Работа вычислителей УВП‑280А.01(Б.01) в составе систем измерения количества нефти (СИКН)

Система измерения количества и показателей качества нефти (СИКН) предназначена для автоматизированного измерения массы (объема) нефти и нефтепродуктов, а также для определения их качественных параметров. Основная область применения СИКН на основе вычислителей УВП‑280 – это узлы оперативного учета сырой нефти. Важное преимущество СИКН на основе вычислителей УВП‑280 – значительно меньшая стоимость вычислителя по сравнению с отечественными и особенно зарубежными аналогами при наличии тех же функциональных возможностей.

Измеряемыми средами СИКН являются как сырая нефть, состоящая из нефти, растворенного газа, пластовой воды (от 0 до 80 %), солей, механических примесей и остаточного после сепарации свободного газа, так и товарная нефть (по ГОСТ Р 51858). В состав СИКН, построенной на основе вычислителей, входят следующие средства измерения:
- вычислитель УВП‑280А.01 (УВП‑280Б.01); - массовые или объемные преобразователи расхода (от 6 до 24);
- датчики избыточного давления (от 6 до 24);
- датчики температуры (от 6 до 24);
- поточный плотномер;
- поточный анализатор влагосодержания.
Количество преобразователей зависит от конкретной конфигурации системы и ограничено числом входов, которыми снабжен вычислитель конкретной модификации
В СИКН может входить от 1 до 10 измерительных линий, но, как правило, бывает от одной до четырех и одна линия измерения качества нефти.
Общая погрешность СИКН при измерении массы нефти определяется по формулам, законодательно закрепленным в следующих документах:
- п.5.8 ГОСТ 8.595‑2004 «Масса нефти и нефтепродуктов. Общие требования к методикам выполнения измерений» (далее по тексту – ГОСТ 8.595) – для товарной нефти;
- п.7 МИ 2693‑2001 «Порядок проведения коммерческого учета сырой нефти на нефтедобывающих предприятиях. Основные положения» (далее по тексту – МИ 2693) – для сырой нефти.

Упрощенная структурная схе‑ ма варианта построения СИКН на базе вычислителя УВП‑280 приве‑ дена на рис. 1.

Перечислим основные функции, выполняемые вычислителем УВП‑280 в системе измерения количества нефти:
- обработка сигналов от датчиков расхода, давления, температуры, плотности, влагосодержания по каждой измерительной линии и каждому блоку измерения показателей качества нефти (БИК); контроль, вычисление и индикация вычисленных значений учетных параметров;
- вычисление значений расхода и количества нефти брутто и нетто по каждой измерительной линии и узлу учета нефти в целом;
- формирование сигналов нештатных ситуаций;
- формирование и печать архивов входных и вычисленных параметров по всем измерительным линиям, архивов нештатных ситуаций, архивов действий операторов;
- формирование и печать архивов входных и вычисленных параметров по всем измерительным линиям, архивов нештатных ситуаций, архивов действий операторов;
- обеспечение ввода градуировочных характеристик преобразователей расхода;
- управление автоматическим пробоотборником;
- контроль метрологических характеристик преобразователей расхода по эталонному преобразователю расхода;
- автоматический переход на ре‑ зервный датчик в случае отказа основного или на константное значение;
- обеспечение передачи информации при работе с системами верхнего уровня по стандартным протоколам обмена (Modbus RTU, Modbus TCP).
Теперь рассмотрим эти функ‑ ции подробнее.

Входные сигналы, полученные от датчиков со стандартным токовым выходом 4–20 мА, термопреобразователей сопротивления, а также датчиков с частотным и импульсным выходом, преобразуются вычислителем УВП‑280 в цифровые значения в соответствии с введенными в него паспортными данными каждого датчика
Для преобразователей расхода дополнительно может выполняться вычисление К‑фактора (коэффициента преобразования). При этом исходной информацией для вычислителя являются рабочая частота расходомера и таблица, состоящая максимум из 6 точек. Рабочее значение коэффициента преобразования УВП‑280 вычисляет с помощью линейной интерполяции из двух соседних точек таблицы. При выходе рабочей частоты за границы табличных частот принимается значение К‑фактора крайней ближайшей точки таблицы.

