Thiết kế phân tích hệ thống điều khiển công nghệ cho giàn khoan vietsovpetro

MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, đồ thị Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt MỞ ĐẦU 1.1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRÊN GIÀN K

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

LÊ TÙNG SƠN

THIẾT KẾ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

CÔNG NGHỆ CHO GIÀN GIÀN KHOAN

VIETSOVPETRO

LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Hà Nội – 2017

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

LÊ TÙNG SƠN

THIẾT KẾ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

CÔNG NGHỆ CHO GIÀN GIÀN KHOAN

VIETSOVPETRO

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS PHAN XUÂN MINH

Hà Nội – 2017

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là Lê Tùng Sơn, học viên lớp Cao học 2014B ĐKTĐH.VT Sau hơn

hai năm học tập và nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy cô trường Bách Khoa

Hà Nội và đặc biệt là sự giúp đỡ của PGS TS Phan Xuân Minh , giáo viên hướng

dẫn tốt nghiệp của tôi, tôi đã đi đến cuối chặng đường để kết thúc khóa học

Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp “Thiết Kế Phân Tích Hệ Thống Điều Khiển Công Nghệ Cho Giàn Giàn Khoan – Vietsovpetro” Tôi xin cam đoan đây là

công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS Phan Xuân Minh

và chỉ tham khảo các tài liệu đã liệt kê Tôi không sao chép công trình của các cá nhân khác dưới bất kỳ hình thức nào Nếu có tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Người cam đoan

Trang 4

MỤC LỤC

Trang Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

MỞ ĐẦU

1.1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRÊN GIÀN KHAI THÁC DẦU KHÍ 10

1.3 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ TRÊN GIÀN KHAI THÁC 28

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN GIÀN KHAI THÁC DẦU KHÍ: 39

CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ – KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Trang 5

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1-1 Bảng quy định mẫu phê duyệt tiêu chuẩn của hệ thống điều khiển 47

Bảng 2.2-1 Chức năng điều khiển liên tục 65

Bảng 2.2-2 Chức năng điều khiển khác 66

Bảng 2.2-3 Chức năng logic 67

Bảng 2.2-4 Hiển thị giao diện người máy (HMI) 70

Bảng 2.2-5 Hard wire IO 101

Bảng 2.2-6 Modbus IO 102

Bảng 2.2-7 Công suất tiêu thụ 103

Bảng 2.2-8 Danh mục thiết bị 103

Bảng 4.2-1 QUẢN LÍ HỆ THỐNG TÀI SẢN 152

Trang 6

DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ

Hình 1.1-1 Hệ thống công nghệ giàn đầu giếng 12

Hình 1.2-1Đầu giếng 13

Hình 1.2-2: Cụm thu gom sản phẩm 14

Hình 1.2-3: Bình tách sản phẩm 15

Hình 1.2-4: Bộ đo lưu lượng khí đầu ra bình tách 18

Hình 1.2-5: Sơ đồ công nghệ bình xả kín V-301 và bình xả hở V-300 21

Hình 1.2-6 Sơ đồ phân cấp dừng giàn khần cấp 27

Hình 1.3-1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG PCS VỚI CÁC HỆ THỐNG LIÊN QUAN 31

Hình 1.4-1Sơ đồ công nghệ một nhánh gaslift 32

Hình 1.4-2:Sơ đồ công nghệ bảo vệ áp suất bình V-400 34

Hình 1.4-3Sơ đồ công nghệ điều khiển áp suất khí đầu ra bình V-400 34

Hình 1.4-4Sơ đồ công nghệ đo và cảnh báo nhiệt độ bình V-400 35

Hình 1.4-5Sơ đồ công nghệ điều khiển mức chất lỏng phân tách trong bình V-400 37

Hình 1.4-6Sơ đồ nguyên lý điều khiển mức 38

Hình 2.2-1Mô hình tổng quát hệ thống điều khiển 53

Hình 2.2-2 Mô hình một hệ thống điều khiển đặc trưng 55

Hình 2.2-3HỆ THỐNG PCS TRONG SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG THỂ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN GIÀN ĐẦU GIẾNG 99

Hình 2.2-4 SƠ ĐỒ PIPING INSTRUMENTATION DIAGRAM (PID) CHO BÌNH TÁCH SẢN PHẦM V-400 100

Hình 2.2-3Mạng profibus giữa PCS PLC và ET-200 IO module 107

Hình 2.2-4Sơ đồ khối/truyền thông tổng quát hệ thống ICSS (PCS, SIS) 108

Hình 2.2-10LƯU ĐỒ LOGIC ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT BÌNH V-400 117

Hình 2.2-11 LƯU ĐỒ LOGIC ĐIỀU KHIỂN MỨC BÌNH V-400 118

Hình 2.2-12 CÁC LƯU ĐỒ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐO LƯU LƯỢNG, ÁP SUẤT VÀ NHIỆT ĐỘ TRÊN BÌNH V-400 PHỤC VỤ ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ 119

Hình 2.2-13 CÁC LƯU ĐỒ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐO LƯU LƯỢNG, ÁP SUẤT VÀ NHIỆT ĐỘ TRÊN BÌNH V-400 PHỤC VỤ ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ 120

Trang 7

Hình 2.2-14 CÁC LƯU ĐỒ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐO LƯU LƯỢNG, ÁP SUẤT

VÀ NHIỆT ĐỘ TRÊN BÌNH V-400 PHỤC VỤ ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ 121

Hình 2.2-15MÀN HÌNH THAO TÁC CHÍNH HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ 122

