СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ОТМЫВКИ ИНГИБИТОРА ИЗ НЕСТАБИЛЬНОГО ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА НА УСТАНОВКАХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА НЕФТЕГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СЕВЕРА РФ Российский патент 2022 года по МПК F25J3/08 F17D3/00 B01D53/00 

Изобретение относится к области подготовки природного газа и газового конденсата к дальнему транспорту, в частности, к автоматическому управлению отмывкой ингибитора - метанола из нестабильного газового конденсата (НГК) на установках низкотемпературной сепарации (НТС) газа (далее установка), расположенных в районах Севера РФ.

Известен способ автоматического управления процессом НТС газа на установке, который обеспечивает автоматическое поддержание заданных параметров сепарации газа на ней [см., стр. 360 - 366. Е.Б. Андреев, А.И.

Ключников, А. В. Кротов, В.Е. Попадько, И.Я. Шарова. Автоматизация технологических процессов добычи и подготовки нефти и газа. - М:, "Недра", 2008 г., 399 с.].

Недостатком указанного способа является то, что в нем технологический процесс отделения водного раствора ингибитора (ВРИ) на установке из НГК ведется «вслепую», что ведет к его неоправданным потерям. Кроме этого, регулирование процесса отведения ВРИ из разделителей жидкостей (РЖ) установки и поддержание уровня в них ведется позиционным методом. При достижении максимального уровня в каком-либо РЖ, клапан-отсекатель, стоящий на выходе отвода ВРИ, полностью открывается и жидкость из РЖ сбрасывается до определенного уровня, который задается его паспортными данными. После этого клапан-отсекатель полностью закрывается. Такой принцип регулирования уровня жидкости в РЖ часто вызывает автоколебательные процессы технологических параметров установки, которые приводят к неоправданным потерям ингибитора. В результате снижается эффективность работы установки и ухудшается качество подаваемого НГК потребителю.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ оптимизации процесса отмывки ингибитора из НГК на установках, реализуемый автоматизированной системой управления технологическими процессами (АСУ ТП) [см. патент РФ №2709119], который включает:

- автоматическое поддержание, в рамках заданных границ, технологических параметров процесса подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту, определяемых технологическим регламентом установки;

- отделение водометанольного раствора (BMP) из НГК в сепараторах и РЖ первой и второй ступеней сепарации с отмывкой метанола (т.к. ингибитор - метанол) из конденсата в РЖ второй ступени сепарации и последующей регенерацией из полученного BMP метанола с возвратом его в технологический процесс;

- выделение газа из НГК в РЖ первой и второй ступеней сепарации для транспортировки его на утилизацию или компримирование для подачи в магистральный газопровод (МГП);

- транспортировку НГК из РЖ первой и второй ступени сепарации в магистральный конденсатопровод (МКП);

- отвод части BMP с низкой концентрацией метанола из РЖ первой ступени сепарации через клапан-регулятор (КР) подержания уровня BMP в РЖ первой ступени сепарации установки на утилизацию, например, путем закачки в пласт;

- отвод другой части BMP с низкой концентрацией метанола через КР в инжекционный вход инжектора в РЖ второй ступени сепарации для отмывки метанола из НГК;

- поиск оптимального расхода BMP с низкой концентрацией метанола, подаваемого на вход инжекции инжектора, при запуске установки в работу, периодически, либо при изменении режима работы установки, а также по заданию оператора для текущих параметров технологического процесса;

- фиксацию найденного значения оптимального расхода BMP с низкой концентрацией метанола в виде уставки в своей базе данных (БД);

- поддержку подачи в режиме пропорционально-интегрально-дифференцирующего (ПИД) регулирования найденного оптимального расхода BMP с низкой концентрацией метанола через инжектор в объединенный поток газожидкостной смеси, поступающий в РЖ из промежуточного и низкотемпературного сепараторов.

Существенным недостатком указанного способа является то, что АСУ ТП в процессе поиска оптимального расхода BMP низкой концентрации увеличивает его расход пошагово, с заданным уровнем квантования и постоянной дискретностью по времени. Этот BMP подается на вход инжекции инжектора, в который поступает газоконденсатная смесь из низкотемпературного сепаратора и промежуточного сепаратора. Таким путем на установке производится поиск параметров технологического процесса, обеспечивающих максимально возможное количество метанола в BMP, отводимом из РЖ второй ступени сепарации на регенерацию. При этом шаг квантования расхода и период дискретизации проведения измерений задает обслуживающий персонал, который определяет их весьма условно из следующих соображений: если шаг квантования расхода и период дискретизации проведения измерений задать маленькими, поиск значения уставки расхода BMP низкой концентрации, подаваемого на вход инжекции инжектора займет слишком много времени и к излишнему срабатыванию КР, через который подается BMP с низкой концентрацией метанола на вход инжекции инжектора, что может привести к его преждевременному износу. А если выбрать шаг квантования расхода и период дискретизации проведения измерений большим, тогда точность определения значения уставки будет низкой. Как следствие, возрастут потери метанола, связанные с уносом.

