СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ И АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА Российский патент 2021 года по МПК F17D5/00 

Область техники, к которой относится изобретение.

Данное изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано на трубопроводах в качестве централизованной системы автоматических защит от превышения давления, обеспечивающей безаварийность технологического процесса транспортировки нефти или нефтепродуктов.

В данном описании используются следующие сокращения:

АРМ - автоматизированное рабочее место

ДП - диспетчерский пункт

ЕСУ - единая система управления

ЕСДУ - единая система диспетчерского управления

ЛВС - локальная вычислительная сеть

ЛТМ - линейная телемеханика

ЛЧ - линейная часть

МН - магистральный нефтепровод

МНА - магистральный насосный агрегат

МНПП - магистральный нефтепродуктопровод

МНС - магистральная насосная станция

МТ - магистральный трубопровод

НПС - нефтеперекачивающая станция

ОСТ - организация системы «Транснефть»

ПС - перекачивающая станция

ПТК - программно-технический комплекс

РДП - районный диспетчерский пункт

РП - резервуарный парк

СА - система автоматизации

САУ - система автоматизации управления

СДКУ - система диспетчерского контроля и управления

СКР - система контроля режимов

СКСВ - система контроля за сейсмическими воздействиями

СОУ - система обнаружения утечек

СТМ - станционная телемеханика

ТДП - территориальный диспетчерский пункт

ТУ - технологический участок

ЦДП - центральный диспетчерский пункт

ЦСПА - централизованная система автоматических защит

В данном описании используются следующие понятия:

Сервер (англ. server) - электронное устройство, выполняющий сервисные функции по запросу клиента, предоставляя ему доступ к определенным ресурсам. В целях настоящего описания рассматривается сервер, имеющий постоянное подключение к объединенной сети, которая может передавать данные на сервер с клиентских устройств. Сервер может обрабатывать эти данные и передавать результат обработки обратно на клиентское устройство.

Объединенная сеть, а также все соединения между всеми модулями и блоками включают в себя различные топологии, конфигурации и компоновки компонентов межсетевого соединения, выполненные с возможностью соединять между собой корпоративные, глобальные и локальные вычислительные сети, и включает в себя, без ограничения, традиционные проводные, беспроводные, спутниковые, оптические и эквивалентные сетевые технологии.

Модуль - это то же, что и вычислительный модуль - это модуль сервера, который представляет собой микропроцессор, специально приспособленный для обработки сигналов.

База данных или модуль хранения базы данных - это модуль сервера, в котором хранятся данные, соответствующие данному модулю данные, который может быть выполнен как накопитель на жестком магнитном диске, или как флэш-память (flash memory), которая относится к полупроводникам электрически перепрограммируемой памяти. При этом некоторые модули могут быть объединены в отдельных реализациях. Например, разные базы данных могут храниться в одном модуле памяти.

Уровень техники.

В настоящее время существуют ЦСПА, позволяющие выполнять комплексный анализ параметров перекачки по трубопроводу с целью своевременного обнаружения нештатных и аварийных ситуаций, а также выполняющие функции автоматического управления процессом по полной остановке перекачки по магистральному трубопроводу в аварийной ситуации.

Из уровня техники известна система автоматизированного управления и автоматической защиты магистрального трубопровода, включающая в себя сервер системы диспетчерского контроля и управления, имеющий резервный модуль сервера системы диспетчерского контроля и управления, соединенный посредством объединенной сети с автоматизированным рабочим местом оператора, а также, соединенный посредством объединенной сети с удаленными модулями автоматики магистрального трубопровода (патент на изобретение №2588330, дата публикации 27.06.2016).

Данная система является наиболее близкой по технической сути и достигаемому техническому результату и выбрана за прототип предлагаемого изобретения как системы.

Недостатком этого прототипа также является невозможность настройки автоматического, то есть без участия оперативного персонала, перевода процесса из аварийного и/или предаварийного режима на безопасный режим с пониженной производительностью перекачки нефти. Другим недостатком системы является невозможность автоматизированного, то есть по нажатию одной кнопки, перевода процесса между режимами. Все это не выполняется автоматически и подвержено влиянию человеческого фактора на процессы диспетчерского управления и контроля транспортировки нефти или нефтепродуктов по трубопроводам.

Раскрытие изобретения.

Настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить систему автоматизированного управления и автоматической защиты магистрального трубопровода, включающую в себя сервер системы диспетчерского контроля и управления, имеющий резервный модуль сервера системы диспетчерского контроля и управления, соединенный посредством объединенной сети с автоматизированным рабочим местом оператора, а также соединенный посредством объединенной сети с удаленными модулями автоматики магистрального трубопровода, позволяющую, по меньшей мере, сгладить, как минимум, один из указанных выше недостатков, а именно возможность настройки автоматического, то есть без участия оперативного персонала, перевода процесса из аварийного и/или предаварийного режима на безопасный режим с пониженной производительностью перекачки нефти, а также автоматизированного, то есть по нажатию одной кнопки, перевода процесса между режимами, что обеспечивает снижение влияния человеческого фактора на процессы диспетчерского управления и контроля транспортировки нефти или нефтепродуктов по трубопроводам, что и является поставленной задачей.

Для достижения этой цели система, включающая в себя сервер системы диспетчерского контроля и управления, имеющий резервный модуль сервера системы диспетчерского контроля и управления, соединенный посредством объединенной сети с автоматизированным рабочим местом оператора, а также соединенный посредством объединенной сети с удаленными модулями автоматики магистрального трубопровода, дополнительно содержит сервер автоматического управления магистрального трубопровода, соединенный посредством объединенной сети с сервером системы диспетчерского контроля и управления, при этом сервер автоматического управления магистрального трубопровода включает в себя модуль хранения набора заранее выбранных режимов работы трубопровода, модуль хранения набора заранее рассчитанных переходов между режимами работы трубопровода, модуль контроля технологического процесса перекачки нефти, модуль автоматического определения готовности технологического оборудования к переходу между режимами, модуль автоматического формирования команд переключения между режимами из модуля хранения набора заранее выбранных режимов работы трубопровода либо из модуля хранения набора заранее рассчитанных переходов между режимами работы трубопровода, модуль автоматического формирования команд аварийной остановки нефтеперекачивающих станций.

Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность выбирать заранее режимы работы трубопровода и вносить их параметры в базу данных; производить заранее хранение набора заранее рассчитанных переходов между режимами работы трубопровода, производить автоматически контроль технологического процесса перекачки нефти, производить контроль технологического процесса перекачки нефти, производить автоматическое определения готовности технологического оборудования к переходу между режимами, выполнять автоматическое формирование команд аварийной остановки нефтеперекачивающих станций, осуществлять автоматическое формирование команд переключения между режимами из модуля хранения набора заранее выбранных режимов работы трубопровода либо из модуля хранения набора заранее рассчитанных переходов между режимами работы трубопровода. Все это и возможность настройки автоматического, то есть без участия оперативного персонала, перевода процесса из аварийного и/или предаварийного режима на безопасный режим с пониженной производительностью перекачки нефти, а также автоматизированного, то есть по нажатию одной кнопки, перевода процесса между режимами, что обеспечивает снижение влияния человеческого фактора на процессы диспетчерского управления и контроля транспортировки нефти или нефтепродуктов по трубопроводам

Существует преимущественный вариант исполнения данной системы, при котором сервер автоматического управления магистрального трубопровода имеет резервный модуль сервера автоматического управления магистрального трубопровода.

Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность автоматического резервирования данных сервера автоматического управления магистрального трубопровода.

Существует еще один вариант исполнения данной системы, при котором сервер автоматического управления магистрального трубопровода соединен посредством объединенной сети с автоматизированным рабочим местом администратора.

Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность дополнительно передавать данные и получать из с автоматизированного рабочего места администратора.

Существует также вариант исполнения данной системы, при котором сервер автоматического управления магистрального трубопровода соединен посредством объединенной сети с автоматизированным рабочим местом мониторинга и диагностики.

Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность дополнительно передавать данные и получать из с автоматизированного рабочего места мониторинга и диагностики.

Совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения неизвестна из уровня техники для способов аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения в отношении способа. Кроме того, данное решение неочевидно для специалиста в данной области.

Краткое описание чертежей.

Другие отличительные признаки и преимущества данного изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:

- фигура 1 изображает функциональную схему системы автоматизированного управления и автоматической защиты магистрального трубопровода, согласно изобретению,

- фигура 2 изображает этапы работы системы, согласно изобретению.

На фигуре 1 обозначены:

1 - Резервный ДП

2 - Смежные ДП

3 - ЦДП

4 - ПТК САУ МН

5 - АРМ САУ МН

6 - Сервер САУ МН

7 - Подсистема представления данных

8 - ЛВС основного ДП

9 - АРМ мониторинга и диагностики

10 - АРМ администратора

11 - Смежные системы (системы, определяющие аварийные ситуации на ТУ МН и выдающие сигнал на аварийную остановку, исполняемую САУ МН)

12 - АРМ СДКУ

13 - Сервер СДКУ

14 - Резервный модуль сервера автоматического управления магистрального трубопровода (Система резервного копирования).

