Автоматическая защита и управление магистральными насосными агрегатами

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ АВТОМАТИЗАЦИИ ОБЪЕКТОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ

Система автоматизации объектов магистральных нефтепроводов предназначена для контроля, защиты и управления. Система автоматически должна обеспечивать автономное поддержание заданного режима и его изменение по командам оператора.

Система автоматизации магистральной насосной должна обеспечивать:

централизацию контроля и управления магистральной и подпорной насосной;

автоматическую защиту магистральной и подпорной насосной;

автоматическую защиту и управление магистральными и подпорными насосными агрегатами;

автоматическое регулирование давления; автоматизацию вспомогательных систем; автоматическое пожаротушение.

При размещении на общей площадке нескольких магистральных насосных следует совмещать для них решение задач автоматизации и телемеханизации, которое включает:

управление магистральными насосными агрегатами, вспомогательными системами, задвижками подключения НПС к магистральному нефтепроводу, задатчиками автоматических регуляторов давления и системой автоматического пожаротушения;

обеспечение измерения и регистрации давления на приеме и выходе НПС (до и после регуляторов давления), а также измерение перепада давления на фильтрах и температуры перекачиваемой нефти на приеме НПС;

срабатывание предупредительной и аварийной сигнализации;

управление задвижками устройства приема и пуска (пропуска) скребка и сигнализации положения задвижек; переключение на управление из МДП или РДП.

К основным функциям системы автоматизации НПС относятся функции защиты, управления и контроля.

Остановимся на содержании функций защиты, которые реализуются на общестанционном и агрегатном уровне.

Общестанционные защиты должны отключать оборудование НПС по параметрам:

минимальное давление на приеме НПС; максимальное давление в коллекторе НПС до узла регулирования давления;

максимальное давление на выходе НПС после узла регулирования давления;

максимальный перепад на регуляторе давления; минимальное давление в системе маслоснабжения; затопление помещения магистральных насосов (или общего укрытия);

пожар в помещениях со взрывоопасными зонами;

превышение допустимого уровня загазованности в помещениях со взрывоопасными зонами;

понижение давления в камерах беспромвальной установки;

достижение аварийного уровня нефти в резервуаре — сборнике утечек.

Агрегатные защиты должны отключать магистральные насосные агрегаты по параметрам:

минимальное давление масла (при принудительной системе смазки);

максимальная температура подшипников агрегата и корпуса насоса;

повышенная утечка нефти через уплотнения;

минимальное избыточное давление в корпусе электродвигателя;

максимальная вибрация;

неисправность цепей управления и защит электродвигателя;

иным параметрам, предусмотренным технической документацией заводов-изготовителей.

Ряд защитных функций выполняется с помощью автоматической защиты, в том числе: отключение работающих магистральных насосных агрегатов; включение (или отключение) вспомогательных систем; сигнализация о возникновении повреждения.

В зависимости от параметра, по которому сработала защита, она должна осуществлять одновременное отключение всех работающих агрегатов; поочередное отключение работающих агрегатов, начиная с первого по потоку нефти.

Для защиты магистрального трубопровода и магистральных насосных агрегатов по давлениям на приеме НПС, на выходе насосов и выходе НПС должны, как правило, применяться две защиты по давлениям. Эти защиты настраиваются на разные значения по давлениям (предельное и аварийное) и обеспечивают взаимное дублирование.

Защиты по аварийным давлениям должны предусматривать одновременное отключение всех работающих магистральных насосных агрегатов. Защиты по предельным давлениям должны воздействовать на отключение одного агрегата. При повторном достижении предельного параметра должно осуществляться отключение следующего агрегата и т.д.

Уставка защиты по предельному давлению на выходе насосной должна устанавливаться выше, чем задание регулятору давления на выходе насосной в установившемся режиме (рабочего давления насосной) для обеспечения "зазора безопасности" при работе системы автоматического регулирования давления в допустимых пределах.

Разница уставок между защитами по предельному и аварийному давлению на выходе насосной должна обеспечивать селективность срабатывания защит.

