Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Классификация и сравнительная оценка характеристик КР УУН 12
1.1 Обобщенная схема КР УУН 12
1.2 Классификация КР УУН 13
1.3 Сравнительная оценка характеристик КР УУН 15
1.4 Основные результаты и выводы по главе 1 29
Глава 2. Разработка структурных схем внутренней организации КР УУН и исследование их характеристик надежности 30
2.1 Обоснование математического аппарата исследования 30
2.2 Разработка структурных схем внутренней организации КР УУН 38
2.2.1 КР УУН с цельной внутренней структурой, основанной на МС 39
2.2.2 КР УУН с цельной внутренней структурой, основанной на ОМЭВМ 43
2.2.3 КР УУН с отдельной платой ввода/вывода и внутренней структурой, основанной на МС 48
2.2.4 КР УУН с отдельной платой ввода/вывода и внутренней структурой, основанной на ОМЭВМ 52
2.2.5 КР УУН с отдельной платой ввода/вывода, содержащей МС обработки данных, и внутренней структурой, основанной на МС 57
2.2.6 КР УУН с отдельной платой ввода/вывода, содержащей ОМЭВМ обработки данных, и внутренней структурой, основанной на ОМЭВМ 59
Основные результаты и выводы по главе 2 62
Глава 3. Разработка улучшенной схемы взаимодействия КР УУН и анализ ее надежности 64
3.1 Анализ надежности классической схемы взаимодействия КР УУН 64
3.2 Разработка улучшенной схемы и алгоритма взаимодействия КР УУН 67
3.3 Анализ надежности улучшенной схемы взаимодействия КР УУН 70
3.4 Сравнительный анализ надежности классической и улучшенной схем взаимодействия КР УУН с резервированием отдельных элементов 82
3.5 Разработка требований к интерфейсу связи для КР УУН 99
3.6 Анализ существующих интерфейсов на соответствие разработанным требованиям 103
3.7 Разработка оригинального протокола обмена данных для приборного интерфейса КР УУН 119
Основные результаты и выводы по главе 3 123
Глава 4 Исследование и компенсация влияния вязкости на коэффициент преобразования ТПР 125
4.1 Исследование влияния вязкости на коэффициент преобразования ТПР 125
4.2 Компенсация влияния вязкости на коэффициент преобразования ТПР 141
Основные результаты и выводы по главе 4 152
Основные результаты и выводы работы 153
Список использованной литературы 156
Приложение 162
- Сравнительная оценка характеристик КР УУН
- Разработка структурных схем внутренней организации КР УУН
- Сравнительный анализ надежности классической и улучшенной схем взаимодействия КР УУН с резервированием отдельных элементов
- Компенсация влияния вязкости на коэффициент преобразования ТПР
Введение к работе
Актуальность темы работы. Эффективность системы учета нефти играет немаловажную роль в процессе ее пути от скважины к потребителю. И здесь возникает проблема потерь как количественных, так и качественных. В настоящее время допустимая ГОСТом погрешность измерений массы нетто нефти и нефтепродуктов составляет 0,1-0,4%. Однако при многократном учете одних и тех же партий нефти в системе трубопроводов от промысла до реализации суммарная погрешность может достигать 2-3%. По некоторым оценкам, ежегодные потери в стране только из-за погрешностей измерений составляют в денежном выражении до 1,5 миллиардов долларов, а потери бюджета от таких погрешностей сопоставимы с крупными доходными статьями. Решением этой проблемы может стать внедрение и модернизация на узлах учета системы измерения количества и качества нефти.
УУН входит в состав технологического оборудования цеха переработки и перекачки нефти и является конечным звеном в цепи добычи и подготовки нефти. УУН определяет количество и качественные показатели товарной нефти, поставляемой в магистральные нефтепроводы. Коммерческий УУН является средством измерения, аттестованным Госстандартом России для ведения товарно-коммерческих операций. Каждый узел имеет свой индивидуальный номер и утверждённую соответствующими органами методику выполнения измерений, внесённую в государственный реестр средств измерения.
