СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛОТНОСТИ НЕСТАБИЛЬНОГО ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА С ПРИМЕНЕНИЕМ АППАРАТОВ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ В УСТАНОВКАХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА СЕВЕРНЫХ НЕФТЕГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ РФ Российский патент 2022 года по МПК F17D5/00 F25J3/00 

Изобретение относится к области добычи и подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту на Крайнем Севере, в частности, к автоматическому поддержанию плотности нестабильного газового конденсата (НГК) с применением аппаратов воздушного охлаждения (АВО) в установках низкотемпературной сепарации газа (далее установка) северных нефтегазоконденсатных месторождений (НГКМ) РФ, 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.].

Известен 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.

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.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ автоматического поддержания плотности НГК, подаваемого МКП, с применением АВО, на установках низкотемпературной сепарации газа в районах Крайнего Севера [см. Патент РФ 2692164].

Способ включает очистку поступающей газоконденсатной смеси, поступающей из добывающих скважин, от механических примесей и разделение добытой газоконденсатной смеси на НГК, газ и водный раствор ингибитора (ВРИ). Смесь НГК и ВРИ направляют из сепараторов в разделитель жидкостей (РЖ) для дегазации и разделения. Из РЖ ВРИ отводят на регенерацию ингибитора в цех регенерации ингибитора, а НГК подают насосом в МКП. Газ выветривания из РЖ подают для использования на собственные нужды, на компримирование с последующей закачкой в магистральный газопровод (МГЦ) или на утилизацию. 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 температуры температуру газа в низкотемпературном сепараторе и сравнивает ее с заданием, величина которого определяется автоматически каскадом из двух пропорционально - интегрально - дифференцирующих (ПИД) регуляторов, реализованных на базе АСУ ТП установки. Для этого на вход задания SP ПИД-регулятора поддержания плотности НГК на выходе РЖ подают сигнал значения уставки плотности, величину которой задает обслуживающий персонал. А на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подают сигнал фактической плотности с датчика плотности НГК, установленного на выходе РЖ. Сравнивая эти сигналы, ПИД-регулятор формирует на своем выходе CV сигнал уставки температуры, до которой необходимо охладить газожидкостную смесь, поступающую из сепаратора первой ступени сепарации в АВО чтобы обеспечить достижение необходимой плотности НГК на выходе РЖ, и подают ее на вход SP ПИД-регулятора поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе, а на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подают текущее значение температуры с датчика температуры, установленного в низкотемпературном сепараторе газа, сравнивая которые ПИД-регулятор на своем выходе CV формирует управляющий сигнал, который подают на вход системы автоматического управления (САУ), управляющей режимами функционирования АВО. САУ АВО с учетом текущих параметров окружающей среды подбирает оптимальный режим эксплуатации АВО. Одновременно с этим АСУ ТП контролирует давление в РЖ, автоматически поддерживая его значение, заданное технологическим регламентом установки, с помощью клапана-регулятора (КР).

Существенным недостатком данного способа является то, что изменение режима работы установки в случаях достижения температуры в низкотемпературном сепараторе своих предельных значений - верхнего либо нижнего, обозначенных в технологическом регламенте установки, осуществляется вручную оператором, что снижает качество управления технологическим процессом.

Целью изобретения является повышение качества управления технологическим процессом по поддержанию плотности НГК с применением АВО на выходе установки, который подается в МКП, с учетом норм и ограничений, предусмотренных технологическим регламентом установки для условий Севера РФ.

Техническим результатом, достигаемым от реализации изобретения, является повышение качества управления технологическим процессом по поддержанию плотности НГК с применением АВО на выходе установки, который подается в МКП, путем исключения человеческого фактора при принятии решений с учетом норм и ограничений, предусмотренных технологическим регламентом установки для условий Севера РФ.

