СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДДЕРЖАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ УСТАНОВКИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА С ПРИМЕНЕНИЕМ АППАРАТОВ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ 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 аппаратов воздушного охлаждения (АВО), 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 количеством проходящего газа через теплообменник, что вызывает колебания температуры газа подаваемого в магистральный газопровод (МГП). Соответственно, отсутствует контроль и подержание необходимой температуры осушенного газа и нестабильного газового конденсата (НГК), подаваемых 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 при помощи 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. 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 в результате дросселирования заданную (минусовую) температуру в низкотемпературном сепараторе установки. Очевидно, что на стадии нарастающей добычи газа месторождения, как правило, наличие высокого давления газа на входе установки позволяет поддерживать заданный режим ее работы за счет пластового давления (энергия пласта). На стадиях постоянной и падающей добычи газа месторождения, а такими в настоящее время являются многие крупные месторождения Крайнего Севера - Ямбургское, Ново-Уренгойское и т.д., 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, учитывая, что около восьми месяцев в году стоят устойчивые холода, в качестве дополнительного источника холода в этот период используют АВО.

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.

Изменение перепада давления между входом и выходом установки 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. Управляя значением температуры газожидкостной смеси на выходе АВО можно производить коррекцию температуры газожидкостной смеси, поступающей в низкотемпературный сепаратор, до необходимых ее рабочих значений, т.е. недостающая часть перепада давления между входом и выходом установки, необходимого для поддержания температурного режима работы установки, компенсируется использованием потенциала атмосферного воздуха (как хладагента) с помощью АВО.

Как правило, на крайнем Севере используется подземная прокладка МГП и МКП. При такой прокладке на установке предусматривается круглогодичное охлаждение газа и газоконденсата до температуры -2°С, что исключает растепление многолетнемерзлых просадочных грунтов вокруг МГП и МКП. Благодаря этому значительно увеличивается надежность эксплуатации магистральных газо- и конденсатопроводов, а так же 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 установки, с применением АВО, в условиях Крайнего Севера, включает в себя:

- предварительную очистку добытой газожидкостной смеси от механических примесей;

- отделение НГК и водного раствора ингибитора (ВРИ) в сепараторе первой ступени редуцирования;

- охлаждение ее в АВО;

- разделение газожидкостной смеси на газ, НГК и ВРИ в низкотемпературном сепараторе второй ступени редуцирования;

- последующий отвод НГК и ВРИ в разделитель жидкостей для дегазации;

- подачу НГК из разделителя насосом в МКП;

- транспортировку выделенного газа в разделителе жидкостей - газа выветривания на утилизацию или компримирования и подачи в МГП;

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

При этом добытая газожидкостная смесь с выхода сепаратора первой ступени редуцирования подается на вход АВО, управляемого отдельной системой автоматического управления САУ АВО. Комплекс САУ АВО и АВО вместе обеспечивают необходимое понижение температуры газожидкостной смеси в АВО до заданных технологическим регламентом значений, если температура атмосферного воздуха гарантирует реализацию такого режима. После выхода с АВО охлажденную газожидкостную смесь разделяют на два потока и подают для дополнительного охлаждения через трубопровод на вход первой секции рекуперативного теплообменника «газ-газ» и на вход первой секции рекуперативного теплообменника «газ-конденсат». При этом поток газожидкостной смеси, направляемый в рекуперативный теплообменник «газ-конденсат» поступает в него через клапан-регулятор расхода газожидкостной смеси. Благодаря этому АСУ ТП регулирует расход газожидкостной смеси, проходящей через теплообменник, обеспечивая поддержание заданной температуры НГК на выходе второй секции рекуперативного теплообменника «газ-конденсат». Затем потоки газожидкостной смеси с выходов первых секций рекуперативных теплообменников объединяются и через клапан-регулятор, выполняющий роль управляемого редуктора, поступает в низкотемпературный сепаратор газа, оснащенный датчиком температуры. В результате редуцирования температура газожидкостной смеси падает до необходимого для ведения технологического процесса значения. Это значение температуры поддерживается АСУ ТП путем регулирования с помощью ПИД-регуляторов и управляемого редуктора.

