Схемы автоматизированных установок для коммерческого учета нефти и нефтепродуктов (УУН)

Автоматизированные узлы оперативного и коммерческого учёта нефти

При учете нефти и нефтепродуктов измеряют:

- массу или объем нефти

- параметры качества (плотность, содержание балласта (воды, солей, механических примесей, серы), упругость паров и др).

Оперативный учет производят в пределах предприятия с целью оперативного контроля или оценки результатов производственной и хозяйственной деятельности отдельных подразделений.

Коммерческий учет — при операциях поставки-приемки (купли-продажи) нефти и нефтепродуктов между предприятиями-поставщиками (продавцами) и потребителями (покупа­телями).

При оперативном учете непосредственно предприятие устанавливает методы, технические средства и требования к точности измерений, а при коммерческом учете руководствуются стандартами, другими нормативными документами, принятыми в установленном порядке, и соглашениями сторон.

Схемы автоматизированных установок для коммерческого учета нефти и нефтепродуктов (УУН)

На рисунке 1 приведена обобщенная технологическая схема УУН. Обычно УУН располагают параллельно магистральному трубопроводу, на кото­ром между входом продукта в УУН и выходом из него устанавливают последовательно две задвижки для надежного перекрытия трубопровода. Между задвижками устанавливают клапан (вантуз) для контроля отсутствия протечек продукта через задвижки.

Технологическая схема УУН на каждом объекте может иметь свои особенности, но она во всех случаях содержит следующие основные блоки (узлы):

- блок измерительных линий (БИЛ),

- узел регулирования давления и расхода (УР),

- блок фильтров (БФ),

- блок контроля качества нефти или нефтепродуктов (БКН),

а также систему обработки информации (СОИ), поверочную установку (ПУ).

БИЛ — блок измерительных линий; БФ — блок фильтров; БКН — блок контроля качества; УР — узел регулирования давления и расхода; ТПУ — трубопоршневая поверочная установка; ПР — преобразователь расхода; ПРК — контрольный преобразователь расхода; ЗК — задвижки с устройством контроля протечек; Ф — фильтры; PJ — манометр; РТ — преобразователь давления, ТТ — преобразователь температуры; TJ — термометр; Др — преобразователь разности давлений; ПЗУ — пробозаборное устройство; СУ — сужающее устройство; ИФС — индикатор фазового состояния

Рисунок 1 - Технологическая схема УУН

Блок измерительных линий предназначен для преобразования расхода продукта в выходной сигнал и включает входной и выходной коллекторы, между которыми расположены рабочие и резервные измерительные линии. Каждую измерительную линию оснащают счетчиком или преобразователем расхода (турбинным или объемным) или датчиком (сенсором) массового расходомера (массомера) и при необходимости — прямыми участками, струевыпрямителями, в соответствии с требованиями эксплуатационной документации используемого средства измерения. Перед входом и на выходе измерительной линии устанавливают задвижки или краны, позволяющие включать их в работу и отключать. Каждая измерительная линия имеет выход с задвижкой ЗК2 для соединения с ПУ.

Одну из измерительных линий (называемую контрольной) используют для контроля метрологических характеристик преобразователей расхода на рабочих измерительных линиях. Контрольную измерительную линию можно использовать также в качестве резервной линии при отказе рабочей измери­тельной линии, для чего ее вход соединяют через задвижку 31 с входным коллектором. Каждую измерительную линию можно соединить последовательно с контрольной линией или с поверочной установкой. Для этого закрывают задвижку на выходе измерительной линии ЗК1 и открывают задвижку ЗК2. Для соединения с ТПУ, минуя контрольную линию, открывают задвижку ЗК5. При соединении измерительной линии с контрольной открывают задвижки ЗК3 и ЗК1-К.

Имеется возможность последовательного соединения измерительной линии с контрольной и ТПУ при открытых задвижках ЗК3, ЗК4 и закрытых ЗК1-К, ЗК5. Выход ТПУ соединяют или с выходным коллектором УУН или непосредственно с магистральным трубопроводом. В описанной схеме контрольная линия совмещена с резервной [2].

Узел регулирования (УР) давления и расхода проектируется в том случае, если необходимо поддерживать определенные значения давления и расхода продукта, и устанавливается на выходе УУН.

Конструкция измерительных линий определяется требованиями эксплуатационной документации используемых преобразователей. Например, измерительная линия с турбинным преобразователем (ТПР) должна иметь прямые участки до и после него, соответствующие следующим требованиям:

участок перед ТПР должен содержать струевыпрямитель, конструкция и размеры которого должны соответствовать данным;

участок после преобразователя должен иметь длину не менее 5 диаметров ТПР;

разница между внутренними диаметрами прямых участков и ТПР не должна превышать ±1 мм; несоосность всех элементов измерительной линии не должна превышать ±0,5 мм,

сварные швы должны быть зачищены, не рекомендуется производить какие-либо врезки на прямых участках.

