Компьютерный имитационный тренажер “ЦЕХ ПЕРЕРАБОТКИ ГАЗА-2 ЯРАКТИНСКОГО НЕФТЕГАЗОКОНДЕНСАТНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ” для ООО ИНК в составе УКПГ, ДКС, УПСГ

Нашей командой создан компьютерный имитационный тренажер для подготовки персонала участка комплексной подготовки газа УКПГ-2, предназначенной для приема сырого природного газа от добывающих скважин (с водометанольной и углеводородной жидкой фазой) и подачи на подготовку в установки подготовки природного и попутного нефтяного газа УПППНГ;

Ярактинское — нефтегазоконденсатное месторождение. Открыто в 1971 г. Расположено в 140 км от г. Усть-Кута, в северной части Усть-Кутского района и южной части Катангского района Иркутской области. Находится в верхнем течении реки Нижней Тунгуски, в бассейнах ее левых притоков Яракты (отсюда название) и Гульмока. Нефтегазоносность связана с отложениями вендского и кембрийского возрастов – песчаниками ярактинского горизонта общей толщиной до 40 м. Запасы нефти – 11 млн т. Плотность нефти – 0,850 г/см³ или 34° API. Плотность газового конденсата – 0,67 – 0,71 г/см³. Месторождение относится к Прибайкальской нефтегазоносной провинции (НГП). Первая поисковая скважина на Ярактинской площади была заложена в 1969 г. В конце 1970 г. был освоение скважины дало фонтан нефти дебитом 100 м3/сутки, послуживший открытием Ярактинского месторождения. Эксплуатация Ярактинского нефтегазоконденсатного месторождения началась в 1992 г. Оператор – Иркутская нефтяная компания (ИНК), для которой Ярактинское НГКМ является основным – здесь добывается примерно 80% углеводородного сырья компании. По результатам 2009 г. на месторождении извлечено 319,4 тыс. т сырья (рост 29,7% по сравнению с 2008 г.). В 2010 г. планировалось добыть около 0,5 млн т нефти.

Установка получения сжиженного гелия (УПСГ) предназначена для извлечения, очистки, ожижения и отгрузки гелия в специальные автомобильные транспортные контейнеры.Назначение компрессорной станции в составе сооружений УПКГ-2 ЦПГ-2 Ярактинского НГКМ – компримирование сухого отбензиненного газа для транспорта и закачки в пласт с целью увеличения коэффициента извлечения тяжелых углеводородов из продуктивных пластов.

Перечень сценариев в тренажере:

• Резкий рост давления на входных шлейфах;
• Резкое снижение давления на входных шлейфах;
• Резкий рост давления на напорных нитках;
• Резкое падение давления на напорных нитках;
• Пуск компрессора после аварийного останова;
• Аварийный останов насосов терминола;
• Резкий рост давления теплоносителя в Печи;
• Увеличение расхода на холодный факел;
• Нормальный пуск установки;
• Нормальный останов установки;
• Рост уровня ;
• Загазованность площадки БВШ;
• Загазованность площадки блока пробкоуловителей;
• Загазованность площадки УЗА;
• Загазованность площадки БСК;
• Загазованность здание БСК;
• Загазованность площадки БНТК;
• Загазованность здание БНТК;
• Загазованность БПСГ;
• Загазованность площадки ГПА;
• Загазованность площадки МКС;
• Падение давления в трубопроводе ПНГ;
• Рост давления в разделителях;
• Рост давления в трубопроводе ШФЛУ;
• Падение давления в трубопроводе ШФЛУ;
• Отсутствие потока шфлу;
• Рост уровня;
• Рост температуры на входе КСД ГПА;
• Падение давления на всасе ГПА;
• Прекращение подачи топливного газа к печам;
• Предупредительная сигнализация низкого давления воздуха в ресиверах;
• Рост давления теплоносителя в Печи;
• Циклограмма адсорберов в ручном режиме;
• Резкий рост потока НГК на БСК;
• Снижение давления на всасе второй ступени;
• Блок извлечения.
• Каталитический блок. Реакторный узел
• Каталитический блок. Компрессор
• Блок осушки
• Вторая ступень извлечения. Сепарация.
• Вторая ступень извлечения. Компрессор
• Блок короткоцикловой адсорбции.
• Блок ожижения гелия;
• Блок ожижения. Турбодетандеры;
• Блок ожижения. Поршневой детандер;
• Система хранения сжиженного гелия.
• Система налива готового продукта.
• Система охлаждения.
• Компрессор регенерации
• Блок низкотемпературной конденсации
• Блок стабилизации конденсата
• Воздухоразделительная установка