Заявляемый способ обеспечивает автоматический контроль и подержание заданной плотности НГК с применением АВО, подаваемого в МКП, путем поддержания необходимого значения температуры в низкотемпературном сепараторе при различных режимах работы установки и переключение технологического процесса на новый режим в случае возникновения такой потребности. Это предотвращает 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 с применением АВО на выходе установок низкотемпературной сепарации газа северных НГКМ РФ включает очистку газоконденсатной смеси, поступающей из добывающих скважин, от механических примесей и разделение добытой газоконденсатной смеси на газ и смесь НГК с ВРИ. Эту смесь направляют из сепараторов в РЖ для дегазации и разделения на фракции. После этого ВРИ отводят на регенерацию ингибитора в цех регенерации ингибитора, а НГК подают насосом в МКП. Газ выветривания из РЖ подают для использования на собственные нужды и/или на компримирование с последующей закачкой в МГП, либо на утилизацию. Управление плотностью НГК, подаваемого в МКП, АСУ ТП осуществляет используя контроль ее фактического значения датчиком плотности с одновременным контролем температуры газа в низкотемпературном сепараторе и сравнением ее с заданием, величина которого определяется автоматически каскадом из двух пропорционально -интегрально - дифференцирующих ПИД-регуляторов, реализованных на базе АСУ ТП установки. Для чего на вход задания SP ПИД-регулятора поддержания плотности НГК на выходе РЖ подают сигнал значения уставки плотности, величину которой задает обслуживающий персонал, а на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подают сигнал фактической плотности с датчика плотности НТК, установленного на выходе РЖ. Сравнивая эти сигналы ПИД-регулятор формирует на своем выходе CV сигнал уставки температуры, до которой необходимо охладить газожидкостную смесь, поступающую из сепаратора первой ступени сепарации через АВО в низкотемпературный сепаратор, чтобы обеспечить достижение необходимой плотности НГК на выходе РЖ, и подают сигнал этой уставки на вход SP ПИД-регулятора поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе. На вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подают сигнал текущего значения температуры с датчика температуры, установленного в низкотемпературном сепараторе газа. Сравнивая эти сигналы ПИД-регулятор на своем выходе CV формирует управляющий сигнал, который подает на вход САУ, управляющей режимами функционирования АВО. Получив сигнал задания САУ АВО с учетом текущих параметров окружающей среды, подбирает оптимальный режим эксплуатации АВО. Одновременно с этими операциями АСУ ТП контролирует давление в РЖ, автоматически поддерживая его значение, заданное технологическим регламентом установки, с помощью КР, установленного на выходе РЖ.

АСУ ТП установки генерирует сообщение оператору и/или ИУС промысла и предприятия о необходимости изменения режима работы установки и переходе к автоматическому поиску его новых параметров, когда температура в низкотемпературном сепараторе достигнет своего предельно допустимого верхнего значения при том, что АВО задействованы на 100% своей холодопроизводительности, и этот переход АСУ ТП осуществляет путем изменения перепада давления на КР, установленном перед низкотемпературным сепаратором, регулируя степень дросселирования газоконденсатной смеси на нем, которую реализует либо путем увеличения расхода добываемой газоконденсатной смеси по установке с помощью КР, установленного перед сепаратором первой ступени сепарации, либо путем уменьшения расхода добываемой газоконденсатной смеси по установке с помощью КР, установленного перед низкотемпературным сепаратором, в зависимости от того, что допустимо в данный момент плановым заданием диспетчерской службы предприятия по добыче газа и газового конденсата.

В процессе изменении режима работы установки АСУ ТП осуществляет автоматический поиск новых параметров ее работы с помощью двух ПИД-регуляторов, которые подключены параллельно каскаду ПИД-регуляторов, выдающих задание по холодопроизводительности на вход САУ АВО газа. При этом первый ПИД-регулятор управляет КР, установленным перед сепаратором первой ступени сепарации газа, регулирующим величину потока добываемой газоконденсатной смеси, поступающей на вход установки. Второй ПИД-регулятор управляет КР, установленным перед низкотемпературным сепаратором и выполняющим роль штуцера, регулирующего степень дроссель-эффекта при прохождении газоконденсатной смеси через него.

На вход задания SP обоих этих ПИД-регуляторов АСУ ТП непрерывно подает сигнал уставки значения плотности НТК, а на вход обратной связи PV этих же ПИД-регуляторов сигнал измеренного значения фактической плотности НГК. Но при этом с момента запуска установки в работу на вход Start/Stop обоих ПИД-регуляторов АСУ ТП подает сигнал логический «ноль», блокирующий управление ими их КР.

Возможен случай, когда АВО будет работать на полную производительность по холоду, а температура в низкотемпературном сепараторе достигнет предельно допустимого верхнего значения, и не будет исчерпан резерв по производительности установки, допускающий увеличения расхода газоконденсатной смеси, поступающей на вход установки. В этом случае АСУ ТП подает на вход Start/Stop ПИД-регулятора, управляющего КР, установленного перед сепаратором первой степени сепарации, сигнал логическая «единица», который разрешает ему подавать сигнал управления со своего выхода CV на управляемый им КР, и далее этот ПИД регулятор будет поддерживать заданную температуру в низкотемпературном сепараторе.