В соответствии с требованиями по проектированию коммерческих УУН, установленными в 70-е годы, УУН состоит из блока измерительных линий, блока контроля качества, блока трубопоршневой установки и системы обработки информации. В архитектуре построения технологической части узла, в частности блока измерительных линий, с тех пор ничего не требовало изменений, независимо от того какие преобразователи расхода устанавливались на измерительных линиях. Блок измерительных линий содержит две и более измерительных линий для оптимизации условий учета и возможности резервирования для проведения работ по техническому обслуживанию УУН при его эксплуатации. Основные изменения имели место в части системы обработки информации, что с одной стороны обуславливалось растущими требованиями к точности и надежности, а с другой стороны развитием электронной промышленности.
КР УУН выступают в роли основной части СОИ УУН. Они должны принимать сигналы от различных датчиков физических величин (температуры, давления, плотности, расхода нефти) и вычислять массу и объем откаченной нефти за определенный период времени. Вторичное оборудования УУН должно характеризоваться высокой надежностью и точностью, поэтому при разработке новых и реконструкции действующих УУН необходимо оснащать их современными КР с повышенными показателями надежности и точности. В настоящее время существует ряд как зарубежных, так и отечественных разработок, которые в принципе реализуют одни и те же функции, но существенно отличаются по своему строению. Однако ни один из этих приборов не отвечает современным требованиям в полной мере. Основными недостатками существующих разработок являются: использование значений введенных по умолчанию в случае выхода из строя датчиков температуры или давления; отсутствие возможности определения метрологического отказа датчика; отсутствие коррекции по вязкости; избыточные элементы.
Автором предложены оригинальные программные и схемотехнические решения построения КР, позволяющие устранить данные недостатки и повысить надежность всего вторичного оборудования УУН в целом. КР рассматривается с применением системного подхода: с одной стороны как составная часть вторичного оборудования УУН со всеми внешними связями, а с другой стороны как промышленный контроллер, содержащий набор микросхем и микромодулей, связанных друг с другом внутренними интерфейсами. Также проведены эксперименты по исследованию влияния вязкости на коэффициент преобразования (К-фактор) турбинного преобразователя расхода (ТПР). По результатам исследований предложен метод повышения точности КР с помощью коррекции К-фактора по вязкости.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка и исследование контроллера расхода с повышенными показателями надежности и точности на основе предложенных автором принципов организации внутренней структуры КР и построения схемы взаимодействия вторичного оборудования УУН.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
1. Проведен сравнительный анализ существующих КР УУН и сформулированы современные требования к ним.
2. Исследованы существующие структурные схемы КР с точки зрения надежности, и выявлены их основные недостатки. Предложены разработанные структурные схемы позволяющие повысить надежность КР УУН.
3. Разработан новый подход к построению схем взаимодействия вторичного оборудования УУН.
4. Создан последовательный протокол передачи данных для реализации связи друг с другом КР УУН.
5. Проведены эксперименты по исследованию влияния вязкости на коэффициент преобразования ТПР. Предложен метод повышения точности КР с помощью коррекции К-фактора по вязкости.
Методы исследований. Для решения поставленных задач и достижения намеченной цели были использованы методы системного подхода, элементы теории вероятности и оценки надежности, а также методы и средства современной вычислительной техники.
Научная новизна. Научная новизна результатов заключена в следующем: 1. Систематизирована информация по существующим КР, дана их оригинальная классификация, и показано, что ни один из них не отвечает современным требованиям в полной мере.
2. Разработаны структурные схемы КР на основе замещения нескольких микропроцессорных систем (МС), связывающихся друг с другом по параллельной шине, набором однокристальных микроЭВМ (ОМЭВМ), связывающихся друг с другом по последовательному интерфейсу.
3. Разработан новый подход к построению схем взаимодействия вторичного оборудования УУН, основанный на введении дополнительной связи между всеми КР. Данная связь позволила не только повысить надежности оборудования УУН, но и сделала возможным обнаружение метрологического отказа датчика или измерительного канала.
4. Предложен метод повышения точности КР на 0,01-0,05% с помощью введения дополнительного коэффициента коррекции К-фактора по вязкости. Выявлено, что данный коэффициент зависит не только от вязкости нефти, но и от текущего расхода через 11 IP.
Практическая ценность и реализация результатов.
