СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДДЕРЖАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА УСТАНОВКИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА ПУТЕМ АДИАБАТИЧЕСКОГО РАСШИРЕНИЯ, АППАРАТАМИ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ И/ИЛИ ИХ КОМБИНАЦИЕЙ Российский патент 2021 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) в период, когда возможно охлаждение добываемого газа путем адиабатического расширения, аппаратами воздушного охлаждения (АВО) и/или их комбинацией в условиях Крайнего Севера.

Известен 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.

Недостатком указанного 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.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ автоматического поддержания температурного режима технологических процессов установки низкотемпературной сепарации газа, применяющих АВО в условиях Крайнего Севера [см. патент № РФ 2 685 460], который включает 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 (РЖ) для дегазации, и далее НГК из РЖ подается насосом в магистральный конденсатопровод (МКП), поток выделенного газа - газ выветривания из РЖ транспортируется для утилизации или компримируется и подается в магистральный газопровод (МГП), а ВРИ -в цех регенерации ингибитора установки. 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, 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 (далее ТО) «газ-газ» и на вход первой секции ТО «газ-конденсат» через клапан-регулятор (КР) 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 ТО объединяются и через КР, 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 ТО «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 ТО «газ-газ», а второй - на байпас этой секции, оснащенный КР расхода газа, автоматическое поддержание температуры в низкотемпературном сепараторе осуществляют с помощью каскада пропорционально-интегрально-дифференцирующих (ПИД-регуляторов), для поддержания температуры НГК и осушенного газа, подаваемого в МКП и МГП соответственно, используют ПИД-регуляторы поддержания температуры в МКП и МГП, если рабочий орган какого клапана-регулятора расхода газожидкостной смеси достигнет своего крайнего положения (открытого либо закрытого), автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) установки формирует сообщение оператору о необходимости принятия решения об изменении режима работы установки.

Существенным недостатком указанного способа является то, что в нем не оптимизировано энергопотребление АВО.

Целью настоящего изобретения является максимальное использование производимого холода на установке для автоматического поддержания температурного режима в низкотемпературном сепараторе и оптимизации энергопотребления АВО установки.

Техническими результатами, достигаемыми от реализации изобретения, является максимальное использование производимого холода на установке для автоматического поддержания температурного режима в низкотемпературном сепараторе и оптимизация энергопотребления АВО установки с соблюдением технологических норм и ограничений, предусмотренных ее технологическим регламентом.

Для получения низких температур в установке используют пластовую энергию природного газа или его искусственное охлаждение. В первом случае температура природного газа понижается в результате адиабатического расширения (дросселирования), во втором - за счет внешних источников холода - АВО, в холодный период года, и турбодетандерных агрегатов (ТДА), в теплый период года.

Длительность холодного периода года, т.е. низкая температура окружающей среды в условиях Крайнего Севера длится с сентября по май месяц. Поэтому, как правило, на стадиях стабильной, падающей и завершающей эксплуатации нефтегазоконденсатных месторождений (НГКМ), при низкой температуре окружающей среды, для охлаждения природного газа на установках, используют технологические схемы с получением холода за счет АВО.

В начальный период эксплуатации газоносной залежи удается извлекать из добываемого флюида на установке конденсат за счет энергии пласта -путем адиабатического расширения добываемого газожидкостного потока на штуцере-регуляторе. Однако, в процессе добычи газа и газового конденсата давление газа в месторождении постепенно падает, и наступает промежуточный период, когда в силу складывающихся обстоятельств (вариации параметров окружающей среды из-за глобального потепления, изменение задания по добыче газа и газового конденсата и т.д.) возможна работа установки низкотемпературной сепарации газа как за счет энергии пласта, так и за счет АВО, в зависимости от режима работы установки и возможности комбинации этих двух процессов при грамотном управлении ими. Такой подход позволяет минимизировать расход энергии на работу АВО.