Hình 2.2-16 HỆ THỐNG ĐẦU GIẾNG KHAI THÁC BẰNG GASLIFT 1 123

Hình 2.2-17 GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ CÁC GIẾNG 124

Hình 2.2-18 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ BÌNH TÁCH V-400 125

Hình 2.2-19 GIAO DIỆN CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN TRÊN GIÀN 126

Hình 2.2-20 KẾT QUẢ AUTO TURNING CÁC THAM SỐ PID BẰNG PHẦN MỀM (PIC-400) 128

Hình 2.2-21 KẾT QUẢ AUTO TURNING CÁC THAM SỐ PID BẰNG PHẦN MỀM (LIC-400) 129

Hình 3.2-1 Cấu hình phần cứng PLC 134

Hình 3.2-2 Logic lập trình bậc thang 134

Hình 3.2-3 Sơ đồ khối FB41 135

Hình 3.2-6 Kết nối Wincc 138

Hình 3.2-7 Gán tag name cho Wincc 139

Hình 3.2-8 Thiết kế giao diện 140

Hình 3.2-9 Gán các hiệu ứng 140

Hình 3.2-10 Cột hiển thị mức 142

Hình 3.2-11 Tạo trend cho tín hiệu điều khiển 143

Hình 3.2-12 Mô phỏng trên Wincc 145

Hình 4.2-1 Mô hình tích hợp điện và tự động hóa 147

Hình 4.2-2 Phương pháp tiếp cận thống nhất để tự động hóa và tích hợp điện với hệ thống 800xA làm tăng năng suất và giảm thời gian chết 149

Trang 8

Một số thuật ngữ và viết tắt được sử dụng trong tài liệu này như sau:

BDV (Blowdown Valve) Van xả áp

ESD (Emergency Shutdown) Dừng khẩn cấp

F&G (Fire and Gas) Báo cháy – báo khí

PCS (Process Control System) Hệ thống điều khiển công nghệ

PFD (Process Flow Diagram) Sơ đồ quá trình

ppm (Parts Per Million) Phần triệu đơn vị

PSD (Process Shutdown) Dừng quá trình

SCSSV (Surface Controlled Sub-Surface Safety Valve) Van sâu điều khiển từ bề mặt SDV (Shutdown Valve) Van đóng khẩn cấp

SSV (Surface Safety Valve) Van an toàn bề mặt

TEG Triethylene Glycol Hệ thống tách nước dung công nghệ TEG

USD (Unit Shutdown) Dừng thiết bị đơn lẻ

WHCP (Wellhead Control Panel) Tủ điều khiển đầu giếng

WVSV (Wing Valve) Van nhánh

WAT (Wax appearance temperature) Nhiệt độ tạo sáp

Trang 9

LỜI MỞ ĐẦU

Các hệ thống công nghệ khai thác dầu - khí trên biển luôn đòi hỏi phải được trang

bị các hệ thống đo lường - điều khiển được thiết kế theo những tiêu chuẩn và qui định đặc thù, đảm bảo cho hệ thống công nghệ hoạt động an toàn, ổn định, chính xác và hiệu quả,

Trong quá trình thiết kế, kỹ sư thiết kế phải thực hiện hàng loạt tính toán, lựa chọn thiết bị, thiết kế - chế tạo hệ thống, lập trình điều khiển, đăng kiểm thiết kế và hệ thống… phù hợp với chức năng và nguyên lý của hệ thống điều khiển được yêu cầu

Để thực hiện nhiệm vụ này, ngoài kiến thức chuyên môn, người thiết kế phải có kinh nghiệm và nắm vững các tiêu chuẩn, qui trình và qui phạm trong thiết kế các hệ thống

đo lường - điều khiển, cũng như phải có kỹ năng trong việc ra quyết định dựa trên các qui định về an toàn cho con người và môi trường của đăng kiểm quốc gia và quốc tế Thực tế cho thấy các kỹ sư mới tốt nghiệp từ các trường đào tạo chuyên ngành đo lường – điều khiển trong và ngoài nước đều có những hạn chế nhất định trong việc tiếp cận và triển khai thực hiện công việc thiết kế Đặc biệt, họ hầu như không được đào tạo về các qui định, qui chuẩn và tiêu chuẩn thiết kế hệ thống

Dựa trên những kinh nghiệm và khó khăn đã trải qua trong quá trình tiếp cận công việc và thực hiện thiết kế, em mong muốn xây dựng các bộ hướng dẫn thiết kế hệ thống đo lường - điều khiển để hỗ trợ và trang bị những kiến thức cần thiết cho các kỹ

sư thiết kế chưa có kinh nghiệm, nhằm giảm bớt những khó khăn ban đầu, đáp ứng tốt nhất các yêu cầu công việc cũng như nhanh chóng nâng cao năng lực và kinh nghiệm thiết kế hệ thống đo lường - điều khiển

Công việc thiết kế hệ thống đo lường – điều khiển cụ thể sẽ phụ thuộc vào tiêu chuẩn áp dụng, yêu cầu của chủ đầu tư, qui mô dự án… do đó đề tài này mang tính chất định hướng chung cho việc tiếp cận và triển khai thiết kế Các yêu cầu cụ thể về phương pháp tính toán, về lựa chọn thiết bị… được đưa ra trong đề tài này nhằm phân tích, chứng minh tính đúng đắn và hướng dẫn người thiết kế hệ thống tuân thủ các tiêu

Trang 10

1 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài: tập trung phân tích hệ thống tổng quan, các yêu cầu đầu vào và đầu ra của việc thiết kế hệ thống điều khiển quá trình cho một giàn khai thai dầu khí tiêu chuẩn Nghiên cứu các hệ thống hiện hữu, hệ thống quy định, tiêu chuẩn quốc tế trong ngành dầu khí

