УРОВНЕМЕР У1500 И СИГНАЛИЗАТОР УРОВНЯ ГСУ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕДОБЫЧИ

1 УДК : УРОВНЕМЕР У1500 И СИГНАЛИЗАТОР УРОВНЯ ГСУ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕДОБЫЧИ А.В. Трифонов, Р.Г. Сулейманов (Уфимское наладочное управление, ОАО «Нефтеавтоматика») Под измерением уровня понимается индикация положения раздела двух сред различной плотности относительно какой-либо горизонтальной поверхности, принятой за начало отсчета. Приборы, выполняющие эту задачу, называются уровнемерами. В настоящее время существует обширный ряд технических средств, решающих задачу измерения и контроля уровня в промышленном производстве. Приборы измерения уровня реализуют разнообразные методы, основанные на различных физических принципах. Наиболее распространенные методы измерения уровня, позволяющие преобразовывать значение уровня в электрические величины и автоматизировать производственные процессы, это: I. Контактные методы: поплавковый, поплавково-ультразвуковой, поплавково-герконовый, буйковый, гидростатический, емкостный; II. Бесконтактные методы: зондирование ультразвуком, зондирование электромагнитным излучением. Каждый метод имеет характерный набор технических реализаций, расширяющийся с развитием измерительной техники. В гг. на объектах нефтяной промыш- ленности (нефтедобыча, нефтепереработка и др.) возникла острая необходимость в приборах для автоматического, дистанционного непрерывного определения уровня жидкости и границы раздела двух сред в резервуарных парках. С учетом данной ситуации было принято решение разработать и организовать производство ультразвуковых поплавковых уровнемеров в Уфимском наладочном управлении, филиале ОАО «Нефтеавтоматика», которые в дальнейшем получили название уровнемер У1500. Разработанный прибор использует простой и надежный метод измерения уровня поплавковоультразвуковой, позволяющий измерять уровни жидкости с достаточно высокой точностью и максимально адаптированный к потребностям российской нефтяной отрасли. На базе уровнемера У1500 была разработана целая серия приборов: уровнемер У1500 с измерением в сантиметровом диапазоне, в щитовом и настольном вариантах; уровнемер У1500М с измерением в миллиметровом диапазоне, в щитовом и настольном вариантах; уровнемер У1500М-DIN с измерением в миллиметровом диапазоне, во внутришкафном варианте с размещением на DIN-рейке; Технические характеристики уровнемеров и герконовых сигнализаторов уровня Технические характеристики Уровнемер Герконовый сигнализатор уровня У1500 У1500М У1500М-DIN ГСУ ГСУ-DIN Параметры подсистемы измерения уровня: единица измерения см мм мм м м Длина датчика L, мм Основная погрешность, не более: 10 мм 3 мм 5 мм 5 см 5 см Параметры линии связи: длина, м, не более тип кабеля Коаксиальный Коаксиальный Коаксиальный Трехжильный Трехжильный Параметры электропитания: род тока Переменный Переменный Постоянный Переменный Постоянный напряжение, В ,6 26, ,6 26,4 мощность, В А Габариты, мм: измерителя датчика L L L L L Масса, кг: измерителя 1,6 1,6 0,6 1,6 0,6 датчика Параметры измеряемой среды: рабочее давление, МПа, не более 0,04 1,6 0,04 1,6 0,04 1,6 1,6 1,6 диапазон температур, С плотность, г/см 3 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 32

2 герконовый сигнализатор уровня ГСУ с измерением в сантиметровом диапазоне с дискретностью измерения 5 см, в щитовом и настольном вариантах; герконовый сигнализатор уровня ГСУ-DIN с измерением в сантиметровом диапазоне с дискретностью измерения 5 см, во внутришкафном варианте с размещением на DIN-рейке. Область применения уровнемеров и герконовых сигнализаторов уровня сырьевые резервуарные парки и технологические емкости (буллиты) объектов подготовки, хранения и переработки нефти и головных нефтеперекачивающих станций. Технические характеристики уровнемеров и герконовых сигнализаторов уровня приведены в таблице, внешний вид приборов на рис Рис. 2. Измеритель уровнемера У1500, модель 1994 г. Рис. 1. Уровнемер У1500 Рис. 3. Уровнемер У1500, модель 1996 г. Рис. 4. Измеритель уровнемера У1500, модель 2003 г. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности, 4/

3 Рис. 5. Измеритель уровнемера У1500, модель 2004 г. Рис. 6. Измеритель уровнемера У1500М и У1500М-DIN, модель 2009 г. Рис. 7. Измеритель уровнемера У1500М, модель 2010 г. (готовится к выпуску) Рис. 8. Измеритель герконового сигнализатора уровня ГСУ 1. Уровнемеры серии У1500 Уровнемеры серии У1500 предназначены: для автоматического дистанционного непрерывного определения положения границы раздела двух сред (измерения уровня) в резервуаре; Рис. 9. Измеритель герконового сигнализатора уровня ГСУ-DIN отображения результатов измерений на цифровом дисплее; выдачи результата измерений в виде аналогового (токового) сигнала; выдачи результата измерений в виде цифрового 34