Одной из главных задач при использовании АВО является снижение энергопотребления на установке. Одним из путей решения этой задачи является максимальное использование производимого холода на установке для поддержания температуры в ее низкотемпературном сепараторе.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что способ автоматического поддержания температурного режима технологических процессов установки низкотемпературной сепарации газа в период, когда возможно охлаждение добываемого газа путем адиабатического расширения, АВО и/или их комбинацией в условиях Крайнего Севера включает предварительную очистку добытой газожидкостной смеси от механических примесей, отделение из нее части смеси нестабильного газового конденсата (НГК) и водного раствора ингибитора (ВРИ) в сепараторе первой ступени редуцирования, которые по мере их накопления в нижней части этого сепаратора, отводят в РЖ. Частично очищенную добытую смесь с этого сепаратора подают в АВО, управляемого отдельной САУ АВО, где ее охлаждают за счет теплообмена с окружающей средой. На выходе с АВО газожидкостную смесь разделяют на два потока, которые дополнительно охлаждают в первых секциях ТО «газ-газ» и ТО «газ-конденсат». При этом разделение на потоки осуществляет КР расхода газожидкостной смеси, установленный на входе ТО «газ-конденсат». Потоки газожидкостной смеси, после выхода их из первых секций ТО, объединяют и через КР, выполняющий роль управляемого редуктора, подают в низкотемпературный сепаратор газа, оснащенный датчиком температуры. В этом сепараторе она окончательно разделяется на осушенный холодный газ и смесь ВРИ с НГК, которую направляют на вход второй секции ТО «газ-конденсат» и далее, в РЖ, из которого НГК направляют в МКП, ВРИ на регенерацию, а поток выделенного газа - газ выветривания из РЖ транспортируют для утилизации или компримируют и подают в МГП.

Выходящий из низкотемпературного сепаратора холодный осушенный газ разделяют на два потока, один из которых подают на вход второй секции ТО «газ-газ», а второй - на байпас этой секции, оснащенный КР расхода газа через него. Этот КР обеспечивает автоматическое поддержание температуры в низкотемпературном сепараторе, осушенного газа на входе в МГП и НГК на входе в МКП, работая в паре с КР, установленным на входе ТО «газ-конденсат». Работой этих КР управляют ПИД-регуляторы, реализованные на базе АСУ ТП установки.

Для управления режимом работы САУ АВО используют отдельный -третий ПИД-регулятор, также реализованный на базе АСУ ТП.

На вход заданий SP всех трех ПИД-регуляторов АСУ ТП подает единое значение сигнала уставки температуры Т в низкотемпературном сепараторе газа, которую необходимо поддерживать при текущих условиях работы установки. Уставка назначается в виде заданного неравенством диапазона

T_верх ≥ Т ≥ T_ниж

где T_верх и T_ниж - максимальная и минимальная допустимая температура в низкотемпературном сепараторе, соответственно.

Одновременно на вход обратной связи PV этих же ПИД-регуляторов АСУ ТП подает сигнал значения фактической температуры -Т с датчика температуры в низкотемпературном сепараторе. Также АСУ ТП задает порядок включения и отключения этих ПИД-регуляторов путем подачи на их вход Start\Stop сигнала в виде логической «единицы» и логического «нуля». При этом, в момент запуска установки в эксплуатацию, АСУ ТП разрешает поддерживать температуру в низкотемпературном сепараторе только за счет энергии пласта, используя для этого ПИД-регуляторы, управляющие работой КР, размещенных на байпасной линии ТО «газ-газ» и перед ТО «газ-конденсат», подав на их вход Start\Stop сигнал логической «единицы».