1. Создан последовательный протокол передачи данных для реализации связи друг с другом КР УУН и разработано его программное обеспечение для ОМЭВМ.
2. Разработан алгоритм расчета поправочного коэффициента по вязкости для текущих значений вязкости нефти и расхода через ТПР.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Обобщенная схема КР. Классификация существующих КР согласно различным признакам. Современные требования, предъявляемые к КР, и результаты сравнительного анализа существующих разработок на соответствие этим требованиям. 2, Результаты исследования надежности КР с классической структурой внутренней организации.
3. Новые структурные схемы КР, основанные на замещении нескольких МС, связывающихся друг с другом по параллельной шине, набором ОМЭВМ, связывающихся друг с другом по последовательному интерфейсу. Результаты исследования надежности КР с новой структурной организацией.
4, Новый подход к построению схем взаимодействия вторичного оборудования УУН, основанный на введении дополнительной связи между всеми КР.
5. Результаты исследования влияния вязкости на коэффициент преобразования ТПР. Метод повышения точности КР с помощью коррекцииК-фактора по вязкости.
Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 8 печатных работ, из которых 4 статьи, 1 свидетельство об официальной регистрации программы, 1 патент на полезную модель.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из перечня сокращений, введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы составляет 176 страниц, в том числе 25 таблиц, 52 рисунка.
Структура и содержание работы.
Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и основные задачи, приведены результаты, выносимые на защиту, указана их научная новизна и практическая ценность.
В первой главе представлена классификация КР УУН согласно следующим признакам: тип преобразователя расхода, возможность управления запорной арматурой, тип устройства хранения информации, организация структуры КР УУН. Приведена сравнительная оценка характеристик следующих КР УУН: ИВК «Октопус» фирмы «ИМС» Россия; "Geoflo2" и "SyberTrol" фирмы "Smith" США; "ROC407" фирмы "Fisher" США; "OMNI 6000" фирмы "OMNI" CllIA;"Solartron 7951" фирмы "Solartron" Великобритания. Приводится обобщенная схема и анализ структурной организации КР УУН. На основе проведенных исследований были сделаны выводы относительно дальнейших путей развития КР УУН, определены основные требования и сформулированы задачи исследования.
Во второй главе приведено обоснование математического аппарата исследования. Для расчетов параметров надежности удобно использовать структурно-логические схемы надежности, которые графически отображают взаимосвязь элементов и их влияние на работоспособность системы в целом. Структурно - логическая схема представляет собой совокупность ранее выделенных элементов, соединенных друг с другом последовательно или параллельно. Критерием для определения вида соединения элементов (последовательного или параллельного) при построении схемы является влияние их отказа на работоспособность системы в целом.
КР рассматривается как промышленный контроллер, содержащий набор микросхем и микромодулей, связанных друг с другом внутренними интерфейсами. Безотказной работой КР считается осуществление учета откаченной нефти с погрешностью, не превышающей максимальное допустимое значение. В структурных схемах КР УУН содержаться практически одни и те же элементы, таким образом, надежность КР в значительной степени зависит от организации внутренней структуры.
Рассматривается 3 вида организации внутренней структуры КР: КР с цельной структурой; КР с отдельной платой ввода/вывода; КР с отдельной платой ввода/вывода, содержащей блок обработки данных. В настоящее время цифровая части КР УУН в основном строится на основе нескольких мощных МС. Автором предложены структурные схема КР УУН основанные на однокристальных микро-ЭВМ (ОМЭВМ). У данных схем нет основного звена, каждый элемент выполняет свою особую функцию. Вместо мощных МС используются ОМЭВМ (микроконтроллеры), что и позволило разбить задачу управления и обработки данных на ряд более простых задач.
В третьей главе КР рассматривается как составная часть вторичного оборудования УУН. Представлена функциональная схема взаимодействия КР с другим оборудованием УУН, которая наиболее часто используется при построении УУН. На основе данной схемы разработана структурно-логическая схема надежности измерительной линии. Приведен расчет вероятности безотказной работы КР для одной измерительной линии. Предложен новый подход к построению вторичного оборудования УУН, основанный на реализации двусторонней связи между всеми КР. Разработана оригинальная функциональная схема взаимодействия КР друг с другом и оборудованием УУН. На основе данной схемы разработана структурно-логическая схема надежности измерительной линии и приведен расчет вероятности безотказной работы КР для одной измерительной линии. Показано, что реализации двусторонней связи между всеми КР существенно увеличивает надежность оборудования УУН и позволяет выявлять метрологические отказы полевого оборудования. Для реализации связи между КР УУН был разработан и зарегистрирован последовательный протокол передачи данных для КР УУН.
