Устройство для автоматического управления процессом обессоливания нефти Советский патент 1989 года по МПК B01D17/00 

Изобретение относится к технике автоматического управления процессом обессоливания нефти в отстойном аппарате и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности на стадии подготовки нефти.

Цель изобретения - улучшение качества выходного продукта за счет повы шения точности регулирования, а также уменьшение себестоимости нефти за счет экономии дорогостоящего химического реагента.

На фиг. 1 представлена функцио- нальная схема системы управления .расходом химреагента, подаваемого в отстойный аппарат; на фиг, 2 - структурная схема функционального преобразователя; на фиг. 3 - временные диаграммы, иллюстрирующие последовательность генерации синхроимпульсов; на фиг. 4 - схема пульта управления.

Устройство (фиг.1) содержит датчик 1 расхода сырой нефти, поступаю- щей в отстойник 2, соединенный через аналого-цифровой преобразователь 3 с первыми входами блока 4 умножения, вторые входы которого соединены с выходом регистра 5 хранения постоянного коэффициента, а выходы соединены с первым входом сумматора 6, вторые входы которого соединены с выходами функционального преобразователя 7, а выход соединен через цифро- аналоговый преобразователь 8 с пер- вым входом элемента 9 сравнения, второй вход которого соединен с выходом датчика 10 расхода химического реагента (химреагента), а выход - с входом регулятора 11, связанного через исполнительный механизм 12 с задвижкой. Анализатор 13 солености готовой нефти соединен с первым входом первого сумматора 14,второй вход которого соединен с информационным вы- ходом пульта 15 управления, а выход - с первым входом второго сумматора 16, выход которого соединен с входом функционального преобразователя 7 и с информационным входом регистра 17 хранения данных. Задающий генератор 18 соединен с входом двоичного счетчика 19, выход которого соединен через одновибратор 20, вентиль И 21 и одновибратор 22 с первым входом распределителя 23 импульсов .

Функциональный преобразователь (фиг.2) содержит многовходовую схему

0

5 5 0 5 0 5

НЕ-И 24, инверторы 25 и 26, вентиль И 27, мультиплексор 28 и регистры. 29 и 30. При этом один из входов схемы НЕ-И 24 является также входом элемента НЕ 25, а его выход соединен с входом инвертора 26 и с первым адресным входом мультиплексора 28. Выходы инверторов 25 и 26 являются входами вентиля И 27, выход которого соединен с вторым адресным входом мультиплексора 28, третий адресный вход которого соединен с линией знакового разряда числа, поступающего на вход схемы НЕ-И 24, устройство (фиг.1) снабжено связями 31-47, а функциональный преобразователь (фиг,2,2) снабжен связями 48-50.

Пульт 15 (фиг.4) содержит переключатель для задания требуемого значения солености нефти и имеет соответственно входы 51-66 и выходы 67-82 (позиции 55-62 и 71-78 не обозначены).

На выходах 67-82 будут сигналы логической 1, если соответствующие входы 51-66 будут соединены с зем7 лей (общий контакт) с помощью переключателя . Шестнадцатиразрядное двоичное число на выходе инверторного регистра рассматривается как целое и отрицательное (поскольку задание по солености должно поступать в сумматор 14 со знаком минус - старший разряд знаковый). Выходы 67-82 микросхем 1155ЛАЗ соединены непосредственно с вторыми входами сумматора 14. Сигналы управления для инверторного регистра не требуются, так как заданное переключателем значение солености нефти постоянно находится на выходах 67-82 (фиг.4). Занесение заданного значения в сумматор 14 производится третьим импульсом распределителя 23, поступающим по линии 36.

Регистры 5, 29 и 30 собраны на микросхемах К155ЛАЗ (фиг.4). Входы 51-66 этих регистров соединены постоянно с землей или шиной питания +5 В через резисторы (в зависимости от того, какой логический сигнал требуется на конкретном выходе 1 или О). Благодаря использованию такой простой схемы для регистров 5, 29 и 30 сигналы управления не требуются. Выходной код регистра 5 постоянно присутствует на выходах 67-82 и записывается в блок 4 умноже

ния синхроимпульсом, поступающим по линии 46 из распределителя 23,

Выходные коды регистров 29 и 30 также постоянно присутствуют на информационных входах мультиплексора 28. Однако на выход мультиплексора 28 пропускается код, который определяется комбинацией адресных сигналов на входах 48-50,

Устройство работает следующим образом.