Одновременно АСУ ТП накладывает запрет на работу ПИД-регулятора САУ АВО, подав на его вход Start\Stop сигнал логической «ноль». И такой режим работы действует до тех пор, пока исполнительные органы КР, установленных на байпасной линии ТО «газ-газ» и перед ТО «газ-конденсат», смогут понижать температуру Т в низкотемпературном сепараторе ниже верхней границы разрешенного диапазона Т_верх и далее удерживать ее в рамках диапазона уставки. Но как только исполнительные органы этих КР дойдут до своих крайних положений, а температура Т окажется выше верхнего разрешенного уровня Т_верх, что фиксируется переходом температуры Т в низкотемпературном сепараторе газа в область, определяемую неравенством Т > T_верх, АСУ ТП блокирует работу указанных ПИД-регуляторов, подав на их вход Start\Stop сигнал логический «ноль». Одновременно АСУ ТП разрешает работу АВО, разблокировав САУ АВО путем подачи на вход Start\Stop ее ПИД-регулятора сигнала логическая «единица», и включает АВО для поставки в систему недостающего холода из окружающей среды. Этот режим работы обеспечивает максимальное использование производимого холода на установке за счет энергии пласта месторождения, а АВО дополняет его необходимое количество, поддерживая значение температуры Т в низкотемпературном сепараторе в рамках уставки Т_верх ≥Т ≥ Т_ннж.

В случае снижения производительности АВО в результате изменения режима работы установки и достижения ею нулевой отметки, АСУ ТП блокирует работу ПИД-регулятора САУ АВО, подав на его вход Start\Stop сигнал логический «ноль» и одновременно разрешает работу ПИД-регуляторам, управляющим работой КР, установленных на байпасной линии ТО «газ-газ» и перед первой секцией ТО «газ-конденсат», подав на их вход Start\Stop сигнал логическая «единица». Благодаря этому переключению режим поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе будет производится за счет энергии пласта.

В случае, если АВО будет выведено на полную мощность, но поставляемый им холод в систему недостаточен для соблюдения условия T_верх ≥ T ≥ T_ниж, что характеризуется переходом температуры Т в низкотемпературном сепараторе газа в область, определяемую неравенством T > T_верх, АСУ ТП формирует сообщение оператору установки о необходимости изменения режима работы установки.

На фиг. 1 приведена укрупненная принципиальная технологическая схема установок, применяющих АВО, эксплуатируемых на Заполярном НГКМ. В ней использованы следующие обозначения:

1 - входная линия установки;

2 - сепаратор первой ступени сепарации газа;

3 - АВО;

4 - САУ АВО;

5 - КР, регулирующего разделения потока газоконденсатной смеси между первыми секциями ТО «газ-конденсат» 8 и ТО «газ-газ» 7;

6 - АСУТП;

7 - ТО «газ-газ»;

8 - ТО «газ-конденсат»; 9-РЖ;

10 - КР, регулирующего расхода газа через вторую секцию ТО «газ-газ» 7;

11 - редуцирующий штуцер;

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

13 - датчик температуры в низкотемпературном сепараторе 14;

14 - низкотемпературный сепаратор сепарации газа;

15 - датчик температуры НГК, подаваемого в МКП, установленный на выходе установки.

На фиг. 2 приведена структурная схема автоматического поддержания температурного режима в низкотемпературном сепараторе 14. В ней использованы следующие обозначения:

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

17 - сигнал управления работой ПИД-регуляторов 20 и 21, подаваемого АСУ ТП 6;

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

19 - сигнал управления работой ПИД-регулятора 22, подаваемого АСУ ТП 6;

20 - ПИД-регулятор, управляющий через КР 10 режимом работы ТО «газ-газ» 7;

21 - ПИД-регулятор, управляющий через КР 5 режимом работы ТО «газ-конденсат» 8;

22 - ПИД-регулятор, управляющий режимом работы САУ АВО 4;

23 - сигнал управления для КР 10;

24 - сигнал управления для КР 5;

25 - сигнал управления для САУ АВО 4. ПИД-регуляторы 20, 21 и 22 реализованы на базе АСУ ТП 6.

