучшение характеристик надежности установки в целом.