СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДДЕРЖАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТУРБОДЕТАНДЕРНЫХ АГРЕГАТОВ НА УСТАНОВКЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА Российский патент 2019 года по МПК F17D5/00 

Изобретение относится к области добычи и подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту, в частности, к автоматическому поддержанию температурного режима технологических процессов установки низкотемпературной сепарации газа (далее - установка) с применением турбодетандерных агрегатов (ТДА) в условиях Крайнего Севера.

Известен способ автоматизации установки низкотемпературной сепарации газа (см., например, стр. 406, Р.Я. Исакович, В.И. Логинов, В.Е. Попадько. Автоматизация производственных процессов нефтяной и газовой промышленности. Учебник для вузов, М., Недра, 1983, 424 с.), который обеспечивает поддержание температуры сепарации на установке с помощью клапана-регулятора, изменяющего расход холодного газа, отводимого от низкотемпературного сепаратора через теплообменник.

Недостатком данного способа является то, что поддержание температурного режима на установке регулируется расходом газа, проходящего через теплообменник, что вызывает колебания температуры газа, подаваемого в магистральный газопровод (МГП). Так же отсутствует контроль и подержание необходимой температуры осушенного газа и нестабильного газового конденсата (НГК), подаваемых соответственно в МГП и магистральный конденсатопровод (МКП) с целью защиты вечномерзлых грунтов от размораживания при подземной прокладке трубопроводов на Крайнем Севере (см., например, стр. 33-34, Ананенков А.Г., Ставкин Г.П., Андреев О.П., Арабский А.К., Салихов З.С., Талыбов Э.Г. АСУ ТП газопромысловых объектов. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003. - 343 с.: ил.; стр. 19; Дмитриев В.М., Ганджа Т.В. и др. Интеллектуализация управления технологическими процессами на углеводородных месторождениях. Томск: В-Спектр, 2012. - 212 с.).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ автоматизации установки низкотемпературной сепарации газа (см., например, стр. 112, Б.Ф. Тараненко, В.Т. Герман. Автоматическое управление газопромысловыми объектами. М., "Недра", 1976 г., 213 с.), который обеспечивает автоматическое поддержание заданного значения температуры сепарации на установке путем поддержания необходимого перепада давления на штуцере регуляторе, установленном на входе в низкотемпературный сепаратор, путем коррекции давления на выходе первой ступени редуцирования установки.

Существенным недостатком данного способа является то, что поддержание температурного режима на установке осуществляется путем регулирования перепада давления на редуцирующем клапане-регуляторе, установленном на входе в низкотемпературный сепаратор установки. Это в свою очередь, накладывает ограничения на входное давление и расход газа установки, а так же этот способ не предусматривает контроль и подержание необходимой температуры осушенного газа и НГК, подаваемого, соответственно, в МГП и МКП, с целью защиты вечномерзлых грунтов от размораживания при подземной прокладке трубопроводов на Крайнем Севере. (См. например, стр. 33-34, Ананенков А.Г., Ставкин Г.П., Андреев О.П., Арабский А.К., Салихов З.С., Талыбов Э.Г. АСУ ТП газопромысловых объектов. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003. - 343 с.: ил.; стр. 19, Дмитриев В.М., Ганджа Т.В. и др. Интеллектуализация управления технологическими процессами на углеводородных месторождениях. Томск: В-Спектр, 2012. - 212 с.).

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является автоматическое поддержание температурного режима технологических процессов на установке, работающей в условиях Крайнего Севера с соблюдением технологических норм и ограничений, предусмотренных ее технологическим регламентом.

Техническими результатами, достигаемыми от реализации изобретения, является автоматическое поддержание температурного режима технологических процессов установки в условиях Крайнего Севера с соблюдением технологических норм и ограничений, предусмотренных ее технологическим регламентом с учетом различных режимов ее работы, при котором обеспечивается:

- подержание заданного температурного режима технологических процессов установки, обеспечивающего ее эффективную работу;

- контроль и подержание необходимой температуры осушенного газа и НГК, подаваемого, соответственно, в МГП и МКП, с целью защиты вечномерзлых грунтов от размораживания при подземной прокладке газопроводов на Крайнем Севере.