2 Đối tượng nghiên cứu

Tập trung nghiên cứu vào các đối tượng cụ thể trong hệ thống điều khiển công nghệ trên giàn khai thác dầu khí (Bình tách V-400)

3 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu, mô phỏng cho hệ thống điều khiển ứng dụng cho bình tách V-400 trên giàn khai thác dầu khí BKT của Liên Doanh Việt-Nga Vietsovpetro

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu hệ thống điều khiển theo logic tiếp cận hệ thống Nghiên cứu từ tổng quan

hệ thống tới cụ thể đối tượng điều khiển là bình V-400 Nghiên cứu dựa trên phương pháp ứng dụng thực tiễn có kiểm chứng cụ thể ở đây là thiết kế hệ thống điều khiển công nghệ trên giàn BKT, phân tích và kiểm chứng một phần kết quả dựa trên thực tế

đã xây dựng trên giàn BKT

Trang 11

Em xin chân thành cảm ơn cô Phan Xuân Minh, các thầy cô giáo trong khoa

và các đồng nghiệp đang công tác tại Liên Doanh Việt-Nga Vietsovpetro đã giúp đỡ

và tạo điều kiện để em thực hiện tốt đề tài này Tuy nhiên do kiến thức, kinh nghiệm chƣa đƣợc hoàn chỉnh nên còn có một số thiếu sót trong quá trình thực hiện đề tài, em rất mong nhận đƣợc sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và bạn đọc quan tâm đề tài này

Trang 12

1 GIỚI THIỆU CHUNG

Luận văn mô tả sơ lược quá trình công nghệ trên một giàn khai thác dầu khí (giàn đầu giếng) nằm trên thêm lục địa của việt nam, từ đó đưa ra các bước thiết kế hệ thống điều khiển để đáp ứng được những yêu cầu công nghệ đặt ra

Giàn đầu giếng này có 12 giếng với 9 giếng sản phẩm và 3 giếng bơm ép nước Giàn đầu giếng có khả năng xử lí dòng dầu thô (dầu & khí), các giếng có thể khai thác với yêu cầu công nghệ gaslift và bơm ép nước

Hệ thống điều khiển phân tán DCS cũng như SCADA được sử dụng trên giàn đầu giếng với mục đích:

1 Điều khiển, tự động hóa và giám sát quá trình công nghệ (hệ thống PCS);

2 Giám sát và điều khiển hoạt động phương tiện máy móc với độ an toàn và tin cậy cao;

3 Cung cấp chức năng bảo vệ cho con người, thiết bị và môi trường bằng các

hệ thống:dừng khẩn cấp quá trình công nghệ (ESD), hệ thống phát hiện và bảo vệ chống cháy nổ (FGS);

4 Cung cấp dữ liệu khai thác cho giàn trung tâm;

Các thiết bị và hệ thống đều tuân thủ theo các quy định và tiêu chuẩn của quốc gia và quốc tế hoạt động trong môi trường dầu khí

Để đáp ứng yêu cầu công nghệ nhằm mục đích khai thác, xử lý, lưu trữ và vận chuyển các sản phẩm dầu/ khí thô từ lòng đất, các giàn khai thác dầu/ khí được xây dựng lên tại các vị trí định sẵn dựa trên các kết quả của các công tác nghiên cứu, thăm

dò Cùng với các yêu cầu cụ thể từ việc xử lý, lưu trữ, vận chuyển dầu hay khí mà các quá trình công nghệ được thực thi bởi các thiết bị công nghệ nhất định với quy mô khác nhau với từng giàn, từng mỏ khai thác

Mỗi dự án, mỗi hệ thống công nghệ có những đối tượng công nghệ đặc thù, tuy nhiên các sơ đồ công nghệ khai thác dầu – khí trên biển thường có những quá trình và thiết bị như phân tách (separation), lắng – lọc, truyền nhiệt, truyền khối… các quá trình và thiết bị được mô tả trong các phần dười đây là các thiết bị thường gặp trên các giàn đầu giếng – wellhead platform

Trang 13

1.1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRÊN GIÀN KHAI THÁC DẦU KHÍ

1.1.1 MÔ TẢ SƠ BỘ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CỦA GIÀN ĐẦU GIẾNG

Đề tài này tập trung nghiên cứu và phát triển xây dựng giàn đầu giếng BKT thuộc Liên Doanh Việt Nga Vietsovpetro, vị trí giàn đặt tại mỏ Bạch Hổ

Tại đầu giếng khai thác, dòng lưu chất (dầu & khí) của 9 giếng sản xuất đi qua van choke và chảy xuống các Production Header thông qua các đường ống Từ các Production Header này, dòng lưu chất đi qua bình phân tách sản phẩm 2 pha V-400 để khí tách khỏi chất lỏng (dầu) Dầu và khí sau khi tách ra được đưa ra các Riser riêng biệt (dầu Riser 03, khí Riser 02) để chuyển sang giàn trung tâm

Ngoài ra còn có quá trình đo đạc kiểm tra chất lượng giếng ở các Test Header Trong quá trình thử giếng, dòng lưu chất (dầu & khí) được đưa tới Test Header, sau khi được đo đạc và kiểm tra chất lượng giếng, dòng lưu chất được đưa tiếp vào Bình phân tách sản phầm V-400 đế đi tiếp đến các Riser Các đầu giếng không qua bộ tách vẫn đi thẳng tới bình tách V-400 để đến các Riser