Целью изобретения является повышение точности нахождения значения уставки минимально возможного расхода BMP с низкой концентрацией метанола, который гарантирует максимально возможную отмывку метанола из НГК в РЖ второй ступени сепарации, снижение времени поиска значения этой уставки и увеличение срока службы КР, через который подается BMP с низкой концентрацией метанола на вход инжекции инжектора.

Техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого изобретения, является повышение точности нахождения значения уставки расхода BMP с низкой концентрацией метанола, подаваемого на вход инжекции инжектора для отмывки метанола из НГК в РЖ второй ступени сепарации, снижение времени поиска этой уставки и увеличение срока службы КР, через который поступает BMP с низкой концентрацией метанола на вход инжекции инжектора.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что способ оптимизации процесса отмывки ингибитора из НГК на установках НТС газа нефтегазоконденсатных месторождений (НГКМ) севера РФ, включает автоматическое поддержание, в рамках заданных границ, технологических параметров процесса подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту, определяемых технологическим регламентом установки. На установке осуществляют отделение BMP из НГК в сепараторах и РЖ первой и второй ступеней сепарации с отмывкой ингибитора-метанола из конденсата в РЖ второй ступени сепарации и последующей регенерацией из полученного BMP метанола с возвратом его в технологический процесс. Параллельно осуществляют выделение газа из НГК в РЖ первой и второй ступеней сепарации для транспортировки его на утилизацию или компримирование для подачи в магистральный газопровод (МГП), транспортировку НГК из РЖ первой и второй ступени сепарации в магистральный конденсатопровод (МКП), отвод части BMP с низкой концентрацией метанола из РЖ первой ступени сепарации через КР подержания уровня BMP в РЖ первой ступени сепарации установки на утилизацию, например, путем закачки в пласт. Производят отвод другой части BMP с низкой концентрацией метанола через КР и вход инжекции инжектора в РЖ второй ступени сепарации для отмывки метанола из НГК. Для этой части BMP с низкой концентрацией метанола осуществляют поиск его оптимального расхода, подаваемого на вход инжекции инжектора, при запуске установки в работу, и периодически, либо при изменении режима работы установки, а также по заданию оператора для новых текущих параметров технологического процесса, с учетом его инерционности. Найденное значение оптимального расхода BMP с низкой концентрацией метанола фиксируют в виде уставки в базе данных (БД) автоматизированной системой управления (АСУ ТП). Используя найденную уставку, осуществляют поддержку подачи в режиме пропорционального-интегрального-дифференцирующего (ПИД) регулирования найденное значение оптимального расхода BMP с низкой концентрацией метанола. И этот поток BMP поступает через вход инжекции инжектора в объединенный поток газожидкостной смеси, поступающий в РЖ второй ступени сепарации из промежуточного и низкотемпературного сепараторов.

АСУ ТП в ходе технологического процесса с заданным периодом дискретизации по времени измеряет расход F₁ подаваемого на вход инжекции инжектора BMP с низкой концентрацией метанола и его концентрацию С₁. Синхронно с ними она измеряет расход F₂ BMP и концентрацию С₂ в нем метанола, подаваемого с выхода РЖ второй ступени сепарации на регенерацию. А при запуске установки в эксплуатацию АСУ ТП осуществляет поиск уставки минимально возможного расхода BMP с низкой концентрацией метанола - F_{1_minimax}, подаваемого на вход инжекции инжектора и гарантирующего максимальную отмывку метанола из НГК с минимальными затратами энергии на его регенерацию. Этот поиск АСУ ТП осуществляет методом итераций, реализуя ряд последовательных шагов с номерами 0, 1, 2,…,i, …, N с проверкой перед каждым новым шагом по увеличению подачи BMP с низкой концентрацией метанола, исключающей замерзание BMP, поступающего на регенерацию из РЖ второй ступени сепарации при текущей температуре перед каждым (i+1) - ым шагом. Для этого в расчетах АСУ ТП использует указанное значение температуры с поправкой для гарантированного исключения замерзания, и производит оценку концентрации метанола на следующем шаге при которой еще не произойдет замерзание BMP. Эту оценку АСУ ТП осуществляет путем интерполяции, сравнивая измеренную концентрацию метанола с данными таблицы зависимости замерзания BMP от концентрации в нем метанола, и вычисляет теоретическое значение максимально возможного повышения расхода BMP с низкой концентрацией метанола на следующем шаге итерации, гарантировано исключающего замерзание BMP на выходе РЖ второй ступени сепарации при реализации следующего шага повышения его подачи на вход инжекции инжектора. После этого АСУ ТП производит увеличение подачи BMP с низкой концентрацией метанола до величины которую для (i+1) - го шага итерации она вычисляет по формуле:

Повысив расход BMP с низкой концентрацией метанола АСУ ТП выжидает окончания переходных процессов в РЖ второй ступени сепарации, осуществляя контроль концентрации метанола в BMP отводимом на регенерацию, проводя необходимые измерения с заданным периодом дискретизации по времени. И если концентрации метанола растет во время выжидания, то АСУ ТП назначает следующий шаг итерации по увеличению подачи BMP с низкой концентрацией метанола на вход инжекции инжектора. Но как только АСУ ТП на очередном шаге итерации заметит во время выжидания снижение концентрации метанола в BMP, отводимом на регенерацию из РЖ второй ступени сепарации, она на следующем шаге понижает подачу BMP с низкой концентрацией метанола на величину, соответствующую очередному шагу дихотомии. И с этого шага АСУ ТП уже не проверяет возможность замерзания BMP, отводимого на регенерацию из разделителя жидкостей второй ступени. Далее АСУ ТП продолжает этот процесс до момента определения величины F_{1_minimax} с точностью, которую может реализовать рабочий орган КР, подающий BMP с низкой концентрацией метанола на вход инжекции инжектора подачи НГК с BMP в РЖ второй ступени, после чего осуществляет окончательную проверку на температуру замерзания BMP на выходе РЖ второй ступени, и найденное значение F_{1_minimax} АСУ ТП принимает за уставку и фиксирует ее в своей БД.

АСУ ТП после каждого шага итерации, при поиске значения уставки F_{1_minimax}, выжидает время перед тем, как выбрать какой будет следующий шаг, и это время определяет по завершению переходных процессов в РЖ второй ступени сепарации, т.е. по моменту стабилизации значений контролируемых ею параметров и на каждом i - ом шаге. Момент стабилизации соответствует требованию обращения первых производных по времени указанных параметров в ноль. Соответственно, эти параметры: - расход BMP с низкой концентрацией метанола, подаваемого на вход инжекции инжектора для отмывки метанола из НГК, - расход BMP, выходящий из РЖ второй ступени сепарации, - концентрация метанола в BMP с низкой концентрацией метанола, подаваемого на вход инжекции инжектора для отмывки метанола из НГК, - концентрация метанола в BMP, отводимом на регенерацию из РЖ второй ступени сепарации.

АСУ ТП, осуществляя поиск уставки F_{1_minimax}, определяет величину шага очередной итерации с учетом условия исключения замерзания BMP на выходе РЖ второй ступени сепарации, для чего производит расчет величины по формуле:

Оценку концентрации при которой произойдет замерзание BMP на выходе РЖ второй ступени сепарации при текущей температуре t_вмр, и эту концентрацию АСУ ТП определяет методом интерполяции, используя таблицу значений температуры замерзания BMP от концентрации метанола в нем.

Если АСУ ТП обнаружит изменения в режиме работы установки, либо по команде оператора, она начнет поиск нового значения уставки оптимального расхода BMP с низкой концентрацией метанола, подаваемого в РЖ второй ступени сепарации. Для этого АСУ ТП определяет температуру замерзания BMP t_вмp для сложившихся на этот момент технологических параметров и возможность управления процессом поиска с учетом текущего положения регулирующего органа КР, подающего BMP с низкой концентрацией метанола на вход инжекции инжектора. После этого АСУ ТП осуществляет первый шаг поиска методом итерций, который делает в сторону увеличения расхода BMP с низкой концентрацией метанола относительно уставки, зафиксированной в БД АСУ ТП на момент поступления/генерации команды на поиск новой уставки. Далее АСУ ТП вычисляет теоретическое значение максимально возможного повышения расхода BMP с низкой концентрацией метанола для следующего шага итерации, гарантировано исключающего замерзание BMP на выходе РЖ второй ступени сепарации при реализации следующего шага повышения его подачи на вход инжекции инжектора. Этот процесс АСУ ТП продолжает до шага, на котором заметит во время выжидания снижение концентрации метанола в BMP, отводимом на регенерацию из РЖ второй ступени сепарации. После этого АСУ ТП понижает подачу BMP с низкой концентрацией метанола на величину, соответствующую очередному шагу дихотомии, но уже не проверяет возможность замерзания BMP, отводимого на регенерацию из разделителя жидкостей второй ступени. И этот процесс АСУ ТП продолжает до момента определения величины F_{1_minimax} с точностью, которую может реализовать рабочий орган КР, подающий BMP с низкой концентрацией метанола на вход инжекции инжектора подачи НГК с BMP в РЖ второй ступени. После этого АСУ ТП осуществляет окончательную проверку на температуру замерзания BMP на выходе РЖ второй ступени, и найденное новое значение F_{1_minimax} АСУ ТП принимает за уставку и фиксирует ее в своей БД.

АСУ ТП поддерживает расход BMP с низкой концентрацией метанола, подаваемого в РЖ второй ступени сепарации используя ПИД-регулятор. Для этого найденную уставку оптимального расхода BMP с низкой концентрацией метанола она подает в виде сигнала на вход задания SP этого ПИД-регулятора. Одновременно на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора АСУ ТП подает сигнал значения текущего расхода BMP с низкой концентрацией метанола, контролируемого соответствующим датчиком. В результате обработки этих сигналов на своем выходе CV этот ПИД-регулятор формирует управляющий сигнал для КР, который управляет потоком BMP с низкой концентрацией метанола, подаваемым на вход инжекции инжектора из РЖ первой ступени сепарации.

На фиг. 1 приведена принципиальная технологическая схема двухступенчатой установки НТС газа, используемой на установках комплексной подготовки газа (УКПГ) НГКМ Севера, в частности на Заполярном НГКМ.