В низкотемпературном сепараторе происходит окончательное разделение газожидкостной смеси на осушенный холодный газ и смесь (НГК с примесью ВРИ). НГК с примесью ВРИ подают на вход второй секции рекуперативного теплообменника «газ-конденсат» и далее, в разделитель жидкости. В разделителе жидкости выделяются НГК и ВРИ, а так же газ выветривания. НГК с помощью насосного агрегата подается в МКП. ВРИ направляется в цех регенерации ингибитора УКПГ.

Холодный газ, выходящий 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. АСУ ТП, используя клапан-регулятор расхода газа, изменяет соотношение потоков газа, проходящих через рекуперативный теплообменник и байпас, обеспечивая в реальном масштабе времени коррекцию температуры газа, необходимую 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. Для этого на вход задания SP первого ПИД-регулятора поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе АСУ ТП подает 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 указанных входных параметров этот ПИД-регулятор на своем выходе CV формирует значение температуры газа на выходе АВО, которая подается в виде уставки на вход задания SP следующего ПИД-регулятора задания для САУ АВО значения уставки температуры газа на выходе АВО. А на вход обратной связи PV этого же, второго ПИД-регулятора подают сигнал температуры газожидкостной смеси на выходе АВО. На основании этих входных данных данный ПИД-регулятор формирует на своем выходе CV в реальном масштабе времени значение уставки температуры газа на выходе АВО, которая подается на вход САУ АВО для управления тепловой производительностью АВО.

Одновременно АСУ ТП производит оценку возможности использования АВО для обеспечения заданной температуры в низкотемпературном сепараторе в реальном масштабе времени. Для этого АСУ ТП измеряет с заданной дискретностью температуру окружающей среды Т_{ок.среда} и газожидкостной смеси Т_вх.АВО, поступающей на вход АВО. Используя результаты этих измерений, АСУ ТП следит за соблюдением условия: Т_вх.АВО-Т_{ок.среда}>ΔТ_доп, где ΔТ_доп - разность температур, начиная с которой можно использовать АВО для поддержания температурного режима технологических процессов, реализуемых на установке. При этом значение ΔТ_доп определяется исходя из паспортных данных АВО.

В случае нарушения указанного неравенства АСУ ТП установки формирует сообщение оператору о достижении граничного значения использования АВО и необходимости принятия решения об изменении режима работы установки (переход на турбодетандерный режим охлаждения или снижение производительности установки и т.д.).

Для поддержания температуры осушенного газа, подаваемого в МГП, АСУ ТП использует ПИД-регулятор поддержания температуры в МГП, реализованной на базе АСУ ТП. На вход задания SP этого ПИД-регулятора АСУ ТП подает 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 же ПИД-регулятора подают сигнал с датчика температуры, установленного в МГП. На основании входных параметров ПИД-регулятор на своем выходе CV в реальном масштабе времени формирует управляющий сигнал, подаваемый 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 нестабильного конденсата, подаваемого в МКП, АСУ ТП использует ПИД-регулятор поддержания температуры в МКП. На вход задания SP этого ПИД-регулятора АСУ ТП подает значение уставки температуры, которую необходимо поддерживать в МКП 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 в МКП. На основании этих входных данных ПИД-регулятор на своем выходе CV в реальном масштабе времени формирует 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. В ней использованы следующие обозначения:

1 - входная линия установки;

2 - сепаратор первой ступени редуцирования;

3 - датчик температуры наружного воздуха;

4 - САУ АВО газа;

5 - АВО;

6 - датчик температуры газа на входе АВО;

7 - датчик температуры газа на выходе АВО;

8 - клапан-регулятор расхода газожидкостной смеси через первую секцию рекуперативного теплообменника «газ-конденсат»;

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

10 - рекуперативный теплообменник «газ-газ»;

11 - клапан-регулятор расхода газа через вторую секцию теплообменника «газ-газ»;

12 - рекуперативный теплообменник «газ-конденсат»;

13 - разделитель жидкостей;

14 - датчик температуры НГК на выходе установки, подаваемого в МКП;

15 - низкотемпературный сепаратор;

16 - редуцирующий клапан-регулятор расхода газа на входе в низкотемпературный сепаратор 15;

17 - датчик температуры в низкотемпературном сепараторе;

18 - датчик температуры осушенного газа на выходе установки, подаваемого в МГП;

19 - насосный агрегат подачи НГК в МКП.