Способ автоматического поддержания температурного режима технологических процессов установки низкотемпературной сепарации газа в период, когда возможно охлаждение добываемого газа путем адиабатического расширения, АВО и/или их комбинацией в условиях Крайнего Севера, работает следующим образом:

Добытая газоконденсатная смесь через входную линию 1 установки поступает в сепаратор 2 первой ступени сепарации газа. В сепараторе 2 происходит первичное очищение газоконденсатной смеси от механических примесей, ВРИ, выделяется основное количество тяжелых углеводородов НГК, которые, по мере их накопления в нижней части сепаратора 2, отводятся в РЖ 9. Частично очищенная от капельной влаги и пластовой жидкости газоконденсатная смесь с выхода сепаратора 2 первой ступени сепарации газа подается на вход АВО 3, где происходит предварительное охлаждение газожидкостной смеси за счет теплообмена с окружающей средой. Газожидкостную смесь после выхода из АВО 3 разделяют на два потока. Первый поток направляют в трубное пространство первой секции ТО «газ-газ» 7, где его охлаждают встречным потоком осушенного газа, поступающем из низкотемпературного сепаратора 14 и проходящем через вторую секцию ТО «газ-газ» 7. Второй поток через КР 5 подают в трубное пространство первой секции ТО «газ-конденсат» 8, где его охлаждают встречным потоком смеси НГК и ВРИ, отводимым из нижней части низкотемпературного сепаратора газа 14 и проходящим через вторую секцию ТО «газ-конденсат» 8.

Потоки добытой газоконденсатной смеси, поступающие с выходов первых секций ТО «газ-газ» 7 и ТО «газ-конденсат» 8, объединяют и подают на вход штуцера 11. Проходя его, за счет дроссель-эффекта (адиабатическое расширение), температура газоконденсатной смеси снижается, и эта смесь далее поступает на вход низкотемпературного сепаратора газа 14. Вследствие изменения термодинамических условий и снижения скорости потока газоконденсатной смеси в сепараторе 14, происходит финальное выделение из нее осушенного газа и накопление в нижней части сепаратора 14 смеси НГК и ВРИ.

Отсепарированный холодный осушенный газ на выходе из низкотемпературного сепаратора 14 разделяется на два потока, один из которых проходит через вторую секцию ТО «газ-газ» 7, где отдает холод встречному потоку добытой газоконденсатной смеси и далее подается в МГП, оснащенный датчиком температуры 12. Второй поток проходит по байпасной линии второй секции ТО «газ-газ» 7, оснащенной КР 10, после которого его объединяют с первым потоком, прошедшим через вторую секцию ТО «газ-газ» 7.

Смесь НГК и ВРИ, выходящая из низкотемпературного сепаратора 14, проходит через вторую секцию ТО «газ-конденсат» 8, где нагревается и поступает в РЖ 9, где осуществляют ее разделение на компоненты и дегазируют. Газ выветривания отправляют либо на факел, либо используют на собственные нужды промысла. ВРИ, выводимый из нижней части РЖ 9, направляют на регенерацию в цех регенерации ингибитора. Отделенный НГК подают в МКП, оснащенный датчиком температуры 15, для дальнейшей транспортировки потребителям.

Задачу поддержания заданной температуры в низкотемпературном сепараторе 14 и оптимизации использования холода, производимого на установке, решают за счет совместной работы ПИД-регуляторов 20, 21 и 22.

Для этого, на вход задания SP ПИД-регуляторов 20, 21 и 22, управляющих режимом работы ТО «газ-газ» 7, ТО «газ-конденсат» 8 и АВО 3, АСУ ТП 6 подает единое значение сигнала уставки 18 температуры Т в низкотемпературном сепараторе газа 14, которую необходимо поддерживать при текущих условиях работы промысла в заданном диапазоне. Эта уставка задается в виде соотношения, определяющего допустимый диапазон температур

T_верх ≥ Т ≥ T_ниж

где T_верх и T_ниж - максимальная и минимальная допустимая температура в низкотемпературном сепараторе 14.

Одновременно на вход обратной связи PV этих же ПИД-регуляторов АСУ ТП 6 подает сигнал 16 значения фактической температуры -Т с датчика температуры 13 в низкотемпературном сепараторе 14. Также АСУ ТП 6 задает порядок включения и отключения этих ПИД-регуляторов путем подачи на их вход Start\Stop сигнала в виде логической «единицы» и логического «нуля».