На фиг. 2 представлена структурная схема автоматического управления установкой.

На указанных фиг. использованы следующие обозначения:

1 - входная линия установки;

2 - сепаратор-пробкоуловитель;

3 - сепаратор первой ступени сепарации;

4 - датчик уровня BMP, установленный в РЖ 5 первой ступени сепарации;

5 - РЖ первой ступени сепарации;

6 - КР подержания уровня BMP в РЖ 5 первой ступени сепарации;

7 - КР расхода BMP низкой концентрации, поступающего на вход инжекции инжектора 9;

8 - датчик измерения расхода и концентрации метанола в BMP, поступающем на вход инжекции инжектора 9;

9 - инжектор;

10 - датчик уровня BMP в РЖ 11 второй ступени сепарации;

11 - РЖ второй ступени сепарации;

12 - КР подержания уровня BMP в РЖ 11 второй ступени сепарации;

13 - датчик измерения расхода и концентрации метанола BMP, отводимого на регенерацию;

14 - датчик температуры, установленный на линии отвода BMP из РЖ 11 в цех регенерации метанола УКПГ;

15 - рекуперативный теплообменник (далее ТО) «газ-конденсат»;

16 - ТО «газ-газ»;

17- промежуточный сепаратор;

18 - редуцирующий штуцер;

19 - МГП;

20 - низкотемпературный сепаратор;

21 - МКП;

22 - АСУ ТП установки;

23 - сигнал датчика 4 уровня BMP в РЖ 5;

24 - сигнал задания уровня BMP в РЖ 5;

25 - сигнал датчика 10 уровня BMP в РЖ 11;

26 - сигнал задания уровня BMP в РЖ 11;

27 - сигнал датчика 8 измерения расхода и концентрации метанола BMP низкой концентрации, поступающего на вход инжекции инжектора 9;

28 - сигнал задания расхода BMP низкой концентрации, поступающего из РЖ 5 на вход инжекции инжектора 9;

29 - ПИД-регулятор поддержания уровня BMP в РЖ 5;

30 - ПИД-регулятор поддержания уровня BMP в РЖ 11;

31 - ПИД-регулятор поддержания расхода BMP низкой концентрации, поступающего из РЖ 5 на вход инжекции инжектора 9;

32 - сигнал управления, подаваемый на КР 6;

33 - сигнал управления, подаваемый на КР 12;

34 - сигнал управления, подаваемый на КР 7 расхода BMP низкой концентрации, поступающего на вход инжекции инжектора 9.

ПИД-регуляторы 29, 30 и 31 реализованы на базе АСУ ТП 22.

Способ оптимизации процесса отмывки ингибитора из НГК на установках НТС газа НГКМ севера РФ реализуют следующим образом.

Добытая газожидкостная смесь через входную линию 1 установки поступает в сепаратор-пробкоуловитель 2 и далее на вход сепаратора 3 первой ступени сепарации.

В сепараторе-пробкоуловителе 2 и сепараторе 3 происходит первичное очищение газожидкостной смеси от механических примесей, отделение смеси НГК и BMP, которая по мере накопления в их нижней части отводится в РЖ 5 первой ступени сепарации. Частично очищенную от капельной влаги и пластовой жидкости газожидкостную смесь с выхода сепаратора 3 первой ступени сепарации разделяют на два потока. Первый поток направляют в трубное пространство ТО 16 «газ-газ», где происходит его охлаждение встречным потоком газа, поступающем из низкотемпературного сепаратора 20. Второй поток поступает в трубное пространство ТО 15 «газ-конденсат», где он охлаждается встречным потоком смеси НГК и BMP, отводимой из низкотемпературного сепаратора 20. Далее эти два потока газожидкостной смеси с выхода обоих ТО объединяют и подают на вход промежуточного сепаратора 17. В нем происходит дальнейшее очищение газожидкостной смеси от механических примесей и отделение из нее смеси НГК и BMP с низкой концентрацией метанола. Эту смесь, по мере ее накопления в нижней части промежуточного сепаратора 17, подают на вход инжектора 9, через который она поступает в РЖ 11 второй ступени сепарации для отмывки метанола из НГК.

Для дальнейшей очистки от капельной влаги и пластовой жидкости, газожидкостную смесь с выхода промежуточного сепаратора 17, через редуцирующий штуцер 18 подают на вход низкотемпературного сепаратора 20. В этом сепараторе происходит финальное отделение газа от смеси НГК и BMP, которую, по мере ее накопления в его нижней части, отводят через ТО 15 «газ-конденсат» и объединяют со смесью, идущей из промежуточного сепаратора 17. Этот объединенный поток подают на вход инжектора 9, в котором осуществляют инжекцию в него BMP с низкой концентрацией метанола, подаваемого из РЖ 5 первой ступени сепарации. Получаемая в инжекторе 9 смесь поступает в РЖ 11 второй ступени сепарации.

Осушенный и очищенный газ с выхода низкотемпературного сепаратора 20 через ТО 16 «газ-газ» подают в МГП 19, и далее - потребителю.

В РЖ первой и второй ступени сепарации (соответственно, 5 и 11) происходит разделение смеси жидкостей на BMP и НГК и их дегазация.