Эффективность работы установки низкотемпературной сепарации газа определяется значением перепада давления между ее входом и выходом - чем выше перепад давления, тем легче получить путем дросселирования заданную (минусовую) температуру в низкотемпературном сепараторе установки. Очевидно, что на начальной стадии, стадии нарастающей добычи газа месторождения, как правило, наличие высокого давления газа на входе установки позволяет поддержать заданный режим ее работы за счет пластового давления (энергия пласта). На стадиях постоянной и падающей добычи газа месторождения, такими в настоящее время являются многие крупные месторождения Крайнего Севера - Ямбургское, Ново-Уренгойское и т.д., очевидно перепад давления между входом и выходом установки падает из-за снижения пластового давления. В этом случае обеспечить заданный температурный режим в низкотемпературном сепараторе установки удается за счет привлечения дополнительного источника холода. В природно-климатических условиях Крайнего Севера, где до восьми месяцев стоят устойчивые холода, в качестве дополнительного источника холода зимой используют аппараты воздушного охлаждения (АВО). В теплые месяцы эксплуатации установки, с конца весны и до начала осени, их применение становится невозможным. В этот период роль дополнительного источника холода для установки выполняет ТДА.

Также не желательное изменение перепада давления между входом и выходом установки может возникать на любой стадии эксплуатации месторождения при изменении расхода газа, связанного с колебаниями потребления газа потребителями, при нарушении нормального режима работы фонда скважин и т.д. Кроме этого случаются периоды с высокой температурой окружающего воздуха в летней период эксплуатации установки, которая может доходить до 32°С. Все это напрямую влияет на температурный режим работы низкотемпературного сепаратора, для нивелирования которого требуется управлять работой установки с учетом изменений текущего перепада давления и всех упомянутых факторов. Соответственно, производить коррекцию температуры газожидкостной смеси, поступающей в низкотемпературный сепаратор, обеспечивая ее рабочие значения, можно путем управления температурой газожидкостной смеси на выходе турбины ТДА.

В случае подземной прокладки МГП и МКП, на Крайнем Севере используется именно этот способ прокладки МГП и МКП, предусматривается круглогодичное охлаждение газа и газового конденсата до температуры не выше -2°С, чтобы исключить растепление многолетнемерзлых просадочных грунтов вокруг МГП и МКП. Благодаря этому значительно увеличивается надежность эксплуатации магистральных газо- и конденсатопроводов и снижается вероятность возникновения аварийных ситуаций в этих трубопроводах, способных привести к серьезным экологическим, людским и материальным потерям.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что способ автоматического поддержания температурного режима технологических процессов с применением ТДА на установке в условиях Крайнего Севера, включает:

- предварительную очистку добытой газожидкостной смеси от механических примесей, отделение НГК и водного раствора ингибитора (ВРИ) в сепараторе первой ступени редуцирования;

- охлаждения газожидкостной смеси путем адиабатического расширения в ТДА и разделения ее на газ, НГК в низкотемпературном сепараторе второй ступени с последующим отводом НГК в разделитель жидкостей для дегазации;

- подачу НГК из разделителя насосом в МКП;

- подачу газа выветривания на утилизацию и/или на компримирование, далее в МГП;

- подачу ВРИ в цех регенерации ингибитора установки комплексной подготовки газа (УКПГ).

В заявляемом способе газожидкостную смесь с выхода сепаратора первой ступени редуцирования разделяют на два потока и подают для предварительного охлаждения через трубопровод на вход первой секции рекуперативного теплообменника «газ-газ» и на вход первой секции рекуперативного теплообменника «газ-конденсат» через клапан-регулятор расхода газа, установленный на входе этого теплообменника. Этот клапан-регулятор регулирует расход этой газожидкостной смеси, обеспечивая поддержание заданной температуры НГК на выходе второй секции рекуперативного теплообменника «газ-конденсат».

После прохождения первых секций рекуперативных теплообменников оба потока газожидкостной смеси объединяются и подаются на вход турбины ТДА. Скорость вращения турбины контролируется датчиком скорости вращения ротора ТДА.

После прохождения турбины ТДА газожидкостная смесь расширяется, и ее температура понижается до значений, близких к предусмотренным технологическим режимом установки. Это достигается благодаря соответствующей непрерывной корректировке в реальном масштабе времени скорости вращения ротора ТДА.

