ПОТОКОВЫЙ АНАЛИЗАТОР ОБЩЕЙ ЗАСОЛЕННОСТИ ДИЭТИЛЕНГЛИКОЛЯ (ПАОЗ) Российский патент 2018 года по МПК G01N27/04 G05D27/00 G01N33/30 

Изобретение относится к области автоматического измерения физико-химических параметров жидкостей.

Процессы подготовки газа на газовых месторождениях, в подземных хранилищах газа и на установках абсорбционной осушки газа, на которых в качестве абсорбента используется водный раствор диэтиленгликоля (далее ДЭГ), сопровождаются отложением твердых осадков неорганических веществ, накапливающихся на стенках труб, в насосном оборудовании и коммуникациях системы подготовки газа.

Накопление солей осложняет процесс подготовки газа, приводит к порче дорогостоящего оборудования и трудоемким ремонтным работам.

Технической задачей изобретения является осуществление автоматического контроля степени засоленности ДЭГ для оперативного внесения изменений в режимы работы установок подготовки газа, установок регенерации ДЭГ, снижения рисков выхода из строя и повышения надежности эксплуатации оборудования.

ПАОЗ (далее - Устройство для автоматического измерения физико-химических параметров ДЭГ) содержит блок регистрации и управления, состоящий из вычислителя с программным обеспечением, включающего в себя алгоритм вычисления численных значений степени засоленности ДЭГ, который соединен передающими кабелями с терминалом ввода и отображения информации, дискретного модуля для управления установкой абсорбционной осушки газа и аналогового модуля для преобразования сигнала, полученного от кондуктометрического датчика, соединенных с вычислителем и блоком питания.

Устройство для автоматического измерения физико-химических параметров ДЭГ снабжено измерительным модулем, состоящим из преобразователя сигналов и кондуктометрического датчика, соединенного с преобразователем сигналов специальным кабелем. Кондуктометрический датчик герметично устанавливается в центральный патрубок проточного тройника, подсоединенного боковыми патрубками в технологическую линию установки абсорбционной осушки газа. Преобразователь сигналов датчика устанавливается стационарно на вертикальной поверхности в непосредственной близости от кондуктометрического датчика.

Изобретение относится к области автоматического измерения физико-химических параметров жидкостей и может быть использовано на газовых месторождениях и подземных хранилищах газа, на установках абсорбционной осушки газа, на которых в качестве абсорбента используется водный раствор ДЭГ, путем измерения его электропроводности и температуры.

Известен способ определения содержания солей в продуктах нефтяной и газовой переработки. В Государственном стандарте СОЮЗА ССР ГОСТ 21534-76 (СТ СЭВ 2879-81) Нефть. Методы определения содержания хлористых солей. Комитет стандартизации и метрологии СССР, Москва, включающий способ определения содержания хлористых солей потенциометрическим титрованием. Сущность способа заключается в растворении пробы нефти в органическом растворителе и определении содержания хлористых солей потенциометрическим титрованием.

К недостаткам данного способа относится длительный процесс подготовки проб и определения значения засоленности и, как следствие, не соответствие результатов анализа текущему значению, применение большого количества вредных для здоровья человека реактивов, высокие требования к персоналу. При этом все измерения производятся персоналом лаборатории ручным методом.

Известны устройство для автоматического анализа параметров теплоносителя и способ его реализации. Устройство содержит устройство подготовки проб, анализатор жидкости с измерительной ячейкой, датчик измерения удельной электрической проводимости, датчик измерения концентрации растворенного молекулярного кислорода, датчик измерения температуры или датчик измерения давления, и электронный блок управления. Анализ параметров теплоносителя, заключается в подаче анализируемой пробы жидкого или газообразного теплоносителя в теплообменник и подготовке указанной пробы в теплообменнике путем снижения температуры и давления указанной пробы до требуемых величин, после чего указанную пробу подают в измерительную ячейку. В измерительной ячейке измеряют параметры указанной пробы, после чего осуществляют промывку измерительной ячейки. Согласно способу все этапы осуществляются как под управлением электронного блока управления, так и в ручном режиме или их комбинацией, причем указанную пробу подают в теплообменник посредством тангенциального ввода (RU 2480 700С2).

К недостаткам указанного устройства можно отнести наличие теплообменных аппаратов, внутри которых могут накапливаться нерастворимые осадки и приводить к разрушению оборудования, длительные интервалы времени для подготовки пробы к измерению, приводящие к снижению точности измерения.