Тренажер был разработан на Система автоматизированного проектирования компьютерных имитационных тренажеров – САПР КИТ – главном компоненте открытой распределенной тренажерной платформы ПОЛИГОН (https://lcontent.ru/portfolio/otkrytaya-platforma/)

Математическая модель технологической схемы – система математических соотношений, описывающих с требуемой точностью имитируемый объект или процесс (реакцию системы на действия пользователя или инструктора).

Высокая адекватность и универсальность модели тренажера определяет соответствие поведения реальной системы и поведения модели в штатном и аварийном режимах.

Под адекватностью понимается способность модели отражать заданные свойства объекта с приемлемой точностью. Универсальность модели определяется количеством параметров, учитываемых в процессе имитации. Наша компания имеет собственную запатентованную технологию синтеза высокоточных математических моделей, работающих в режиме реального времени.

Мы используем математические модели для моделирования системы в тренажерах для подготовки персонала. Для тренажеров особенное значение имеет идентичность моделируемой среды. Идентичная реальной система – это система, обеспечивающая генерацию модели реальной в соответствии с математической моделью этой реальной системы при помощи программных или аппаратных средств. Идентичность имитируемой системы … это идентичность подачи на основные каналы восприятия пользователя программно- или аппаратно- управляемых воздействий и реалистичной реакции моделируемой среды на производимые пользователями действия.

Итак, что мы сделали….

Разработана технология автоматического синтеза математической модели объекта. Технология повышает качество и технико-экономический уровень создаваемых математических моделей. Поддержка однофазных и многофазных режимов течения жидкости и газа. Точный контроль фазовых состояний веществ во всех элементах модели технологической схемы.

Были созданы следующие модули следующие модули – техническое обеспечение, математическое обеспечение, программное обеспечение, информационное обеспечение, лингвистическое обеспечение, методическое обеспечение, организационное обеспечение, интеграция с другими системами:

математическое обеспечение — совокупность математических методов, моделей и алгоритмов для выполнения проектирования ЦОР (цифровые образовательные ресурсы);

• Моделирование и симуляция АСУиТП;
• Мультифизическое моделирование технологических схем;
• Моделирование и симуляция физических процессов по направлениям
• Гидродинамика и теплопередача (модифицированная сетчатая модель Больцмана)
• Электродинамика и оптика
• Механика (Классическая, Релятивистская, Механика сплошных сред (Гидродинамика, Пневматика, Гидростатика)
• Химия
• Механика твёрдого тела
• Термодинамика жидкостей и газов. Доступные термодинамические модели: Идеального газа; Пенга-Робинсона; Пенга-Робинсона (с модификацией Тву); Соаве-Редлиха-Квонга; Соаве-Редлиха-Квонга (с модификацией Граборски-Дауберта). Для смесей жидкостей доступны следующие термодинамические модели: Чао-Сидера (с модификацией Грейсона-Стрида); Уилсона; NRTL; UNIFAC VLE; UNIQUAC; Регулярного раствора; Расширенная модель регулярного раствора; Идеального раствора.

программное обеспечение — компьютерные программы, реализующие проектирование и предоставление ЦОР;

• встраиваемый мультипарадигменный язык LUA, интеграция / имплементация
• стандартов и спецификаций OPC, IEEE1516, XAPI
• интеграция с OpenModelica

информационное обеспечение — базы данных, содержащие информацию, необходимую для проектирования ЦОР; 

• База данных фазовых состояний веществ
• База данных плотности, теплоемкости, молекулярной массы веществ и т.д.

Расчет и визуализация физической модели при помощи метода решетчатых уравнений Больцмана (LBM)

1. Создан графический редактор, позволяющий создавать точную модуль технологической схемы объекта.