После включения устройства срабатывает схема генерации импульса Сброс, которая находится в пульте 15 управления. Импульс Сброс поступает по линии 31 и в двоичный счетчик 19 и устанавливается его в нулевое состояние. На вход задающего генератора 18, представляющего собой усилитель-ограничитель, поступают синусоидальные колебания частотой 50 Гц от сети питания. Выходом задающего генератора являются положительные прямоугольные импульсы (меандр) частотой 50 Гц (период 20 мс) амплитудой 3 В. Эти импульсы поступают на вход шестнадцатиразрядного двоичного счетчика 19. Анализатор 13 солености регистрирует показание солености нефти на выходе аппарата каждые 20 мин.

Чтобы получить промежуток времени, равный 20 мин, на вход счетчика необходимо подать 60000 импульсов.

Шестнадцатиразрядный счетчик позволяет получить максимальный коэффициент пересчета 65535. Для получения коэффициента пересчета 60000 введены обратные связи, переводящие счетчик в нуль по приходу 60000-го импульса,

После прихода 60000-го импульса счетчик 19 устанавливается в нулевое состояние, а на его выходе формирует ся положительный импульс длительностью 15 мс, который запускает одно- вибратор 20 и устанавливает в единичное состояние первый D-триггер распределителя 23 импульсов. После этого счетчик 19 снова начинает счет до 60000. Выходной импульс одновиб- ратора 20 длительностью 265 мс поступает на первый вход вентиля И 21, на второй вход которого подаются им- пульсы от задающего генератора, поступающие по линии 32, которые запускают одновибратор 22, генерирующий короткий импульс длительностью

0

0

5

0

0,5 мс на каждый импульс генератора 18 (фиг.З), Эти импульсы поступают в распределитель 23 импульсов по линии 33 в качестве импульсов переклю- чения.По приходу первого импульса от одновибратора 22 на выходе 34 распреде- I лителя 23 импульсов появляется импульс,который вызывает обнуление цифрового комбинационного сумматора 14.Вто- рой импульс, поступающий по линии 35, вызывает занесение в сумматор 14 значения солености готовой нефти, поступающее от анализатора 13, а третий 5 импульс, поступающий по линии 36, вызывает занесение в сумматор 14 заданного значения S5о,А солености нефти со знаком минус, поступающее из пульта 15 управления, В результате на выходе сумматора 14 получается ошибка поддержания заданной солености нефти. Пересылка данных между цифровыми блоками осуществляется по шестнадцатиразрядным шинам, которые изображены на фиг. 1 двойными линиями, а синхронизирующие и аналоговые сигналы передаются по обычным одинарным линиям.

В предлагаемом устройстве мини- мализируется квадратичный критерий

качества управления

Т

S(s3ldA

Kdt,

(1)

где S За

значение солености нефти на выходе аппарата в текущий момент времени, измеряемое анализатором солености;

заданное по технологическому регламенту значение солености нефти на выходе аппарата, поступающее с пульта управления; (О, т) - заданный интервал времени.

Так как устройство автоматического управления реализовано на цифровых элементах, в предлагаемом устройстве используется критерий качества I в дискретной форме

1 I(s Зад

)

(2)

где 1 номер шага измерения солености нефти; S-- значение солености нефти на

i-м шаге измерения. Необходимым условием минимума функции вляется равенство нулю ее первой производной.

Условием минимума функционала качества 2) является

dl л V АС- grads 2.

Р

dS

2 (5; - 33ыА) . (3)

В предлагаемом устройстве исследуется знак градиента функции 1.Если grad , то функция I возрастает, т.е. отклонение солености нефти от заданного значения уменьшается.

Таким образом, коррекция расхода химреагента осуществляется в зависимости от знака градиента функции I.

10

29 и 30 для хранения значений /JG и - ЛСхр .