4 сигнала по последовательному каналу в стандарте RS-485 в формате протокола Modbus RTU; контроля предельных значений уровня, при достижении которых срабатывают звуковая и световая сигнализации. В процессе работы ведется непрерывный контроль работоспособности датчиков и линий связи с соответствующей световой и звуковой сигнализацией отказов по каждому каналу. Уровнемер состоит из одного или двух датчиков и измерителя. Уровнемер имеет четыре основных типа: одноканальный с двумя сигнализируемыми уровнями, 1 поплавок; одноканальный с четырьмя сигнализируемыми уровнями, 1 поплавок; двухдатчиковый (двухканальный), 2 датчика, 1 поплавок на каждом датчике; двухпоплавковый (двухканальный, двухуровневый), 2 поплавка. Одноканальный уровнемер с двумя сигнализируемыми уровнями применяется для измерения одного уровня (общего взлива или межфазного). Одноканальный с четырьмя сигнализируемыми уровнями используется для измерения уровней в буллитах и обеспечивает работу насосов ДНС по заданному алгоритму (4 сигнализируемых уровня, 4 реле). Двухдатчиковый (двухканальный) уровнемер предназначен для измерения двух уровней (общего взлива или межфазного) в одном резервуаре двумя датчиками при разнице между измеряемыми уровнями менее 400 мм, либо для измерения одного уровня в двух разных резервуарах. Двухпоплавковый (двухканальный, двухуровневый) уровнемер используется для измерения двух уровней (общего взлива или межфазного) одним датчиком с двумя поплавками при разнице между измеряемыми уровнями не менее 400 мм. При разнице между измеряемыми уровнями менее 400 мм рекомендуется применять двухдатчиковый уровнемер. Датчики имеют взрывозащищенное исполнение, уровень взрывозащиты «Взрывобезопасный» и могут размещаться во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок. Датчики устанавливают на крышке люка резервуара. Измеритель в своем составе имеет искробезопасную электрическую цепь «ib» c уровнем взрывозащиты «Взрывобезопасная» для взрывоопасных смесей. Измеритель устанавливается вне взрывоопасных зон помещений и наружной установки, в настольном, щитовом или внутришкафном вариантах. Принцип действия уровнемера заключается в измерении интервала времени, необходимого для прохождения сигналом ультразвуковой волны расстояния от излучателя, расположенного над уровнем крышки люка резервуара, до поплавка, положение которого определяется уровнем жидкости в резервуаре, и пересчете этого интервала в уровень жидкости. Пересчет производится путем вычитания вышеуказанного расстояния из высоты резервуара. В настоящее время готовится к выпуску модернизированный уровнемер с новыми техническими и расширенными функциональными возможностями. Расширение функциональных возможностей уровнемера достигается путем модернизации программного обеспечения и аппаратной части. Модернизация аппаратной части уровнемера включает в себя замену платы индикации на модуль цветного графического сенсорного экрана. Плата управления дополнительно оснащается часами реального времени, энергонезависимой памятью и последовательным портом. Разрабатываемый новый уровнемер будет иметь высокую информативность, давать достоверную оценку состояния прибора и контролируемого объекта и обеспечит повышенные характеристики этого прибора по точности измерения уровня (до ±1 мм). Благодаря высоким эксплуатационным качествам, точности измерения, индикации значений уровня, наличия интерфейсного и токового выходов уровнемеры серии У1500 достойно занимают свою нишу на рынке измерительной техники. По степени защиты персонала от соприкосновения с токоведущими частями, по степени защиты внутренних частей от попадания твердых посторонних тел и проникновения воды, уровнемер и герконовый сигнализатор уровня соответствуют степени защиты: датчик IP65, измеритель IP20. Конструктивно корпус датчика уровнемера выполнен в двух исполнениях: а) гибкой конструкции длиной L до 16 м для рабочего избыточного давления не более 0,04 МПа; б) жесткой конструкции двух вариантов: неразборной конструкции длиной L до 4 м для рабочего избыточного давления не более 1,6 МПа; составной (сборной) конструкции, общей длиной L от 4 до 12 м для рабочего избыточного давления не более 0,04 МПа. Составной корпус датчика содержит два или три элемента в зависимости от длины датчика. Длина каждого элемента может составлять 1 4 м. Датчик состоит из измерительного элемента, помещенного в корпус, по которому перемещается поплавок (два поплавка для исполнений с двумя поплавками) с магнитной системой внутри. Измерительный элемент представляет собой стальную проволоку-звуковод диаметром 2 мм с намотанной на него по всей длине однослойной обмоткой медного провода. На верхнем конце звуковода имеется резонатор с двумя пьезоэлементами. Обмотка и пьезоэлементы подключены к блоку усилителя, установленному в головке корпуса датчика. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности, 4/