В четвертой главе приводятся экспериментальные данные по влиянию вязкости нефти на коэффициент преобразования ТПР, и предлагается метод повышения точности КР с помощью введения поправочного коэффициента по вязкости. Выявлено, что поправочный коэффициент по вязкости зависит не только от вязкости нефти, но и от текущего расхода через ТПР. Разработан алгоритм расчета поправочного коэффициента по вязкости для текущих значений вязкости нефти и расхода через ТПР. Экспериментально подтверждено, что введение коррекции по вязкости уменьшает относительную ошибку определения К-фактора на 0,01 - 0,05%.
В приложении приведен литстинг программы связи между КР УУН для однокристальной микро-ЭВМ.
Сравнительная оценка характеристик КР УУН
В настоящее время в России одними из наиболее используемых КР УУН являются: ИВК «Октопус» фирмы «ИМС» Россия; "Geoflo2" и "SyberTrol" фирмы "Smith" США; "ROC407" фирмы "Fisher" США; "Solartron 7951" фирмы "Solartron" Великобритания. Рассмотрим основные характеристики информационно вычислительного комплекса (ИВК) «Октопус» фирмы «ИМС». В состав ИВК «Октопус» входят: устройство сопряжения с объектом (УСО) и компьютер, совместимый с IBM PC в промышленном корпусе, с монитором, клавиатурой, манипулятором «мышь» и прикладным программным обеспечением. УСО предназначено для приема аналоговых, импульсных, частотных и дискретных сигналов с первичных преобразователей УУН и передачи полученной информации на компьютер верхнего уровня для последующего расчета параметров количества и качества перекачиваемой нефти. В состав УСО входят: модуль центрального процессора и АЦП; модуль обработки импульсных и частотных сигналов; модуль обработки сигналов; модуль приема и выработки дискретных сигналов; кросс-плата с источниками питания. Модуль центрального процессора предназначен для обработки входных аналоговых сигналов преобразователей давления, температуры, вязкости и т.д., установленных в измерительных линиях и блоке качества нефти, а также для управления всеми модулями, входящими в состав УСО, по заданной программе. Модуль обработки импульсных и частотных сигналов предназначен для подсчета количества импульсов в единицу времени одновременно с восьми турбинных преобразователей расхода нефти, измерения периода от четырех преобразователей плотности, а также формирования сигнала прерывания программы для считывания измеренных параметров по всем каналам и передачи информационного пакета на компьютер верхнего уровня. Периодичность считывания и передачи данных - один раз в секунду.