Возможен случай, когда АВО будет работать на полную производительность по холоду, а температура в низкотемпературном сепараторе достигнет предельно допустимого верхнего значения, и будет исчерпан резерв по производительности установки, исключающий увеличение расхода газоконденсатной смеси, поступающей на вход установки. В этом случае работа установки возможна только при уменьшении расхода газоконденсатной смеси, поступающей на вход установки. В этом случае для понижения температуры газоконденсатной смеси, поступающей на вход в низкотемпературный сепаратор, АСУ ТП подает на вход Start/Stop ПИД-регулятора, управляющего КР, установленного перед низкотемпературным сепаратором, сигнал логическая «единица», который разрешает ему подать сигнал управления со своего выхода CV на управляемый им КР и далее этот ПИД регулятор будет поддерживать заданную температуру в низкотемпературном сепаратор.

При изменении режима работы установки, как при увеличении, так и при уменьшении ее производительности, АСУ ТП генерирует сообщение оператору и/или ИУС промысла и предприятия о новых параметрах ее работы с фиксацией их значения в своей базе данных.

В случае, если расход добываемой газоконденсатной смеси по установке выйдет за рамки допустимых вариаций, заданных диспетчерской службой предприятия, АСУ ТП генерирует сообщение оператору и/или ИУС промысла с предложением запросить у диспетчерской службы и/или ИУС предприятия новых границ допустимых вариаций по добыче газоконденсатной смеси, поступающей на установку.

В случае понижения температуры окружающего воздуха и, соответственно, повышения производительности АВО по холоду, АСУ ТП подает на вход Start/Stop первого или второго ПИД-регулятора, в зависимости от того, какой из них в данный момент задействован, сигнал логический «ноль», который налагает запрет на подачу управляющего сигнала на управляемый им КР. После этого температуру в низкотемпературном сепараторе поддерживает каскад ПИД-регуляторов, управляющий САУ АВО газа.

Возможны случаи, когда АВО задействованы на 100% по холодопроизводительности и при этом рабочий орган КР, установленного перед сепаратором первой ступени сепарации, дойдет до положения, при котором подача добытой газоконденсатной смеси на установку достигнет предельно допустимого верхнего значения, или он перейдет в положение полностью открыт. Также возможен случай, когда рабочий орган КР, установленного перед низкотемпературным сепаратором, перейдет в положение, при котором будет достигнута минимально допустимая производительность установки, заданная диспетчерской службой предприятия. И при этом во всех этих случаях температура в низкотемпературном сепараторе будет соответствовать или превышать верхний, предельно допустимый уровень, то АСУ ТП установки формирует сообщение оператору и/или ИУС промысла и предприятия о необходимости принятия решения по переходу на режим работы с турбодетандерами, либо предупреждения гидратообразования в теплообменниках установки и т.д.

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

1 - входная линия установки;

2 - КР расхода добытой газоконденсатной смеси по установке;

3 - датчик расхода газоконденсатной смеси;

4 - сепаратор первой ступени сепарации;

5 - АВО;

6 - САУ АВО;

7 - АСУ ТП установки;

8 - рекуперативный теплообменник (далее ТО) «газ-газ»;

9 - ТО «газ-конденсат»;

10 - датчик давления, установленный в РЖ 11;

11 - РЖ;

12 - КР давления газа, установленный на выходе РЖ 11;

13 - датчик плотности НГК, установленный на выходе РЖ 11;

14 - насосный агрегат;

15 - МКП;

16 - редуцирующий КР расхода газа;

17 - низкотемпературный сепаратор;

18 - датчик температуры, установленный в низкотемпературном сепараторе 17;

19 - МГП.

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

20 - сигнал, поступающий на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 28 с датчика температуры 18;

21 - сигнал, поступающий с датчика плотности НГК 13 на вход обратной связи PV ПИД-регуляторов 25, 26 и 27;

22 - сигнал уставки плотности НГК, поступающий на вход задания SP ПИД-регуляторов 25, 26 и 27;

23 - сигнал управления работой ПИД-регулятора 26, подаваемый АСУ ТП 7 на его вход StartAStop;

24 - сигнал управления работой ПИД-регулятора 27, подаваемый АСУ ТП 7 на его вход StartAStop;

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

26 - ПИД-регулятор, управляющий КР2;

27 - ПИД-регулятор, управляющий КР16;

28 - ПИД-регулятор поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе 17;

29 - управляющий сигнал, подаваемый ПИД-регулятором 28 на вход САУ АВО 6 газа;

30 - управляющий сигнал, подаваемый ПИД-регулятором 26 на КР 2; 31- управляющий сигнал, подаваемый ПИД-регулятором 27 на КР 16. ПИД-регуляторы 25, 26, 27 и 28 реализованы на базе АСУ ТП 7. Способ автоматического поддержания плотности НГК с применением АВО на выходе установок низкотемпературной сепарации газа северных НГКМ РФ, реализуют следующим образом.