Bình tách sản phẩm V-400 được thiết kế ở 2 chế độ: chế độ hoạt động bình thường và chế độ kiểm tra Có 2 bộ đo lưu lượng được lắp song song ở mỗi đầu ra của bình tách để đo sản phẩm trong 2 chế độ riêng biệt Bình tách hoạt động ở dải áp suất 10-41 barg

Bình Vent Scrubber V-200 được thiết kế hoạt động như một Vent Scrubber và Closed Drain Vessel Trên giàn đầu giếng, tất cả các PSV và BDV đều xả qua bình V-

200 Các máng bảo dưỡng từ hệ thống tăng áp cũng được dẫn tới bình V-200 Bình này sẽ xả khí hydrocarbon ra ngoài Vent Stack Còn chất lỏng (dầu) sẽ có 2 dạng: hoặc đưa trực tiếp vào đường ống để ra Riser 03 thông qua bơm H-311, hoặc đẩy tới các bình hứng dầu thải

Chất lỏng thoát ra từ bình chứa hóa chất, các skid bơm hóa chất và bất kì chất lỏng rỉ nào thu từ các thiết bị đều được đưa về bình Open Drain Tank V-300 Chất lỏng xả từ bình V-300 có 3 dạng: hoặc đưa trực tiếp vào đường ống để ra Riser 03

Trang 14

Khí Gas-Lift được cấp từ Riser 01 Khí này được đo trong Gas-lift Metering Skid SK-800A và dẫn tới Gas-lift Distribution Skid SK-800B sau đó phân ra 9 giếng sản phẩm Một nhánh dự phòng để chuyển khí Gas-lift tới giàn khác

Bên cạnh hệ thống công nghệ, các hệ thống tiện ích tương ứng như là Hệ thống khí nguồn nuôi cho instrument, hệ thống nước biển, hệ thống máy phát điện, hệ thống máy diesel, etc được cung cấp để hỗ trợ cho hoạt động của giàn

1.1.2 HOẠT ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁC HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ:

Phần này mô tả của hoạt động, điều khiển và theo dõi hệ thống xử lý được chia

ra thành nhiều phân đoạn như sau:

Hệ thống ống dẫn đầu giếng (Well flow lines control)

Bộ phận lưu giếng khoan (Production header)

Bộ thử dòng (Test header)

Hệ thống các ống đứng (Risers)

Bộ tách sản phẩm (Production separator)

Hệ thống thông gió (Vent system)

Hệ thống xả (Open/close drain system)

Hệ thống phân phối khí nén (Gaslift distribution system)

Hệ thống bơm ép hóa chất (Chemical injection system)

Hình dưới mô tả quá trình công nghệ của giàn đầu giếng

Trang 15

Hình 1.1-1 Hệ thống công nghệ giàn đầu giếng

Nguồn: Hướng dẫn thiết kế đo lường điều khiển – lưu hành nội bộ Vietsovpetro – Tác giá Võ Việt Hải- Lê Tùng Sơn (10-2016)

1.2 CÁC HỆ THỐNG CHÍNH

1.2.1 ĐẦU GIẾNG (WELL SLOTS)

a) Quá trình và thiết bị

Trang 16

Tùy thuộc vào thiết kế công nghệ, mỗi giàn khai thác dầu có thể có một số đầu giếng khai thác dầu hoặc xử lý công nghệ gaslift hoặc bơm ép nước…Trong đó, các giếng gaslift hoặc bơm ép nước được thiết kế để thực hiện các chức năng bơm khí hoặc nước từ thiết bị bề mặt xuống giếng nhằm thực hiện quá trình công nghệ như:

- Gaslift: trộn lẫn sản phẩm dầu với khí hydrocarbon để giảm tỉ trọng và lôi cuốn dầu lên bề mặt

Hình 1.2-1 Đầu giếng

Trang 17

- Ép vỉa: dùng nước có áp suất cao bơm vào các vỉa lân cận vỉa dầu đang khai thác để tăng áp suất vỉa cho dầu có thể lên được bề mặt thông qua giếng khai thác

b) Yêu cầu điều khiển

Tại các giếng khai thác này việc điều khiển được thực hiện bởi hệ thống điều khiển đầu giếng

1.2.2 CỤM THU GOM SẢN PHẨM (PRODUCTION MANIFOLD)

Hình 1.2-2: Cụm thu gom sản phẩm

Cụm thu gom sản phẩm (M-x) là các ống công nghệ thường nối thành vòng, có các đường vào-ra được thiết kế để thu gom các dòng sản phẩm dầu từ các giếng khai thác của giàn Từ cụm thu gom sản phẩm, dầu được chuyển qua các thiết bị lọc thô F-

1 trước khi đưa vào các cụm thiết bị xử lý

Trang 18

- Giám sát áp suất trên đường thu gom

- Điều khiển đóng công nghệ và đóng khẩn cấp thông qua van điều khiển SDV khi xảy ra bất thường

- Giám sát trạng thái các phin lọc bằng bộ đo chênh áp

- Theo dõi dòng sản phẩm từ các giàn vệ tinh trong mạng lưới khai thác nội mỏ thông qua kiểm soát áp suất dòng sản phẩm tại dàn ống đứng

- Giám sát và thực hiện các hoạt động dừng công nghệ (PSD) và dừng khẩn cấp (ESD)

Trang 19

- Giám sát và điều chỉnh mức lỏng và mức ngăn cách dầu-nước trong các ngăn của bình tách