При запуске установки в работу АСУ ТП 6 разрешает поддерживать температуру в низкотемпературном сепараторе 14 только за счет энергии пласта, используя для этого ПИД-регуляторы 20 и 21, управляющие работой КР 5 и 10, размещенных перед ТО «газ-конденсат» 8 и на байпасной линии ТО «газ-газ» 7, подав на их вход StartAStop сигнал логической «единицы». Одновременно АСУ ТП 6 накладывает запрет на работу ПИД-регулятора САУ АВО 4, подав на его вход Start\Stop сигнал 17 управления его работой в виде логического «нуля».

Температуру Т в низкотемпературном сепараторе 14, которая устанавливается после редуцирования газоконденсатной смеси на редуцирующем штуцере 11, АСУ ТП 6 измеряет датчиком температуры 13 и в виде сигнала 16 подает ее значение на вход PV ПИД-регуляторов 20, 21 и 22. В момент запуска установки в эксплуатацию температура Т в низкотемпературном сепараторе 14 всегда выше верхнего значения температуры T_верх, допустимого технологическим регламентом, т.е. в момент запуска температура в низкотемпературном сепараторе 14 всегда находится в области, определяемой неравенством Т > T_верх. Так как ПИД-регуляторы 20 и 21 активированы, то на своих выходах CV они формируют управляющие сигналы 23 и 24 для КР 10 и КР 5, соответственно, и начинают понижать температуру в низкотемпературном сепараторе 14. Это понижение температуры будет продолжаться до тех пор, пока не окажется в границах уставки, т.е. когда будет выполнено условие:

T_верх ≥ Т ≥ T_ниж

Понизив температуру Т в низкотемпературном сепараторе 14 до ее попадания в заданный интервал уставки, ПИД-регуляторы продолжают вести технологический процесс и далее, за счет использования пластовой энергии. При этом АВО 3 остается отключенным. Такой режим управления продолжается до тех пор, пока температура Т в низкотемпературном сепараторе 14 не окажется выше уставки, т.е. в области, определяемой неравенством Т>T_верх, и при этом рабочие органы КР 5 и КР 10 придут в крайнее положение.

Возможен случай, когда ПИД-регуляторам 20 и 21 не удастся понизить температуру Т в низкотемпературном сепараторе 14 до требуемой технологическим регламентом установки, т.е. температура в низкотемпературном сепараторе 14 останется в области, определяемой неравенством Т > Т_верх, а рабочие органы КР 5 и КР 10 достигли своего крайнего положения.

В этом случае АСУ ТП 6 блокирует управление технологическим процессом ПИД-регуляторами 20 и 21, подав на их вход Start\Stop сигнал 17 равный логическому «нулю», и одновременно запускает в работу АВО 3, подав на вход Start\Stop ПИД-регулятора 22 сигнал 19 равный логической «единице». Начиная с этого момента температуру в низкотемпературном сепараторе 14 будет поддерживать АВО 3, управляемый своей САУ 4. При этом энергия пласта будет использоваться по максимуму для охлаждения добываемой газожидкостной смеси, а АВО лишь будет дополнять недостающую часть холода, гарантируя ведение технологического процесса в соответствие с технологическим регламентом. Благодаря такому решению удается существенно понизить энергозатраты на работу АВО 3 и удерживать режим работы установки в низкотемпературном сепараторе 14 в рамках границ уставки T_верх ≥ Т ≥ T_ниж.

В случае снижения производительности АВО 3 в результате изменения режима работы установки и достижения ею нулевой отметки, АСУ ТП 6 блокирует работу ПИД-регулятора 22 САУ АВО 4, подав на его вход Start\Stop сигнал 19 логический «ноль» и одновременно разрешает работу ПИД-регуляторам, 20 и 21, управляющим работой КР, установленных на байпасной линии ТО «газ-газ» 7 и перед первой секцией ТО «газ-конденсат» 8, подав на их вход Start\Stop сигнал 17 логическая «единица». Благодаря этому переключению режим поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе 14 будет производится за счет пластовой энергии. Этим самым также осуществляется экономия электроэнергии за счет остановки АВО 3.