Добытая газоконденсатная смесь через входную линию 1, оснащенную датчиком расхода 3, через КР 2 расхода добытой газоконденсатной смеси по установке, подается на вход сепаратора первой ступени сепарации 4, где происходит ее первичное очищение от механических примесей и частичное выделение смеси НГК и ВРИ, которую по мере накопления в нижней части сепаратора 4 отводят в РЖ 11. Частично очищенную от капельной влаги и пластовой жидкости газоконденсатную смесь с выхода сепаратора 4 подают на вход АВО 5, где ее предварительно охлаждают за счет теплообмена с окружающей средой. На выходе из АВО 5 поток газоконденсатной смеси разделяют на две части и подают на входы первых секций ТО 8 «газ-газ» и ТО 9 «газ-конденсат». Далее, с выходов первых секций ТО 8 и ТО 9 потоки газоконденсатной смеси объединяют и подают на вход редуцирующего КР 16. При проходе через него происходит охлаждение газоконденсатной смеси за счет эффекта Джоуля - Томпсона. С выхода КР 16 смесь подают в низкотемпературный сепаратор 17, оснащенный датчиком температуры 18, который контролирует температуру газа в этом сепараторе.

В низкотемпературном сепараторе 17 происходит окончательное отделение газа от смеси НГК и ВРИ. Осушенный и охлажденный газ с выхода низкотемпературного сепаратора 17 поступает во вторую секцию ТО 8 «газ-газ», и из нее в МГП 19, для поставки потребителю. Смесь НГК и ВРИ, по мере накопления в нижней части низкотемпературного сепаратора 17, отводят через вторую секцию ТО 9 «газ-конденсат» в РЖ 11, оснащенный датчиком давления 10. Поступающая в РЖ 11 из сепараторов 4 и 17 смесь НТК и ВРИ подвергается разделению и дегазации. Поток выделенного газа (выветренный газ) из РЖ 11 через КР 12 отводят для использования либо на собственные нужды, либо на компримирование с последующей закачкой в МГП 19 или на утилизацию. Выделенный ВРИ отводят на регенерацию в цех регенерации ингибитора установки комплексной подготовки газа. НГК из РЖ 11 по трубопроводу, оснащенному датчиком плотности 13, подают на вход насосного агрегата 14, который направляет его в МКП 15. Плотность НГК, подаваемого в МКП 15, автоматически поддерживается путем изменения степени извлечения легких фракций НГК из газоконденсатной смеси в низкотемпературном сепараторе 17. Это достигается благодаря управлению температурным режимом низкотемпературного сепаратора 17, реализуемому путем изменения степени предварительного охлаждения газоконденсатной смеси на АВО 5, управляемых специализированной САУ 6.

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

При запуске установки в работу АСУ ТП 7 на вход Start/Stop ПИД-регуляторов 26 и 27 подает сигналы 23 и 24 логический «ноль», которые налагают запрет на подачу управляющих сигналов 30 и 31 с выходов CV этих ПИД-регуляторов на КР 2 и КР16, соответственно. В этом случае заданную температуру в низкотемпературном сепараторе 17 поддерживает каскад, состоящий из ПИД-регуляторов 25 и 28 следующим образом.

Значение требуемой плотности НГК задает обслуживающий персонал в виде уставки - сигнал 22, которой подают одновременно на вход задания SP ПИД-регуляторов 25, 26 и 27. На вход обратной PV связи этих ПИД-регуляторов одновременно подают сигнал 21 фактического значения плотности НГК, фиксируемого датчиком измерения плотности 13. В результате их обработки ПИД-регулятор 25 на своем выходе CV формирует значение уставки температуры, до которой необходимо осуществлять предварительное охлаждение газоконденсатной смеси с помощью АВО 5. Эта уставка подается на вход задания SP ПИД-регулятора 28 поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе 17. На вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подают сигнал 20 фактического значения температуры, измеряемого датчиком 18 в низкотемпературном сепараторе 17.

