СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛОТНОСТИ НЕСТАБИЛЬНОГО ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА, ПОДАВАЕМОГО В МАГИСТРАЛЬНЫЙ КОНДЕНСАТОПРОВОД, НА УСТАНОВКАХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА В РАЙОНАХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА Российский патент 2019 года по МПК F17D3/01 F25J3/08 

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 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, путем поддержания необходимого значения давления дегазации в дегазаторе-разделителе. Благодаря этому предотвращается образование газовых пробок и их скоплений в МКП, обеспечивая повышение надежности его эксплуатации 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, на установках низкотемпературной сепарации газа в районах Крайнего Севера, включает очистку газоконденсатной смеси, поступающей из добывающих скважин, от механических примесей в блоке низкотемпературной сепарации газа. Так же в блоке низкотемпературной сепарации газа происходит разделение смеси на НГК, газ и водный раствор ингибитора (ВРИ), которые отводятся из этого блока 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 на компрессор газов выветривания для закачки в магистральный газопровод (МГП).

Для достижения поставленной цели осуществляют контроль датчиком плотности плотность НГК, подаваемого в МКП. Одновременно контролируют датчиком давления давление газа выветривания в дегазаторе-разделителе, из которого этот газ отводят через клапан-регулятор, регулирующий текущее давление в дегазаторе-разделителе. Величину, которая задается автоматически, этого давления сравнивают с заданием, значение которого определяется автоматически, с учетом складывающихся параметров технологических процессов в реальном масштабе времени, каскадом из двух пропорционально-интегрально-дифференцирующих (ПИД) регуляторов, реализованных на базе автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) установки.

Для этого на вход задания SP ПИД-регулятора поддержания плотности НГК в дегазаторе-разделителе подают значение уставки плотности, значение которой задает обслуживающий персонал. А на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подают текущее значение плотности НГК, которую измеряет датчик плотности НГК. Сравнивая уставку с текущей плотностью, ПИД-регулятор формирует на своем выходе CV сигнал уставки давления, которое обеспечит достижение необходимой плотности НГК на выходе дегазатора-разделителя. Эта сформированная уставка давления подается на вход SP ПИД-регулятора поддержания давления в дегазаторе-разделителе. Одновременно, на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подают текущее значение давления газа в дегазаторе-разделителе. Это давление газа контролирует датчик давления, установленный на выходе дегазатора-разделителя. Сравнивая это давление с уставкой, этот ПИД-регулятор на своем выходе CV формирует управляющий сигнал, который подает на клапан-регулятор для поддержания необходимого значения давления газа в дегазаторе-разделителе.

В процессе реализации процесса поддержания заданной плотности НГК рабочий орган клапана-регулятора может достигнуть своего крайнего положения (полностью открытого либо закрытого). В этом случае АСУ ТП установки 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 - АСУ ТП установки;

3 - блок низкотемпературной сепарации газа;

4 - МГП;

5 - датчик давления в дегазаторе-разделителе;

6 - клапан-регулятор поддержания давления газа в дегазаторе-разделителе;

7 - дегазатор-разделитель;

8 - компрессор газов выветривания;

9 - датчик плотности НГК;

10 - насосный агрегат.

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

11 - сигнал, поступающий с датчика давления 5, установленного в дегазаторе-разделителе 7, на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 16;

12 - сигнал, поступающий с датчика плотности НГК 9 на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 15;

13 - сигнал задания плотности НГК, поступающий на вход SP задания ПИД-регулятора 14;

14 - ПИД-регулятор поддержания плотности НГК в дегазаторе-разделителе 7;

15 - ПИД-регулятор поддержания давления в дегазаторе-разделителе 7;

16 - управляющий сигнал, подаваемый на клапан-регулятор 6 подержания давления в дегазаторе-разделителе 7.

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

Газоконденсатная смесь через входную линию 1 подается в блок низкотемпературной сепарации газа 3, где происходит ее очищение от механических примесей, капельной влаги и пластовой жидкости, выделение НГК и ВРИ и газа. По мере накопления НГК и ВРИ отводятся в дегазатор-разделитель 7, оснащенный датчиком давления 5, в котором газожидкостная смесь подвергается разделению и дегазации. Поток выделенного газа (газ выветривания) транспортируют по трубопроводу, оснащенного клапаном-регулятором поддержания давления 6 на вход компрессора газов выветривания 8 для компримирования и подачи в МГП 4. НГК поступает по трубопроводу, оснащенному датчиком плотности 9, на вход насосного агрегата 10 для подачи в МКП 11. ВРИ из дегазатора-разделителя 7 подают в цех регенерации метанола установки комплексной подготовки газа.

Плотность НГК, подаваемого в МКП, автоматически поддерживается путем регулирования давления газа в дегазаторе-разделителе 7 клапаном-регулятором 6, установленным на его выходе. Управление работой клапана-регулятора 6 осуществляет каскад ПИД-регуляторов, реализованных на базе АСУ ТП 2 установки.

Значение плотности НГК задается обслуживающим персоналом в виде уставки - сигнал 13 которой подают на вход задания SP ПИД-регулятора 14 поддержания плотности НГК в дегазаторе-разделителе 7, а на вход обратной связи PV данного ПИД-регулятора подают сигнал 12 значения текущей плотности НГК, поступающее с датчика плотности 9. В результате их обработки на выходе CV этого ПИД-регулятора будет формироваться уставка давления, значение которого необходимо поддерживать в дегазаторе-разделителе 7. Эта уставка подается на вход задания SP ПИД-регулятора поддержания давления 15 в дегазаторе-разделителе 7. На вход обратной PV связи этого же ПИД-регулятора подают сигнал 11 с датчика давления 5, установленного в дегазаторе-разделителе 7. В результате на выходе CV ПИД-регулятора 15 будет формироваться сигнал управления 16 степенью открытия/закрытия клапана-регулятора 6.