Модуль обработки сигналов поверки предназначен для подсчета количества входных импульсов и импульсов их заполнения в промежутки времени между срабатыванием детекторов методом двойной хронометрии для расчета коэффициента преобразования с требуемой точностью. Модуль приема и выработки дискретных сигналов предназначен для программно-управляемой выработки дискретных сигналов управления запорной арматурой, пробоотборниками и т.д., и приема ответных сигналов о корректном завершении операции. Конструктивно УСО располагается внутри персонального компьютера в промышленном исполнении и имеет с ним связь по изолированному интерфейсу RS-232. Скорость обмена информацией между УСО и компьютером составляет 57600 бод. Принцип работы ИВК "ОКТОПУС" заключается в том, что при включении питания и загрузке рабочей программы, УСО автоматически начинает ежесекундную передачу информационных пакетов в компьютер верхнего уровня для расчета количества и качества перекачиваемой нефти в режиме реального времени. ИВК "ОКТОПУС" является единственным из рассматриваемых КР УУН с хранением информации на жестком диске компьютера [47]. Возможность работы, как с турбинными преобразователями расхода, так и с массомерами. Формирование, хранение и распечатка учетно-расчетной информации (в том числе и двухчасовых отчетов) без взаимодействия с дополнительным компьютером верхнего уровня. Достаточно низкая цена. Недостатки ИВК «Октопус»: Информация обрабатывается и хранится на жестком диске компьютера, что резко снижает надежность устройства. Передача информации с ИВК "ОКТОГТУС" на компьютер верхнего уровня осуществляется по интерфейсу RS-232, что ограничивает их удаленность друг от друга. Рассмотрим основные характеристика КР УУН "Geoflo2" фирмы "Smith". "Geoflo2" представляет собой прибор и спроектированный для непрерывного вычисления и визуального отображения объемных и массовых расходов жидких нефтяных продуктов при одновременном обеспечении управления расходом для операций по дозированию. Данный КР УУН включает интерфейс для дистанционной связи, средства контроля температуры, давления, плотности, управления циклом процесса и функции печати отчета совместно с возможностью аналогового и импульсного выхода на дистанционное оборудование. Такие данные о продукте, как коэффициенты сжимаемости под давлением, принадлежность к той или иной группе продуктов по классификации АНИ (Американского нефтяного института), плотности и факторы счетчика, характеризующие до шести различных продуктов, могут быть введены непосредственно с передней панели и сохранены в постоянной памяти. Заданная информация о подаче до трех партий может быть предварительно запрограммирована в "Geoflo2". Управление потоком осуществляется посредством прямого соединения с клапаном регулирования потока или с регулятором дозировки. Прибор обеспечивает двухступенчатое линейное прерывание конца цикла загрузки, предотвращая, таким образом, сотрясения (гидроудары) в трубопроводе. Также программируемым является управление потоком путем превышения давления подпора.
Разработка структурных схем внутренней организации КР УУН
Рассмотрим КР УУН как промышленный контроллер, содержащий набор микросхем и микромодулей, связанных друг с другом внутренними интерфейсами. Безотказной работой КР УУН считается осуществление учета откаченной нефти с погрешностью, не превышающей максимальное допустимое значение. В данной главе не учитываются вероятности отказов периферийных микросхем, так как отказы такого типа рассматриваются в 3 главе. На рисунке 2.1 представлена характерная схема КР УУН с цельной внутренней структурой, основанной на МС. Основными элементами данной схемы являются 3 микропроцессорные системы: МС ввода/вывода, МС обработки данных (супервизор), МС внешних интерфейсов. к/га&иатара МС ввода/вывода осуществляет связь между периферийными микросхемами ввода/вывода и МС обработки данных. По сигналу от супервизора, по параллельной шине МС ввода/вывода опрашивает требуемую периферийную микросхему, и передает полученные данные в МС обработки данных. МС обработки данных является главным элементом данной структуры. Основными задачами, которые решает супервизор являются: математическая обработка полученных данных; вывод требуемых параметров в МС внешних интерфейсов; обмен данными с ППЗУ. МС внешних интерфейсов предназначена для: получения информации от МС обработки данных, преобразования ее в форму подходящую для индикации и вывод на многострочный буквенно-цифровой жидкокристаллический дисплей; получение информации с клавиатуры и передача ее в МС обработки данных; реализации обмена между МС обработки данных и внешними устройствами. Перепрограммируемое ПЗУ предназначено для хранения изменяемых параметров КР УУН, а также для сохранения информации о количестве откаченной нефти в случаи сбоя [67].