Если текущее значение плотности НГК, поступающее в виде сигнала 21 на вход PV ПИД-регулятора 25 поддержания плотности НГК, будет отличаться от сигнала уставки 22, то это означает, что в низкотемпературном сепараторе 17 необходимо изменить температуру для уменьшения/увеличения выделения «легких» фракций из НТК. Соответственно, ПИД-регулятор 25, отрабатывая разность сигналов на своих входах PV и SP, уменьшает/увеличивает значение уставки температуры, которую необходимо поддерживать в низкотемпературном сепараторе 17. Сигнал этой уставки ПИД-регулятор 25 со своего выхода CV подает на вход задания SP ПИД-регулятора 28 поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе 17. Этот ПИД-регулятор сравнивает значение поступившей на его вход SP уставки с сигналом 20 фактической температуры в низкотемпературном сепараторе 17, поступающим на его вход обратной связи PV с датчика 18, формирует и выдает сигнал задания 29, который поступает на вход САУ АВО 6 и она с учетом температуры окружающего воздуха, задает режим работы АВО 5, обеспечивая требуемое предварительное охлаждение газоконденсатной смеси, проходящей через него.

В процессе работы установки при повышении температуры окружающей среды, либо при изменении режима работы скважин, или образовании гидратных отложений на стенках ТО, а также в случаях возникновения залповых выбросов пластовой воды и т.д., возможна ситуация, когда температура в низкотемпературном сепараторе 17, контролируемая датчиком 18, достигнет своего предельно допустимого верхнего значения, несмотря на то, что АВО 5 задействованы на 100% своей холодопроизводительности. В такой ситуации АСУ ТП 7 установки генерирует сообщение оператору и/или ИУС промысла и предприятия о необходимости изменения режима работы установки и переходе к его автоматическому изменению. Этот переход осуществляют путем изменения перепада давления на КР16, т.е. путем регулировки степени дросселирования газоконденсатной смеси на нем, и его осуществляют двумя путями: либо увеличением расхода добываемой газоконденсатной смеси по установке; либо путем снижения проходного сечения КР16 (его прикрытием), в зависимости от того, что допустимо в данный момент в соответствии с плановым заданием диспетчерской службы предприятия по добыче газа и газового конденсата. В первом случае частичное открытие КР 16 приведет к повышению, а во втором случае, частичное закрытие КР 2, к снижению расхода газоконденсатной смеси, поступающей в установку. Очевидно, что обратными действиями можно снижать перепад давления на КР 16.

Если при изменении режима работ установки, согласно ее алгоритма работы, потребуется увеличить расход газоконденсатной смеси, поступающей на ее вход, АСУ ТП 7 подает на вход Start/Stop ПИД-регулятора 26 сигнал 23 логическая «единица», который разрешает ему подавать сигнал управления 30 со своего выхода CV на КР 2 и управлять им. Сигнал управления 30 формируется на основании сравнения непрерывно поступающих из АСУ ТП 7 сигналов 22 уставки значения плотности НГК на вход задания SP ПИД-регулятора 26, и сигнала 21 значения фактической плотности НГК, фиксируемой датчиком плотности 13, подаваемым на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора. В результате на выходе CV этого ПИД-регулятора формируется сигнал управления 30 и подается на КР 2, который вызывает увеличение расхода газоконденсатной смеси, поступающей на вход установки. Соответственно происходит повышение перепада давления на редуцирующем КР 16 и увеличивается значения дроссель-эффекта на нем, приводя к снижению температуры в низкотемпературном сепараторе 17. Это вызывает рост извлечения «легких» фракций из газоконденсатной смеси. В результате плотность НГК, подаваемого в МПК 15, снизится и будет соответствовать заданному значению. Далее, при 100% загрузке АВО, только ПИД-регулятор 26 будет поддерживать температуру в низкотемпературном сепараторе 17 в рамках заданных границ по производительности установки.

Если при изменении режима работ установки, согласно ее алгоритма работы, потребуется уменьшить расход газоконденсатной смеси, поступающей на ее вход, АСУ ТП 7 подает на вход Start/Stop ПИД-регулятора 27 сигнал 24 логическая «единица», разрешая ему подавать сигнал управления 31 со своего выхода CV на КР 16 и управлять им. Сигнал управления 31 формируется путем сравнения непрерывно поступающих из АСУ ТП 7 сигналов 22 уставки значения плотности НГК на вход задания SP ПИД-регулятора 27, и сигнала 21 значения фактической плотности НГК, фиксируемой датчиком плотности 13, подаваемым на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора. В результате на выходе CV ПИД-регулятора 27 формируется сигнал управления 31, который подается на КР 16, который вызывает уменьшение расхода газоконденсатной смеси, поступающей на вход установки. Соответственно происходит повышение перепада давления на редуцирующем КР 16 и увеличивается значения дроссель-эффекта на нем, приводя к снижению температуры в низкотемпературном сепараторе 17. Это, соответственно, вызывает рост извлечения «легких» фракций из газоконденсатной смеси. В результате плотность НГК, подаваемого в МПК 15, снизится и будет соответствовать заданному значению. Далее, при 100% загрузке АВО, ПИД-регулятор 27 будет поддерживать температуру в низкотемпературном сепараторе 17 в рамках заданных границ по производительности установки.