Охлажденная газожидкостная смесь, выйдя из ТДА, поступает в низкотемпературный сепаратор газа, оснащенный датчиком температуры, в котором окончательно разделяется на осушенный холодный газ и НГК. Охлажденный НГК подают на вход второй секции рекуперативного теплообменника «газ-конденсат» и далее, через разделитель жидкости, с помощью насосного агрегата в МКП.

Холодный газ, вышедший из низкотемпературного сепаратора, разделяют на два потока, один из которых подают на вход второй секции рекуперативного теплообменника «газ-газ», а второй на байпас этой секции, оснащенный клапаном-регулятором расхода газа. Этот клапан-регулятор изменяет соотношение потоков газа, проходящий через рекуперативный теплообменник и байпас, обеспечивая в реальном масштабе времени коррекцию температуры газа, поступающего в компрессор ТДА. В компрессоре ТДА газ дожимается до рабочего давления и заданной температуры, необходимых для подачи его в МГП.

Автоматическое поддержание температуры в низкотемпературном сепараторе осуществляют с помощью каскада пропорционально-интегрально-дифференцирующих ПИД-регуляторов, реализованных на базе АСУ ТП установки. На вход задания SP первого ПИД-регулятора поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе подают значение уставки температуры в низкотемпературном сепараторе газа, которую необходимо поддерживать при текущих значениях параметров окружающей среды и условий работы промысла. На вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подают сигнал с датчика температуры, установленного на низкотемпературном сепараторе. На основании этих данных первый ПИД-регулятор каскада на своем выходе CV формирует значение уставки скорости вращения ротора ТДА, которую необходимо поддерживать для получения заданной температуры в низкотемпературном сепараторе, и эта уставка подается на вход задания SP следующего ПИД-регулятора поддержания скорости вращения ротора ТДА. А на вход обратной связи PV второго ПИД-регулятора подают сигнал с датчика скорости вращения ротора ТДА. На основании этих данных второй ПИД-регулятор каскада на своем выходе CV формирует в реальном масштабе времени управляющий сигнал и подает его на клапан-регулятор расхода газа, установленный на выходе компрессора ТДА.

Если скорость вращения ротора ТДА достигнет своих максимальных\минимальных значений уставок, то АСУ ТП установки формирует сообщение оператору о невозможности достижения заданной температуры охлаждения газожидкостной смеси и необходимости принятия решения об изменении режима работы установки.

Для поддержания температуры осушенного газа, подаваемого в МГП, используют ПИД-регулятор поддержания температуры в МГП, реализованной на базе АСУ ТП. На вход задания SP этого ПИД-регулятора подают значение уставки температуры, которую необходимо поддерживать в МГП при текущих значениях параметров окружающей среды и условий работы промысла. На вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подают сигнал с датчика температуры, установленного в МГП. На основании этих данных ПИД-регулятор на своем выходе CV формирует в реальном масштабе времени управляющий сигнал, который подает на клапан-регулятор расхода газа через байпас второй секции рекуперативного теплообменника «газ-газ».

Если рабочий орган клапана-регулятора расхода газа, установленного на байпасе второй секции теплообменника «газ-газ» достигнет своего крайнего положения (открытого либо закрытого), АСУ ТП установки формирует сообщение оператору о невозможности достижения заданной температуры в МГП и необходимости принятия решения об изменении режима работы установки.

Для поддержания температуры НГК, подаваемого в МКП, используют ПИД-регулятор поддержания температуры в МКП. На вход задания SP этого ПИД-регулятора подают значение уставки температуры, которую необходимо поддерживать в МКП при текущих значениях параметров окружающей среды и условий работы промысла. А на вход обратной связи PV ПИД-регулятора подают сигнал с датчика температуры, установленного в МКП. На основании этих данных ПИД-регулятор на своем выходе CV формирует в реальном масштабе времени управляющий сигнал, который подает на клапан-регулятор расхода газа, установленного на входе первой секции рекуперативного теплообменника «газ-конденсат».

Если рабочий орган клапана-регулятора расхода газожидкостной смеси через первую секцию рекуперативного теплообменника «газ-конденсат» достигнет своего крайнего положения (открытого либо закрытого), АСУ ТП установки формирует сообщение оператору о невозможности достижения заданной температуры в МКП и необходимости принятия решения об изменении режима работы установки.