- Giám sát và điều chỉnh áp suất khí và dầu tại đầu ra bình tách

- Giám sát và điều chỉnh áp suất bình tách

- Giám sát và điều chỉnh nhiệt độ làm việc của bình tách

- Giám sát và điều chỉnh nhiệt độ dòng dầu lưu chuyển giữa các khâu xử lý sản phẩm

Trang 20

valve PIC sẽ tự động chuyển sang chế độ bằng tay (Manual Mode) Việc lỗi này sẽ được thông báo cho người vận hành, nhưng giữ thiết bị ở chế độ ổn định, tránh làm dừng hệ thống

-400)

Theo các chu trình tách khác nhau, người cán bộ vận hành công nghệ sẽ điều chỉnh các mức chất lỏng, áp suất và nhiệt độ bình tách thích hợp để hiệu suất tách là tốt và ổn định nhất

Trang 22

- Giám sát và điều khiển mức trong bình xả kín

- Giám sát và bảo vệ áp suất bình

- Giám sát thành phần ẩm trong dòng lỏng để quyết định quá trình tái xử lý tận thu dầu sẽ đƣợc thực hiện ở hệ thống công nghệ phù hợp

Trang 23

- Hydrocarbon được lắng nổi và chuyển sang các tank chứa, nước được lắng và xả

ra môi trường thông qua hệ thống lọc nước water treatment và bể caisson

- Giám sát mức lỏng trong các tank chứa và bể caisson

- Điều khiển bơm caisson

Trang 24

- các bộ đo giám sát Gaslift

Gồm có TT, FT, PTđể nhiệt độ, áp suất, lưu lượng khí G

Trang 25

tín hiện từ các bộ đo giám sát

1.2.8 HỆ THỐNG/THIẾT BỊ PHỤ TRỢ (UTILITY FACILITIES)

1.2.8.1 Hệ thống bơm hóa phẩm (Chemical Injection System)

Trang 26

- Giám sát mức tank hóa phẩm

- Giám sát và điều khiển lưu lượng hóa phẩm

- Điều khiển bơm hóa phẩm

1.2.8.2 Hệ thống máy nén không khí (Air Compression System)

Tương tự giàn khí, tùy thuộc áp suất cuối cùng của khí thương phẩm mà trên giàn khai thác khí sẽ quyết định có lắp đặt các tổ máy nén khí hay không Các tổ máy này có nhiệm vụ nâng áp suất dòng khí đủ để thực hiện quá trình vận chuyển đến nơi tiêu thụ

Đôi khi do có sự hòa trộn các dòng khí từ các mỏ có áp suất khác nhau, hoặc cần nâng áp suất khí để thực hiện yêu cầu công nghệ như là khí gaslift… các máy nén khí cũng sẽ được lắp đặt để nâng áp có các dòng khí thấp áp trước khi hòa trộn và xử lý Nhìn chung, các hệ thống nén khí sẽ bao gồm các cụm thiết bị chính:

- Bộ tách lỏng và lọc khí đầu vào (Gas Compressor Suction Scrubber)

- Hệ thống dẫn động máy nén (Gas Turbine Driver hoặc Gas Engine)

- Máy nén khí (Gas Compressor)

- Các thiết bị phụ trợ (Gas Compressor After Cooler, Control system, etc.)

- Giám sát và điều khiển áp suất đầu ra của khí thương phẩm

- Giám sát và điều khiển lưu lượng nhiên liệu đầu vào máy nén

Trang 27

- Giám sát và điều khiển áp suất khí đưa tới các hệ thống cần sử dụng Nitrogen

1.2.9 HỆ THỐNG CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG (POWER GENERATION

SYSTEM)

Luôn luôn có ít nhất 2 hệ thống cung cấp năng lượng trên một công trình biển:

- Hệ thống cung cấp năng lượng điện chính

- Hệ thống cung cấp năng lượng điện khẩn cấp (EDG)

Hệ thống cung cấp năng lượng điện chính có thể sử dụng máy phát điện dùng diesel hoặc khí nhiên liệu (Fuel gas) Công suất máy phát được tính toán sao cho đảm bảo cung cấp điện cho tất cả các thiết bị và tải tiêu thụ cần thiết để duy trì công trình ở trạng thái hoạt động bình thường mà không cần dùng đến năng lượng từ hệ thống máy phát khẩn cấp

Hệ thống cung cấp năng lượng điện khẩn cấp được tính toán để cung cấp năng lượng cho tất cả các thiết bị và tải tiêu thụ cần sử dụng trong trường hợp khẩn cấp với thời gian xác định Đôi khi hệ thống này cũng sử dụng cho trường hợp khởi động công trình ban đầu (black start)

Trang 28

- Giám sát trạng thái các hệ thống điện

- Điều khiển khởi động/ dừng khẩn cấp các hệ thống điện khi có sự cố

1.2.10 HỆ THỐNG KHÍ ĐIỀU KHIỂN VÀ KHÍ DẪN ĐỘNG (INSTRUMENT

AND UTILITY AIR SYSTEM)

Một số thiết bị điểu khiển có yêu cầu sử dụng khí nén như các bộ điều khiển khí, van dẫn động khí nén, tủ điều khiển làm kín bắng khí nén… Khí nén cũng sử dụng cho các thiết bị như tời, neo, dụng cụ cầm tay…

Khí điều khiển (Instrument Air) và khí dẫn động (Utility Air) được nén tới áp suất xác định, làm khô và lọc sạch trước khi đưa tới các hệ thống cần sử dụng khí theo thiết kế