Потоки выделенного из НГК газа (выветренный газ) из РЖ первой и второй ступени сепарации объединяют и транспортируют для утилизации или компримирования и подачи в МГП 19. Потоки НГК из этих РЖ также объединяют и отводят для транспортировки в МКП 21. Выделенный в РЖ 5 первой ступени сепарации BMP с низкой концентрацией метанола разделяют на две части. Первую часть через КР 6 отводят на утилизацию, например, путем закачки в пласт, а вторую часть через КР 7 направляют на вход инжекции инжектора 9. В инжекторе этот BMP смешивается с объединенным потоком смеси НГК и BMP, поступающим из промежуточного и низкотемпературного сепараторов (соответственно, 17 и 20) и поступает в РЖ 11 второй ступени сепарации, в котором происходит отмывка метанола из НГК в BMP. Отделяемый в РЖ 11 BMP, содержащий значительное количество метанола, отводят через КР 12 на регенерацию в цех регенерации метанола УКПГ. После регенерации метанол возвращают в технологию подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту.

Специфическая особенность технологического процесса НТС газа такова, что температура НГК и BMP в РЖ 11 всегда отрицательна. Поэтому в ряде случаев, при увеличении подачи BMP с низкой концентрацией метанола из РЖ 5 в РЖ 11, если не контролировать температуру BMP на его выходе и не принимать соответствующих мер, происходит замерзание BMP. Опыт эксплуатации установок на Севере показал, что нормальное ведение процесса отмывки метанола с помощью BMP с низкой концентрацией метанола в РЖ 11 последней ступени сепарации реализуется, если температура BMP на выходе РЖ 11 будет, как минимум, на Δt выше температуры замерзания.

Для выполнения этого требования в ходе технологического процесса, с заданным периодом дискретизации по времени, АСУ ТП 22 с помощью датчика 8 контролирует расход подаваемого на вход инжекции инжектора 9 BMP с низкой концентрацией метанола и его концентрацию. Синхронно с этими измерениями АСУ ТП контролирует с помощью датчика 13 расход BMP и концентрацию в нем метанола, подаваемого с выхода РЖ 11 на регенерацию.

В качестве датчиков 8 и 13 можно использовать, например, массовые расходомеры фирм KROHNE из серии OPTIMASS или Micro Motion фирмы Метран. Одновременно АСУ ТП 22 с такой же дискретностью по времени измеряет температуру жидкости на выходе РЖ 11, используя датчик 14.

При запуске установки в работу АСУ ТП 22 осуществляет поиск уставки минимально возможного расхода BMP с низкой концентрацией метанола - F_{1_minimax}, подаваемого на вход инжекции инжектора 9, который гарантирует максимальную отмывку метанола из НГК и минимальные энергозатраты на его регенерацию.

Суть поиска оптимального расхода BMP с низкой концентрацией метанола - F_{1_minimax}

Максимальная отмывка метанола из НГК характеризуется тем, что, начиная с некоторого значения расхода F₁ BMP с низкой концентрацией метанола, удовлетворяющего условию F₁ ≥ F_{1_minimax}, количество метанола в BMP, отправляемом на регенерацию из РЖ 11, становится постоянным (отмыть больше метанола, чем есть в НГК невозможно). Соответственно, с ростом потока F₁, концентрация метанола С₂ на выходе РЖ 11 начинает уменьшаться. Соответственно, если F₁<F_{1_minimax}, то с увеличением расхода F₁ концентрация метанола С₂ на выходе РЖ 11 будет увеличиваться. Учитывая эту особенность АСУ ТП реализует алгоритм быстрого поиска значения уставки F_{1_minimax} методом итераций, исключающий возможность замерзания BMP на выходе из РЖ 11. Для этого АСУ ТП совершает ряд последовательных шагов, начиная с нулевого, когда все объекты установки заполнены продуктами. Последовательность шагов итерации обозначена номерами 0, 1, 2, …, i, …, N. При этом на каждой позиции АСУ ТП осуществляет проверку расчетным методом, перед каждым новым шагом, потенциальную возможность увеличения подачи BMP с низкой концентрацией метанола, исключающей замерзание BMP, поступающего на регенерацию из РЖ 11 второй ступени сепарации при текущей температуре перед каждым (i+1) - ым шагом. Для этого в расчетах АСУ ТП использует измеренное значение температуры BMP в РЖ 11 на i - ом шаге, добавляет к ее значению поправку Δt, исключающую возможность замерзания BMP на выходе РЖ 11, и использует полученное значение температуры с поправкой для проведения соответствующих расчетов. При этом поправка Δt определяется экспериментально для каждого газового промысла. В частности, для месторождения Заполярное Δt=5°С. Для этой температуры АСУ ТП вычисляет максимально возможную величину шага очередной итерации т.е. теоретическое значение максимально возможного повышения расхода BMP с низкой концентрацией метанола на предстоящем шаге по формуле

Где - концентрация метанола в BMP на выходе из РЖ 11 второй ступени сепарации, при которой произойдет его замерзание при температуре Используемая формула соответствует правилу разбавления растворов разной концентрации, называемом «правилом креста» [см., например, Расчеты при приготовлении растворов и особенности приготовления растворов разных концентраций, электронный ресурс https://sdelaysam.info/reagent/concentration.shtml].

