СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛОТНОСТИ НЕСТАБИЛЬНОГО ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА, ПОДАВАЕМОГО В МАГИСТРАЛЬНЫЙ КОНДЕНСАТОПРОВОД, С ПРИМЕНЕНИЕМ АППАРАТА ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ, НА УСТАНОВКАХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА В РАЙОНАХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА Российский патент 2019 года по МПК F17D5/00 

Изобретение относится к области добычи и подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту на Крайнем Севере, в частности, к автоматическому поддержанию на установке низкотемпературной сепарации газа (далее установка) плотности нестабильного газового конденсата (НГК), подаваемого в магистральный конденсатопровод (МКП).

Известен способ автоматизации установки низкотемпературной сепарации газа, включающий автоматическое поддержание температуры сепарации, расхода газа и давлений на установке. [См., например, стр. 112, Б.Ф. Тараненко, В.Т. Герман. Автоматическое управление газопромысловыми объектами. М., "Недра", 1976 г., 213 с.],

Недостатком данного способа является то, что в нем не предусмотрено управление степенью дегазации и, соответственно, поддержание плотности НГК при подаче его в МКП. А это может вызвать ряд проблем, связанных с появлением газовых пробок и их скоплений в конденсатопроводе. Наличие таких пробок может стать причиной серьезных осложнений и е аварий, приводящих к материальным, людским и экологическим потерям. [См. например, А.А. Коршак, А.И. Забазнов, В.В. Новоселов и др. Трубопроводный транспорт нестабильного газового конденсата. - М.: ВНИИОЭНГ, 1994.].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ автоматизации установки низкотемпературной сепарации газа, включающий автоматическое поддержание заданных значений температур и давлений на установке. [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.]. Степень дегазации НГК в данном способе поддерживается путем его нагрева, используя змеевик-подогреватель, установленный в емкости дегазатора-разделителя.

Существенным недостатком данного способа является то, что из-за инерционности процесса нагрева и отсутствия контроля значения плотности НГК, подаваемого в МКП, степень дегазации и поддержание плотности НГК при подаче его в МКП осуществляется практически «вслепую», без точного управления процессом.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является автоматическое поддержание плотности НГК, подаваемого в МКП, с учетом норм и ограничений, предусмотренных технологическим регламентом установки для условий Крайнего Севера.

Техническими результатами, достигаемыми от реализации изобретения, является автоматическое поддержание плотности НГК в рамках норм и ограничений, предусмотренных технологическим регламентом установки для различных режимов ее работы. Заявляемый способ обеспечивает контроль и подержание заданной плотности НГК, подаваемого в МКП, с целью предотвращения образования газовых пробок и их скоплений в конденсатопроводе. Благодаря этому повышается надежность эксплуатации МКП и снижение вероятности рисков осложнений и аварий, которые могут привести к серьезным экологическим, людским и материальным потерям.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что способ автоматического поддержания плотности НГК, подаваемого в МКП, с применением аппарата воздушного охлаждения (АВО), на установках низкотемпературной сепарации газа в районах Крайнего Севера, включает очистку поступающей газоконденсатной смеси в установку от механических примесей и разделение газоконденсатной смеси на НГК, газ и водный раствор ингибитора (ВРИ), с последующим отводом НГК и ВРИ в разделитель жидкостей для дегазации. Из разделителя жидкостей ВРИ отводят на регенерацию ингибитора в цех регенерации ингибитора, а НГК подается насосом в МКП. Газ выветривания из разделителя жидкости подается для использования на собственные нужды, на компримирование с последующей закачкой в магистральный газопровод (МГП) или на утилизацию.

Для достижения поставленной цели осуществляют контроль датчиком плотности плотность НГК, подаваемого в МКП. Одновременно контролируют датчиком температуры температуру газа в низкотемпературном сепараторе, и сравнивают ее с заданием, величина которого определяется автоматически каскадом из двух пропорционально-интегрально-дифференцирующих (ПИД) регуляторов, реализованных на базе АСУ ТП установки.