Все измерительные линии должны быть оснащены манометрами и сливными (дренажными) клапанами, а контрольная линия — также преобразователем температуры, если предусматривается автоматическая обработка результатов поверки преобразователей, или патроном для стеклянного термометра с погрешностью не более 0,2 °С.

Блок фильтров предназначен для очистки продукта от грубых механических примесей, чтобы исключить засорение и поломку преобразователей расхода. Он должен включать не менее двух параллельных фильтров, пропускная способность каждого из которых не меньше пропускной способности рабочих измерительных линий БИЛ. Количество фильтров может быть больше двух, а суммарная пропускная способность их должна позволять отключать любой из фильтров для очистки без нарушения режима работы УУН. Контроль за состоянием фильтров производится по разности давлений между входным и выходным коллекторами блока БФ, которая измеряется дифманометром или при дистанционном контроле — при помощи преобразователя разности давлений.

До 1990-х годов на УУН было принято устанавливать фильтры на каждой измерительной линии перед преобразователем расхода. Но применение отдельного блока фильтров предпочтительнее, так как это позволяет уменьшить габариты и массу БИЛ, сократить количество фильтров и время на их очистку.

При установке на измерительных линиях используется 10 типоразмеров фильтров по условному диаметру (Ду 40...400 мм). При использовании блоков фильтров количество типоразмеров можно сократить до трех-четырех. Причем, можно использовать фильтры большего диаметра, чем диаметр измерительных линий, что при незначительном удорожании оборудования позволяет значительно увеличить промежуток времени между очистками фильтров.

Блок контроля качества нефти и нефтепродуктов — часть УУН, обычно выполненная в виде утепленного помещения (блок-бокса или шкафа), в котором размещаются средства измерения параметров качества продукта, пробоотборник и другие устройства. БКН устанавливается на байпасе основного трубопровода (коллектора) УУН, и через него проходит только часть потока продукта.

Состав и схема БКН зависят от типа применяемых преобразователей расхода и параметров качества продукта, которые необходимо измерять. Технологическая схема БКН для УУН с турбинными и объемными счетчиками, предназначенными для измерения массы продукта, плотности и отбора объединенной пробы, включает:

датчики плотности со встроенными датчиками температуры (1 или 2 шт.— по требованиям потребителя);

датчик давления;

показывающий манометр;

датчик температуры;

автоматический пробоотборник (1 или 2 шт.— по требованию потребителя);

индикатор (расхода) скорости продукта через БКН;

отводы и клапаны для подключения пикнометра;

вискозиметр — устанавливается в том случае, если в УУН используются ТПР с коррекцией по вязкости продукта;

циркуляционные насосы (1 или 2 шт.).

Кроме того, на узлах учета нефти в состав БКН могут входить такие анализаторы качества, как поточные влагомер, солемер, серомер, прибор для измерения объема свободного газа в нефти.

Два датчика плотности устанавливают для повышения надежности измерений. Датчики можно размещать как параллельно, так и последовательно. Предпочтительна симметричная параллельная установка, так как при этом уменьшаются гидравлические потери, обеспечиваются равномерное распределение потока через оба датчика и одинаковые результаты измерений. Путем сличения сигналов обоих датчиков осуществляют контроль за правильностью измерений и своевременно выявляют отказ датчиков.

ИР — индикатор скорости (расхода); ДП — датчик плотности; ПВ — преобразователь влагомера; ПА — пробоотборник автоматический; ПР — ручной отбор пробы; Н — циркуляционные насосы

Рисунок 2 - Схема БКН с циркуляционными насосами

К сожалению, в настоящее время надежные автоматические анализаторы качества нефти и нефтепродуктов отсутствуют, а имеющиеся анализаторы используют в основном как индикаторы. Параметры качества продукта определяют в лабораториях по отобранной объединенной пробе продукта. Для отбора такой пробы в БКН устанавливают автоматический пробоотборник, отбирающий пробы равными дозами через заданные доли объема или массы, проходящие через УУН.

УУН может быть оснащена либо стационарной ПУ, либо обслуживаться передвижной. Во втором случае УУН должна иметь подъездные пути, площадку для передвижной ПУ и позволять подключать и отключать ее.

