Оптимизация нагрева при добыче нефти

Канадские инженеры и нефтедобывающие компании модернизируют центры управления двигателями с целью обеспечения контроля и управления электрическими нагревателями.

Процессы добычи и химической переработки нефти отличаются большой сложностью. Особенно сложно вести эти процессы на севере Канады, где температура может изменяться от -50 до +36°С. Низкая температура может привести к замерзанию нефтепродукта в ходе его транспортировки. Нефтедобывающие компании, которые работают на севере Канады, и, по прогнозам, могут получить до 300 млрд. баррелей сырой нефти, полагаются на такие компании, как Bantrel Co., поскольку уверены в том, что их оборудование подготовки нефтепродуктов, в том числе системы сохранения тепла, будет соответствовать уровню задач.

Компания Bantrel уже более 2 5 лет занимается комплексным проектированием, управлением проектами, поставкой и монтажом оборудования для нефтяной, нефтехимической, газовой и энергетической промышленности. Компания интенсивно сотрудничает с предприятиями нефтедобывающей отрасли Канады, которые планируют вложить 100 млрд. канадских долларов в создание новых и модернизацию уже существующих производственных мощностей в ближайшие десятилетия.

Системы сохранения тепла включают два основных компонента: теплоизоляцию и системы нагрева для поддержания минимальной температуры в непроточных линиях с целью предохранения от замерзания или поддержания определенной вязкости. До недавнего времени наиболее предпочтительным средством нагрева считался пар, однако в последнее десятилетие идет переход на электрические нагреватели (ЭН), которые позволяют снизить эксплуатационные расходы.

Рассредоточенные проблемы

В оборудовании с ЭН обычно используются одно- или многоточечные микроконтроллеры, которые располагаются по всей территории завода и служат для измерения температуры и управления электронагревателями, прикрепленными к трубопроводам и резервуарам. Несмотря на то, что электрический нагрев по сравнению с паровым более экономичен, с ним связаны дополнительные риски.

Например, в системах электрического нагрева зачастую используется множество удаленных контроллеров, установленных в шкафу, с отдельными источниками питания. Это делает эксплуатацию таких систем чуть более опасной, поскольку развязка по цепи питания обычно происходит в другом месте. Помимо этого, в многоточечных схемах становится невозможной изоляция отдельного контроллера в случае его неисправности. Данная ситуация еще больше усложняется при вводе в эксплуатацию централизованных пунктов нагрева, в которых размещаются сотни контроллеров нагрева, переключающих мощности в несколько мегаватт.

Сотни контроллеров, установленных в пунктах электрического нагрева, коммутируют мощности в несколько мегаватт для обеспечения непрерывной работы канадских нефтепроводов

Компания Bantrel поставила перед собой задачу разработки новых систем контроля и управления электрическими нагревателями, которые были бы более безопасными, более надежными и экономически более выгодными по сравнению с уже существующими.

В первую очередь, необходимо было разработать стандартную систему нагрева для предприятий нефтедобывающей отрасли. Отказы систем электронагрева в последние годы привели к многомиллионным убыткам. Большое значение имеет совокупная стоимость владения, поскольку расходы на эксплуатацию систем ЭН составляют самую большую статью расходов на электрооборудование в нефтедобывающей отрасли. При модернизации существующих устройств управления и их переводе на управление электрическими нагревателями Bantrel сотрудничала с компанией Rockwell Automation.

Более эффективные управление и контроль

Ядром новой системы стала современная технология управления, включающая центр управления двигателем (МСС).

Allen Bradley 2100 IntelliCenter и ПЛК Allen Bradley Redundant ControlLogix. Термометры сопротивления (RTD), которые используются для измерения температуры в трубопроводах и резервуарах, подключаются к модулям ввода/вывода 1794 Flex. Эти модули, в свою очередь, подключаются к ПЛК ControlLogix через сеть ControllNet. Сеть DeviceNet используется в МСС для управления нагрузкой и для контроля системы.

В МСС применяются электронные реле перегрузки Е3 Plus. Для использования этих реле в устройствах электрического нагрева они были модернизированы. Цель модернизации — расширение возможностей контроля по одной фазе и повышение чувствительности к коротким замыканиям на "землю" до требуемых 20-100 мА.

Основным требованием была компактность. Поскольку МСС располагаются обычно в пунктах, которые находятся в центре технологической линии, они могут занимать достаточно большие площади, поэтому принцип "чем меньше -тем лучше" стал основным. Высота корпуса сменного блока Allen-Bradley 0.5SF составляет 15 см, что вдвое меньше, чем у конкурентов. Столь малый размер достигается за счет использования реле Е3 Plus и трехфазных контакторов Bulletin — 100С, рассчитанных на 30 А.

На территории нефтедобывающего предприятия могут быть установлены тысячи RTD, контролирующих температуру и перемещение нефтепродуктов, находящихся в трубопроводах и резервуарах. В новой системе не было возможности сократить их число, поскольку это снизило бы качество контроля и количество вариантов нагрева. Вместо этого усилия группы разработчиков были направлены на упрощение кабельных соединений термометров сопротивления.

Все оборудование имеет хорошую изоляцию, в том числе, и этот шкаф управления, который установлен там, где нефть может замерзнуть

Для сбора данных о температуре с RTD и передачи в ControlLogix, в Rockwell Automation разработали компактные шкафы, в которых размещены модули ввода RTD Flex I/O, позволяющие объединить до 120 датчиков в одном узле ControlNet. Один кабель ControlNet соединяет несколько шкафов ввода с RTD с центральной системой ControlLogix. Для поддержания температуры в заданном программой диапазоне система ControlLogix управляет блоками контакторов МСС через DeviceNet.

Трехфазные контакторы сконфигурированы так, что подключают три однофазные нагрузки электронагревателей в зависимости от режима потока и требований к температуре. Это позволило более эффективно использовать силовой кабель 1х4, направляемый через контактор на локальную распредели-

тельную коробку, в сравнении с кабелем 3х2, который требуется при традиционном одноточечном управлении электронагревателями.

Безопасность, надежность

Были отмечены различные преимущества.

Рентабельность — Bantrel и ее клиенты быстро окупили свои инвестиции за счет использования стандартных компонентов управления и снижения расходов на монтаж и установку новых электронагревателей. Сокращение проводных соединений силовых цепей и RTD более чем на одну треть позволило снизить долговременные расходы на техническое обслуживание системы.

Повышение безопасности — Низковольтные МСС сами по себе более надежны, чем обычные системы управления электрическими нагревателями, так как главное размыкающее устройство объединено с контакторным блоком. Кроме того, обычные системы управления электрическими нагревателями не обладают теми качествами безопасности, которые характерны для выдвижного армированного модуля управления МСС.

Повышение надежности — Традиционные системы подвержены сбоям, в то время как комбинация хорошо зарекомендовавших себя устройств ControlLogix и Flex I/O, использующихся в соединении с МСС для решения задач электронагрева, значительно повышает общую надежность системы.

Рост производительности — Благодаря передаче оперативных данных и диагностической информации через DeviceNet, рабочий и обслуживающий персонал своевременно получает полную информацию о работе системы и может точно локализовать аварийный участок.