На фиг.1 приведена принципиальная технологическая схема установки низкотемпературной сепарации газа и в ней использованы следующие обозначения:

1 - входная линия установки;

2 - сепаратор первой ступени редуцирования;

3 - клапан-регулятор расхода газа через рекуперативный теплообменник «газ-конденсат»;

4 - автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) установки;

5 - рекуперативный теплообменник «газ-газ»;

6 - рекуперативный теплообменник «газ-конденсат»;

7 - разделитель жидкостей;

8 - байпасный клапан-регулятор расхода газа через рекуперативный теплообменник «газ-газ»;

9 - ТДА;

10 - клапан-регулятор расхода газа;

11 - датчик температуры осушенного газа на выходе установки в МГП;

12 - датчик скорости вращения ротора ТДА;

13 - датчик температуры в низкотемпературном сепараторе 14;

14 - низкотемпературный сепаратор;

15 - датчик температуры НГК на выходе установки в МКП;

16 - насосный агрегат.

На фиг. 2 приведена структурная схема автоматического управления поддержания температур на установке. В ней использованы следующие обозначения:

17 - сигнал скорости вращения ротора ТДА, поступающий с датчика 12;

18 - ПИД-регулятор поддержания скорости вращения ротора ТДА 9;

19 - сигнал температуры в низкотемпературном сепараторе 14, поступающий с датчика температуры 13;

20 - ПИД-регулятор поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе 14;

21 - сигнал задания (уставки) температуры в низкотемпературном сепараторе 14;

22 - сигнал управления клапаном-регулятором 10 расхода газа;

23 - сигнал температуры осушенного газа на выходе установки в МГП, поступающий с датчика температуры 11;

24 - ПИД-регулятор поддержания температуры в МГП;

25 - сигнал управления байпасным клапаном-регулятором 8 расхода газа через рекуперативный теплообменник «газ-газ»;

26 - сигнал задания температуры в МГП;

27 - сигнал температуры НГК на выходе установки в МКП, поступающий с датчика температуры 15;

28 - ПИД-регулятор поддержания температуры в МКП;

29 - сигнал управления клапаном-регулятором 3 расхода газа через рекуперативный теплообменник «газ-конденсат»;

30 - сигнал задания температуры в МКП.

Способ автоматического поддержания температурного режима технологических процессов с применением ТДА на установке НТС в условиях Крайнего Севера реализуют следующим образом.

Добытая газожидкостная смесь через входную линию 1 установки поступает на вход сепаратора 2 первой ступени редуцирования, в котором происходит первичное очищение газожидкостной смеси от механических примесей, отделение НГК и водного раствора ингибитора ВРИ, которые, по мере накопления в нижней части сепаратора 2, отводятся в разделитель жидкостей 7. Частично очищенная от капельной влаги и пластовой жидкости газожидкостная смесь с выхода сепаратора 2 первой ступени редуцирования разделяется и подается на входы первых секций рекуперативных теплообменников 5 «газ-газ» и 6 «газ-конденсат» для предварительного охлаждения. При этом на вход рекуперативного теплообменника 6 газожидкостная смесь поступает через клапан-регулятор расхода газа 3, который путем изменения ее расхода поддерживает необходимую температуру НГК, подаваемого в МКП. Далее потоки газожидкостной смеси с выходов первых секций рекуперативных теплообменников 5 и 6 объединяются и суммарный поток подается на вход турбины ТДА 9. Проходя рабочее колесо турбины ТДА газожидкостная смесь адиабатически расширяется, в результате чего ее температура понижается до значения, близкого к предусмотренному технологическим режимом низкотемпературного сепаратора. Рабочее колесо турбины ТДА 9 соединено валом с рабочим колесом компрессора и оснащено датчиком скорости вращения 12. При этом возникающее отклонение фактической температуры от значения, предусмотренного технологическим регламентом установки для низкотемпературного сепаратора 14, компенсируются в реальном масштабе времени путем изменения скорости вращения ротора ТДА 9. Эта компенсация производится регулированием степени расширения газа в ТДА клапаном-регулятором расхода газа 10, установленным на выходе компрессора ТДА 9. С выхода турбины ТДА 9 охлажденная смесь подается в низкотемпературный сепаратор 14, оснащенный датчиком температуры 13. В сепараторе происходит окончательное отделение газа от НГК, которые, по мере накопления в нижней части сепаратора 14, отводятся через вторую секцию рекуперативного теплообменника 6 «газ-конденсат» в разделитель жидкостей 7. Осушенный и охлажденный газ с выхода низкотемпературного сепаратора 14 подается на вторую секцию рекуперативного теплообменника 5 «газ-газ», оснащенного байпасным клапаном-регулятором 8 расхода газа с помощью которого путем изменения расхода проходящего через рекуперативный теплообменник охлажденного газа от низкотемпературного сепаратора 14, регулирует температуру газа, подаваемого на вход компрессора ТДА 9. Благодаря этому поддерживается необходимая температура компримированного газа, подаваемого с выхода компрессора ТДА 9 в МГП. Отведенная в разделитель 7 из сепараторов 2 и 14 газожидкостная смесь подвергается разделению и дегазации.