При изменении режима работы установки, как при увеличении, так и при уменьшении ее производительности, АСУ ТП 7 генерирует сообщение оператору и/или ИУС промысла и предприятия о новых параметрах ее работы и фиксирует их в своей базе данных.

При выполнении операций с применением ПИД-регуляторов 26 и 27 АСУ ТП 7 с помощью датчика расхода 3 контролирует расход газоконденсатной смеси по установке. Если расход добываемой газоконденсатной смеси по установке выйдет за рамки допустимых вариаций, заданных диспетчерской службой предприятия, АСУ ТП 7 генерирует соответствующее сообщение оператору и/или ИУС промысла с предложением запросить у диспетчерской службы и/или ИУС предприятия новых границ допустимых вариаций по добыче газоконденсатной смеси, поступающей на установку.

При снижении температуры окружающего воздуха эффективность работы АВО 5 возрастет, что дает возможность САУ АВО 6 снизить производительность АВО 5, т.е. уйти со 100% загрузки по производству холода. В этом случае АСУ ТП 7 подает на вход Start/Stop ПИД-регулятора 26 или 27 (в зависимости от того, какой из них задействован) сигнал логический «ноль», который налагает запрет на подачу управляющего сигнала 30 или 31 с выхода CV ПИД-регулятора 26 или 27 на КР 2 или КР 16, соответственно, и после этого температура в низкотемпературном сепараторе 17 поддерживается каскадом ПИД-регуляторов 25 и 28 вышеописанным образом.

Возможны случаи, когда рабочий орган КР 2 дойдет до положения, при котором подача добытой газоконденсатной смеси на установку достигнет предельно допустимого верхнего значения, или будет полностью открыт, т.е. будет установлена максимально допустимая производительность установки или рабочий орган КР 16 перейдет в положение, при котором будет достигнута минимально допустимая производительность установки, заданная диспетчерской службой Предприятия. И если в этих случаях окажется, что АВО 5 задействован на 100% по холодопроизводительности, т.е. управление процессом с помощью КР 2 и КР 16 становится невозможным, АСУ ТП 7 установки формирует сообщение оператору и/или ИУС промысла и предприятия о необходимости принятия решения с учетом возникшей ситуации (переход на режим работы с турбодетандерами, предупреждение гидратообразования в теплообменниках установки и т.д.).

Одновременно, в ходе технологического процесса, АСУ ТП 7 автоматически поддерживает определенное технологическим регламентом установки давление в РЖ 11, которое задает обслуживающий персонал в виде соответствующей уставки. Для этого АСУ ТП контролирует давление в РЖ 11 датчиком 10 и регулирует его управляя степенью открытия КР 12. Благодаря этому обеспечивается требуемый подпор давления в РЖ 11, необходимый для предотвращения образования вакуума и поддержания уровня конденсата в нем.

Настройку параметров ПИД-регуляторов проводит обслуживающий персонал в момент запуска системы в работу под конкретные условия добычи согласно методу, изложенному, например, в «Энциклопедии АСУ ТП», п. 5.5, ПИД-регулятор. Pecypc:http://www.bookasutp.ru/Chapter5_5.aspx#HandTuning.

Способ автоматического поддержания плотности НГК с применением АВО на выходе установок низкотемпературной сепарации газа северных НГКМ РФ реализован в ПАО «Газпром» ООО «Газпром добыча Ямбург» на Заполярном нефтегазоконденсатном месторождении на установках комплексной подготовки газа 1 В и 2 В.

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

Результаты эксплуатации показали его высокую эффективность. Заявляемое изобретение может широко использоваться и на других действующих и вновь осваиваемых газоконденсатных месторождениях РФ.