Значение градиента со знаком поступает на вход схемы НЕ-И 24, на выходе которой формируется сигнал логической 1, если градиент равен

ь

нулю. Знаковый разряд подается отдельно на элемент-НЕ 25, на выходе которого будет 1, если число положительное. Однако самого знакового разряда недостаточно для подтверждения наличия ненулевого положительного числа. Поэтому выходной сигнал

Выражение (3) реализуется с помо- «г схемы НЕ-И 24 подается дополнительно

щью сумматора 16 и регистра 17 храна элемент НЕ 26, на выходе которого будет 1, если градиент не равен нулю. Таким образом, на выходе вентиля И 27 будет сигнал 1, если градиент больше нуля. Если градиент отрицательный, то об этом свидетельствует единица в знаковом разряде. На адресных входах мультиплексора 28, к которому подключены линии 48- 50, возможны следующие комбинации сигналов:

нения промежуточного результата. Сумматор 16 сбрасывается в нуль четвертым сигналом, поступающим по линии 37 от распределителя 23,

Значение ошибки солености нефти поступает по шине 40 на первый информационный вход комбинационного сумматора 16 и заносится в него пятым синхроимпульсом, поступающим по ли- нии 38 от распределителя 13. На второй информационный вход сумматора 16 поступает с выхода сдвигового регистра 1 7 предыдущие значение суммы (3), которое заносится в сумматор 16 шестым синхроимпульсом, поступающим по линии 39 от распределителя 23., Значение градиента функционала качества поступает с выхода сумматора 16 с соответствующим знаком на вход регистра 17, в который оно за- писывается седьмым синхроимпульсом распределителя 23, поступающим по линии 41. Так как в дальнейшем используется только знак градиента, то умножать сумму (3) на два нет необходимости,

Значение градиента функционала качества поступает также на вход функционального преобразователя 7, который работает следующим образом. Если на его вход поступает положительное значение градиента (функция I возрастает), то на выходе будет положительное приращение расхода хим

реагента ( ДСКр). Если на вход блока 7 поступает отрицательное значение, то на его выходе формируется нулевой сигнал.

Функциональный преобразователь 7 содержит схему НЕ-И 24 (на вентилях НЕ-И), элементы НЕ 25 и 26, вентиль И 27, мультиплексор 28 и регистры

29 и 30 для хранения значений /JG и - ЛСхр .

Значение градиента со знаком поступает на вход схемы НЕ-И 24, на выходе которой формируется сигнал логической 1, если градиент равен

ь

нулю. Знаковый разряд подается отдельно на элемент-НЕ 25, на выходе которого будет 1, если число по

на элемент НЕ 26, на выходе которого будет 1, если градиент не равен нулю. Таким образом, на выходе вентиля И 27 будет сигнал 1, если градиент больше нуля. Если градиент отрицательный, то об этом свидетельствует единица в знаковом разряде. На адресных входах мультиплексора 28, к которому подключены линии 48- 50, возможны следующие комбинации сигналов:

100 если

010 если ЬО;

001 если 1X0,

Эти комбинации используются для выбора требуемого выходного сигнала мультиплексора 28. Если на адресных входах 48-50 мультиплексора 28 комбинация сигналов 100, то на его.выходе формируется нулевое значение, Если 010, то на выход мультиплексора 28 передается положительное приращение расхода химреагента из регистра 29, если на адресных входах 001, то на выход передается отрицательное приращение расхода химреагента из регистра 30,

С выхода функционального преобра5

0

зователя 7 значение UG

Р

с соответствующим знаком поступает на второй вход сумматора 6, на первый вход которого поступает сигнал, равный заданному значению расхода химреагента с выхода блока 4 умножения t

Сумматор 6 синхронизируется сигналами от распределителя 23 (вось- ,мой, девятый и десятый синхроимпуль- сы5 . На первый вход блока 4 умножения подается через АЦП 3 сигнал G и 5 от датчика 1 расхода сырой нефти, подаваемой в отстойник 2,

В блоке 4 умножения сигнал G H умножается на коэффициент пропорциональности К, который подается на i второй вход умножителя 4 из регистра 5, Умно житель 4 синхронизируется одиннадцатым, двенадцатым и тринадцатым синхроимпульсами, поступающими по линиям-45-47 от распределителя 23. Коэффициент пропорциональности К подбирается в процессе настройки всего устройства.