Поток выделенного газа (газ выветривания) из разделителя жидкости 7 транспортируется для утилизации или компримируется и подается в МГП. Поток НГК отводится для дальнейшей транспортировки в МКП при помощи насосного агрегата 16, а поток ВРИ отправляется на регенерацию в цех регенерации ингибитора УКПГ.

В рамках реализации данного способа решаются следующие задачи:

а) Осуществляется автоматическое поддержание заданной температуры газожидкостной смеси, поступающей в низкотемпературный сепаратор 14 с выхода турбины ТДА 9 за счет коррекции скорости вращения его ротора. Эта коррекция осуществляется путем изменения перепада давления, создаваемого клапаном-регулятором расхода газа 10, установленным на выходе компрессора ТДА 9. Задание клапану-регулятору 10 выдает ПИД-регулятор 18 подержания скорости вращения ротора, реализованный на базе АСУ ТП 4. На вход обратной связи 17 PV ПИД-регулятора 18 подается сигнал текущего значения скорости вращения V_ТДА ротора ТДА. Этот сигнал формируется датчиком 12 скорости вращения ротора ТДА. А на вход задания SP ПИД-регулятора 18 подают сигнал текущего значения уставки V_{ycт_ТДА} скорости вращения ротора ТДА, которую необходимо поддерживать для достижения заданной температуры Т_{уст_НTC} в низкотемпературном сепараторе 14. Данная уставка формируется ПИД-регулятором 20 на его выходе CV. Для этого используют ПИД-регулятор 20, так же реализованого на базе АСУ ТП 4. Для вычисления значения уставки V_{уст_ТДА} используют данные, регистрируемые датчиком температуры 13, установленным в низкотемпературном сепараторе 14. Текущее значение этой температуры подается на вход 19 обратной связи PV ПИД-регулятора 20. А на вход 21 SP этого ПИД-регулятора подается сигнал значения уставки поддержания температуры T_{уст_НТС} для низкотемпературного сепаратора 14.

В результате с выхода CV ПИД-регулятора 20 на вход SP ПИД-регулятора 18 подержания скорости вращения ротора ТДА 9 будет подаваться значение вычисленной уставки V_{ycт_ТДА} скорости вращения ротора. Благодаря этому на выходе 22 CV ПИД-регулятора 18 будет формироваться управляющий сигнал для клапана-регулятора 10. В случае, когда температуру в низкотемпературном сепараторе 14 необходимо понизить, клапан-регулятор 10 будет приоткрывается, и тем самым уменьшит нагрузку на компрессор ТДА 9. А это приведет к увеличению скорости вращения его ротора и к снижению температуры газожидкостной смеси на выходе турбины ТДА 9, т.е. на входе в низкотемпературный сепаратор 14. При необходимости повышения температуры в низкотемпературном сепараторе 14, клапан-регулятор 10 прикрывается, что приводит к понижению скорости вращения его ротора. В результате температура газожидкостной смеси на выходе турбины ТДА 9, т.е. на входе в низкотемпературный сепаратор 14 повышается. В случае, когда значение скорости вращения ротора ТДА достигнет своих максимальных\минимальных значений уставок, то АСУ ТП 4 установки формирует сообщение оператору о невозможности достижения заданной температуры. Это сообщение является сигналом оператору установки для принятия решения об изменении режима работы установки.