Периферийные микросхемы служат для ввода/вывода аналоговых и дискретных сигналов. В их состав входят следующие микросхемы; аналого-цифрового преобразования, цифро-аналогового преобразования, счетчики импульсов и т.д. Микросхемы внешних интерфейсов служат для согласования сигналов МС внешних интерфейсов и сигналов внешних устройств, а также для преобразования параллельного интерфейса в последовательный. С точки зрения надежности эта структура не является оптимальной. В случаи выхода из строя МС ввода/вывода, МС обработки данных или МС внешних интерфейсов происходит отказ всего КР УУН. Также следует отметить, что в любую МС входят как минимум 3 микросхемы: процессор, ОЗУ, ПЗУ. Выход из строя любой из этих микросхем приведет к выходу из строя всей МС. Кроме того, обмен данными между большинства микросхемами осуществляется по параллельной шине, что исключает возможность ее резервирования. На рисунке 2.2 представлена структурно-логическая схема надежности КР УУН согласно структурной схеме на рисунке 2.1. Отказ любой МС приведет к отказу всего КР УУН в целом, равно как и отказ микросхемы ППЗУ, В случаи выхода из строя ЖКИ или клавиатуры, показания о количестве откаченной нефти через внешний интерфейс будут поступать в компьютер верхнего уровня, а в случаи отказа микросхем внешних интерфейсов, с помощью ЖКИ и клавиатуры информацию о количестве откаченной нефти можно посмотреть на дисплее. В состав любой МС входят как минимум 3 микросхемы: процессор, ОЗУ и ПЗУ. В случаи выхода любой их этих микросхем наступает отказ всей МС, поэтому вероятность безотказной работы МС будет равна произведению вероятностей безотказной работы этих трех микросхем: где: / -вероятность безотказной работы микропроцессора. Р(І)ОЗУ вероятность безотказной работы ОЗУ. Р(І)ПЗУ вероятность безотказной работы ПЗУ. Так как микропроцессорные системы компьютера расхода обычно состоят из одинаковых микросхем, выражение (2.17) справедливо для всех трех микропроцессорных систем. Элементы «Клавиатура» и «ЖКИ» соединены последовательно, и их заменяем квазиэлементом А (рисунок 2.3). Вероятность безотказной работы квазиэлемента А будет определяться произведением вероятностей безотказной работы этих элементов: где: Р(і)к - вероятность безотказной работы клавиатуры; Р(0жки вероятность безотказной работы ЖКИ. Элементы А и «микросхемы внешних интерфейсов» соединены параллельно, и их заменяем квазиэлементом В (рисунок 2.4). Вероятность одновременного отказа этих элементов может быть найдена по теореме умножения вероятностей как произведение вероятностей отказа всех элементов: где: Q(t)A - вероятность отказа квазиэлемента А; б(Ш/" вероятность отказа микросхем внешних интерфейсов. Соответственно, вероятность безотказной работы квазиэлемента В: где: Р(І)А - вероятность безотказной работы квазиэлемента А; Р(ї)м вероятность безотказной работы микросхем внешних интерфейсов. Как показано на рисунке 2.4, все элементы структурно-логической схемы надежности соединены последовательно, следовательно, отказ любого из этих элементов приведет к отказу всего КР УУН в целом.
Сравнительный анализ надежности классической и улучшенной схем взаимодействия КР УУН с резервированием отдельных элементов
В настоящее время к коммерческим УУН предъявляются повышенные требования в плане надежности. В связи с этим, согласно руководящей документации, в блоке контроля качества нефти должны быть установлены резервные датчики плотности и объемного содержания воды. Каждому резервному датчику должен соответствовать свой измерительный канал в КР УУН, и, при выходе из строя основного датчика, либо его измерительного канала, требуемые значения берутся с резервного канала и таким образом полного отказа не происходит. Исходя из вышеизложенного, структурно-логическая схема надежности классической функциональной схемы оборудования УУН, содержащей 3 ИЛ, будет выглядеть следующим образом: где: ПЛ1 - первый датчик плотности нефти (плотномер) в блоке БКК нефти; К ІЛЛІ - измерительный канал КР УУН первой ИЛ, к которому подключен первый датчик плотности нефти; ПЛ2 - второй датчик плотности нефти (плотномер) в БКК нефти; К1ЛЛ2 - измерительный канал КР УУН первой ИЛ, к которому подключен второй датчик плотности нефти; ВЛ1 - первый датчик объемного содержания воды в нефти (влагомер) в БКК нефти; КІ.ВЛ1 - измерительный канал КР УУН первой ИЛ, к которому подключен первый датчик объемного содержания воды в нефти в БКК нефти; ВЛ2 - второй датчик объемного содержания воды в нефти (влагомер) в БКК нефти; К1.ВЛ2 - измерительный канал КР УУН первой ИЛ, к которому подключен второй датчик объемного содержания воды в нефти в БКК нефти. Отказы остальных функциональных узлов не являются критичными. Если произойдет сбой компьютера верхнего уровня или коммуникационного контроллера, то КР УУН будут работать в автономном режиме с учетом последних введенных параметров. Нарастающие массы и объема откаченной нефти будут храниться во внутренней памяти КР УУН, и при восстановлении связи с компьютером верхнего уровня будут ему переданы.
