СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛОТНОСТИ НЕСТАБИЛЬНОГО ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА, ПОДАВАЕМОГО В МАГИСТРАЛЬНЫЙ КОНДЕНСАТОПРОВОД, НА УСТАНОВКАХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА В РАЙОНАХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА Российский патент 2022 года по МПК F17D5/00 

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

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.]. В данном способе степень дегазации НТК поддерживают 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 НТК, подаваемого в МКП, степень дегазации и поддержание плотности НТК при подаче его в МКП осуществляют практически «вслепую», без точного управления процессом.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ автоматического поддержания плотности НТК, подаваемого в МКП, на установках низкотемпературной сепарации газа в районах Крайнего Севера [Патент RU №2700310 С1], который включает очистку в блоке низкотемпературной сепарации газа поступающей газоконденсатной смеси от механических примесей и разделение ее на НТК, осушенный газ и водный раствор ингибитора (ВРИ). Осушенный газ подают в магистральный газопровод (МГП), НТК и ВРИ направляют в дегазатор-разделитель (ДР) для дегазации, и далее, из ДР, ВРИ отводят на регенерацию ингибитора в цех регенерации ингибитора, а НТК подают насосом в МКП. Газ выветривания из ДР направляют в компрессор газов выветривания для закачки в МГП. Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) установки контролирует датчиком плотности плотность НТК, подаваемого в МКП, и датчиком давления - давление газа выветривания в ДР, из которого газ отводят через клапан-регулятор (КР), регулирующий давление в ДР, величина которого задается автоматически каскадом из двух пропорционально-интегрально-дифференцирующих регуляторов (ПИД-регуляторов), реализованных на базе АСУ ТП установки. При этом АСУ ТП установки формирует сообщение оператору о невозможности достижения заданной плотности НТК, подаваемого в МКП, и необходимости принятия решения об изменении режима работы установки, если во время реализации процесса поддержания заданной плотности НТК рабочий орган КР, установленного на выходе ДР, достигнет своего крайнего положения (открытого либо закрытого). Значение уставки плотности ρ_зад НТК задает обслуживающий персонал перед запуском установки в работу.

Параметры работы КР расхода газа по установке, стоящего перед низкотемпературным сепаратором газа в блоке низкотемпературной сепарации, обеспечивающего адиабатическое расширение потока добываемого продукта, также настраивает обслуживающий персонал перед запуском установки в работу. Их изменение допускается лишь при невозможности дальнейшего ведения технологического процесса в рамках технологических норм и ограничений, предусмотренным технологическим регламентом установки, и осуществляется обслуживающим персоналом.

Существенным недостатком данного способа является то, что изменение режима работы установки в случаях достижения рабочим органом КР, установленного на выходе ДР, своего крайнего положения (открытого либо закрытого) осуществляется вручную оператором, что снижает качество управления технологическим процессом.

Целью настоящего изобретения является повышение качества управления технологическим процессом по поддержанию плотности НТК, подаваемого в МКП, с учетом норм и ограничений, предусмотренных технологическим регламентом установки для условий Крайнего Севера.

Техническим результатом, достигаемым от реализации изобретения, является повышение качества управления технологическим процессом по поддержанию плотности НТК, подаваемого в МКП, путем исключения человеческого фактора при принятии решений с учетом норм и ограничений, предусмотренных технологическим регламентом установки для условий Крайнего Севера.

Заявляемый способ обеспечивает автоматический контроль и подержание заданной плотности НТК, подаваемого в МКП, путем поддержания необходимого значения давления дегазации в ДР при различных режимах работы по расходу газоконденсатной смеси по установке. 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 [см., например, А.А. Коршак, А.И. Забазнов, В.В. Новоселов и др. Трубопроводный транспорт нестабильного газового конденсата. - М.: ВНИИОЭНГ, 1994.].