в) Поддержание заданной температуры осушенного газа, подаваемого в МГП, осуществляют изменением расхода газа, проходящего через вторую секцию рекуперативного теплообменника 5 «газ-газ». Для этого разделяют поток холодного газа, отводимого от низкотемпературного сепаратора 14, путем его перераспределения, используя байпасирование второй секции теплообменника краном-регулятором расхода газа 8. Задание на изменение положения исполнительного органа клапану-регулятору 8 выдается ПИД-регулятором 24 подержания температуры в МГП, реализованным на базе АСУ ТП 4 установки. На вход 26 задания SP этого ПИД-регулятора подается сигнал значения Т_{уст_МГП} уставки температуры осушенного газа, которое необходимо поддерживать на выходе установки - на входе в МГП. На вход обратной связи 23 PV этого ПИД-регулятора подают сигнал температуры осушенного газа Т_МГП с датчика температуры 11, установленного на входе в МГП. В результате на выходе 25 CV этого ПИД-регулятора формируется управляющий сигнал для клапана-регулятора 8. Если температура в МГП должна быть повышена\понижена, количество проходящего через байпас холодного газа будет уменьшено\увеличено. В результате проведения такой операции температура в МГП будет соответствовать заданию. В случае, если клапан-регулятор 8 достигнет своего крайнего положения (открытого либо закрытого), АСУ ТП 4 установки формирует сообщение оператору о невозможности достижения заданной температуры в МГП. Это сообщение является сигналом оператору установки для принятия решения об изменении режима работы установки.

г) Поддержание заданной температуры НГК, подаваемого в МКП, осуществляют путем изменения клапаном-регулятором 3 расхода газожидкостной смеси, проходящей через первую секцию рекуперативного теплообменника 6 «газ-конденсат». Задание на изменение положения клапану-регулятору 3 выдает ПИД-регулятор 28 подержания температуры в МКП, реализованный на базе АСУ ТП 4 установки. На вход задания 30 SP этого ПИД-регулятора подается сигнал значения Т_{уст_МКП} уставки температуры НГК, которое необходимо поддерживать на выходе установки - на входе МКП. На вход 27 обратной связи PV этого ПИД-регулятора подают сигнал температуры НГК Т_МКП с датчика температуры 15, установленного на входе в МКП, в результате на выходе 29 CV этого ПИД-регулятора формируется управляющий сигнал для клапана-регулятора 3. Если температура в МГП должна быть повышена\понижена, количество газожидкостной смеси, проходящей через первую секцию рекуперативного теплообменника 6, будет увеличено\уменьшено. В результате проведения такой операции температура в МКП будет соответствовать заданию. В случае, если клапан-регулятор 3 достигнет своего крайнего положения (закрытого либо открытого), АСУ ТП 4 установки формирует сообщение оператору о невозможности достижения заданной температуры в МКП. Это сообщение является сигналом оператору установки для принятия решения об изменении режима работы установки.

Настройку первоначальных параметров работы ТДА проводит обслуживающий персонал в момент запуска системы. Настройка производится под конкретный режим работы установки согласно рекомендациям, указанным в паспорте изделия. Настройку параметров используемых ПИД-регуляторов так же проводит обслуживающий персонал в момент запуска системы в работу под конкретный режим работы установки согласно методу, изложенному, например, в «Энциклопедии АСУ ТП», п. 5.5, ПИД-регулятор, ресурс:

http://www.bookasutp.ru/Chapter5_5.aspx#HandTuning.

Способ автоматического поддержания температурного режима технологических процессов с применением ТДА на установке низкотемпературной сепарации газа в условиях Крайнего Севера, реализован в ПАО «Газпром» ООО «Газпром добыча Ямбург» на Заполярном газоконденсатном месторождении на УКПГ-1В и УКПГ-2В. Результаты эксплуатации показали его высокую эффективность. Заявляемое изобретение может широко использоваться и на других действующих и вновь осваиваемых газоконденсатных месторождениях РФ.