Отказ канала управления запорной арматурой также не приведет к потерям в учете нефти. Для расчета структурно-логической схемы надежности изображенной на рисунке 3.9 воспользуемся заменой последовательных и параллельных соединений их квазиэлементами. Элементы ПЛ1 и К1.ПЛ1 соединены последовательно, и их заменяем квазиэлементом А. Вероятность безотказной работы квазиэлемента А будет определяться произведением вероятностей безотказной работы элементов ПЛ1 ИК1.ПЛ1: где: P(t)jjjji - вероятность безотказной работы первого датчика плотности нефти; Р(1)кі.шп - вероятность безотказной работы канала первого датчика плотности нефти КР УУН первой ИЛ. Элементы ПЛ2 и К1.ПЛ2 соединены последовательно, и их заменяем квазиэлементом В. Вероятность безотказной работы квазиэлемента В будет определяться произведением вероятностей безотказной работы элементов ПЛ2 ИК1.ПЛ2: где: P(t)njj2 - вероятность безотказной работы второго датчика плотности нефти; Р(і)кілл2 " вероятность безотказной работы канала второго датчика плотности нефти КР УУН первой ИЛ. Элементы ВЛ1 и К1.ВЛ1 соединены последовательно, и их заменяем квазиэлементом С. Вероятность безотказной работы квазиэлемента С будет определяться произведением вероятностей безотказной работы элементов ВЛ1 иКІ.ВЛІ: где: Р(і)влі - вероятность безотказной работы первого датчика объемного содержания воды в нефти; Р(і)кі.влі - вероятность безотказной работы канала первого датчика объемного содержания воды в нефти КР УУН первой ИЛ. Элементы ВЛ2 и К1.ВЛ2 соединены последовательно, и их заменяем квазиэлементом D. Вероятность безотказной работы квазиэлемента D будет определяться произведением вероятностей безотказной работы элементов ВЛ2 ИК1.ВЛ21: где: P(t)sjj2 - вероятность безотказной работы второго датчика объемного содержания воды в нефти. Р(і)кі.вл2 вероятность безотказной работы канала второго датчика объемного содержания воды в нефти КР УУН первой ИЛ. Учитывая все вышеизложенное, структурно-логическую схему надежности оборудования первой измерительной линии можно представить следующим образом
Компенсация влияния вязкости на коэффициент преобразования ТПР
Таким образом, поправочный коэффициент по вязкости Mv является функцией двух переменных: вязкости (V) и расхода (Q). Алгоритм расчета поправочного коэффициента по вязкости Mv при вязкости V и при расходе Q имеет следующий вид: 1. При проведении госповерки ТПР значение Mv для каждой точки расхода при текущем значении вязкости нефти должно приниматься за единицу. Затем, если есть возможность, должны быть получены новые значения Mv при различных значениях вязкости нефти для каждой точки расхода. Если такая возможность отсутствует, то следует использовать старые графики зависимости Mv от значения вязкости для различных значений расхода. Для этого требуется сдвинуть данные характеристики по оси ординат таким образом, чтобы поправочный коэффициент по вязкости Mv при текущем значении вязкости стал равным единице. 2. Затем требуется определить значение Mv при вязкости V в двух соседних точках расхода. где: mi - крутизна функции Mn в ближайшей нижней точке расхода; т2 - крутизна функции Мп в ближайшей верхней точке расхода; Mvij - значение поправочного коэффициента по вязкости при вязкости Vi в ближайшей нижней точке расхода; Mv2j - значение поправочного коэффициента по вязкости при вязкости V2 в ближайшей нижней точке расхода; MVJJ - значение поправочного коэффициента по вязкости при вязкости Vj в ближайшей верхней точке расхода; Mv2,2 - значение поправочного коэффициента по вязкости при вязкости V2 в ближайшей верхней точке расхода; Mvj - значение поправочного коэффициента по вязкости при вязкости V в ближайшей нижней точке расхода; MV2 - значение поправочного коэффициента по вязкости при вязкости V в ближайшей верхней точке расхода. 3. Поправочный коэффициент по вязкости при расходе Q будет равен: Ql - значение расхода в верхней точке.