Для чего на вход задания SP ПИД-регулятора поддержания плотности НГК на выходе разделителя жидкостей подают сигнал уставки плотности НГК, значение которой задает обслуживающий персонал. А на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подают сигнал значения фактической плотности с датчика плотности НГК, установленного на выходе разделителя жидкостей. Сравнивая эти сигналы, ПИД-регулятор формирует на своем выходе CV сигнал уставки температуры, до которой необходимо охладить газожидкостную смесь, поступающую из сепаратора первой ступени сепарации АВО, чтобы обеспечить достижение необходимой плотности НГК на выходе разделителя жидкостей, и подает ее на вход SP ПИД-регулятора поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе, а на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подают текущее значение температуры с датчика температуры, установленного в низкотемпературном сепараторе газа, сравнивая которые ПИД-регулятор на своем выходе CV формирует управляющий сигнал, который подает на вход системы автоматического управления (САУ) АВО, управляющей режимами функционирования АВО. САУ АВО с учетом текущих параметров окружающей среды подбирает оптимальный режим эксплуатации АВО. Одновременно с этим автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) контролирует давление в разделителе жидкостей, автоматически поддерживая его заданное технологическим регламентом установки значение с помощью клапана-регулятора.

Во время реализации процесса поддержания заданной плотности НГК температура в низкотемпературном сепараторе может достигать своих предельных значений - верхнего либо нижнего. Их значения обозначены в технологическом регламенте установки. В таких случаях АСУ ТП формирует сообщение оператору о невозможности достижения заданной плотности НГК, подаваемого в МКП, и необходимости принятия решения об изменении режима работы установки.

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

1 - входная линия установки;

2 - сепаратор первой ступени сепарации;

3 - АВО;

4 - САУ АВО;

5 - АСУ ТП установки;

6 - рекуперативный теплообменник «газ-газ»;

7 - рекуперативный теплообменник «газ-конденсат»;

8 - датчик давления, установленный в разделителе жидкостей 9;

9 - разделитель жидкостей;

10 - клапан-регулятор давления газа, установленный на выходе разделителя жидкостей 9;

11 - датчик плотности НГК, установленный на выходе разделителя жидкостей;

12 - насосный агрегат;

13 - МКП;

14 - редуцирующий клапан-регулятор расхода газа;

15 - низкотемпературный сепаратор;

16 - датчик температуры, установленный в низкотемпературном сепараторе;

17 - МГП.

На фиг. 2 приведена структурная схема автоматического управления поддержания плотности на установке и в ней использованы следующие обозначения:

18 - сигнал, поступающий на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 22 с датчика температуры 16 газа, установленный в низкотемпературном сепараторе 15;

19 - сигнал, поступающий с датчика плотности НГК 11 на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 21;

20 - сигнал уставки плотности НГК, поступающий на вход задания SP ПИД-регулятора 21;

21 - ПИД-регулятор поддержания плотности НГК на выходе установки;

22 - ПИД-регулятор поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе;

23 - управляющий сигнал, подаваемый на вход САУ АВО газа.

Способ автоматического поддержания плотности НГК, подаваемого в МКП, с применением АВО, на установках низкотемпературной сепарации газа в районах Крайнего Севера, реализуют следующим образом.

Газожидкостная смесь через входную линию 1 подается на вход сепаратора первой ступени сепарации 2, где происходит ее очищение от механических примесей и частичное выделение НГК и ВРИ, которые по мере накопления в нижней части сепаратора 2 отводят в разделитель жидкостей 9. Частично очищенную от капельной влаги и пластовой жидкости газожидкостную смесь с выхода сепаратора первой ступени сепарации 2 подают на вход АВО 3, где ее предварительно охлаждают за счет теплообмена с воздушной средой. На выходе из АВО поток газожидкостной смеси разделяют на две части и подают на входы первых секций рекуперативных теплообменников 6 «газ-газ» и 7 «газ-конденсат». Далее, с выходов первых секций теплообменников 6 и 7 потоки газожидкостной смеси объединяют и подают на вход клапана-регулятора расхода газа 14, в котором происходит охлаждение смеси за счет эффекта редуцирования. С выхода клапана-регулятора 14 смесь подают в низкотемпературный сепаратор 15, оснащенный датчиком температуры 16, который контролирует температуру газа в низкотемпературном сепараторе 15.