Если текущее значение плотности НГК, поступающее в виде сигнала 12 на вход PV ПИД-регулятора 14 поддержания плотности НГК, превысит значение, задаваемое сигналом 13 уставки, то это значит, что в дегазаторе-разделителе 7 необходимо повысить давление для уменьшения выделения «легких» фракций из НГК. Соответственно, ПИД-регулятор 14, отрабатывая разность сигналов на своих входах PV и SP, увеличивает значение уставки давления, которое необходимо поддерживать в дегазаторе-разделителе 7. Сигнал этой уставки ПИД-регулятор 14 со своего выхода CV подает на вход задания SP ПИД-регулятора поддержания давления 15. Этот ПИД-регулятор сравнивает значение поступившей на его вход SP уставки с сигналом 11 давления, поступающего на вход PV с датчика 5. В результате сравнения и отработки сигналов, поступивших на входы PV и SP, ПИД-регулятор 15 выдает управляющий сигнал 16 на клапан-регулятор 6, исполнительный механизм которого прикроет выход газа выветривания, что приведет, соответственно к повышению давления в дегазаторе-разделителе 7. Эта операция повлечет уменьшение выделения «легких» фракций из НГК, в результате чего его плотность понизится.

В случае, когда плотность НГК оказалась ниже значения, задаваемого сигналом уставки 13, то все операции будут проведены в обратном направлении.

Возможен случай, когда клапан-регулятор 6 достигнет своего крайнего положения (закрытого либо открытого), тогда АСУ ТП 2 установки формирует сообщение оператору о невозможности достижения заданной плотности НГК, подаваемого в МКП 11 и рекомендует принять решение об изменении режима работы установки.

Настройку данных 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, 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 достаточно для эксплуатации месторождения с использованием эффекта дросселирования Джоуля-Томпсона. 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 контролировать и поддерживать заданную плотность НГК, подаваемого в МКП, путем регулирования давления дегазации в дегазаторе-разделителе. Благодаря этому практически исключается риск образования газовых пробок и их скоплений, повышая надежность эксплуатации конденсатопровода и снижая вероятность риска возникновения осложнений и аварий, которые могут привести к серьезным экологическим, людским и материальным потерям.

Изобретение относится к области добычи и подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту, в частности к автоматическому поддержанию на установке низкотемпературной сепарации газа плотности нестабильного газового конденсата (НГК), подаваемого в магистральный конденсатопровод (МКП) в районах Крайнего Севера. Способ включает очистку газоконденсатной смеси от механических примесей в блоке низкотемпературной сепарации газа и разделение на НГК, газ и водный раствор ингибитора (ВРИ). Далее они отводятся из этого блока в разделитель жидкостей для дегазации. Из разделителя ВРИ отводят на регенерацию ингибитора в цех регенерации ингибитора, а НГК подают насосом в МКП. Для управления плотностью НГК автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) осуществляет контроль датчиком плотности плотность НГК, подаваемого в МКП. Одновременно АСУ ТП контролирует датчиком давления давление газа выветривания в дегазаторе-разделителе и сравнивает ее с заданием, величина которого определяется автоматически каскадом из двух пропорционально-интегрально-дифференцирующих (ПИД) регуляторов. Техническим результатом является контроль и поддержание заданной плотности НГК. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ автоматического поддержания плотности нестабильного газового конденсата - НГК, подаваемого в магистральный конденсатопровод - МКП, на установках низкотемпературной сепарации газа в районах Крайнего Севера, включающий очистку в блоке низкотемпературной сепарации газа поступающей газоконденсатной смеси 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 МКП, а газ выветривания из разделителя жидкости - на компрессор газов выветривания для закачки в магистральный газопровод - МГП, отличающийся тем, что контролируют датчиком плотности плотность НГК, подаваемого в МКП, и датчиком давления - давление газа выветривания в дегазаторе-разделителе, из которого газ отводят через клапан-регулятор, регулирующий давление в дегазаторе-разделителе, величина которого 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 в дегазаторе-разделителе подают значение уставки плотности, заданную обслуживающим персоналом, а на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подают значение текущей плотности с датчика плотности НГК, сравнивая которые ПИД-регулятор формирует на своем выходе CV сигнал уставки давления, которое обеспечит достижение необходимой плотности НГК на выходе дегазатора-разделителя, и подает ее на вход SP ПИД-регулятора поддержания давления в дегазаторе-разделителе, а на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подают текущее значение давления с датчика давления, установленного в дегазаторе-разделителе, сравнивая которые ПИД-регулятор на своем выходе CV формирует управляющий сигнал, который подает на клапан-регулятор для поддержания необходимого значения давления газа в дегазаторе-разделителе.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что если во время реализации процесса поддержания заданной плотности НГК рабочий орган клапана-регулятора достигнет своего крайнего положения (открытого либо закрытого), АСУ ТП установки формирует сообщение оператору о невозможности достижения заданной плотности НГК, подаваемого в МКП, и необходимости принятия решения об изменении режима работы установки.