Khí nén được cung cấp thông qua các hệ thống máy nén, máy làm khô, bình chứa và hệ thống phân phối Khí điều khiển thường có yêu cầu cao hơn khí dẫn động

về độ sạch, mức độ nhiễm dầu… tuân thủ những tiêu chuẩn cụ thể như ISA Đôi khi khí điều khiển được sử dụng để làm khí nén đầu vào cho các bộ tạo Nitrogen

Một số trường hợp khí hydrocarbon cũng có thể sử dụng làm khí điều khiển (Instrument gas) Khi đó cần lưu ý đặc biệt đến việc lựa chọn thiết bị điều khiển, cũng như gia tăng mức độ an toàn khi tính toán thiết kế hệ thống

- Giám sát và điều khiển áp suất khí đưa tới các hệ thống cần sử dụng khí nén

Trang 29

Dừng thiết bị đơn lẻ (USD): Các hoạt động dừng USD được quyết định bởi yêu

cầu công nghệ để bảo vệ thiết bị đơn lẻ

Dừng công nghệ (PSD): Các hoạt động dừng PSD được quyết định bởi yêu cầu

công nghệ để bảo vệ thiết bị hoặc cụm thiết bị đơn lẻ

Dừng khẩn cấp mức thấp (ESD Low): Là mức dừng khẩn cấp thấp nhất Mức

ESD Low thường thực hiện hoạt động dừng toàn giàn, đưa quá trình và thiết bị trên gian về trạng thái an toàn nhưng không thực hiện xả áp trong hệ thống công nghệ ESD Low thường kích hoạt do một số thiết bị tự động, nhưng cũng

có thể thực hiện bằng các nút bấm kích hoạt bằng tay Khi kích hoạt ESD Low thì các chế độ PSD & USD tự động kích hoạt theo

Dừng khẩn cấp mức cao (ESD High): Là mức dừng khẩn cấp cấp cao Mức

ESD High thực hiện hoạt động dừng toàn giàn, đưa quá trình và thiết bị trên giàn về trạng thái an toàn và thực hiện xả áp trong hệ thống công nghệ ESD high thường kích hoạt do một số thiết bị tự động và thiết bị phát hiện cháy-khí, nhưng cũng có thể thực hiện bằng các nút bấm kích hoạt bằng tay Khi kích hoạt ESD High thì các chế độ ESD Low, PSD & USD tự động kích hoạt theo

Rời giàn khẩn cấp (Abandon): Là mức dừng khẩn cấp cao nhất Mức Abandon

được thực hiện khi không có khả năng đưa hệ thống về trạng thái an toàn Mức này sẽ dừng hoạt động toàn giàn, ngoại trừ các thiết bị tối thiểu cần cho hoạt động rời giàn sẽ phải hoạt động được trong thời hạn xác định Abandon được kích hoạt bằng tay do những người có trách nhiệm cao nhất trên giàn thực hiện Khi kích hoạt Abandon thì các chế độ ESD High, ESD Low, PSD & USD tự động kích hoạt theo

Trang 30

- Giám sát và thực hiện hoạt động dừng khẩn cấp theo nguyên lý Shutdown

Philosophy,

- Đƣa ra các kích hoạt cho các thiết bị liên quan (thể hiện trong bảng nguyên lý

Cause & Effect)

-

Hình 1.2-6 Sơ đồ phân cấp dừng giàn khần cấp 1.2.12 HỆ THỐNG CẢNH BÁO CHÁY VÀ KHÍ (FIRE AND GAS SYSTEM)

Hệ thống cảnh báo cháy và khí đƣợc cung cấp để đƣa ra cảnh báo kịp thời của sự

xuất hiện khí hydrocarbon, và lửa Hệ thống này cũng sẽ kích hoạt hành động (ví dụ

cách lí hệ thống công nghệ và cung cấp điện), để kiểm soát và giảm thiểu những tác

động của lửa và khí đốt gây ra

Trang 31

- Giám sát trạng thái các đầu dò khí/lửa/khói

- Điều khiển khởi động/dừng khẩn cấp các hệ thống liên quan (ESD) khi có sự cố

- Khởi tạo tín hiệu cảnh báo sang các hệ thống liên quan

1.3 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ TRÊN GIÀN KHAI THÁC

1.3.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Thiết bị đo và điều khiển được cung cấp cho cơ sở này có các mục tiêu sau:

- Cung cấp mức độ kiểm soát, tự động hóa và giám sát để đáp ứng các yêu cầu của quy trình

- Cung cấp thiết bị và điều khiển cho hoạt động tin cậy và an toàn cao của cơ sở

- Tuân thủ luật lệ pháp luật địa phương và tiêu chuẩn cao về thực tiễn làm việc của ngành dầu khí

- Cung cấp chức năng bảo vệ (hệ thống ngắt khẩn cấp và hệ thống phát hiện và phòng cháy chữa cháy) nhằm đảm bảo an toàn cho nhân viên, thiết bị và môi trường sẽ đáp ứng được yêu cầu của Công ty và tiêu chuẩn an toàn quốc tế

Trang 32

1 Hệ thống điều khiển công nghệ (PCS)

2 Hệ thống an toàn tích hợp (SIS) bao gồm hệ thống dừng khẩn cấp (ESD) và

hệ thống Fire & Gas phát hiện cháy và khí dễ cháy nổ (FGS)

Giao tiếp giữa các hệ thống thông qua đường truyền thông có dự phòng, tín hiệu đóng an toàn đến-đi hệ thống SIS phải bằng đường hard-wire

Hệ thống PCS / SIS sẽ tự hoạt động trong trường hợp truyền thông gặp sự cố Bên cạnh ICSS, các thiết bị chính và hệ thống điều khiển còn có:

1 Tủ điều khiển đầu giếng (WHCP)

2 Hệ thống chữa cháy (firefighting system)

3 Hệ thống điều khiển động cơ thông minh (Intelligent motor control system)

4 Hệ thống truyền thanh thông báo (PAGA)

5 Hệ thống thông tin liên lạc

Chuẩn giao tiếp giữa ICSS và các hệ thống khác sẽ theo tiêu chuẩn:

- Volf-free contact nếu là input của ICSS từ hệ thống khác

- 24VDC power nếu output từ ICSS đến hệ thống khác

1.3.2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHỆ (PCS)

Nhiệm vụ chính của hệ thống PCS là cung cấp các điều khiển công nghệ, phát cảnh báo, ghi lại các cảnh báo, xuất báo cáo, và giao tiếp với người vận hành

PCS sẽ phải cung cấp đầy đủ thông tin và tác động điều khiển đến các thiết bị được điều khiển từ phòng điều khiển (CCR) với tối thiểu sự can thiệp của người vận hành

PCS sẽ phải có nền tảng vi xử lí với kiến trúc điều khiển phân tán, sử dụng các thiết bị phần cứng và phần mềm chuẩn hóa công nghiệp PCS cũng phải tương thích

Trang 33

với chuẩn TCP/IP điều khiển công nghê liên tục và chức năng theo dõi dễ dàng dựa trên giao tiếp đồ họa

PCS sẽ phải có độ tin cậy cao và luôn luôn sẵn sàng (>99.95%) PSC được thiết

kế để bất kì trục trặc đơn lẻ nào cũng không làm dừng hệ thống Và do đó, PCS phải được thiết kế dựa trên kỹ thuật dự phòng, tối thiểu cho các phần tử sau:

- Module điều khiển

- Module nguồn

- Module truyền thông

- Module IO

- Module giao tiếp với hệ thống phụ (Modbus)

- Mạng điều khiển công nghệ

PCS có các tủ đấu nối để nối dây từ thiết bị trường, cũng như có tủ hệ thống với cái module IO/ điều khiển/ truyền thông v.v

PCS cũng có các máy tính trạm (OWS) và máy tính lập trình (EWS) để vận hành

và theo dõi máy móc thiết bị Các máy tính này cũng phải được kết nối với PCS bằng truyền thông có dự phòng (1+1)

Truyền thông giữa PCS với các hệ thống điều khiển khác có thể dùng các đường truyền nối tiếp và/hoặc hard wire Giao tiếp giữa PCS và SIS sẽ bằng hardwire cho các tín hiệu liên quan đến an toàn

PCS nhận tín hiệu đồng bộ giờ từ bộ GPS và chuyển tín hiệu giờ sang các hệ thống khác

Trang 34

Hình 1.3-1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG PCS VỚI CÁC HỆ THỐNG LIÊN QUAN

Trang 35

1.4 CÁC BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐẶC TRƯNG:

1.4.1 ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG

Lưu lượng là một thông số điều khiển thường có trong điều khiển quá trình Mạch vòng điều chỉnh lưu lượng bao gồm thiết bị đo lưu lượng, các van điều khiển và các ống dẫn môi chất Môi chất ở đây có thể là chất lỏng hoặc thể khí

Trong hệ thống công nghệ của giàn BKT, điều khiển lưu lượng được thực hiện tại các nhánh Gaslift của mỗi đầu giếng

Hình 1.4-1 Sơ đồ công nghệ một nhánh gaslift

Các vòng điều khiển lưu lượng thông thường là các vòng lặp nhanh nhất trong một quá trình công nghệ Dải động được tính bằng giây (trong khi các quá trình khác được tính bằng phút) Hiển thị dòng chảy trên PCS dường như phản hồi ngay lập tức

Trang 36

Hầu hết các vòng lặp được điều chỉnh chặt chẽ để chúng phản ứng nhanh hơn với những thay đổi điểm đặt và nhiễu loạn Điều này đặt vòng điều khiển lưu lượng trong một dạng riêng, liên quan đến việc lựa chọn chế độ và thông số của bộ điều khiển PID Một vấn đề nữa là nhiễu đo lường đáng kể đôi khi đi kèm với phép đo lưu lượng Nếu bộ điều khiển đáp ứng nhanh, nhiễu đo sẽ được chuyển thành nhiễu của tín hiệu đến van điều khiển Điều này thuận lợi cho bộ điều khiển chỉ có khâu tích phân

Lựa chọn bộ điều khiển: Điều khiển PI được sử dụng cho hầu hết các vòng điều

khiển lưu lượng Tuy nhiên, tỷ lệ độ nhạy thường rất thấp, chỉ có hiệu quả trong khâu điều khiển tích phân

Với bộ điều khiển thông thường, quá trình điều chỉnh sẽ đặt hệ số để bộ điều khiển đạt được độ lợi tối thiểu, và sau đó đển điều chỉnh để đạt được hiệu năng mong muốn Đối với điều khiển thông thường, giá trị tối thiểu độ lợi dao động từ khoảng 0,1% /% đến 0,5% /%, tùy thuộc vào nhà sản xuất

1.4.2 ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT

Áp suất là thông số điều khiển thông dụng trong sản xuất công nghiệp.Có ba dạng môi chất chính cần điều chỉnh áp suất đó là áp suất khí, áp suất hơi nước, áp suất dung dịch Mỗi một môi chất có đặc tính điều chỉnh áp suất khác nhau

Sự kiểm soát áp suất trong một bình áp lực thường đạt được bằng một trong ba cách:

1 Đầu vào biến đổi với đầu ra ổn định

2 Đầu vào ổn định với đầu ra hay đổi

3 Đầu vào và đầu ra đều thay đổi

Một ví dụ trong điều khiển áp suất trong hệ thống công nghệ của BKT là ở bình tách sản phẩm Ở đầu vào của bình, người ta bố trí một van đóng dòng dầu đi vào bình khi được kích hoạt tính hiệu dừng quá trình công nghệ - PSD Tín hiệu PSD này được đưa ra khi có sự thay đổi áp suất ngoài mức giới hạn của bình (LL-rất thấp và HH-rất cao), áp suất này có được từ bộ đo áp PZT-402 đặt trên thân bình PSD cũng xuất hiện

Trang 37

khi phát hiện các thông số công nghệ mất an toàn khác (từ bộ đo mức, nhiệt độ v.v.) Vòng điều khiển này thường nằm trong hệ thống điều khiển an toàn SIS (ESD)

Hình 1.4-2: Sơ đồ công nghệ bảo vệ áp suất bình V-400

Ngoài ra, còn có một vòng điều khiển áp suất nữa ở đầu ra của bình

Hình 1.4-3 Sơ đồ công nghệ điều khiển áp suất khí đầu ra bình V-400

Trang 38

Điều khiển áp suất khí là thông số dễ điều khiển, quá trình áp suất của khí thường

là hệ tự chỉnh tự nhiên, ngoài trường hợp lưu lượng bằng 0, vì áp suất luôn phản ảnh lưu lượng vào và lưu lượng ra Thực chất quá trình áp suất là khâu tích luỹ đơn (khâu tích phân) ngoài ra có chứa thêm thành phần trễ nhỏ của van và cơ cấu đo Riêng trường hợp điều khiển áp suất cho máy nén khí thường có thể tích giới hạn, áp suất cao và bộ nén khí thông thường cung cấp áp suất lớn và tốc độ lưu lượng không đổi Cần sử dụng van điều khiển bypass

Điều khiển áp suất chất lỏng tương tự như điều khiển lưu lượng Nhưng hệ số khuếch đại quá trình trong điều khiển áp suất khác với điều chỉnh lưu lượng

1.4.3 ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ

Điều khiển nhiệt độ thuộc loại phổ biến trong công nghiệp, bao gồm hai loại: điều khiển nhiệt độ trong quá trình truyền nhiệt và điều khiển nhiệt độ trong quá trình biến đổi năng lượng Tuy nhiên, trong hệ thống công nghệ của giàn BKT, các cảm biến nhiệt (TT-402) không trực tiếp điều khiển mà chủ yếu chỉ đưa ra các cảnh báo để hệ thống SIS (ESD) đưa ra các tính toán cho việc phát ra các tín hiệu PSD để dừng hệ thống công nghệ

Hình 1.4-4 Sơ đồ công nghệ đo và cảnh báo nhiệt độ bình V-400

Trang 39

- Dòng lưu chất đầu ra của bình sẽ là đầu vào của các khâu tiếp theo Các khâu này

sẽ được thiết kế để đáp ứng sự thay đổi dần (nếu có) của nguồn đầu vào Tuy nhiên,

sự thay đổi quá nhanh và đột ngột sẽ là một trở ngại lớn cho việc điều khiển các khâu phía sau

Việc điều khiển dòng đầu ra của bình phải đáp ứng các yêu cầu này Ở hầu hết các

bộ điều khiển mức, điều chỉnh thích ứng nhanh là không cần thiết, và thường phản tác dụng

Điều khiển mức ở BKT gần giống như 2 loại mô tả phía trên Mức bình sẽ được giới hạn trong dải cho phép (HH-rất cao và LL-rất thấp) Tín hiệu cảnh báo các mức này được cấp bởi LZT-401, cùng với một số cảnh báo khác đưa về hệ thống SIS (ESD), nguồn đầu vào của bình sẽ được đóng lại khi có tín hiệu PSD phát ra

Loại điều khiển mức thứ 2 ở bình tách của BKT là điều khiển dòng đầu ra, một bộ

do mức LT-400 trực tiếp điều khiển các van LCV-400 ở đầu ra của bình

Trang 40

Hình 1.4-5 Sơ đồ công nghệ điều khiển mức chất lỏng phân tách trong bình V-400

Lựa chọn bộ điều khiển:

Một số trường hợp, người ta áp dụng các quy tắc điều chỉnh Ziegler-Nichols để điều chỉnh thông số bộ điều khiển mức Điều này cho phép vòng lặp phản hồi rất nhanh,

có nghĩa là phục hồi nhanh sau bất kỳ độ lệch nào của mức bình Đây có thể là đáp ứng mong muốn, nhưng mục tiêu kiểm soát rất có thể sẽ khác

Điều khiển đáp ứng chậm

Trong nhiều trường hợp, đáp ứng chậm là cần thiết trong một vòng điều khiển mức, như trong điều khiển mức của một bình tăng áp Đối với ứng dụng này, người ta áp dụng điều khiển mức trung bình hoặc tính toán độ lợi thích hợp bằng cách sử dụng các giới hạn mức cao và thấp nhất mong muốn trong bể và chọn thông số bằng tay

Điều khiển đáp ứng nhanh

Trường hợp điều khiển đáp ứng nhanh, ví dụ như khi kiểm soát mức bình trong bộ tách khí áp suất cao trong dầu khí Sử dụng các quy tắc điều chỉnh Ziegler-Nichols sẽ tạo

ra đáp ứng rất nhanh, nhưng sẽ dẫn đến một vòng điều khiển với dung sai rất thấp đối

Định dạng
Số trang	158
Dung lượng	3,59 MB