Если в процессе работы, из-за повышения температуры окружающей среды или по другим причинам, АВО 3 выйдет на полную мощность, но этого не будет хватать для удержания температуры в низкотемпературном сепараторе 14 в рамках уставки T_верх ≥ Т ≥ Т_ниж, то это означит, что все возможности по поддержанию температуры в низкотемпературном сепараторе 14 за счет АВО 3 оказались исчерпанными. Такое состояние дел фиксируется переходом температуры Т в низкотемпературном сепараторе 14 в область, определяемую неравенством Т>T_верх. В этом случае АСУ ТП 6 формирует сообщение оператору о необходимости принятия решений по изменению управления работой установки (смена режима работы установки, включение в работу ТДА и т.д.).

Таким образом, реализуется возможность управления работой ТО с периодическим подключением к ним АВО для поддержания температуры Т в низкотемпературном сепараторе 14 в рамках уставки T_верх ≥ Т ≥ Т_ниж. Это позволяет по максимуму использовать холод, вырабатываемый в низкотемпературном сепараторе 14 для снижения температуры добываемой газожидкостной смеси, поступающей в него, и максимально снизить энергопотребление АВО 3.

АСУ ТП 6, для обеспечения требований технологического регламента установки по соблюдению норм и ограничений при подготовке природного газа и газового конденсата к дальнему транспорту, в реальном режиме работы осуществляет контроль температуры осушенного газа и НГК, подаваемого в МГП и МКП, соответственно, с помощью датчиков 12 и 15.

Согласно ОСТ 51.40-93 «Газы горючие природные, поставляемые и транспортируемые по магистральным газопроводам» и СТО Газпром 5.11-2008 «Конденсат газовый нестабильный», которые регламентируют требования и нормы для природного газа холодной климатической зоны, температура осушенного газа и НГК в МГП и МКП, соответственно, определяется по проекту обустройства НГКМ. Опыт эксплуатации установок на Крайнем Севере РФ показал, что четкое поддержание температуры в низкотемпературном сепараторе в рамках заданного интервала, как правило, гарантирует поддержку температуры газа и НГК в МГП и МКП в рамках заданных границ.

Если значение температуры в МГП, либо МКП достигнет своих ограничительных уставок (верхней, либо нижней), АСУ ТП 6 формирует сообщение оператору установки о возникшем нарушении и необходимости 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.

Заявляемый способ автоматического поддержания температурного режима технологических процессов установки низкотемпературной сепарации газа в период, когда возможно охлаждение добываемого газа путем адиабатического расширения, АВО и/или их комбинацией, в условиях Крайнего Севера, реализован в ПАО «Газпром» ООО «Газпром добыча Ямбург» на Заполярном НГКМ на установках комплексной подготовки газа 1 В и 2 В. Результаты эксплуатации показали его высокую эффективность. Заявляемое изобретение может широко использоваться и на других действующих и вновь осваиваемых НГКМ РФ.

Применение данного способа позволяет максимально использовать производимый на установке холод для автоматического поддержания температурного режима в низкотемпературном сепараторе и оптимизировать энергопотребление АВО установки с соблюдением технологических норм и ограничений, предусмотренных ее технологическим регламентом.