Плотность нефти вычисляется с помощью косвенного метода измерений. Данный метод может применяться при двух вариантах СИКН: с установленным в блок измерения показателей качества нефти (БИК) поточным плотномером или без него.
Если в БИК установлен поточ‑ ный плотномер типа Solartron 7835, при вычислении плотности нефти исходной информацией для вычислителя являются значения рабочей частоты поточного плотномера, температуры и избыточного давления преобразователей, находящихся в непосредственной близости от поточного плотномера в линии блока измерения. Вычислитель преобразует значение периода времени выходного частотного сигнала в значение плотности.
Результатом вычислений является значение плотности в условиях БИК. Формулы и коэффициенты плотномера принимаются из его сертификата поверки. Кроме плотномера Solartron 7835 можно подключить плотномер с выходом 4–20 мА, а также задать плотность условно‑постоянной константой.
После определения плотности в условиях БИК выполняется расчет плотности в блоке измерительных линий (БИЛ) при рабочих условиях. Для товарной нефти – без учета значения влагосодержания. Для сырой нефти – с учетом значения влагосодержания
После определения значения плотности в условиях БИК производится вычисление плотности обезвоженной нефти в стандартных условиях. Исходной информацией на данном этапе вычислений являются значения плотности в условиях БИК, температуры и давления в линии БИК, температуры и давления стандартных условий, объемная доля воды в нефти в линии БИК. По умолчанию стандартные условия – это избыточное давление, равное 0 кПа, и температура, равная 15 °C. Возможно задание значения температуры для стандартных условий 20 °C.
Следующим этапом является вычисление плотности при рабочих условиях в каждой рабочей измерительной линии.
Исходной информацией на данном этапе вычислений являются значения плотности обезвоженной нефти в стандартных условиях, температуры и давления в рабочей линии, температуры и давления стандартных условий, объемная доля воды в нефти. В системе без поточного плотномера в качестве исходного значения плотности в стандартных условиях принимается условно‑постоянная величина – плотность нефти в стандартных условиях, измеренная лабораторным методом.
При прямом методе измерений для вычисления массы нефти плотность не требуется. При этом плотность в рабочих условиях, как правило, измеряется непосредственно массовым расходомером и может передаваться в вычислитель по цифровому протоколу или в виде аналогового сигнала 4–20 мА. Это значение плотности может использоваться для вычисления объема нефти и вычисления влагосодержания при отсутствии влагомера.

Для формирования периодических отчетов производится средневзвешенное вычисление температуры и давления по каждой рабочей линии. Для всей СИКН вычисляются средневзвешенные значения температуры в БИК, давления в БИК, влагосодержания.
При использовании объемных счетчиков расхода взвешивание параметров производится по объему брутто, при использовании массомеров – по массе брутто.

Обслуживающий персонал имеет возможность просмотреть информацию как на самом вычислителе, так и на ПК, к которому он подключен.
В вычислителе информация выводится на графический индикатор с разрешением 128 × 64 пикселя. Зайдя в меню с помощью 8‑кнопочной клавиатуры, можно просмотреть текущие (расход, количество брутто/нетто, давление температура, плотность) и архивные (минутный, часовой, двухчасовой и суточный архивы) параметры по всем трубопроводам, а также выбрать режимы для проведения диагностики, поверки и других процедур, связанных с техническим обслуживанием вычислителя.
К компьютеру вычислитель подключается через порты связи USB, Ethernet, RS‑485 или RS‑232. При подключении ПК через порт USB используется программа локального пульта, входящая в комплект поставки. При подключении через порт Ethernet используется стандартный веб‑браузер или протокол Modbus TCP. Порты RS‑232 и RS‑485 применяются для работы вычислителя в SCADA‑системе по протоколам XML, XML‑DA и Modbus RTU.
С помощью вычислителя УВП‑280 на верхний уровень передается полный набор текущих и архивных данных (архивы исходных и расчетных параметров, архив нештатных ситуаций, архив действий операторов), доступных на момент формирования отчета
Описание конфигурации и параметров системы измерения количества нефти в вычислителе УВП‑280 выполняется как с помощью программы локального пульта, так и с использованием стандартного веб‑браузера. При описании задаются параметры каждого трубопровода БИЛ или БИК.