Определение концентрации для выше указанной температуры АСУ ТП осуществляет методом интерполяции, используя таблицу значений температуры замерзания BMP от концентрации метанола в нем. Для этого эту таблицу вводят в базу данных АСУ ТП перед запуском установки в эксплуатацию. Саму таблицу можно взять, например [Химическая энциклопедия. Под ред. И.Л. Кнунянца. Т. 3. -М.: Советская энциклопедия, 1992. С. 118].

Таблица

На каждом i - ом шаге АСУ ТП 22 вычисляет значение расхода BMP с низкой концентрацией метанола для (i+1) - го шага итерации по формуле:

и повышает расход BMP с низкой концентрацией метанола до рассчитанной величины после завершения переходных процессов в РЖ 11. После этого АСУ ТП вновь выжидает определенное время перед тем, как сделать выбор - какой будет следующий шаг. Это время АСУ ТП определяет по моменту завершения переходных процессов в РЖ 11 второй ступени сепарации, т.е. по моменту стабилизации значений контролируемых ею параметров и на каждом i - ом шаге. Другими словами - выбирает по моменту, когда их первые производные по времени обратятся в ноль.

И если по завершению переходных процессов в РЖ 11 измерения концентрации метанола в BMP, отводимом на регенерацию, покажут ее рост по сравнению с предыдущим шагом, то АСУ ТП 22 назначит следующий шаг по увеличению расхода BMP с низкой концентрацией метанола, подаваемого на вход инжекции инжектора 9.

Но как только АСУ ТП после очередного шага итерации заметит по окончанию времени выжидания снижение концентрации метанола в BMP, отводимом на регенерацию из РЖ второй ступени сепарации, она на следующем шаге понижает подачу BMP с низкой концентрацией метанола на величину, соответствующую очередному шагу дихотомии. И с этого шага АСУ ТП уже не проверяет возможность замерзания BMP, отводимого на регенерацию из разделителя жидкостей второй ступени. Далее АСУ ТП продолжает этот процесс до момента определения величины F_{1_minimax} с точностью, которую может реализовать рабочий орган КР, подающий BMP с низкой концентрацией метанола на вход инжекции инжектора подачи НГК с BMP в РЖ второй ступени, после чего осуществляет окончательную проверку на температуру замерзания BMP на выходе РЖ второй ступени, и найденное значение F_{1_minimax} АСУ ТП принимает за уставку и фиксирует ее в своей БД.

Такой поход к поиску значения F_{1_minimax} связан с быстрой сходимостью метода поиска указанной величины. Сходимость близка к сходимости метода дихотомии по поиску максимума целевой функции. Действительно, для определения величины F_{1_minimax} с точностью до 5%, потребуется 5 шагов итерации, а с точностью до 1% всего 7 шагов.

Если АСУ ТП 22 обнаружит изменения в режиме работы установки, требующие поиска нового значения уставки F_{1_minimax}, либо по команде оператора, она начнет поиск нового значения уставки оптимального расхода BMP с низкой концентрацией метанола, подаваемого в РЖ 11 второй ступени сепарации. И в этом случае АСУ ТП 22 осуществляет поиск повторяя описанный алгоритм лишь с той разницей, что сначала она определяет температуру замерзания BMP t_вмp для сложившихся на этот момент значений технологических параметров и с учетом текущего положения регулирующего органа КР, подающего BMP с низкой концентрацией метанола на вход инжекции инжектора. После этого АСУ ТП осуществляет первый шаг поиска, который делает в сторону увеличения расхода BMP с низкой концентрацией метанола относительно уставки, зафиксированной в БД АСУ ТП на момент поступления/генерации команды на поиск новой уставки.

АСУ ТП 22 поддерживает расход BMP с низкой концентрацией метанола, подаваемого в РЖ 11 второй ступени сепарации, используя ПИД-регулятор 31. Для этого найденную уставку F_{1_minimах} оптимального расхода BMP с низкой концентрацией метанола АСУ ТП подает в виде сигнала 28 на вход задания SP этого ПИД-регулятора, и одновременно на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подает сигнал 27 значения текущего расхода BMP с низкой концентрацией метанола, контролируемого датчиком 8. В результате обработки этих сигналов на своем выходе CV ПИД-регулятор 31 формирует управляющий сигнал для КР 7, который регулирует поток BMP с низкой концентрацией метанола, подаваемый на вход инжекции инжектора 9 из РЖ 5 первой ступени сепарации.

Способ оптимизации процесса отмывки ингибитора из НГК на установках НТС газа в условиях Севера РФ реализован в ПАО «Газпром» ООО «Газпром добыча Ямбург» на Заполярном НГКМ на УКПГ 1В и УКПГ 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 в автоматическом режиме повысить точности нахождения значения уставки оптимального расхода BMP с низкой концентрацией метанола, подаваемого на вход инжекции инжектора, который гарантирует максимально возможную отмывку метанола из НГК в разделителе жидкостей второй ступени сепарации с минимизацией затрат энергии на его регенерацию, а также снизить время поиска этой уставки и увеличить срока службы КР, через которого подается BMP низкой концентрации на вход инжекции инжектора.