Срабатывание автоматических защит по давлению на приеме насосной должно осуществляться с выбираемой (в пределах до 15 с) выдержкой времени, необходимой для исключения их срабатывания при прохождении воздушных пробок, запуске агрегатов, отключении агрегатов на соседних станциях и т.п. При отсутствии необходимого запаса по давлению допускается настройка датчиков защиты по давлению на приеме насосной на одинаковое значение давления и срабатывание защит с разными выдержками времени с интервалом 5 —8 с.

При отключении по параметрам, отклонение которых от нормы вызвано изменениями режима в трубопроводе или перегрузкой энергосистемы, должна предусматриваться возможность повторного дистанционного пуска насосных агрегатов из МДП или РДП после выяснения причины нарушения режима. Для общестанционных защит должен осуществляться запрет дистанционного пуска магистральных насосных агрегатов из МДП и РДП с возможностью снятия блокировки по месту (из операторной). Этот запрет не должен препятствовать управлению вспомогательными системами и задвижками подключения насосной к магистрали.

Функции управления должны предусматривать возможность управления НПС из операторной, МДП и РДП. При этом магистральные насосные агрегаты могут работать в автоматическом (при пуске из операторной, МДП или РДП), резервном, кнопочном и испытательном режимах.

Пуск магистральных насосных агрегатов может осуществляться на открытую (полностью), закрытую и открывающуюся задвижку.

Функции контроля заключаются в следующем: контроль за соответствием текущих значений основных технологических параметров значениям, предусмотренным правилам технической эксплуатации МН;

контроль за изменением состояния оборудования НПС, срабатывания защит, что должно сопровождаться звуковой и световой сигнализацией;

непрерывный мониторинг значений технологических параметров, параметров состояния оборудования.

Предельных уровней и температуры воды в резервуарах противопожарного запаса воды и раствора пенообразователя; отключения звуковой сигнализации о пожаре; отключения автоматической подачи пены в насосную.

Объекты измерения: давление на входе в резервуарный парк, приеме и выходе насосной, выходе насосов; расход по трубопроводу; параметры качества нефти (на станциях с емкостью); уровень нефти в резервуарах; давление на входе узла учета.

Объекты сигнализации: магистральные, подпорные насосные агрегаты (включен, готов к дистанционному запуску, авария, в резерве); подготовка насосной (включено); насосы системы пожаротушения (включено); задвижки узла подключения, резервуарного парка, узла учета, на линиях подачи пены (открыто, закрыто); скребок (принят, запущен); пожар в защищаемом помещении; загазованность насосной; затопление насосной; переполнение резервуаров-сборников; неисправность вспомогательных систем; неисправность вспомогательных сооружений; аварии вспомогательных систем и сооружений; повышенное давление в подводящем трубопроводе; срабатывание защиты по переливу; превышение расхода в резервуарном парке; предельный и аварийный уровни в резервуарах; отключение параметров качества нефти; неисправность пункта учета нефти.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ АВТОМАТИЗАЦИИ ОБЪЕКТОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ

Система автоматизации объектов магистральных нефтепроводов предназначена для контроля, защиты и управления. Система автоматически должна обеспечивать автономное поддержание заданного режима и его изменение по командам оператора.

Система автоматизации магистральной насосной должна обеспечивать:

централизацию контроля и управления магистральной и подпорной насосной;

автоматическую защиту магистральной и подпорной насосной;

автоматическую защиту и управление магистральными и подпорными насосными агрегатами;

автоматическое регулирование давления; автоматизацию вспомогательных систем; автоматическое пожаротушение.

При размещении на общей площадке нескольких магистральных насосных следует совмещать для них решение задач автоматизации и телемеханизации, которое включает:

управление магистральными насосными агрегатами, вспомогательными системами, задвижками подключения НПС к магистральному нефтепроводу, задатчиками автоматических регуляторов давления и системой автоматического пожаротушения;

обеспечение измерения и регистрации давления на приеме и выходе НПС (до и после регуляторов давления), а также измерение перепада давления на фильтрах и температуры перекачиваемой нефти на приеме НПС;

срабатывание предупредительной и аварийной сигнализации;

управление задвижками устройства приема и пуска (пропуска) скребка и сигнализации положения задвижек; переключение на управление из МДП или РДП.

К основным функциям системы автоматизации НПС относятся функции защиты, управления и контроля.

Остановимся на содержании функций защиты, которые реализуются на общестанционном и агрегатном уровне.