В низкотемпературном сепараторе 15 происходит окончательное отделение газа от НГК и ВРИ. Осушенный и охлажденный газ с выхода низкотемпературного сепаратора 15 поступает во вторую секцию рекуперативного теплообменника 6 «газ-газ», и из нее в МГП для поставки потребителю.

НГК и ВРИ, по мере накопления в нижней части сепаратора 15, отводят через вторую секцию рекуперативного теплообменника 7 «газ-конденсат» в разделитель жидкостей 9, оснащенного датчиком давления 8. Поступающая в разделитель жидкости 9 из сепараторов 2 и 15 смесь НГК и ВРИ подвергается разделению и дегазации. Поток выделенного газа (выветренный газ) из разделителя жидкости 9 через клапан-регулятор давления 10 отводят для использования на собственные нужды, на компримирование с последующей закачкой в МГП 17 или на утилизацию. Выделенный ВРИ отводят на регенерацию в цех регенерации ингибитора установки комплексной подготовки газа. НГК из разделителя жидкости 9 по трубопроводу, оснащенному датчиком плотности 11, подают на вход насосного агрегата 12, который направляет его в МКП 13.

Плотность НГК, подаваемого в МКП 13, автоматически поддерживается путем изменения степени извлечения легких фракций НГК из газожидкостной смеси в низкотемпературном сепараторе 15. Это достигается благодаря управлению температурным режимом низкотемпературного сепаратора 15, реализуемому путем изменения степени предварительного охлаждения газожидкостной смеси на АВО 3, управляемых специализированной САУ 4.

Принцип управления работой АВО с помощью специализированной САУ в условиях Крайнего Севера известен и может быть реализован так, как описано в патенте РФ №2397372.

Значение плотности НГК задается обслуживающим персоналом в виде уставки, сигнал 20, которой подают на вход задания SP ПИД-регулятора 21 поддержания плотности НГК в МКП. На вход обратной PV связи этого же ПИД-регулятора подают сигнал 19 фактического значения плотности НГК, фиксируемого датчиком измерения плотности 11. В результате их обработки ПИД-регулятор 21 на своем выходе CV формирует значение уставки температуры, до которой необходимо осуществлять предварительное охлаждение газожидкостной смеси с помощью АВО 3. Эта уставка подается на вход задания SP ПИД-регулятора 22 поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе 15. На вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подают сигнал 18 фактического значения температуры, измеряемого датчиком 16 в низкотемпературном сепараторе 15. В результате обработки входных сигналов ПИД-регулятор 22 на своем выходе CV формирует сигнал управления 23 в виде уставки температуры, до которой необходимо осуществлять предварительное охлаждение газожидкостной смеси. Сигнал уставки 23 поступает на вход задания САУ АВО 4, которая автоматически подбирает соответствующий режим работы аппарата, обеспечиваю требуемое предварительное охлаждение газожидкостной смеси, проходящей через АВО 4.

Если текущее значение плотности НГК, поступающее в виде сигнала 19 на вход PV ПИД-регулятора 21 поддержания плотности НГК, превысит значение, задаваемое сигналом уставки 20, то это значит, что в низкотемпературном сепараторе необходимо понизить температуру для уменьшения выделения «легких» фракций из НГК. Соответственно, ПИД-регулятор 21, отрабатывая разность сигналов на своих входах PV и SP, уменьшает значение уставки температуры, которую необходимо поддерживать в низкотемпературном сепараторе 15. Сигнал этой уставки ПИД-регулятор 21 со своего выхода CV подает на вход задания SP ПИД-регулятора 22 поддержания температуры. Этот ПИД-регулятор 22 сравнивает значение поступившей на его вход SP уставки с сигналом температуры 18 на входе PV, поступающем с датчика 16. В результате сравнения и обработки сигналов, поступающих на входы PV и SP, ПИД-регулятор 22 формирует и выдает сигнал задания 23, который поступает на вход САУ 4, управляющей работой АВО 3. Соответственно, САУ 4, управляющая работой АВО 3, учитывая текущие параметры атмосферы, задает режим работы АВО 3.