. Создан модуль экспорта из технологической схемы в математическую модель с последующим выполнением пошаговых или непрерывных расчетов

• Полностью автоматический расчет всех вариантов потоков жидкости и газа.
• Разработаны универсальные математические модели оборудования, в т.ч.
• Запорнорегулирующая арматура, гидро-пневмо- трубопровод
• Пласты-Скважины
• Печи
• Обратные клапаны
• Динамические насосы и компрессоры
• Объемные насосы и компрессоры
• Теплообменники
• Подогреватели
• СППК
• Измерительные приборы (манометры, термометры, расходомеры)

3. Создан и тестируется экспериментальный модуль на основе модифицированного метода решетчатых уравнений Больцмана (LBM)

4. Создан и используется последовательная схема расчетов- на базе решения линейных уравнений для нахождения начальных условий с последующим решением с использованием прямых численных итерационных методов на основе найденного приближенного решения и величины шага.

5. Создана точная модель > 10 полномасштабных установок для различных заказчиков (УПППНГ, УПН, УПХГК и т.д.) с точным соответствием данных по хайсису и юнисиму (отклонения не более 5-7%)

Создано значительное количество математических моделей:

• Колонны
• Ребойлеры
• Турбодетандеры
• Двухфазные и трехфазные сепараторы и т.д.

6. Создана расширяемая библиотека для предоставления компонентного состава. Высокая точность предоставления компонентного состава нефти и попутного газа:

• Фракционный состав нефти от C1 до С40+
• Метан  CH4 
• Этан  C2H6 
• Пропан  C3H8 
• И-Бутан  iC4H10 
• Бутан  C4H10 
• И-Пентаны  iC5H12 
• Пентан  C5H12 
• И-Гексаны 
• Гексан  C6H14 
• И-Гептаны 
• Бензол  C6H6 
• Гептан  C7H16
• И-Октаны  iC8H18 
• Толуол  C7H8 
• Октан  C8H18 
• И-Нонаны  iC9H20 
• Нонан  C9H20 
• И-Деканы  iC10H22 
• Декан  C10H22 
• Углекислый газ  CO2 
• Азот  N2 
• Сероводород  H2S

7. Разработаны средства высокоточной имитации автоматики (АСУ ТП нижний и верхний уровень)

• Имитация управляющих устройств
• Имитация датчиков
• Имитация алгоритмов контроллеров (ПИД-регуляторы и т.д.)
• Имитация системы верхнего уровня (SCADA)

8. Разработан модуль создания сценариев событий

• Линейная и нелинейная структура
• Развитые механизмы ветвления сценария
• Развитые механизмы задания последствий действий или условий
• Простой графический редактор
• Связь с математическим описанием объекта

9. Выполнена поддержка стандартов IEEE1516e, OPC UA, xAPI для взаимодействия с другими системами.

Выполнена интеграция с алгоритмом моделирования процессов, протекающих в электронных схемах SPICE. SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis). Благодаря полной поддержке данного алгоритма наши тренажеры позволяют выполнять высокоточную симуляцию электрических схем, в том числе:

• AC анализ (анализ по переменному току)
• DC анализ (анализ по постоянному току) для слабых сигналов
• анализ DC transfer curve
• анализ шумов
• анализ передаточной функции (входное и выходное усиление малых сигналов и вычисление импеданса)
• анализ переходных процессов

10. Выполнена интеграция со свободным открытым программным обеспечением для моделирования, симуляции, оптимизации и анализа сложных динамических систем – OpenModelica, основанным на языке Modelica. Modelica — объектно-ориентированный, декларативный, мультидоменный язык моделирования для компонентно-ориентированного моделирования сложных систем, в частности, систем, содержащих механические, электрические, электронные, гидравлические, тепловые, энергетические компоненты, а также компоненты управления и компоненты, ориентированные на отдельные процессы. По своим возможностям приближается к таким вычислительным средам как Matlab Simulink, Scilab xCos, имея при этом значительно более удобное представление системы уравнений исследуемого блока. Включает блоки:

• механики
• электрики
• электроники
• электродвигатели
• гидравлики
• термодинамики
• элементы управления и т. д.