В вычислителе выполняется описание логических входов. В описание логического входа каждого датчика вносятся паспортные данные прибора и его подключение к физическим входам вычислителя. После этого описываются трубопроводы БИК и БИЛ. Описания трубопроводов отличаются в основном наличием (или отсутствием) поточного плотномера и наличием (или отсутствием) расходомера.
Далее описывается конфигурация системы СИКН в целом.
Затем задаются параметры нефти. Влагосодержание нефти может определяться с помощью поточного влагомера, задаваться условно‑постоянной константой или вычис‑ляться через плотность нефти в рабочих условиях.
В случае возникновения неисправности первичного датчика возможно переключение на резервный прибор. Для этого в описании соответствующего логического входа в строке «Резервный вход» необходимо задать ссылку на логический вход, описывающий подключение резервного датчика или задающий условно‑постоянное значение.

Выводимые с вычислителя отчетные формы могут формироваться с задаваемым интервалом: минутным, часовым, двухчасовым или суточным.
Набор отображаемых параметров в трубопроводах (БИЛ и БИК) совпадает для различных временных интервалов и содержит следующие данные:
- средневзвешенные значения температуры, давления, влагосодержания, плотности (взвешиваются по массе/объему для датчика массового/ объемного расхода соответственно); при массе/объеме, равном за отчетный период нулю, параметры не выводятся;
- объем брутто, масса брутто, масса нетто (накопленные значения счетчиков и разность значений счетчиков за отчетный период);
- время штатной и нештатной работы.

В режиме КМХ ПР выполняется контроль работы измерительной линии путем сравнения показаний преобразователя расхода этой линии с показаниями преобразователя расхода контрольной линии. Для этого контрольная линия включается последовательно с контролируемой измерительной линией.
В вычислителе контрольная линия описывается как обычная измерительная.
Для выполнения контроля метрологических характеристик описывается условный трубопровод. Описание включает ссылку на контрольный и контролируемый трубопроводы. В описании этого условного трубопровода задается количество импульсов, отсчитываемое с выхода преобразователя расхода контрольного трубопровода после команды «Старт контроля». Задание количества импульсов и команда «Старт контроля» выполняются с компьютера с помощью программы ЛП и браузера
По команде «Старт контроля» вычислитель отсчитывает заданное количество импульсов с выхода преобразователя расхода контрольного трубопровода и по достижении этого количества фиксирует получен‑ ный контрольный период. За этот же период параллельно вычислитель выполняет подсчет импульсов по контролируемому преобразователю и накапливает средневзвешен‑ ные по расходу значения температуры и давления по контрольному и контролируемому трубопроводам
Для массовых преобразователей расхода полученное количество импульсов по контрольной и контролируемой измерительным линиям соответствует измеренной массе с учетом весов импульсов.
Для объемных преобразователей расхода пересчет объема по контрольной и контролируемой измерительным линиям в массу выполняется с учетом описания этих линий.

Все технологические параметры: расходы (в линиях, по узлу учета, в БИК), температура и давление в линиях и БИК, плотность в линиях при условиях измерения объема и плотность при условиях БИК, влагосодержание в БИК, перепад давления на фильтре – имеют два уровня предупредительных сообщений:
- при выходе контролируемого параметра за верхнее или нижнее значение номинального диапазона;
- при выходе контролируемого параметра за верхнее или нижнее значение уставки.
Сигнал оповещения о выбранной нештатной ситуации может выдаваться на один из выходов (ALARM1, ALARM2) или на оба этих выхода одновременно. К выходам ALARM1 и ALARM2 можно подключить устройства световой и звуковой сигнализации для сообщения о возникновении нештатных ситуаций на трубопроводах.
Подключив к вычислителю GSM‑модем, можно организовать рассылку СМС‑оповещений, позволяющую передавать аварийные или информационные сообщения шести абонентам GSM‑сети.
Вычислитель способен управлять пробоотборником. Импульс амплитудой 24 В формируется с постоянным временным интервалом, задаваемым оператором. Период следования импульсов не чаще одного раза в секунду, длительность импульса и общее число импульсов – конфигурируемые параметры.
Кроме СИКН, вычислители УВП‑280, разработанные СКБ «Промавтоматика», могут использоваться в других узлах коммерческого учета. Устройства имеют свидетельство об утверждении типа средств измерений (номер в Госреестре 53503‑13).