Наиболее близкой по технической сущности и взятой за прототип является дистанционная система непрерывного контроля и сигнализации о состоянии нефтепродуктов, содержащая кондуктометрический датчик с термочувствительным элементом и измерительно-преобразовательный блок (ИПБ). Согласно описанию ИПБ содержит преобразователь сигналов с датчика в токовые сигналы и располагается в непосредственной близости от датчика, а в систему дополнительно введены четырехпроводная экранированная линия связи и пульт оператора (ПО), который содержит схему выдачи цветовой информации по типу светофора о состоянии контролируемого нефтепродукта, индикатор текущего значения температуры, схему аварийного отключения оборудования и блок реле для выдачи соответствующих сигналов в систему контроля и диспетчерского управления, кроме того, в конструкции ПО предусмотрена схема для переустановки пределов выдачи цветовых сигналов в зависимости от типа контролируемого нефтепродукта (патент на полезную модель RU 29790 U1).

К недостаткам указанного устройства можно отнести то, что информация о физико-химических параметрах измеряемого продукта выводится с использованием световых сигналов, исключающих численно-цифровое предоставление значений физико-химических параметров, и не позволяет судить о ситуации в режиме реального времени, что в свою очередь может привести к негативным последствиям и авариям.

В основу изобретения положена задача по созданию устройства для осуществления автоматического контроля физико-химических показателей ДЭГ, используемого в качестве абсорбента на установках абсорбционной осушки газа, в режиме реального времени.

Разработан способ расчета содержания неорганических примесей в водных растворах ДЭГ по измеренным значениям электропроводности и температуры, позволяющий повысить точность измерения содержания неорганических примесей и обеспечить безопасность, надежность и увеличение сроков эксплуатации технологического оборудования.

Технический результат изобретения выражается в обеспечении безопасности процесса измерения, увеличении сроков службы, снижении затрат на ремонт и обслуживание технологического оборудования, сокращении времени принятия решения в случае возникновения нештатных ситуаций, а также возможности прогнозирования процессов накопления неорганических примесей.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для автоматического измерения физико-химических параметров ДЭГ, содержащее блок регистрации и управления, представляющий собой промышленный контроллер, используемый в качестве вычислителя с предустановленным программным обеспечением, включающего в себя систему уравнений для обработки результатов измерений степени засоленности ДЭГ, соединен передающими кабелями с терминалом ввода и отображения информации, размещенным на передней панели шкафа Автоматизированной системы управления технологическим процессом (далее - АСУТП), дискретного модуля для управления установкой абсорбционной осушки газа и аналогового модуля для преобразования сигнала, полученного от кондуктометрического датчика, установленного в центральный патрубок проточного тройника, подсоединенного боковыми патрубками в технологическую линию установки абсорбционной осушки газа и соединенного кабелем связи с преобразователем сигналом, установленным стационарно на вертикальной поверхности в непосредственной близости от кондуктометрического датчика.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что вычислитель, терминал ввода и отображения информации, дискретный модуль для управления установкой абсорбционной осушки газа, аналоговый модуль для преобразования сигнала от кондуктометрического датчика и блок питания размещены в шкафу АСУТП.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что электрические компоненты устройства запитываются от блока питания.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что в качестве кондуктометрического датчика используется датчик с нулевой адгезией к исследуемой жидкости, например датчик типа Condumax CLS-21.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что кондуктометрический датчик размещается непосредственно в проточной части технологического трубопровода установки абсорбционной осушки газа.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что измерительные электроды кондуктометрического датчика размещаются в центральной части поперечного сечения проточной части тройника.

Кроме того, указанный технически результат достигается тем, что для расчета степени засоленности ДЭГ используется система уравнений для обработки результатов измерений вычисления численных значений.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что расчетная система уравнений для обработки результатов измерений имеет следующий вид:

z{x,y)=ƒа0(y)+ƒa1(y)x+ƒa2(y)x²+ƒa3(y)x³+ƒа4(y)х⁴,

где х - количество солей в растворе, г/л;

y - температура, °С;

а0; a1…а3 - коэффициенты, полученные экспериментальным путем.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что система уравнений для обработки результатов измерений и вычисления численных значений степени засоленности ДЭГ реализована в программном обеспечении (ПО) вычислителя.

На фиг. 1 изображена схема устройства для автоматического измерения физико-химических параметров ДЭГ; на фиг. 2 представлен алгоритм ПО для вычисления численных значений степени засоленности ДЭГ; на фиг. 3 представлен вариант интерфейса программного обеспечения.

Устройство для автоматического измерения физико-химических параметров ДЭГ, содержит блок регистрации и управления 1, представляющий собой: промышленный контроллер 2, используемый в качестве вычислителя, с предустановленным программным обеспечением, включающим в себя систему уравнений для обработки результатов измерений и вычисления численных значений степени засоленности ДЭГ, передающий кабель 3, соединяющий вычислитель с терминалом ввода и отображения информации 4, который размещен на передней панели шкафа АСУТП 5, дискретный модуль 6 для управления установкой абсорбционной осушки газа, аналоговый модуль 7 для преобразования сигнала, полученного от измерительного модуля 8, содержащего кондуктометрический датчик 9, установленный в центральный патрубок проточного тройника 10, подсоединенного боковыми патрубками в технологический трубопровод 11 установки абсорбционной осушки газа и соединенного кабелем связи 12 с преобразователем кондуктометрического датчика 13, установленным стационарно на вертикальной поверхности в непосредственной близости от кондуктометрического датчика.