С выхода сумматора 6 на ЦАП 8 поступает цифровой код, значение которого равно G и uGxf К G H

ЦАП 8 преобразует этот код в аналоговый сигнал, который подается на первый вход элемента 9 сравнения, на второй вход которого подается сигнал G е от датчика 10 текущего расхода химреагента. С выхода элемента 9 сравнения сигнал ошибки

. тек

- (Gxp ± 4Gxp) - G5aft(

) поступает на вход регулятора 11, который выдает управляющий сигнал на исполнительный механизм 12, связанный с задвижкой на линии подачи химического реагента.

В предлагаемом устройстве повышается на 8-10% точность управления процессом подготовки нефти так как управление расходом химреагента осущ ществляется не по косвенному показателю (вязкости), а непосредственно по качественному показателю (солености) нефти. Это приводит к улучшению качества подготавливаемой нефти.

В связи с тем, что в предлагаемом устройстве осуществляется коррекция по расходу химреагента в зависимости от величины и знака градиента функционала качества (квадрата отклонения солености нефти от заданного значения) по солености, существенно повышается оперативность управления процессом. Это приводит к уменьшению технологической себестомости процесса за счет экономии дорогостоящего химреагента.

Формула изобретения

Устройство для автоматического управления процессом обессоливания нефти, содержащее датчик и регулятор расхода химического реагента, датчик расхода сырой нефти, о т- личающееся тем, что, с целью уменьшения себестоимости процесса подготовки и улучшения качества нефти, в его состав дополнительно

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

введены анализатор солености, первый, второй и третий сумматоры, пульт управления, функциональный преобразователь, блок умножения, первый и второй запоминающие регистры, задающий генератор, двоичный счетчик, первый и второй одновибратор, вентиль И распределитель импульсов, аналого- цифровой и цифроаналоговый преобразователи,при этом выход анализатора солености нефти соединен с первыми i входами первого сумматора, вторые входы которого соединены с выходами соответствующих контактов переключателей пульта управления, третьи входы первого сумматора соединены с первыми выходами распределителя им-- пульсов, выходы первого сумматора соединены с первыми входами.второго сумматора, вторые входы которого Соединены с выходами первого запоминающего регистра, третьи выходы соединены с вторыми выходами распределителя импульсов, выходы второго, сумматора соединены с первыми входами первого запоминающего регистра и функционального преобразователя, выходы которого соединены с первыми входами третьего сумматора, вторые входы которого соединены с третьими выходами распределителя импульсов, третьи входы третьего сумматора соединены с выходами блока умножения,- первые входы которого соединены с четвертыми выходами распределителя импульсов, пятый выход которого соединен с вторым входом первого запоминающего регистра,, вторые входы блока умножения соединены с выходами второго запоминающего регистра, а третьи входы - с выходами аналого- цифрового преобразователя, вход которого соединен с выходом датчика расхода сырой нефти, выходы третьего сумматора соединены с входами цифроана- логового преобразователя, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом датчика расхода химического реагента, выход элемента сравнения соединен через регулятор с входом исполнительного механизма подачи химического реагента, выход задающего генератора соединен с первым входом вентиля И и двочного счетчика соответственно, второй вход которого соединен с выходом задания солености нефти пульта управления, выход двоичного счетчика соединен с первым

9. 1473795Ю

входом распределителя импульсов и вентиля И, выход которого через входом первого одновибратора, выход рой одновибратор соединен с цторым которого соединен с вторым входом входом распределителя импульсов.

Изобретение относится к технике автоматического управления процессом обессоливания нефти в отстойном аппарате и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности на стадии первичной подготовки нефти. Целью изобретения является уменьшение себестоимости процесса подготовки нефти и улучшение качества нефти.В состав устройства для автоматического управления процессом обессолива ния нефти входят, датчик 1 расхода, отстойник 2, аналого-цифровой преобразователь 3, блок 4 умножения, регистр 5 хранения настоящего коэффициента, сумматор 6, функциональный преобразователь 7, цифроаналоговый преобразователь 8, элемент 9 сравнения, датчик 10 расхода химического реагента, регулятор 11, исполнительный механизм 12, анализатор 13 солености готовой нефти, сумматор 14, пульт 15 управления, сумматор 16, регистр 17 хранения данных, задающий генератор 18, двоичный счетчик 19, одновибратор 20, вентиль 21, одновибратор 22 и распределитель 23 импульсов. 4 ил.

зд

гч

Знаковый разряд

74 Л Л

ад

50

7УЛ

Фие.2.

jjnM)j

Фие.