Изобретение относится к области добычи и подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту. Способ включает предварительную очистку добытой газожидкостной смеси от механических примесей, отделение из нее части смеси нестабильного газового конденсата (НГК) и водного раствора ингибитора (ВРИ) в сепараторе первой ступени редуцирования, которые по мере их накопления в нижней части этого сепаратора отводят в разделитель жидкостей (РЖ). Частично очищенную добытую смесь с этого сепаратора подают в аппарат воздушного охлаждения (АВО), управляемого отдельной системой автоматического управления (САУ) АВО, где ее охлаждают за счет теплообмена с окружающей средой. На выходе с АВО газожидкостную смесь разделяют на два потока, которые дополнительно охлаждают в первых секциях рекуперативных теплообменников (ТО) «газ-газ» и ТО «газ-конденсат». При этом разделение на потоки осуществляет клапан-регулятор (КР) расхода газожидкостной смеси, установленный на входе ТО «газ-конденсат». Потоки газожидкостной смеси, после выхода их из первых секций ТО, объединяют и через КР, выполняющий роль управляемого редуктора, подают в низкотемпературный сепаратор газа, оснащенный датчиком температуры. В этом сепараторе она окончательно разделяется на осушенный холодный газ и смесь ВРИ с НГК, которую направляют на вход второй секции ТО «газ-конденсат» и далее в РЖ, из которого НТК направляют в магистральный конденсатопровод (МКП), ВРИ на регенерацию, а поток выделенного газа - газ выветривания - из РЖ транспортируют для утилизации или компримируют и подают в магистральный газопровод (МГЦ). Выходящий из низкотемпературного сепаратора холодный осушенный газ разделяют на два потока, один из которых подают на вход второй секции ТО «газ-газ», а второй - на байпас этой секции, оснащенный КР расхода газа через него. Этот КР обеспечивает автоматическое поддержание температуры в низкотемпературном сепараторе, осушенного газа на входе в МГП и НГК на входе в МКП, работая в паре с КР, установленным на входе ТО «газ-конденсат». Работой этих КР управляют ПИД-регуляторы, реализованные на базе АСУ ТП установки. Для управления режимом работы САУ АВО используют отдельный, третий, ПИД-регулятор, также реализованный на базе АСУ ТП. На вход заданий SP всех трех ПИД-регуляторов АСУ ТП подает единое значение сигнала уставки температуры Т в низкотемпературном сепараторе газа, которую необходимо поддерживать при текущих условиях работы установки. Одновременно на вход обратной связи PV этих же ПИД-регуляторов АСУ ТП подает сигнал значения фактической температуры - Т с датчика температуры в низкотемпературном сепараторе. Также АСУ ТП задает порядок включения и отключения этих ПИД-регуляторов путем подачи на их вход Start/Stop сигнала в виде логической «единицы» и логического «нуля». Заявляемый способ позволяет максимально использовать производимый на установке холод для автоматического поддержания температурного режима в низкотемпературном сепараторе и оптимизировать энергопотребление АВО установки с соблюдением технологических норм и ограничений, предусмотренных ее технологическим регламентом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ автоматического поддержания температурного режима технологических процессов установки низкотемпературной сепарации газа в период, когда возможно охлаждение добываемого газа путем адиабатического расширения аппаратами воздушного охлаждения - АВО и/или их комбинацией в условиях Крайнего Севера, включает предварительную очистку добытой газожидкостной смеси от механических примесей, отделение из нее части смеси нестабильного газового конденсата - НГК и водного раствора ингибитора - ВРИ в сепараторе первой ступени редуцирования, которую по мере ее накопления в нижней части этого сепаратора отводят в разделитель жидкостей - РЖ, а частично очищенную добытую смесь с выхода этого сепаратора подают в АВО, управляемого отдельной системой автоматического управления - САУ АВО, где охлаждают добытую смесь за счет теплообмена с окружающей средой, и после выхода с АВО ее разделяют на два потока, которые дополнительно охлаждают в первых секциях рекуперативных теплообменников - ТО «газ-газ» и ТО «газ-конденсат», при этом разделение на потоки осуществляют клапаном-регулятором - КР расхода газожидкостной смеси, установленным на входе ТО «газ-конденсат», и эти потоки газожидкостной смеси, после выхода их из первых секций ТО, объединяют и через КР, выполняющий роль управляемого редуктора, подают в низкотемпературный сепаратор газа, оснащенный датчиком температуры, в этом сепараторе добытая газожидкостная смесь окончательно разделяется на осушенный холодный газ и смесь ВРИ с НГК, которую направляют на вход второй секции ТО «газ-конденсат» и далее в РЖ, из которого НГК направляют в магистральный конденсатопровод МКП, ВРИ на регенерацию, а поток выделенного газа - газ выветривания - из РЖ транспортируют для утилизации или компримируют и подают в магистральный газопровод - МГП, а выходящий из низкотемпературного сепаратора холодный осушенный газ разделяют на два потока, один из которых подают на вход второй секции ТО «газ-газ», а второй - на байпас этой секции, оснащенный КР расхода газа через него, который обеспечивает автоматическое поддержание температуры в низкотемпературном сепараторе, осушенного газа на входе в МГП и НГК на входе в МКП, работая в паре с КР, установленным на входе ТО «газ-конденсат», и работой этих КР управляют пропорционально-интегрально-дифференцирующие ПИД-регуляторы, реализованные на базе автоматизированной системы управления технологическими процессами - АСУ ТП установки, отличающийся тем, что используют отдельный, третий, ПИД-регулятор для управления режимом работы САУ АВО, также реализованный на базе АСУ ТП, и на вход заданий SP всех трех ПИД-регуляторов АСУ ТП подает единое значение сигнала уставки температуры Т в низкотемпературном сепараторе газа, которую необходимо поддерживать при текущих условиях работы установки, в виде диапазона, заданного соотношением