В случае, когда плотность должна быть повышена, операция произойдет в обратном направлении.

Возможны случаи, температура в низкотемпературном сепараторе 15 контролируемая датчиком 16 достигнет своих предельных значений (верхнего либо нижнего) обозначенных в технологическом регламенте установки, тогда АСУ ТП 5 установки формирует сообщение оператору о невозможности достижения заданной плотности в МКП и рекомендует принять решение об изменении режима работы установки.

Одновременно АСУ ТП 5 автоматически поддерживает определенное технологическим регламентом установки и заданное обслуживающим персоналом в виде уставки значение давления в - разделителе жидкостей 9. Для этого АСУ ТП контролирует давление в - разделителе жидкостей 9 датчиком 8 и осуществляет регулировку давления путем управления степенью открытия КР 10. Благодаря этому обеспечивается требуемый подпор давления в разделителе жидкостей 9, необходимый для предотвращения образования вакуума и поддержания уровня конденсата в ней.

Настройку параметров ПИД-регуляторов проводит обслуживающий персонал в момент запуска системы в работу под конкретные условия добычи 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 плотности НГК, подаваемого в МКП, с применением АВО, на установках низкотемпературной сепарации газа в районах Крайнего Севера, реализован в ПАО «Газпром» ООО «Газпром добыча Ямбург» на Заполярном газоконденсатном месторождении на установках комплексной подготовки газа 1В и 2В.

Реализация способа наиболее эффективна в период, когда пластовой энергии месторождения уже не достаточно для эксплуатации месторождения с использованием эффекта дросселирования Джоуля-Томпсона и требуется подвод дополнительной энергии для выделения конденсата из газожидкостной смеси.

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 значение температуры в низкотемпературном сепараторе, обеспечивая его эффективную работу. Одновременно способ позволяет контролировать и поддерживать заданную плотность НГК, подаваемого в МКП, с целью предотвращения образования газовых пробок и их скоплений, благодаря чему появляется возможность увеличить надежность эксплуатации конденсатопровода и снизить вероятность возникновения осложнений и аварий, которые могли бы привести к серьезным экологическим, людским и материальным потерям.

Изобретение относится к области добычи и подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту. Способ включает очистку поступающей газоконденсатной смеси, поступающей из добывающих скважин, от механических примесей и разделение газоконденсатной смеси на НГК, газ и водный раствор ингибитора (ВРИ), с последующим отводом НГК и ВРИ в разделитель жидкостей для дегазации. Из разделителя жидкостей ВРИ отводят на регенерацию ингибитора в цех регенерации ингибитора, а НГК подают насосом в МКП. Газ выветривания из разделителя жидкости подают для использования на собственные нужды, на компримирование с последующей закачкой в магистральный газопровод (МГП) или на утилизацию. Для управления плотностью НГК АСУ ТП осуществляет контроль датчиком плотности плотность НГК, подаваемого в МКП. Одновременно АСУ ТП контролирует датчиком температуры температуру газа в низкотемпературном сепараторе и сравнивает ее с заданием, величина которого определяется автоматически каскадом из двух пропорционально-интегрально-дифференцирующих (ПИД) регуляторов, реализованных на базе АСУ ТП установки. Для этого на вход задания SP ПИД-регулятора поддержания плотности НГК на выходе разделителя жидкостей подают сигнал значения уставки плотности, значение которой задает обслуживающий персонал. А на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подают сигнал фактической плотности с датчика плотности НГК, установленного на выходе разделителя жидкостей. Сравнивая эти сигналы, ПИД-регулятор формирует на своем выходе CV сигнал уставки температуры, до которой необходимо охладить газожидкостную смесь, поступающую из сепаратора первой ступени сепарации аппаратами воздушного охлаждения (АВО) чтобы обеспечить достижение необходимой плотности НГК на выходе разделителя жидкостей, и подают ее на вход SP ПИД-регулятора поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе, а на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подают текущее значение температуры с датчика температуры, установленного в низкотемпературном сепараторе газа, сравнивая которые ПИД-регулятор на своем выходе CV формирует управляющий сигнал, который подают на вход САУ, управляющей режимами функционирования АВО. САУ АВО с учетом текущих параметров окружающей среды подбирает оптимальный режим эксплуатации АВО. Одновременно с этим АСУ ТП контролирует давление в разделителе жидкостей, автоматически поддерживая его значение, заданное технологическим регламентом установки, с помощью клапана-регулятора. Заявляемый способ позволяет в автоматическом режиме: контролировать и поддерживать заданную плотность НГК, подаваемого в МКП; предотвратить образование газовых пробок и их скоплений в конденсатопроводе; снизить вероятность риска возникновения аварийных ситуаций при эксплуатации МКП, связанных с колебаниями плотности НГК. 2 ил.