Изобретение относится к области подготовки природного газа и газового конденсата к дальнему транспорту, в частности к автоматическому управлению отмывкой ингибитора - метанола из нестабильного газового конденсата (НГК). Способ оптимизации процесса отмывки ингибитора включает автоматическое поддержание технологических параметров процесса подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту, отделение водометанольного раствора - BMP и НТК с отмывкой ингибитора - метанола из конденсата, отвод его через клапан-регулятор и последующую регенерацию метанола из полученного BMP с возвратом его в технологический процесс. При запуске установки в эксплуатацию АСУ ТП осуществляет поиск уставки минимально возможного расхода BMP с низкой концентрацией метанола, подаваемого на вход инжекции инжектора и гарантирующего максимальную отмывку метанола из НТК с минимальными затратами энергии на его регенерацию. Технический результат изобретения: повышение точности нахождения значения уставки минимально возможного расхода BMP с низкой концентрацией метанола, который гарантирует максимально возможную отмывку метанола из НГК. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ оптимизации процесса отмывки ингибитора из нестабильного газового конденсата - НГК на установках низкотемпературной сепарации газа (далее установка) нефтегазоконденсатных месторождений - НГКМ Севера РФ, включающий автоматическое поддержание, в рамках заданных границ, технологических параметров процесса подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту, определяемых технологическим регламентом установки, отделение водометанольного раствора - BMP и НГК в сепараторах и разделителях жидкостей - РЖ первой и второй ступеней сепарации с отмывкой ингибитора - метанола из конденсата в РЖ второй ступени сепарации и отвод его через клапан-регулятор - КР подержания уровня BMP в РЖ второй ступени сепарации на регенерацию в цех регенерации ингибитора установки и последующей регенерации метанола из полученного BMP с возвратом его в технологический процесс, выделение газа из НГК в РЖ первой и второй ступеней сепарации для транспортировки его на утилизацию или компримирование для подачи в магистральный газопровод - МГП, транспортировку НГК из РЖ первой и второй ступеней сепарации в магистральный конденсатопровод - МКП, отвод на утилизацию части BMP с низкой концентрацией метанола из РЖ первой ступени сепарации через КР подержания уровня BMP в РЖ первой ступени сепарации установки, например, путем закачки в пласт, отвод другой части BMP с низкой концентрацией метанола через КР на вход инжекции инжектора в РЖ второй ступени сепарации для отмывки метанола из НГК, для оптимизации отмывки предусмотрен поиск оптимального расхода BMP с низкой концентрацией метанола, подаваемого на вход инжекции инжектора, при запуске установки в работу, а также периодически либо при изменении режима работы установки или по заданию оператора для текущих параметров технологического процесса, фиксацию найденного значения оптимального расхода BMP с низкой концентрацией метанола в виде уставки в базе данных - БД автоматизированной системы управления технологическими процессами - АСУ ТП, поддержку подачи в режиме пропорционально-интегрально-дифференцирующего - ПИД регулирования найденного оптимального расхода BMP с низкой концентрацией метанола через вход инжекции инжектора в объединенный поток газожидкостной смеси, поступающий в РЖ второй ступени сепарации из промежуточного и низкотемпературного сепараторов, отличающийся тем, что АСУ ТП в ходе технологического процесса с заданным периодом дискретизации по времени измеряет расход F₁ подаваемого на вход инжекции инжектора BMP с низкой концентрацией метанола и его концентрацию С₁ и синхронно с этим измеряет расход F₂ BMP и концентрацию С₂ в нем метанола, подаваемого с выхода РЖ второй ступени сепарации на регенерацию, а при запуске установки в эксплуатацию АСУ ТП осуществляет поиск уставки минимально возможного расхода BMP с низкой концентрацией метанола - F_{1_minimax}, подаваемого на вход инжекции инжектора и гарантирующего максимальную отмывку метанола из НГК с минимальными затратами энергии на его регенерацию, и этот поиск АСУ ТП осуществляет методом итераций, реализуя ряд последовательных шагов с номерами 0, 1, 2, …, i, …, N, с проверкой перед каждым новым шагом по увеличению подачи BMP с низкой концентрацией метанола, исключающей замерзание BMP, поступающего на регенерацию из РЖ второй ступени сепарации при текущей температуре перед каждым (i+1)-м шагом, для чего в расчетах АСУ ТП использует указанное значение температуры с поправкой для гарантированного исключения замерзания, и производит оценку концентрации метанола на следующем шаге при которой еще не произойдет замерзание BMP, и эту оценку АСУ ТП осуществляет путем интерполяции, сравнивая измеренную концентрацию метанола с данными таблицы зависимости замерзания BMP от концентрации в нем метанола, и вычисляет теоретическое значение максимально возможного повышения расхода BMP с низкой концентрацией метанола на следующем шаге итерации, гарантированно исключающего замерзание BMP на выходе РЖ второй ступени сепарации при реализации следующего шага повышения его подачи на вход инжекции инжектора, и производит увеличение подачи BMP с низкой концентрацией метанола до величины которую для (i+1)-го шага итерации вычисляет по формуле:

после чего АСУ ТП выжидает окончания переходных процессов в РЖ второй ступени сепарации с контролем концентрации метанола в BMP, отводимом на регенерацию, и если она растет во время выжидания, то АСУ ТП назначает следующий шаг итерации по увеличению подачи BMP с низкой концентрацией метанола на вход инжекции инжектора, но как только АСУ ТП на очередном шаге итерации заметит во время выжидания снижение концентрации метанола в BMP, отводимом на регенерацию из РЖ второй ступени сепарации, она понижает подачу BMP с низкой концентрацией метанола на величину, соответствующую очередному шагу дихотомии, но уже не проверяет возможность замерзания BMP, отводимого на регенерацию из разделителя жидкостей второй ступени, и продолжает этот процесс до момента определения величины F_{1_minimax} с точностью, которую может реализовать рабочий орган КР, подающий BMP с низкой концентрацией метанола на вход инжекции инжектора подачи НГК с BMP в РЖ второй ступени, после чего осуществляет окончательную проверку на температуру замерзания BMP на выходе РЖ второй ступени, и найденное значение F_{1_minimax} АСУ ТП принимает за уставку и фиксирует ее в своей БД.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что АСУ ТП после каждого шага итерации, при поиске значения уставки F_{1_minimax}, выжидает время перед тем, как выбрать какой будет следующий шаг, и это время определяет по завершению переходных процессов в РЖ второй ступени сепарации, т.е. по моменту стабилизации значений контролируемых ею параметров и на каждом i-м шаге, т.е. по моменту, когда их первые производные по времени обратятся в ноль, где - расход BMP с низкой концентрацией метанола, подаваемого на вход инжекции инжектора для отмывки метанола из НГК, - расход BMP, выходящий из РЖ второй ступени сепарации, - концентрация метанола в BMP с низкой концентрацией метанола, подаваемого на вход инжекции инжектора для отмывки метанола из НГК, - концентрация метанола в BMP, отводимом на регенерацию из РЖ второй ступени сепарации.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что АСУ ТП, осуществляя поиск уставки F_{1_minimax}, определяет величину шага очередной итерации с учетом условия исключения замерзания BMP на выходе РЖ второй ступени сепарации, для чего производит расчет величины по формуле:

с оценкой концентрации при которой произойдет замерзание BMP на выходе РЖ второй ступени сепарации при текущей температуре t_вмp, и эту концентрацию АСУ ТП определяет методом интерполяции, используя таблицу значений температуры замерзания BMP от концентрации метанола в нем.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что если АСУ ТП обнаружит изменения в режиме работы установки либо по команде оператора, она начинает поиск нового значения уставки оптимального расхода BMP с низкой концентрацией метанола, подаваемого в РЖ второй ступени сепарации, для чего определяет температуру замерзания BMP t_вмр для сложившихся на этот момент технологических параметров и возможность управления процессом поиска с учетом текущего положения регулирующего органа КР, подающего BMP с низкой концентрацией метанола на вход инжекции инжектора, и после этого АСУ ТП делает первый шаг поиска методом итераций в сторону увеличения расхода BMP с низкой концентрацией метанола относительно уставки, зафиксированной в БД АСУ ТП на момент поступления/генерации команды на поиск новой уставки, и далее вычисляет теоретическое значение максимально возможного повышения расхода BMP с низкой концентрацией метанола для следующего шага итерации, гарантированно исключающего замерзание BMP на выходе РЖ второй ступени сепарации при реализации следующего шага повышения его подачи на вход инжекции инжектора, и продолжает этот процесс до шага, на котором заметит во время выжидания снижение концентрации метанола в BMP, отводимом на регенерацию из РЖ второй ступени сепарации, и после этого АСУ ТП понижает подачу BMP с низкой концентрацией метанола на величину, соответствующую очередному шагу дихотомии, но уже не проверяет возможность замерзания BMP, отводимого на регенерацию из разделителя жидкостей второй ступени, и продолжает этот процесс до момента определения величины F_{1_minimax} с точностью, которую может реализовать рабочий орган КР, подающий BMP с низкой концентрацией метанола на вход инжекции инжектора подачи НГК с BMP в РЖ второй ступени, после чего осуществляет окончательную проверку на температуру замерзания BMP на выходе РЖ второй ступени, и найденное новое значение F_{1_minimax} АСУ ТП принимает за уставку и фиксирует ее в своей БД.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что АСУ ТП поддерживает расход BMP с низкой концентрацией метанола, подаваемого в РЖ второй ступени сепарации ПИД-регулятором, для чего найденную уставку оптимального расхода BMP с низкой концентрацией метанола подает в виде сигнала на вход задания SP этого ПИД-регулятора и одновременно на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подает сигнал значения текущего расхода BMP с низкой концентрацией метанола, контролируемого соответствующим датчиком, и в результате обработки этих сигналов на своем выходе CV этот ПИД-регулятор формирует управляющий сигнал для КР, который управляет потоком BMP с низкой концентрацией метанола, подаваемым на вход инжекции инжектора из РЖ первой ступени сепарации.