Применение данного способа позволяет повышать качество принятых решений на установке путем исключения человеческого фактора из управления технологическим процессом поддержания плотности НГК, подаваемого в МКП, с учетом норм и ограничений, предусмотренных технологическим регламентом установки для условий Севера РФ. Благодаря этому практически исключается риск образования газовых пробок и их скоплений в МГП и, соответственно, повышается надежность его эксплуатации, снижается вероятность риска возникновения осложнений и аварий в конденсатопроводе, которые могут привести к серьезным экологическим, людским и материальным потерям.

Изобретение относится к области добычи и подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту на Крайнем Севере. Способ автоматического поддержания плотности нестабильного газового конденсата с применением аппаратов воздушного охлаждения - АВО в установках низкотемпературной сепарации газа включает очистку газоконденсатной смеси от механических примесей и ее разделение на газ и смесь нестабильного газового конденсата - НГК с водным раствором ингибитора – ВРИ. НГК подают насосом в магистральный конденсатопровод – МКП. Для управления плотностью НГК автоматизированная система управления технологическими процессами - АСУ ТП осуществляет ее контроль и одновременно контролирует температуру газа в низкотемпературном сепараторе. АСУ ТП установки генерирует сообщение оператору и/или ИУС промысла и предприятия о необходимости изменения режима работы установки и переходе к автоматическому поиску его новых параметров, когда температура в низкотемпературном сепараторе достигнет своего предельно допустимого верхнего значения при том, что АВО задействованы на 100% своей холодопроизводительности. АСУ ТП изменяет перепад давления на КР перед низкотемпературным сепаратором, регулируя степень дросселирования газоконденсатной смеси на нем либо путем увеличения или уменьшения расхода добываемой газоконденсатной смеси по установке. Техническим результатом является повышение надежности и безопасности эксплуатации МПК. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ автоматического поддержания плотности нестабильного газового конденсата с применением аппаратов воздушного охлаждения - АВО в установках низкотемпературной сепарации газа, далее установка, северных нефтегазоконденсатных месторождений РФ, включающий очистку газоконденсатной смеси, поступающей из добывающих скважин, от механических примесей и разделение добытой газоконденсатной смеси на газ и смесь нестабильного газового конденсата - НГК с водным раствором ингибитора - ВРИ, которую направляют из сепараторов в разделитель жидкостей - РЖ для дегазации и разделения на фракции, после чего ВРИ отводят на регенерацию ингибитора в цех регенерации ингибитора, а НГК подают насосом в магистральный конденсатопровод - МКП, а газ выветривания из РЖ подают для использования на собственные нужды и/или на компримирование с последующей закачкой в магистральный газопровод -МГП, либо на утилизацию, а для управления плотностью НГК, подаваемого в МКП, автоматизированная система управления технологическими процессами - АСУ ТП осуществляет ее контроль датчиком плотности, и одновременно контролирует датчиком температуры температуру газа в низкотемпературном сепараторе и сравнивает ее с заданием, величина которого определяется автоматически каскадом из двух пропорционально - интегрально - дифференцирующих ПИД-регуляторов, реализованных на базе АСУ ТП установки, для чего на вход задания SP ПИД-регулятора поддержания плотности НГК на выходе РЖ подают сигнал значения уставки плотности, величину которой задает обслуживающий персонал, а на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подают сигнал фактической плотности с датчика плотности НГК, установленного на выходе РЖ, и, сравнивая эти сигналы, ПИД-регулятор формирует на своем выходе CV сигнал уставки температуры, до которой необходимо охладить газожидкостную смесь, поступающую из сепаратора первой ступени сепарации через АВО в низкотемпературный сепаратор, чтобы обеспечить достижение необходимой плотности НГК на выходе РЖ, и подают сигнал этой уставки на вход SP ПИД-регулятора поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе, а на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подают текущее значение температуры с датчика температуры, установленного в низкотемпературном сепараторе газа, сравнивая которые ПИД-регулятор на своем выходе CV формирует управляющий сигнал, который подают на вход системы автоматического управления - САУ, управляющей режимами функционирования АВО, и САУ АВО с учетом текущих параметров окружающей среды подбирает оптимальный режим эксплуатации АВО, и одновременно с этим АСУ ТП контролирует давление в РЖ, автоматически поддерживая его значение, заданное технологическим регламентом установки, с помощью клапана-регулятора - КР, установленного на выходе РЖ, отличающийся тем, что АСУ ТП установки генерирует сообщение оператору и/или ИУС промысла и предприятия о необходимости изменения режима работы