В качестве ПУ могут использоваться трубопоршневые поверочные установки (ТПУ) и компакт-пруверы для поверки ТПР и объемных счетчиков или ТПУ в комплекте с рабочим эталоном плотности, или весовая поверочная установка для поверки массомеров в соответствии с действующими нормативными документами по поверке.

Система обработки информации — комплекс средств обработки информации, устройств ввода и вывода информации, устройств сопряжения, индикации и регистрации результатов, блоков питания и искрозащиты, вторичных приборов и вспомогательных устройств. Для обработки информации используются отечественные и импортные специализированные или общепромышленные вычислительные устройства, обеспечивающие выполнение заданных функций. Тип вычислительного устройства и конкретный состав системы обработки информации (СОИ) определяются выполняемыми функциями, типом используемых преобразователей расхода и средств измерений (СИ), входящих в УУН.

Метрологические характеристики УУН с учетом допускаемой относительной погрешности (%) по массе брутто ±0,25, массе нетто ±0,35:

Технологическую схему УУН с отдельной контрольной линией рекомендуется использовать в тех случаях, когда на контрольной измерительной линии используется другой тип преобразователя, отличный от преобразователя на рабочих линиях (например, на рабочих измерительных линиях используют турбинные преобразователи расхода, а на контрольной — объемный счетчик). В этом случае контрольная линия с входным коллектором не соединяется и не может быть использована как рабочая линия. Никаких особых требований к преобразователю расхода (счетчику) на контрольной измерительной линии не предъявляется. В качестве контрольного может использоваться любой преобразователь или счетчик. В некоторых случаях в качестве контрольного используют объемные счетчики из-за их более высокой стабильности показаний.

Если УУН оснащают стационарной поверочной установкой, то контрольная измерительная линия может отсутствовать (рисунок 3). Контрольную измерительную линию используют для того, чтобы уменьшить время работы и износ поверочной установки.

БФ — блок фильтров; БКН — блок контроля качества; УР — узел регулирования давления и расхода;

ПР — преобразователь расхода;

ЗК — задвижки с устройством контроля протечек;

СУ — сужающее устройство;

ТПУ — трубопоршневая установка

Рисунок 3 - Схема УУН без контрольной линии

БФ — блок фильтров;

БКН — блок контроля качества; УР — узел регули­рования давления и расхода; ТПУ — трубопоршневая поверочная установка;

ПР — преобразователь расхода;

ПРК — контрольный преобразователь расхода; . ЗК — задвижки с устройством контроля протечек;

PJ — манометр;

РТ — преобразователь давления; СУ — сужающее устройство;

TJ — термометр;

ТТ — преобразователь температуры

Рисунок 4 - Схема УУН для рассредоточенных объектов

Технологическую схему УУН разрабатывают с учетом особенностей измеряемого продукта и объекта, к которому привязывают УУН. Тип преоб­разователей расхода (счетчиков) выбирают с учетом вида, физических свойств продукта и режима работы УУН.

По применению различных типов счетчиков могут быть даны следующие общие рекомендации:

1) Турбинные счетчики малогабаритны, удобны в обслуживании, дешевы, но на их показания оказывают большое влияние вид продукта, расход и вязкость. Рекомендуется применять их в основном для учета однородных продуктов, вязкость которых в процессе эксплуатации может изменяться только в пределах, допустимых для данного типа счетчика. Если вязкость продукта изменяется в больших пределах, то турбинные счетчики применяют с коррекцией градуировочной характеристики по расходу и вязкости.

2) Объемные счетчики (ротационные, шестереночные и др.) можно применять для широкой номенклатуры продуктов. Их достоинством является стабильность метрологических характеристик, меньшая зависимость от вида продукта и вязкости. К недостаткам относятся их громоздкость, сложная конструкция и высокая стоимость.

3) Массовые счетчики (в основном кориолисового типа) наиболее универсальны и могут применяться для учета всех видов продуктов.

Общее число измерительных линий может быть от 1 до 10. Количество и диаметр рабочих измерительных линий определяют исходя из следующих соотношений. С учетом нижнего предела расхода продукта через УУН выбирают типоразмер преобразователя расхода. При этом расход через преобразователь принимают равным 60 % от его пропускной способности. Затем делением верхнего предела расхода через УУН на принятый расход определяют число рабочих измерительных линий. Если размер преобразователя известен, то количество линий определяют сразу, исходя из верхнего предела расхода через УУН. Число резервных измерительных линий выбирают с учетом надежности преобразователей, режима работы УУН, возможности быстрой замены отказавшего преобразователя, поверки и включения в работу вновь установлен­ного преобразователя и других факторов. Число резервных измерительных линий может составлять 30-50 % от числа рабочих.