На фиг. 2 приведена структурная схема автоматического управления температурой технологических процессов установки. В ней использованы следующие обозначения:

20 - сигнал температуры газожидкостной смеси на выходе АВО 5, поступающий с датчика 7;

21 - сигнал температуры в низкотемпературном сепараторе, поступающей с датчика 17;

22 - сигнал задания (уставки) температуры в низкотемпературном сепараторе 15;

23 - сигнал температуры газа в МГП, поступающей с датчика 18;

24 - сигнал задания (уставки) температуры в МГП;

25 - сигнал температуры газового конденсата в МЕЛ, поступающей с датчика температуры 14;

26 - сигнал задания (уставки) температуры в МКП;

27 - ПИД-регулятор поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе 15;

28 - ПИД-регулятор поддержания температуры в МГП;

29 - ПИД-регулятор поддержания температуры в МКП;

30 - ПИД-регулятор формирования для САУ АВО 4 задания уставки температуры газа на выходе АВО;

31 - сигнал управления клапаном-регулятором 11;

30 - сигнал управления клапаном-регулятором 8.

Способ автоматического поддержания температурного режима технологических процессов установки с применением АВО в условиях Крайнего Севера, реализуют следующим образом.

Добытая газожидкостная смесь через входную линию 1 установки поступает на вход сепаратора первой ступени редуцирования 2, в котором происходит первичное очищение газожидкостной смеси от механических примесей, отделение НГК и водного раствора ингибитора (ВРИ), которые по мере накопления в его нижней части отводятся в разделитель жидкостей 13. Частично очищенная от капельной влаги и пластовой жидкости газожидкостная смесь с выхода сепаратора первой ступени 2 по трубопроводу, оснащенному датчиком температуры 6, подается на вход АВО 5, где происходит предварительное (промежуточное) охлаждение газожидкостной смеси за счет теплообмена с воздушной средой. Очевидно, что такой режим работы установки сепарации газа актуален тогда, когда температура наружного воздуха (измеряется датчиком 3) ниже температуры газожидкостной смеси на входе в АВО (измеряется датчиком 6). Разница этих температур контролируется АСУ ТП, а ее минимально-допустимое значение задается при настройке способа для АВО 5 с учетом его паспортных данных. Газожидкостная смесь с выхода АВО разделяется на два потока и подается для дальнейшего охлаждения на входы первых секций рекуперативных теплообменников 10 «газ-газ» и 12 «газ-конденсат». При этом на вход теплообменника 12 газожидкостная смесь поступает через клапан-регулятор расхода газожидкостной смеси 8, который путем изменения ее расхода поддерживает заданную температуру НГК, подаваемого в МКП. Далее, с выходов первых секций теплообменников 10 и 12 потоки газожидкостной смеси объединяются и подаются на клапан-регулятор 16, который выполняет роль управляемого редуктора. В результате редуцирования на его выходе происходит охлаждение газожидкостной смеси, после чего она подается в низкотемпературный сепаратор 15, оснащенный датчиком температуры 17. В этом сепараторе происходит окончательное отделение газа от НГК с примесью, которые по мере накопления в нижней части сепаратора отводятся через вторую секцию рекуперативного теплообменника 12 «газ-конденсат» в разделитель жидкостей 13. Осушенный и охлажденный газ с выхода низкотемпературного сепаратора 15 разделяется на два потока, один из которых подается на вход второй секции рекуперативного теплообменника 10 «газ-газ», а второй идет через байпас. Регулируя поток газа клапаном-регулятором 11 через байпас, изменяют расход газа проходящего через теплообменник, поддерживая заданную температуру газа, подаваемого в МГП.