Применение данного способа позволяет автоматически поддерживать температурный режим технологических процессов на установке низкотемпературной сепарации газа в условиях Крайнего Севера РФ с соблюдением технологических норм и ограничений, предусмотренных ее технологическим регламентом, благодаря чему появляется возможность:

- поддерживать заданный температурный режим технологических процессов на установке, обеспечивая ее эффективную работу;

- осуществлять контроль и подержание необходимой температуры осушенного газа и НГК, подаваемого, соответственно, в МГП и МКП, обеспечивая защиту вечномерзлых грунтов от размораживания при подземной прокладке газопроводов в условиях Крайнего Севера.

Изобретение относится к области добычи и подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту. Способ предусматривает разделение газожидкостной смеси, поступающей с выхода сепаратора первой ступени редуцирования, на два потока и подачу их для предварительного охлаждения через трубопровод на вход первой секции рекуперативного теплообменника «газ-газ» и на вход первой секции рекуперативного теплообменника «газ-конденсат» через клапан-регулятор расхода газа, установленный на входе теплообменника «газ-конденсат». Этот клапан-регулятор регулирует расход газожидкостной смеси через теплообменник «газ-конденсат», обеспечивая поддержание заданной температуры НГК на выходе второй секции рекуперативного теплообменника «газ-конденсат». После прохождения первых секций рекуперативных теплообменников оба потока газожидкостной смеси объединяются и подаются на вход турбины ТДА. Скорость вращения турбины контролируется датчиком скорости вращения ротора ТДА. Охлажденная газожидкостная смесь, выйдя из ТДА, поступает в низкотемпературный сепаратор газа, оснащенный датчиком температуры, в котором она разделяется на осушенный холодный газ и НГК. Холодный НГК подают на вход второй секции рекуперативного теплообменника «газ-конденсат» и далее, через разделитель жидкости, с помощью насосного агрегата в МКП. Холодный газ, вышедший из низкотемпературного сепаратора, разделяют на два потока, один из которых подают на вход второй секции рекуперативного теплообменника «газ-газ», а второй на байпас этой секции, оснащенный клапаном-регулятором расхода газа. Этот клапан-регулятор изменяет соотношение потоков газа через рекуперативный теплообменник и байпас, обеспечивая в реальном масштабе времени коррекцию температуры газа, поступающего в компрессор ТДА. В компрессоре ТДА газ дожимается до рабочего давления и заданной температуры, необходимых для подачи его в МГП. Заявляемый способ позволяет: поддержать заданный температурный режим технологических процессов установки, обеспечивающий ее эффективную эксплуатацию; осуществить контроль и поддержание необходимой температуры осушенного газа и НГК, подаваемого соответственно в МГП и МКП, с целью защиты вечномерзлых грунтов от размораживания при подземной прокладке газопроводов на Крайнем Севере. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ автоматического поддержания температурного режима технологических процессов с применением турбодетандерных агрегатов (ТДА) на установке низкотемпературной сепарации газа в условиях Крайнего Севера, включающий в себя предварительную очистку добытой газожидкостной смеси от механических примесей, отделение нестабильного газового конденсата (НГК) и водного раствора ингибитора (ВРИ) в сепараторе первой ступени редуцирования, охлаждение ее путем расширения адиабатически в ТДА и разделение ее на газ и НГК в низкотемпературном сепараторе второй ступени, после чего НГК и ВРИ отводятся в разделитель жидкостей для дегазации, и далее НГК из разделителя жидкостей подается насосом в магистральный конденсатопровод (МКП), поток выделенного газа - газ выветривания, из разделителя жидкости транспортируется для утилизации или компримируется и подается в магистральный газопровод (МГП), а ВРИ - в цех регенерации ингибитора установки комплексной подготовки газа (УКПГ), отличающийся тем, что газожидкостную смесь с выхода сепаратора первой ступени редуцирования разделяют на два потока и подают для предварительного охлаждения через трубопровод на вход первой секции рекуперативного теплообменника «газ-газ» и на вход первой секции рекуперативного теплообменника «газ-конденсат» через клапан-регулятор расхода газожидкостной смеси, который, регулируя расход этой газожидкостной смеси, обеспечивает поддержание заданной температуры НГК на выходе второй секции рекуперативного теплообменника «газ-конденсат», а потоки газожидкостной смеси с выходов первых секций этих рекуперативных теплообменников объединяются и подаются на вход турбины ТДА, оснащенного датчиком скорости вращения ротора, после прохождения которой газожидкостная смесь расширяется и ее температура понижается до значений, близких к предусмотренным технологическим режимом установки благодаря соответствующей непрерывной