5 Для крепления датчика на крышке люка резервуара предусмотрен сальниковый узел. Груз обеспечивает натяжение трубы корпуса датчика гибкой конструкции. Ограничитель ограничивает перемещение поплавка в пределах рабочей зоны. Измеритель представляет собой электронный блок, собранный в унифицированном корпусе. На лицевой панели измерителя размещены: цифровой дисплей, кнопки управления и индикаторы. Внутри корпуса установлены печатные платы и модуль искрозащиты. Логическая часть измерителя реализована на микроконтроллере PIC18F452. PIC18F452 содержит 16 Кбайт встроенной программной памяти, дополненной 1,5 Кбайт памяти SRAM. Микроконтроллер PIC18F452 пришел на смену PIC16F877. Большой объем памяти RAM позволяет использовать PIC18F452 при создании приложений Ethernet LAN. Помимо увеличенной области внутренней памяти, PIC18F452 может работать вдвое быстрее PIC16F877. Микроконтроллеры заменили собой громоздкую электрическую схему, которая ранее собиралась из радиоэлементов с низкой степенью интеграции на нескольких платах. Большой объем памяти микроконтроллера PIC18F452 позволяет без изменения аппаратной части измерителя, лишь изменяя программное обеспечение, изготавливать все вышеуказанные типы уровнемеров. Применение данного процессора в уровнемере значительно повышает точность измерения, надежность измерителя и уровнемера в целом. 2. Герконовый сигнализатор уровня Герконовый сигнализатор уровня ГСУ и его модификация ГСУ-DIN были разработаны на базе уровнемера У1500 и предназначены: для автоматического дистанционного непрерывного определения положения границы раздела двух сред (измерения уровня) в резервуаре; отображения результатов измерений на цифровом дисплее; выдачи результата измерений в виде аналогового (токового) сигнала; выдачи результата измерений в виде цифрового сигнала по последовательному интерфейсу RS-485 в формате протокола Modbus RTU; контроля четырех значений предельных уровней, при достижении срабатывают звуковая и световая сигнализации в соответствии с заданным алгоритмом сигнализации. В процессе работы ведется автоматический непрерывный контроль наличия питающего тока через датчик и линию связи с формированием звуковой и световой сигнализаций при отсутствии тока датчика. Сигнализатор состоит из датчика и измерителя. Измеритель с входными/выходными электрическими искробезопасными цепями уровня «ib» имеет вид взрывозащиты «Искробезопасная электрическая цепь» и предназначен для установки во взрывобезопасных зонах. Датчик имеет взрывозащищенное исполнение, уровень взрывозащиты «Взрывобезопасный» и может размещаться во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок. Сигнализатор состоит из датчика и измерителя со встроенным пультом управления и индикации. Датчик устанавливается на крышке люка резервуара, измеритель во взрывобезопасной зоне в помещении, в настольном варианте или в щитовой сборке управления (измеритель ГСУ-DIN устанавливается внутри шкафа на DIN-рейке). Датчик и измеритель соединяются между собой трехжильным кабелем. Корпус датчика выполнен в виде жесткой целой конструкции длиной до 4,2 м для рабочего избыточного давления не более 1,6 МПа. Датчик состоит из чувствительного элемента, помещенного в корпус. Чувствительный элемент представляет собой линейку резисторов и герконов, расположенных с шагом 5 см на печатных платах, соединенных между собой. Длина каждой печатной платы 50 см. Количество плат определяет длину чувствительной зоны датчика. Вдоль корпуса датчика перемещается поплавок с магнитной системой внутри, которая, замыкая соответствующий геркон, изменяет сопротивление линейки резисторов. При этом сопротивление линейки резисторов изменяется пропорционально положению поплавка относительно начала датчика, т. е. соответствует уровню жидкости в резервуаре. Для крепления датчика на крышке люка резервуара предусмотрен сальниковый узел. Ограничитель ограничивает перемещение поплавка в пределах рабочей зоны. Измеритель представляет собой электронный блок, собранный в унифицированном корпусе. Логическая часть измерителя реализована на однокристальном микроконтроллере PIC16F877. Принцип действия сигнализатора заключается в измерении напряжения на датчике (линейке резисторов) при протекании через него образцового постоянного тока. При этом величина напряжения пропорциональна сопротивлению линейки, которое определяет положение поплавка, т. е. уровень. Выводы 1. В настоящее время наши уровнемеры и герконовые сигнализаторы уровня эксплуатируются практически во всех нефтедобывающих регионах России, Казахстана и Украины. 2. Пятнадцатилетний опыт Уфимского наладочного управления ОАО «Нефтеавтоматика» в создании и развитии уровнемера У1500 и герконового сигнализатора уровня показал, что они зарекомендовали себя как недорогие, оптимальные по соотношению «цена качество» приборы. 3. В новой модели уровнемера У1500, планируемой к выпуску в 2010 г. будут учтены весь опыт эксплуатации предыдущих моделей, а также современные требования к функциональным характеристикам и к конструкции прибора. 36