Отведенная в разделитель жидкости 13 из сепараторов 2 и 15 газожидкостная смесь подвергается разделению и дегазации. Поток выделенного газа (газ выветривания) из разделителя жидкости транспортируется для утилизации или компримируется и подается в МГП. Поток НГК транспортируется либо на склад, либо при помощи насосного агрегата 19 подается в МКП. Поток ВРИ подается на регенерацию в цех регенерации ингибитора УКПГ.

Реализация данного способа позволяет решать с помощью АСУ ТП следующие задачи:

а) Производить оценку, когда именно можно использовать АВО 5 для обеспечения заданной температуры в низкотемпературном сепараторе 15, предусмотренной технологическим регламентом установки. Для этого АСУ ТП 9 установки в реальном масштабе времени с заданной дискретностью измеряет температуру окружающей среды (датчик 3) и газожидкостной смеси (датчик температуры 6), поступающей на вход АВО. Используя результаты измерений, АСУ ТП следит за соблюдением следующего условия:

Т_вх.АВО-Т_{ок.среда}>ΔT_доп

где ΔТ_доп - разность температур, начиная с которой можно использовать АВО для поддержания температурного режима технологических процессов, реализуемых на установке; Т_{ок.среда} - температура окружающей среды (воздуха) в районе установки; Т_вх.АВ0 - температура газожидкостной смеси на входе в АВО.

Значение ΔТ_доп определяется исходя из паспортных данных АВО 5.

В случае нарушения указанного неравенства АСУ ТП 9 установки формирует сообщение оператору о достижении граничного значения использования АВО и необходимости принятия решения об изменении режима работы установки (переход на турбодетандерный режим охлаждения или снижение производительности установки и т.д.).

б) Поддерживать заданное значение температуры в низкотемпературном сепараторе 15 путем регулирования температуры газожидкостной смеси, проходящей через АВО 5, управляя его тепловой производительностью. Это достигается управлением частотой вращения колес, углом наклонения лопастей и порядком включения вентиляторов, положением шторок жалюзи, количеством и порядком задействованных секций вентиляторов АВО 5. Управление АВО 5 и его защиту реализует система автоматического управления (САУ) 4 АВО, параметры которой подбираются при проектировании АВО с учетом его производительности и климатических условий месторасположения установки.

Для подержания температуры в низкотемпературном сепараторе 15 используют каскадную схему управления ПИД-регуляторов, реализованную на базе АСУ ТП 9 установки, которая работает следующим образом.

На вход задания SP ПИД-регулятора 27 подержания температуры в низкотемпературном сепараторе подают сигнал 22 задания температуры (значение уставки), которую необходимо поддерживать в низкотемпературном сепараторе 15 согласно технологического регламента установки. На вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подают сигнал 21 с датчика температуры 17, установленного в низкотемпературном сепараторе 15. В результате их обработки на выходе CV ПИД-регулятора 27 формируется сигнал задания (уставки) температуры газа на выходе АВО 5, которая подается на вход SP ПИД-регулятора 30, а на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора 30 подают сигнал 20 с датчика температуры 7, установленного на выходе АВО 5. В итоге на выходе CV ПИД-регулятора 30 будет формироваться значение температуры газа на выходе АВО 5, которая в виде уставки подается на вход САУ АВО 4 для управления тепловой производительности АВО 5.

В результате реализации последовательности указанных операций температура предварительного охлаждения газожидкостной смеси на выходе АВО 5 будет иметь такое значение, при котором температура в низкотемпературном сепараторе 15 будет соответствовать заданной.

в) Поддерживать заданную температуру осушенного газа, подаваемого в МГП, путем изменения количества проходящего через вторую секцию рекуперативного теплообменника 10 холодного газа. Для этого часть поступающего из низкотемпературного сепаратора 15 холодного газа пропускают через байпас, на котором установлен кран-регулятор расхода газа 11. Байпас обеспечивает прохождение управляемой части холодного газа, идущей параллельно второй секции рекуперативного теплообменника 10.