Питание всех электрических элементов устройства производится от блока питания 14, установленного в шкафе АСУТП.

Устройство для автоматического измерения физико-химических параметров ДЭГ работает следующим образом.

В процессе осушки газа обводненный ДЭГ поступает в установку обезвоживания. Обезвоженный ДЭГ по технологическому трубопроводу 11 перекачивается через измерительный модуль 8, где при помощи кондуктометрического датчика 9 происходит измерение электропроводности и температуры.

Измеренные кондуктометрическим датчиком 9 значения электропроводности и температуры по кабелю связи 12 поступают на преобразователь кондуктометрического датчика 13. Обработанные данные с преобразователя кондуктометрического датчика 13 в виде сигналов токового выхода 4-20 мА поступают в аналоговый модуль 7 и в виде цифрового сигнала протокола Modbus поступают на промышленный контроллер 2 в составе блока регистрации и управления.

Расчетные и измеренные значения параметров ДЭГ отображаются на терминале ввода и отображения информации в виде цифровых значений температуры, электропроводности и засоленности ДЭГ.

В программном обеспечении блока регистрации и управления имеется возможность выставления пороговых значений для включения и выключения установки регенерации ДЭГ. Включение и выключение установки производится автоматически путем подачи сигнала на дискретный модуль 6.

Вычисление значений засоленности ДЭГ производится на основе алгоритма ПО фиг. 2, встроенного в программное обеспечение блока регистрации и управления.

Процесс вычисления заключается в использовании математической модели зависимости электропроводности от содержания соли и воды при измерении активной электропроводности ДЭГ, с использованием датчика электропроводности, измерителя температуры и вычислителя.

Сигналы от датчика и измерителя температуры поступают в вычислитель и далее в базу данных.

База данных содержит числовые массивы, лежащие в основе математической модели зависимости электрических характеристик теплоносителя от содержания солей и других примесей. Сама математическая модель содержится в вычислителе и непрерывно использует базу данных в процессе работы.

Для проведения вычислений засоленности ДЭГ с высокой точностью предварительно определяются коэффициенты зависимости засоленности ДЭГ от температуры и электропроводности. Полученные коэффициенты подставляются в расчетную формулу.

Коэффициенты зависимости засоленности ДЭГ определяются экспериментальным путем. Для этого на основе многократных опытных измерений электропроводности проб теплоносителя при различных опорных значениях температуры, концентраций воды и солей создается база данных.

При этом пробы получают способом лабораторной подготовки ДЭГ с нормированными значениями содержания воды и соли.

Пробоподготовка осуществляется путем приготовления трехкомпонентной смеси: ДЭГ, вода и соль. Для получения пробы фиксированной массы проводятся следующие действия:

- Подготавливается заданная масса воды (выбирается из диапазона от минимальной требуемой концентрации до максимальной с шагом 5% от массы всей пробы);

- Подготавливается заданная масса соли (выбирается из диапазона от минимальной требуемой концентрации до максимальной с шагом 0,25% от массы всей пробы);

- Недостающая масса пробы восполняется за счет добавления гликоля.

Измерение электропроводности производится в диапазоне температур, который соответствует условиям эксплуатации теплоносителя с шагом 1°С.

Количество проб теплоносителя определяется максимально допустимой концентрацией соли в растворе гликоля.

Окончательные результаты измерений, в виде активных электропроводностей теплоносителя при разных концентрациях соли и воды, являющейся функцией этого отношения при данной температуре, передаются в базу данных для расчета.

Совокупность известных признаков (кондуктометрический датчик 9, блок регистрации и управления 1, преобразователь кондуктометрического датчика 13) и дополнительно введенных (терминала ввода и отображения информации 4, дискретного модуля 6 для управления установкой абсорбционной осушки газа, аналогового модуля 7 для преобразования сигнала от кондуктометрического датчика, проточного тройника 10, блока питания 14, системы уравнений для обработки результатов измерений и вычисления численных значений степени засоленности ДЭГ и алгоритма программного обеспечения вычислителя (фиг. 2)) позволяет повысить точность измерения, выводить информацию о состоянии ДЭГ в численно-цифровом виде и оперативно принимать решения по изменению режима работы установки абсорбционной осушки газа, что повышает безопасность процесса и продлевает срок эксплуатации оборудования.

Основные технические данные

Калибровка

Принцип измерения содержания соли заключается в вычислении численного значения количества солей с использованием математической зависимости электропроводности от содержания соли и воды при измерении активной электропроводности и температуры теплоносителя.