установки и переходе к автоматическому поиску его новых параметров, когда температура в низкотемпературном сепараторе достигнет своего предельно допустимого верхнего значения при том, что АВО задействованы на 100% своей холодопроизводительности, и этот переход АСУ ТП осуществляет путем изменения перепада давления на КР, установленном перед низкотемпературным сепаратором, регулируя степень дросселирования газоконденсатной смеси на нем, которую регулируют либо путем увеличения расхода добываемой газоконденсатной смеси по установке с помощью КР, установленного перед сепаратором первой ступени сепарации, либо путем уменьшения расхода добываемой газоконденсатной смеси по установке с помощью КР, установленного перед низкотемпературным сепаратором, в зависимости от того, что допустимо в данный момент плановым заданием диспетчерской службы предприятия по добыче газа и газового конденсата.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что АСУ ТП при изменении режима работы установки осуществляет автоматический поиск новых параметров ее работы с помощью двух ПИД-регуляторов, которые подключены параллельно каскаду ПИД-регуляторов, выдающих задание по холодопроизводительности на вход САУ АВО газа, при этом первый ПИД-регулятор управляет КР, установленным перед сепаратором первой ступени сепарации газа, регулирующим величину потока добываемой газоконденсатной смеси, поступающей на вход установки, а второй ПИД-регулятор управляет КР, установленным перед низкотемпературным сепаратором и выполняющим роль штуцера, регулирующего степень дроссель-эффекта при прохождении газоконденсатной смеси через него, при этом на вход задания SP обоих ПИД-регуляторов АСУ ТП непрерывно подает сигнал уставки значения плотности НГК, а на вход обратной связи PV этих же ПИД-регуляторов сигнал измеренного значения фактической плотности НГК, и с момента запуска установки в работу на вход Start/Stop обоих ПИД-регуляторов АСУ ТП подает сигнал логический «ноль», блокирующий управление ими их КР, и как только потребуется увеличить расход газоконденсатной смеси, поступающей на вход установки, АСУ ТП подает на вход Start/Stop ПИД-регулятора, управляющего КР, установленным перед сепаратором первой степени сепарации, сигнал логическая «единица», который разрешает ему подавать сигнал управления со своего выхода CV на управляемый им КР до момента достижения установкой требуемых параметров эксплуатации и далее этот ПИД регулятор будет поддерживать заданную температуру в низкотемпературном сепараторе, а если потребуется уменьшить расход газоконденсатной смеси, поступающей на вход установки, и при этом понизить ее температуру на входе в низкотемпературный сепаратор, АСУ ТП подает на вход Start/Stop ПИД-регулятора, управляющего КР, установленным перед низкотемпературным сепаратором, сигнал логическая «единица», который разрешает ему подать сигнал управления со своего выхода CV на управляемый им КР до момента достижения установкой требуемых параметров эксплуатации и далее этот ПИД регулятор будет поддерживать заданную температуру в низкотемпературном сепараторе, и по окончании перехода установки на новый режим работы АСУ ТП генерирует сообщение оператору и/или ИУС промысла и предприятия о новых параметрах ее работы и фиксирует их значения в своей базе данных.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что АСУ ТП генерирует сообщение оператору и/или ИУС промысла с предложением запросить у диспетчерской службы и/или ИУС предприятия новых границ допустимых вариаций по добыче газоконденсатной смеси, поступающей на установку в случае, если расход добываемой газоконденсатной смеси по установке выйдет за рамки допустимых вариаций, заданных диспетчерской службой предприятия.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в случае понижения температуры окружающего воздуха, АСУ ТП подает на вход Start/Stop первого или второго ПИД-регулятора, в зависимости от того, какой из них в данный момент задействован, сигнал логический «ноль», который налагает запрет на подачу управляющего сигнала на управляемый им КР, после чего температуру в низкотемпературном сепараторе поддерживает каскад ПИД-регуляторов, управляющий САУ АВО газа.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что АСУ ТП установки формирует сообщение оператору и/или ИУС промысла и Предприятия о необходимости принятия решения по переходу на режим работы с турбодетандерами, либо предупреждения гидратообразования в теплообменниках установки и т.д., если АВО задействованы на 100% по холодопроизводительности и при этом рабочий орган КР, установленного перед сепаратором первой ступени сепарации, дойдет до положения, при котором подача добытой газоконденсатной смеси на установку достигнет предельно допустимого верхнего значения, или он перейдет в положение полностью открыт, а также в случае, когда рабочий орган КР, установленного перед низкотемпературным сепаратором, перейдет в положение, при котором будет достигнута минимально допустимая производительность установки, заданная диспетчерской службой предприятия.