Задание на изменение положения клапану-регулятору 11 выдает ПИД-регулятор 28 подержания температуры в МГП, реализованный на базе АСУ ТП 9 установки.

АСУ ТП 9 установки в реальном масштабе времени, согласно технологического регламента установки, формирует значение уставки температуры осушенного газа, которое необходимо поддерживать на выходе установки - на входе в МГП. Эту уставку в виде сигнала 24 задания температуры в МГП АСУ ТП подает на вход SP ПИД-регулятора 28. На вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подают сигнал 23 значения фактической температуры с датчика температуры 18, установленного на входе в МГП. На выходе CV ПИД-регулятора 28 формируется управляющий сигнал 31 для клапана-регулятора 11. В случае, когда температура в МГП должна быть (повышена\понижена), количество проходящего через байпас холодного газа отводимого от низкотемпературного сепаратора будет соответственно (уменынено\увеличено), в результате чего температура в МГП будет соответствовать заданной.

Возможен случай, когда клапан-регулятор 11 достигнет своего крайнего положения (открытого либо закрытого), тогда АСУ ТП 9 установки формирует сообщение оператору установки о невозможности достижения заданной температуры в МГП и рекомендует принять решение об изменении режима работы установки.

г) Поддерживать заданной температуры НТК, подаваемого в МКП, осуществляют путем изменения клапаном-регулятором 8 расхода количества газожидкостной смеси, проходящей через первую секцию рекуперативного теплообменника 12. Задание на изменение положения клапану-регулятору 8 выдает ПИД-регулятор 29 подержания температуры в МКП. Этот ПИД-регулятор также реализован на базе АСУ ТП 9 установки.

АСУ ТП 9 подает на вход задания SP ПИД-регулятора 29 сигнал 26 значения уставки температуры НГК, которое необходимо поддерживать на выходе установки - на входе МКП. На вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подают сигнал 25 значения температуры НГК, измеряемого с помощью датчика температуры 14, установленного на входе в МКП. На выходе CV ПИД-регулятора 29 формируется управляющий сигнал 32 для клапана-регулятора 8. В случае, когда температура в МКП должна быть (повышена\понижена), количество относительно теплой газожидкостной смеси, проходящей через первую секцию теплообменника 12, соответственно будет (увеличено\уменыиено). В результате таких действий, реализуемых ПИД-регулятором 29 и клапан-регулятором 8, температура в МКП будет соответствовать заданной.

Возможен случай, когда клапан-регулятор 8 достигнет своего крайнего положения (закрытого либо открытого), тогда АСУ ТП 9 установки формирует сообщение оператору о невозможности достижения заданной температуры в МКП и рекомендует принять решение об изменении режима работы установки.

Настройку используемых ПИД-регуляторов 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 установки низкотемпературной сепарации газа, с применением АВО, 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 поддержать температурный режим на установках, расположенных в районах Крайнего Севера РФ, в рамках технологических норм и ограничений, предусмотренных их технологическими регламентами, благодаря чему появляется возможность:

- удерживать в автоматическом режиме динамически изменяющийся по заданию температурный режим технологических процессов установки, обеспечивая ее эффективную работу с учетом текущих значений внешних и внутренних параметров;

- осуществлять 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 газо- и конденсат проводов на Крайнем Севере.