Общестанционные защиты должны отключать оборудование НПС по параметрам:

минимальное давление на приеме НПС; максимальное давление в коллекторе НПС до узла регулирования давления;

максимальное давление на выходе НПС после узла регулирования давления;

максимальный перепад на регуляторе давления; минимальное давление в системе маслоснабжения; затопление помещения магистральных насосов (или общего укрытия);

пожар в помещениях со взрывоопасными зонами;

превышение допустимого уровня загазованности в помещениях со взрывоопасными зонами;

понижение давления в камерах беспромвальной установки;

достижение аварийного уровня нефти в резервуаре — сборнике утечек.

Агрегатные защиты должны отключать магистральные насосные агрегаты по параметрам:

минимальное давление масла (при принудительной системе смазки);

максимальная температура подшипников агрегата и корпуса насоса;

повышенная утечка нефти через уплотнения;

минимальное избыточное давление в корпусе электродвигателя;

максимальная вибрация;

неисправность цепей управления и защит электродвигателя;

иным параметрам, предусмотренным технической документацией заводов-изготовителей.

Ряд защитных функций выполняется с помощью автоматической защиты, в том числе: отключение работающих магистральных насосных агрегатов; включение (или отключение) вспомогательных систем; сигнализация о возникновении повреждения.

В зависимости от параметра, по которому сработала защита, она должна осуществлять одновременное отключение всех работающих агрегатов; поочередное отключение работающих агрегатов, начиная с первого по потоку нефти.

Для защиты магистрального трубопровода и магистральных насосных агрегатов по давлениям на приеме НПС, на выходе насосов и выходе НПС должны, как правило, применяться две защиты по давлениям. Эти защиты настраиваются на разные значения по давлениям (предельное и аварийное) и обеспечивают взаимное дублирование.

Защиты по аварийным давлениям должны предусматривать одновременное отключение всех работающих магистральных насосных агрегатов. Защиты по предельным давлениям должны воздействовать на отключение одного агрегата. При повторном достижении предельного параметра должно осуществляться отключение следующего агрегата и т.д.

Уставка защиты по предельному давлению на выходе насосной должна устанавливаться выше, чем задание регулятору давления на выходе насосной в установившемся режиме (рабочего давления насосной) для обеспечения "зазора безопасности" при работе системы автоматического регулирования давления в допустимых пределах.

Разница уставок между защитами по предельному и аварийному давлению на выходе насосной должна обеспечивать селективность срабатывания защит.

Срабатывание автоматических защит по давлению на приеме насосной должно осуществляться с выбираемой (в пределах до 15 с) выдержкой времени, необходимой для исключения их срабатывания при прохождении воздушных пробок, запуске агрегатов, отключении агрегатов на соседних станциях и т.п. При отсутствии необходимого запаса по давлению допускается настройка датчиков защиты по давлению на приеме насосной на одинаковое значение давления и срабатывание защит с разными выдержками времени с интервалом 5 —8 с.

При отключении по параметрам, отклонение которых от нормы вызвано изменениями режима в трубопроводе или перегрузкой энергосистемы, должна предусматриваться возможность повторного дистанционного пуска насосных агрегатов из МДП или РДП после выяснения причины нарушения режима. Для общестанционных защит должен осуществляться запрет дистанционного пуска магистральных насосных агрегатов из МДП и РДП с возможностью снятия блокировки по месту (из операторной). Этот запрет не должен препятствовать управлению вспомогательными системами и задвижками подключения насосной к магистрали.

Функции управления должны предусматривать возможность управления НПС из операторной, МДП и РДП. При этом магистральные насосные агрегаты могут работать в автоматическом (при пуске из операторной, МДП или РДП), резервном, кнопочном и испытательном режимах.

Пуск магистральных насосных агрегатов может осуществляться на открытую (полностью), закрытую и открывающуюся задвижку.

Функции контроля заключаются в следующем: контроль за соответствием текущих значений основных технологических параметров значениям, предусмотренным правилам технической эксплуатации МН;

контроль за изменением состояния оборудования НПС, срабатывания защит, что должно сопровождаться звуковой и световой сигнализацией;

непрерывный мониторинг значений технологических параметров, параметров состояния оборудования.

АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА И УПРАВЛЕНИЕ МАГИСТРАЛЬНЫМИ НАСОСНЫМИ АГРЕГАТАМИ

Управление магистральными насосными агрегатами может осуществляться в следующих режимах:

автоматический, в котором пуск или остановка агрегата происходит по программе при получении соответствующей команды непосредственно из операторной, МДП или пункта управления более высокого уровня;

резервный, в котором осуществляется автоматическое включение данного агрегата при отключении из-за неисправности одного из работавших насосных агрегатов устройствами защиты работавшего агрегата. При переводе агрегата в "резервный" режим должна быть выполнена часть программы запуска, предшествующая включению масляного выключателя;

кнопочный, в котором управление каждым элементом агрегата выполняется по индивидуальным командам из операторной или по месту;

испытательный, в котором проводится проверка работы схемы управления агрегатом без включения масляного выключателя (или приводов всех элементов магистрального насосного агрегата).

В зависимости от пусковых характеристик электродвигателя, схемы электроснабжения и системы разгрузки уплотнений могут применяться различные программы пуска, отличающиеся положением задвижки на выходе насоса в момент пуска основного электродвигателя: на открытую (полностью) задвижку; на закрытую задвижку;

на открывающуюся задвижку (задвижка стронулась с закрытого положения или находится в промежуточном положении).

Программа пуска "на открытую задвижку" является предпочтительной, так как обеспечивает наименьшие динамические нагрузки в трубопроводной обвязке агрегата и наименьшие хлопки обратных клапанов, установленных на обводной линии насосов. Программу рекомендуется применять, если пусковые характеристики электродвигателя и схема электроснабжения рассчитаны на соответствующие пусковые режимы.

Программа пуска "на закрытую задвижку" применяется, если установленное электрооборудование не может обеспечить пуск на открытую задвижку.

Программа пуска "на открывающуюся задвижку" применяется, когда неприемлема программа "на открытую задвижку" и когда установленные у насоса задвижки имеют привод небольшой мощности и поэтому не могут быть открыты при перепаде давления, создаваемом насосным агрегатом при закрытой задвижке.

Программа автоматического отключения должна предусматривать остановку магистрального насосного агрегата, а также закрытие задвижек агрегата.

При срабатывании систем автоматической защиты магистральной насосной или магистрального насосного агрегата должна выполняться программа автоматического отключения магистральных насосных агрегатов, переведенных на автоматический и резервный режимы.

В схемах автоматики магистрального насосного агрегата рекомендуется предусматривать:

время задержки срабатывания защиты (по вибрации) на период переходного процесса при включении и отключении любого из магистральных насосных агрегатов (в пределах до 15 с);

прекращение программы пуска агрегата и остановку задвижек при получении команды на его отключение до завершения ранее выполнявшейся программы запуска;

отключение агрегата и выдачу аварийного сигнала при произвольном изменении положения любой из задвижек включенного агрегата, работающего в автоматическом или резервном режиме;

подачу команды на включение основного электродвигателя коротким импульсом длительностью 1 с;

постоянный контроль за исправностью цепей включения и отключения масляного выключателя;

перевод в другой режим управления без изменения состояния агрегата, если такое изменение не предусматривается при переводе в другой режим.

Для каждого магистрального насосного агрегата, кроме показывающих манометров, для контроля за давлением на приеме и выходе насоса следует устанавливать приборы контроля за давлением масла (при принудительной смазке), охлаждающей воды, а также кнопки аварийного отключения (при размещении насоса и электродвигателя в разных помещениях кнопки отключения устанавливают в обоих помещениях).

Аппаратура автоматики, устанавливаемая в операторной, может предусматривать:

сигнализацию состояния основного электродвигателя (включен, отключен) и параметров срабатывания автоматической защиты агрегата;

автоматическое управление агрегатом и перевод его в различные режимы работы;

измерение мощности, потребляемой электродвигателем (или силы тока), и длительности (в часах) работы агрегата;

контроль за температурой обмоток статора электродвигателя, подшипников насосного агрегата, охлаждающей воды (или воздуха), корпуса насоса, если это предусматривается документацией на агрегат.

Индикация состояния агрегата и режима его работы, наличия аварийного состояния осуществляется селективно, а остальную информацию допускается воспроизводить по вызову.