В таблицах 4.9-4.16 представлены результаты КМХ ТПР без коррекции по вязкости (левая часть) и с коррекцией по вязкости (правая часть). Из этих таблиц видно, что введение коррекции по вязкости уменьшает относительную ошибку определения К-фактора на 0,01 - 0,05%. 1. Экспериментально подтверждено предположение о значительном влиянии вязкости нефти на коэффициент преобразования ТПР. 2. Для повышения точности измерений предложено ввести поправочный коэффициент по вязкости Mv, который компенсирует влиянии вязкости нефти на К-фактор ТПР. 3. Выявлено, что поправочный коэффициент по вязкости зависит не только от вязкости нефти, но и от текущего расхода через ТПР. 4. Разработан алгоритм расчета поправочного коэффициента по вязкости для текущих значений вязкости нефти и расхода через ТПР. 5. Экспериментально выявлено, что введение коррекции по вязкости уменьшает относительную ошибку определения К-фактора на 0,01 - 0,05%. 1. Разработана обобщенная схема КР УУН. Предложена классификация КР согласно следующим признакам: тип подключаемого преобразователя расхода, возможность управления запорной арматурой, тип устройства хранения информации, организация внутренней структуры. Проведен сравнительный анализ существующих КР как оперативных, так и коммерческих узлов учета нефти, и выявлены их основные недостатки. Сформулированы современные требования к КР УУН. 2. Приведено обоснование математического аппарата исследования. Для расчетов параметров надежности КР УУН удобно использовать структурно-логические схемы надежности, которые графически отображают взаимосвязь элементов и их влияние на работоспособность системы в целом. Критерием для определения вида соединения элементов (последовательного или параллельного) при построении схемы является влияние их отказа на работоспособность системы в целом. В качестве характеристики надежности КР УУН выбрана вероятность безотказной работы. 3. Предложены структурные схемы КР УУН на основе замещения нескольких МС, связывающихся друг с другом по параллельной шине, набором однокристальных микроЭВМ, связывающихся друг с другом по последовательному интерфейсу. Рассмотрены три вида организации внутренней структуры КР УУН: КР с цельной структурой; КР с отдельной платой ввода/вывода; КР с отдельной платой ввода/вывода, содержащей блок обработки данных; 4. Проведен сравнительный анализ надежности внутренних структур контроллеров расхода УУН, основывающихся на МС и на ОМЭВМ. В результате анализа было выявлено, что использование структур, основывающихся на ОМЭВМ, существенно повышает надежность КР УУН во всех трех случаях. Для периода работы в 5 лет вероятность безотказной работы КР основанных на МС и на ОМЭВМ с цельной структурой составляет соответственно 0,26 и 0,46; с отдельной платой ввода/вывода соответственно 0,11 и 0,17; с отдельной платой ввода/вывода, содержащей блок обработки данных соответственно 0,31 и 0,37. Среди структурных схем, реализованных на МС, наибольшую вероятность безотказной работы имеет структурная организация с отдельной платой ввода/вывода, содержащей МС обработки данных. Среди структурных схем, основывающихся на ОМЭВМ, наибольшую вероятность безотказной работы имеет схема с цельной структурой; 5. Рассмотрена классическая функциональная схема взаимодействия КР УУН, основными недостатками которой являются: использование значений введенных по умолчанию в случае выхода из строя датчиков температуры или давления; отсутствие возможности определения метрологического отказа датчика; избыточные элементы. Проведен анализ надежности ИЛ УУН согласно классической схеме взаимодействия, В результате анализа выявлено, что отказ любого датчика или измерительного канала приведет к полному отказу всего вторичного оборудования ИЛ. 6. Предложен новый подход к организации взаимодействия КР УУН друг с другом и остальным оборудованием УУН. Разработана схема взаимодействия КР УУН, на основе введение дополнительной связи между всеми КР УУН. При аварии датчика давления или температуры, данная схема позволяет использовать значения параметров с ближайшей работающей линии, а не введенные по умолчанию.