Математическая зависимость создается на основе базы данных, полученных путем многократных измерений электропроводности опытных проб теплоносителя при различных опорных значениях температуры, концентраций воды и солей.

База данных содержит числовые массивы, лежащие в основе математической модели зависимости электрических характеристик теплоносителя от содержания солей и других примесей. Сама математическая модель содержится в специальном вычислителе и непрерывно использует базу данных в процессе работы.

Опытные пробы получают способом лабораторной подготовки теплоносителя с нормированными значениями содержания воды и гликоля.

Пробоподготовка осуществляется путем приготовления трехкомпонентной смеси: гликоль, вода, соль. Для получения пробы фиксированной массы проводятся следующие действия:

1) Подготавливается заданная масса воды (выбирается из диапазона от минимальной требуемой концентрации до максимальной с шагом 5% от массы всей пробы);

2) Подготавливается заданная масса соли (выбирается из диапазона от минимальной требуемой концентрации до максимальной с шагом 0,25% от массы всей пробы);

3) Недостающая масса пробы восполняется за счет добавления гликоля.

Измерение электропроводности производится в диапазоне температур, который соответствует условиям эксплуатации теплоносителя с шагом 1°С.

Количество проб теплоносителя определяется содержанием максимально допустимой концентрации соли в растворе гликоля.

Окончательные результаты измерений в виде активных электропроводностей теплоносителя, при разных концентрациях соли и воды, являющейся функцией этого отношения при данной температуре, передаются на индикатор с возможностью вывода на компьютер.

Калибровка прибора:

- датчик проводимости помещается в калибровочный раствор с известной проводимостью (40% от максимального значения);

- вводится значение а крутизны для калибровочного раствора (2.10%/K);

- вводится правильное значения проводимости калибровочного раствора;

- фиксируется вычисленная постоянная датчика, которая отображается на дисплее (0.1…9.99 cm^-1).

Изобретение относится к области автоматического измерения физико-химических параметров жидкостей. Устройство содержит блок регистрации и управления, состоящий из вычислителя с программным обеспечением, включающего в себя алгоритм вычисления численных значений степени засоленности ДЭГ, который соединен передающими кабелями с терминалом ввода и отображения информации, дискретного модуля для управления установкой абсорбционной осушки газа и аналогового модуля для преобразования сигнала, полученного от кондуктометрического датчика, соединенных с вычислителем и блоком питания, измерительный модуль, состоящий из преобразователя сигналов и кондуктометрического датчика, соединенный с преобразователем сигналов специальным кабелем. Достигаемый технический результат изобретения выражается в обеспечении безопасности процесса измерения, увеличении сроков службы, снижении затрат на ремонт и обслуживание технологического оборудования, сокращении времени принятия решения в случае возникновения нештатных ситуаций, а также возможности прогнозирования процессов накопления неорганических примесей. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для автоматического измерения физико-химических параметров диэтиленгликоля (ПАОЗ), содержащее кондуктометрический датчик с термочувствительным элементом и измерительно-преобразовательный блок с преобразователем сигналов с датчика в токовые сигналы, четырехпроводную экранированную линию связи и пульт оператора (ПО), который содержит схему выдачи цветовой информации по типу светофора о состоянии контролируемого нефтепродукта, индикатор текущего значения температуры, схему аварийного отключения оборудования и блок реле для выдачи соответствующих сигналов в систему контроля, диспетчерского управления и схем для переустановки пределов выдачи цветовых сигналов в зависимости от типа контролируемого нефтепродукта, отличающееся тем, что устройство снабжено терминалом ввода и отображения информации в виде численно-цифровых данных, установленным в шкафу Автоматизированной системы управления технологическим процессом блоком питания, системой уравнений для обработки результатов измерений степени засоленности ДЭГ.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве кондуктометрического датчика используется датчик с нулевой адгезией к исследуемой жидкости.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что кондуктометрический датчик размещается непосредственно в проточной части технологического трубопровода установки абсорбционной осушки газа.

4. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что измерительные электроды кондуктометрического датчика размещаются в центральной части поперечного сечения проточной части тройника.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что для расчета численных значений степени засоленности ДЭГ используется расчетная система уравнений для обработки результатов измерений.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что расчетная система уравнений для обработки результатов измерений имеет следующий вид:

z(x,y)=ƒа0(y)+ƒa1(y)x+ƒa2(y)x²+ƒа3(y)х³+ƒа4(y)х⁴,

где x - количество солей в растворе, г/л

y - температура, °С;

а0; a1…а3 - коэффициенты, полученные экспериментальным путем.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что расчетная система уравнений для обработки результатов измерений степени засоленности ДЭГ реализована в программном обеспечении вычислителя.