15 - Подсистема хранения исторических данных

16 - Подсистема обеспечения единого времени

17 - СТМ

18 - ЛТМ

Согласно фигуре 1 система автоматизированного управления и автоматической защиты магистрального трубопровода включает в себя сервер системы диспетчерского контроля и управления 13, имеющий резервный модуль сервера системы диспетчерского контроля и управления 14, соединенный посредством объединенной сети с автоматизированным рабочим местом оператора 12, а также соединенный посредством объединенной сети с удаленными модулями автоматики магистрального трубопровода. На фигуре 1 не показаны.

Система включает сервер автоматического управления магистрального трубопровода 6, соединенный посредством объединенной сети с сервером системы диспетчерского контроля и управления 13, при этом сервер автоматического управления магистрального трубопровода 6 включает в себя:

61 - модуль хранения набора заранее выбранных режимов работы трубопровода,

62 - модуль хранения набора заранее рассчитанных переходов между режимами работы трубопровода,

63 - модуль контроля технологического процесса перекачки нефти,

64 - модуль автоматического определения готовности технологического оборудования к переходу между режимами,

65 - модуль автоматического формирования команд переключения между режимами из модуля хранения набора заранее выбранных режимов работы трубопровода либо из модуля хранения набора заранее рассчитанных переходов между режимами работы трубопровода,

66 - модуль автоматического формирования команд аварийной остановки нефтеперекачивающих станций.

Опционально сервер автоматического управления магистрального трубопровода 6 имеет резервный модуль сервера автоматического управления магистрального трубопровода 14.

Опционально сервер автоматического управления магистрального трубопровода соединен посредством объединенной сети с автоматизированным рабочим местом мониторинга и диагностики 9.

Опционально сервер автоматического управления магистрального трубопровода 6 может быть соединен посредством объединенной сети с автоматизированным рабочим местом администратора 10.

Осуществление изобретения.

Система автоматизированного управления и автоматической защиты магистрального трубопровода работает следующим образом. Приведем наиболее исчерпывающий пример реализации изобретения. Имея в виду, что данный пример не ограничивает применения изобретения.

Согласно фигуре 2:

Этап А1. САУ МН осуществляет контроль возникновения аварийных ситуаций в трубопроводе на основе оперативных данных, полученных от сервера ввода-вывода СДКУ/ ЕСДУ, аналогично ЦСПА, и при наличии аварийной ситуации выполняет автоматическую остановку технологического участка трубопровода посредством выдачи в сервер ввода-вывода СДКУ/ ЕСДУ команд аварийной остановки нефтеперекачивающих станций аналогично ЦСПА.

Этап А2. Дополнительно САУ МН осуществляет контроль технологического процесса перекачки нефти (режима работы трубопровода) на основе сравнения набора заранее заданных значений с оперативными данными, полученных от сервера ввода-вывода СДКУ/ ЕСДУ. Каждый отдельный такой набор соответствует одному режиму работы трубопровода, полный перечень таких наборов составляет карту режимов работы трубопровода. При несоответствии текущего состояния трубопровода любому набору САУ МН выбирает наиболее подходящий к текущему состоянию набор работы трубопровода и автоматически составляет алгоритм перехода на режим, соответствующий выбранному набору, и выполняет его путем подачи команд управления в сервер ввода-вывода СДКУ/ ЕСДУ.

Этап А3. Дополнительно САУ МН осуществляет управление технологическим процессом перекачки нефти (изменение режима работы трубопровода) путем подачи команд управления в сервер ввода-вывода СДКУ/ ЕСДУ по заранее заданному алгоритму. Каждый отдельный алгоритм соответствует переходу из одного режима работы трубопровода в другой. Перед выполнением алгоритма САУ МН выполняет контроль готовности трубопровода к выполнению алгоритма на основе готовности каждой технологической установки к выполнению каждой технологической операции, предусмотренной алгоритмом. Готовность технологической установки к выполнению технологической операции формируется на уровне системы автоматизации нижнего уровня и передается через сервер ввода-вывода СДКУ/ ЕСДУ.

Последовательность этапов является примерной и позволяет переставлять, убавлять, добавлять или производить некоторые операции одновременно.

Промышленная применимость.

Предлагаемая система автоматизированного управления и автоматической защиты магистрального трубопровода может быть осуществлена специалистом на практике и при осуществлении обеспечивают реализацию заявленного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения.