T_верх ≥ Т ≥ T_ниж,

где T_верх и T_ниж - максимальная и минимальная допустимая температура в низкотемпературном сепараторе соответственно, и одновременно на вход обратной связи PV этих же ПИД-регуляторов подает сигнал значения фактической температуры - Т с датчика температуры в низкотемпературном сепараторе, а также АСУ ТП задает порядок включения и отключения этих ПИД-регуляторов путем подачи на их вход Start/Stop сигнала в виде логической «единицы» и логического «нуля», при этом в момент запуска установки в эксплуатацию АСУ ТП разрешает поддерживать температуру в низкотемпературном сепараторе только за счет энергии пласта, используя для этого ПИД-регуляторы, управляющие работой КР, размещенных на байпасной линии ТО «газ-газ» и перед ТО «газ-конденсат», подав на их вход Start/Stop сигнал логической «единицы», и одновременно накладывает запрет на работу ПИД-регулятора САУ АВО, подав на его вход Start/Stop сигнал логической «ноль», и такой режим работы действует до тех пор, пока исполнительные органы КР, установленных на байпасной линии ТО «газ-газ» и перед ТО «газ-конденсат», смогут понижать температуру Т в низкотемпературном сепараторе ниже верхней границы разрешенного диапазона T_верх и далее удерживать ее в рамках диапазона уставки, но как только исполнительные органы этих КР дойдут до своих крайних положений, а температура Т окажется выше верхнего разрешенного уровня Т_верх, что фиксируется переходом температуры Т в низкотемпературном сепараторе газа в область, определяемую неравенством Т > T_верх, АСУ ТП блокирует работу указанных ПИД-регуляторов, подав на их вход Start/Stop сигнал логический «ноль», обеспечивая максимальное использование производимого холода на установке за счет энергии пласта месторождения для поддержания температурного режима в низкотемпературном сепараторе, и одновременно разрешает работу АВО, разблокировав САУ АВО путем подачи на вход Start/Stop ее ПИД-регулятора сигнала логическая «единица», и включает АВО для поставки в систему недостающего холода из окружающей среды, и этот режим работы обеспечивает максимальное использование производимого холода на установке за счет энергии пласта месторождения, а АВО - для поддерживания значения температуры Т в низкотемпературном сепараторе в рамках уставки T_верх ≥ Т ≥ T_ниж, в случае снижения производительности АВО в результате изменения режима работы установки и достижения ею нулевой отметки АСУ ТП блокирует работу ПИД-регулятора САУ АВО, подав на его вход Start/Stop сигнал логический «ноль», и одновременно разрешает работу ПИД-регуляторам, управляющим работой КР, установленных на байпасной линии ТО «газ-газ» и перед первой секцией ТО «газ-конденсат», подав на их вход Start/Stop сигнал логическая «единица», переключив режим поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе за счет энергии пласта.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что если АВО выведен на полную мощность и поставляемый им холод в систему недостаточен для выполнения условия T_верх ≥ Т ≥ T_ниж, что характеризуется переходом температуры Т в низкотемпературном сепараторе газа в область, определяемую неравенством Т > T_верх, АСУ ТП формирует сообщение оператору установки о необходимости изменения режима работы установки.