корректировке в реальном масштабе времени скорости вращения ротора ТДА, далее охлажденная газожидкостная смесь поступает в низкотемпературный сепаратор газа, оснащенный датчиком температуры, в котором она окончательно разделяется на осушенный холодный газ и НГК, охлажденный НГК подают на вход второй секции рекуперативного теплообменника «газ-конденсат» и далее, через разделитель жидкости, с помощью насосного агрегата в МКП, а холодный газ из низкотемпературного сепаратора разделяют на два потока, один из которых подают на вход второй секции рекуперативного теплообменника «газ-газ», а второй на байпас этой секции, оснащенный клапаном-регулятором расхода газа, который изменяет соотношение потоков охлажденного газа через вторую секцию рекуперативного теплообменника, эти потоки газа на выходе из второй секции рекуперативного теплообменника «газ-газ» и байпаса объединяют и подают в компрессор ТДА, где газ дожимается до рабочего давления и далее подается в МГП.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что автоматическое поддержание температуры в низкотемпературном сепараторе осуществляют с помощью каскада пропорционально-интегрально-дифференцирующих (ПИД)-регуляторов, реализованных на базе АСУ ТП установки, в которой на вход задания SP первого ПИД-регулятора поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе подают значение уставки температуры в низкотемпературном сепараторе газа, которую необходимо поддерживать при текущих значениях параметров окружающей среды и условий работы промысла, а на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подают сигнал с датчика температуры, установленного на низкотемпературном сепараторе, на основании которых этот ПИД-регулятор на своем выходе CV формирует значение уставки скорости вращения ротора ТДА, которую необходимо поддерживать для получения заданной температуры в низкотемпературном сепараторе, и эта уставка подается на вход задания SP следующего ПИД-регулятора поддержания скорости вращения ротора ТДА, на вход обратной связи PV которого подают сигнал с датчика скорости вращения ротора ТДА, на основании которых этот ПИД-регулятор формирует на своем выходе CV в реальном масштабе времени управляющий сигнал и подает его на клапан-регулятор расхода газа, установленный на выходе компрессора ТДА.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что если скорость вращения ротора ТДА достигнет своих максимальных/минимальных значений уставок, то АСУ ТП установки формирует сообщение оператору о невозможности достижения заданной температуры охлаждения газожидкостной смеси и необходимости принятия решения об изменении режима работы установки.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для поддержания температуры осушенного газа, подаваемого в МГП, используют ПИД-регулятор поддержания температуры в МГП, реализованной на базе АСУ ТП, на вход задания SP которой подают значение уставки температуры, которую необходимо поддерживать в МГП при текущих значениях параметров окружающей среды и условий работы промысла, а на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подают сигнал с датчика температуры, установленного в МГП, на основании которых ПИД-регулятор на своем выходе CV в реальном масштабе времени сформирует управляющий сигнал, подаваемый на клапан-регулятор расхода газа через байпас второй секции рекуперативного теплообменника «газ-газ».

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что если рабочий орган клапана-регулятора расхода газа, установленного на байпасе второй секции теплообменника «газ-газ», достигнет своего крайнего положения - открытого либо закрытого, АСУ ТП установки формирует сообщение оператору о невозможности достижения заданной температуры в МГП и необходимости принятия решения об изменении режима работы установки.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для поддержания температуры НГК, подаваемого в МКП, используют ПИД-регулятор поддержания температуры в МКП, на вход задания SP которого подают значение уставки температуры, которую необходимо поддерживать в МКП при текущих значениях параметров окружающей среды и условий работы промысла, а на вход обратной связи PV подают сигнал с датчика температуры, установленного в МКП, на основании которых ПИД-регулятор на своем выходе CV в реальном масштабе времени формирует управляющий сигнал, который подается на клапан-регулятор расхода газа, установленный на входе первой секции рекуперативного теплообменника «газ-конденсат».

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что если рабочий орган клапана-регулятора расхода газожидкостной смеси через первую секцию рекуперативного теплообменника «газ-конденсат» достигнет своего крайнего положения - открытого либо закрытого, АСУ ТП установки формирует сообщение оператору о невозможности достижения заданной температуры в МКП и необходимости принятия решения об изменении режима работы установки.