1. Способ автоматического поддержания плотности нестабильного газового конденсата - НГК, подаваемого в магистральный конденсатопровод - МКП, с применением аппарата воздушного охлаждения - АВО, на установках низкотемпературной сепарации газа в районах Крайнего Севера, включающий очистку поступающей газоконденсатной смеси в установку от механических примесей и разделение ее на НГК, газ и водный раствор ингибитора - ВРИ, отвод НГК и ВРИ в разделитель жидкостей для дегазации, и далее из разделителя жидкостей ВРИ отводят на регенерацию ингибитора в цех регенерации ингибитора, а НГК подается насосом в магистральный конденсатопровод МКП, а газ выветривания из разделителя жидкости подают для использования на собственные нужды, на компримирование с последующей закачкой в магистральный газопровод - МГП или на утилизацию, отличающийся тем, что контролируют датчиком плотности плотность НГК, подаваемого в МКП, и датчиком температуры температуру газа в низкотемпературном сепараторе, величина которой задается автоматически каскадом из двух пропорционально-интегрально-дифференцирующих - ПИД регуляторов, реализованных на базе автоматизированной системы управления технологическими процессами - АСУ ТП установки, для чего на вход задания SP ПИД-регулятора поддержания плотности НГК на выходе разделителя жидкостей подают сигнал значения уставки плотности, заданную обслуживающим персоналом, а на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подают сигнал значения фактической плотности с датчика плотности НГК, установленного на выходе разделителя жидкостей, сравнивая эти сигналы ПИД-регулятор формирует на своем выходе CV сигнал уставки температуры, на которую необходимо охладить газожидкостную смесь, поступающую из сепаратора первой ступени сепарации АВО, чтобы обеспечить достижение необходимой плотности НГК на выходе разделителя жидкостей, и подает ее на вход SP ПИД-регулятора поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе, а на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подают текущее значение температуры с датчика температуры, установленного в низкотемпературном сепараторе газа, сравнивая которые ПИД-регулятор на своем выходе CV формирует управляющий сигнал, который подает на вход САУ АВО, управляющей режимами функционирования АВО, которая с учетом текущих параметров окружающей среды подбирает оптимальный режим эксплуатации АВО, при этом АСУ ТП одновременно контролирует давление в разделителе жидкостей, автоматически поддерживая его заданное значение с помощью клапан-регулятора, установленного на выходе газа из разделителя жидкостей.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что если во время реализации процесса поддержания заданной плотности НГК температура в низкотемпературном сепараторе достигнет своих предельных значений - верхнего либо нижнего, обозначенных в технологическом регламенте установки, тогда АСУ ТП формирует сообщение оператору о невозможности достижения заданной плотности НГК, подаваемого в МКП, и необходимости принятия решения об изменении режима работы установки.