В соответствии с предложенным изобретением изготовлен опытный образец системы автоматизированного управления и автоматической защиты магистрального трубопровода.

Опытный образец САУ МН развернут в АО «Транснефть-Верхняя Волга» и выполняет управление и обеспечивает защиту пяти ТУ МН общей протяженностью 1637 км и имеющих в своем составе 20 НПС. Проведены приемочные испытания и опытная эксплуатация на действующем производстве. Опытный образец САУ МН принят в промышленную эксплуатацию.

Испытания опытного образца системы автоматизированного управления и автоматической защиты магистрального трубопровода показали, что она обеспечивает возможность настройки автоматического, то есть без участия оперативного персонала, перевода процесса из аварийного и/или предаварийного режима на безопасный режим с пониженной производительностью перекачки нефти, а также автоматизированного, то есть по нажатию одной кнопки, перевода процесса между режимами, что обеспечивает снижение влияния человеческого фактора на процессы диспетчерского управления и контроля транспортировки нефти или нефтепродуктов по трубопроводам.

Эффект от применение данного изобретения может состоит в:

- повышении надежности и безопасности технологического процесса транспортировки нефти или нефтепродуктов по трубопроводам;

- сокращении трудозатрат на обеспечение диспетчерского управления и контроля транспортировки нефти или нефтепродуктов по трубопроводам;

- снижении влияния человеческого фактора на процессы диспетчерского управления и контроля транспортировки нефти или нефтепродуктов по трубопроводам.

- исключение работы трубопровода на нештатных режимах.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано на трубопроводах в качестве централизованной системы автоматических защит от превышения давления, обеспечивающей безаварийность технологического процесса транспортировки нефти или нефтепродуктов. Система включает сервер автоматического управления магистрального трубопровода, соединенный посредством объединенной сети с сервером системы диспетчерского контроля и управления, при этом сервер автоматического управления магистрального трубопровода включает в себя модуль хранения набора заранее выбранных режимов работы трубопровода, модуль хранения набора заранее рассчитанных переходов между режимами работы трубопровода, модуль контроля технологического процесса перекачки нефти, модуль автоматического определения готовности технологического оборудования к переходу между режимами, модуль автоматического формирования команд переключения между режимами из модуля хранения набора заранее выбранных режимов работы трубопровода либо из модуля хранения набора заранее рассчитанных переходов между режимами работы трубопровода, модуль автоматического формирования команд аварийной остановки нефтеперекачивающих станций. Технический результат - возможность настройки автоматического, то есть без участия оперативного персонала, перевода процесса из аварийного и/или предаварийного режима на безопасный режим с пониженной производительностью перекачки нефти, а также автоматизированного, то есть по нажатию одной кнопки, перевода процесса между режимами, что обеспечивает снижение влияния человеческого фактора на процессы диспетчерского управления и контроля транспортировки нефти или нефтепродуктов по трубопроводам. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система автоматизированного управления и автоматической защиты магистрального трубопровода, включающая в себя сервер системы диспетчерского контроля и управления, имеющий резервный модуль сервера системы диспетчерского контроля и управления, соединенный посредством объединенной сети с автоматизированным рабочим местом оператора, а также соединенный посредством объединенной сети с удаленными модулями автоматики магистрального трубопровода, отличающаяся тем, что система включает сервер автоматического управления магистрального трубопровода, соединенный посредством объединенной сети с сервером системы диспетчерского контроля и управления, при этом сервер автоматического управления магистрального трубопровода включает в себя:

• модуль хранения набора заранее выбранных режимов работы трубопровода,

• модуль хранения набора заранее рассчитанных переходов между режимами работы трубопровода,

• модуль контроля технологического процесса перекачки нефти,

• модуль автоматического определения готовности технологического оборудования к переходу между режимами,

• модуль автоматического формирования команд переключения между режимами из модуля хранения набора заранее выбранных режимов работы трубопровода либо из модуля хранения набора заранее рассчитанных переходов между режимами работы трубопровода,

• модуль автоматического формирования команд аварийной остановки нефтеперекачивающих станций.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что сервер автоматического управления магистрального трубопровода имеет резервный модуль сервера автоматического управления магистрального трубопровода.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что сервер автоматического управления магистрального трубопровода соединен посредством объединенной сети с автоматизированным рабочим местом администратора.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что сервер автоматического управления магистрального трубопровода соединен посредством объединенной сети с автоматизированным рабочим местом мониторинга и диагностики.