Изобретение относится к области добычи и подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту. Способ предусматривает подачу газожидкостной смеси с выхода сепаратора первой ступени редуцирования на вход АВО и понижение температуры смеси до заданных значений температуры в низкотемпературном сепараторе. Затем охлажденную смесь разделяют на два потока и подают для дополнительного 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. При этом (АСУ ТП) регулирует расход газожидкостной смеси, проходящей через теплообменник, обеспечивая поддержание заданной температуры НГК. Затем потоки газожидкостной смеси с выходов первых секций рекуперативных теплообменников объединяются и через клапан-регулятор, выполняющий роль управляемого редуктора, поступает в низкотемпературный сепаратор газа, оснащенный датчиком температуры. В результате редуцирования температура смеси падает до необходимого значения, которое поддерживается АСУ ТП путем регулирования с помощью ПИД-регуляторов и управляемого редуктора. В низкотемпературном сепараторе происходит окончательное разделение газожидкостной смеси на осушенный холодный газ и смесь (НГК с примесью ВРИ), которые подаются на вход второй секции рекуперативного теплообменника «газ-конденсат» и далее, в разделитель жидкости, в котором выделяются НГК и ВРИ, а также газ выветривания. НГК с помощью насосного агрегата подается в МКП. Отделенный ВРИ направляется в цех регенерации ингибитора УКПГ. Холодный газ, выходящий 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. АСУ ТП, используя клапан-регулятор расхода газа, изменяет соотношение потоков газа, проходящих через рекуперативный теплообменник и байпас, обеспечивая в реальном масштабе времени коррекцию температуры газа, необходимую для подачи его в МГП. Заявляемый способ позволяет: подержать заданный температурный режим технологических процессов установки, обеспечивающий ее эффективную эксплуатацию; осуществить контроль и поддержание необходимой температуры осушенного газа и нестабильного газового конденсата 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 установки низкотемпературной сепарации газа с применением аппаратов воздушного охлаждения (АВО) 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, охлаждения ее в АВО и разделения 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 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 газожидкостная смесь с выхода сепаратора первой ступени редуцирования подается на вход АВО, управляемого отдельной системой автоматического управления (САУ) АВО, которые вместе обеспечивают необходимое понижение температуры газожидкостной смеси в АВО до заданных технологическим регламентом значений, если температура атмосферного воздуха гарантирует реализацию такого режима, и после выхода с АВО охлажденную газожидкостную смесь разделяют на два потока и подают для дополнительного 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 через клапан-регулятор, выполняющий роль управляемого редуктора, поступают в низкотемпературный сепаратор газа, оснащенный датчиком температуры, в котором она окончательно разделяется на осушенный холодный газ и НГК, который подают на вход второй секции рекуперативного теплообменника «газ-конденсат» и далее, через разделитель жидкости, с помощью насосного агрегата в МКП, а холодный газ 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 проходящих потоков газа через рекуперативный теплообменник и байпас, обеспечивая в реальном масштабе времени коррекцию температуры газа, необходимую для подачи его 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 автоматизированной системы управления технологических процессов (АСУ ТП) установки, в котором на вход задания SP первого ПИД-регулятора поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе АСУ ТП подает 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 температуры газа на выходе АВО и подает эту уставку на вход SP следующего ПИД-регулятора, а на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подают сигнал фактической температуры газожидкостной смеси на выходе АВО, и на основании этих входных данных ПИД-регулятор формирует на своем выходе CV в реальном масштабе времени сигнал задания температуры газа на выходе АВО, которая подается на вход САУ АВО для управления тепловой производительности АВО.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что АСУ ТП производит оценку возможности использования АВО для обеспечения заданной температуры в низкотемпературном сепараторе в реальном масштабе времени, измеряя с заданной дискретностью температуру окружающей среды и газожидкостной смеси, поступающей на вход АВО, и используя результаты этих измерений, следит за соблюдением условия: Т_вх.AВО - Т_{ок.среда} > ΔТ_доп, где ΔТ_доп - разность температур, начиная с которой можно использовать АВО для поддержания температурного режима технологических процессов, реализуемых на установке низкотемпературной сепарации газа; Т_{ок.среда} - температура окружающей среды - воздуха в районе расположения установки; Т_вх.АВО - температура газожидкостной смеси на входе в АВО, при этом значение ΔТ_доп определяется исходя из паспортных данных АВО, и в случае нарушения указанного неравенства АСУ ТП установки формирует сообщение оператору о достижении граничного значения использования АВО и необходимости принятия решения об изменении режима работы установки - переход на турбодетандерный режим охлаждения или снижение производительности установки и т.д.

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 которого АСУ ТП подает 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 формирует 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 нестабильного конденсата, подаваемого в МКП, используют ПИД-регулятор поддержания температуры в МКП, на вход задания SP которого АСУ ТП подает 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 подает на клапан-регулятор расхода газа, установленного 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.