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что способ автоматического поддержания плотности НТК, подаваемого в МКП, на установках низкотемпературной сепарации газа в районах Крайнего Севера, включающий блок низкотемпературной сепарации газа, состоящий из входной линии установки, сепаратора первой ступени сепарации газа, рекуперативных теплообменников (далее ТО) «газ-газ» и «газ-конденсат», клапана регулятора - КР расхода газа по установке, низкотемпературного сепаратора газа, который осуществляет очистку поступающей газоконденсатной смеси от механических примесей, разделение ее на газ и смесь нестабильного газового конденсата (НТК) с водным раствором ингибитора (ВРИ). Эту смесь направляют в дегазатор-разделитель (ДР) для дегазации, и далее, из ДР, ВРИ отводят на регенерацию ингибитора в цех регенерации ингибитора, а НТК подают в МКП. Газ выветривания из ДР направляют в компрессор газов выветривания для закачки в магистральный газопровод (МГП). Ведущая эти процессы автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) установки контролирует датчиком плотности плотность ρ_факт НТК, подаваемого в МКП, и датчиком давления - давление газа выветривания Р_факт в ДР, из которого этот газ отводят через клапан-регулятор (КР), регулирующий давление в ДР. Величина давления газа выветривания в ДР задается автоматически каскадом, состоящих из двух пропорционально-интегрально-дифференцирующих регуляторов (ПИД-регуляторов), реализованных на базе АСУ ТП установки, на вход задания SP первого из которых АСУ ТП подает сигнал значения уставки плотности ρ_зад НТК, необходимой для работы системы, которую задает обслуживающий персонал перед запуском установки в работу. На вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подают сигнал значения фактической плотности Р_факт с датчика плотности НТК. Сравнивая эти сигналы первый ПИД-регулятор формирует на своем выходе CV сигнал уставки значения давления Р_зад, которое обеспечит достижение необходимой плотности НТК на выходе ДР, и подает ее на вход задания SP второго ПИД-регулятора каскада поддержания давления в ДР. На вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подают сигнал фактического значения давления Рф_акт с датчика давления, установленного в ДР. Сравнивая эти сигналы второй ПИД-регулятор на своем выходе CV формирует управляющий сигнал для КР, поддерживая необходимое давление газа в ДР.

Плотность НТК, подаваемого в МКП, автоматически поддерживают два каскада ПИД-регуляторов, первый из которых, после включения установки в работу, непрерывно регулирует давление газа в ДР с помощью КР, установленного на его выходе, поддерживая заданную плотность ρ_зад НТК, который направляют в МКП. При этом первоначальную уставку температуры в низкотемпературном сепараторе Т_зад, близкую к середине значений ее допустимого диапазона изменения, устанавливает обслуживающий персонал перед запуском установки в работу в соответствии с ее технологическим регламентом, используя соотношение

Т_верх≥Т_зад≥Т_ниж,

где Т_верх и Т_ниж - максимальная и минимальная допустимая температура в низкотемпературном сепараторе.

Далее АСУ ТП ведет управление процессом до тех пор, пока рабочий орган КР первого каскада регулирования давления газа в ДР не достигнет одного из своих крайних положений. В этот момент АСУ ТП дает разрешение второму каскаду, состоящему также из двух ПИД-регуляторов, выработать новое значение задания - уставки Т_зад и поддерживать температуру в низкотемпературном сепараторе для новых, текущих условий функционирования установки в рамках требований ее технологического регламента. Выработку и поддержание значения новой уставки второй каскад ПИД-регуляторов осуществляет с помощью КР расхода газа по установке, выполняющего роль штуцера на входе низкотемпературного сепаратора. Изменение значения Т_зад осуществляют таким образом, чтобы рабочий орган КР первого каскада регулирования плотностью НТК перешел в положение, на середину или близкое к середине разрешенного диапазона его перемещений. После этого АСУ ТП фиксирует найденное значение новой уставки Т_зад и запрещает работу второму каскаду ПИД-регуляторов по перемещению рабочего органа, управляемого им КР расхода газа по установке. И этот режим работы с новой уставкой Т_зад будет длиться до тех пор, пока рабочий орган КР первого каскада ПИД-регуляторов, регулирующий давление в ДР, вновь не окажется в одном из своих крайних положений.

Режим работы, с разрешением и запрещением функционирования КР расхода газа по установке второго каскада ПИД-регуляторов, АСУ ТП осуществляет сменой на входе StartAStop первого ПИД-регулятора каскада путем подачи сигнала логический «ноль» и/или логическая «единица», реализуя алгоритм, определяемый соотношением:

где Т_зал__рег - уставка температуры, значение которой непрерывно формирует первый ПИД-регулятор каскада, вырабатывающий текущее задание (уставку) поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе.

Формирование уставки этот ПИД-регулятор осуществляет, сравнивая параметры фактической плотности ρ_факт, сигнал которой поступает на его вход обратной связи PV, и задания (уставки) плотности ρ_зад НТК, сигнал которой поступает на его вход задания SP из АСУ ТП. Разрешение и запрещение подачи сигнала этой уставки на вход задания SP второго ПИД-регулятора каскада осуществляется в периоды, определяемые АСУ ТП по текущим значениям параметров технологического процесса и их ограничениям в соответствии с требованиями технологического регламента установки. Это переключение АСУ ТП осуществляет путем подачи сигналов логический «ноль» и/или логическая «единица» на вход StartAStop первого ПИД-регулятора каскада, что гарантирует безынерционность переключения на поиск нового режима работы установки, его фиксацию и возможность непрерывного контроля работоспособности второго каскада ПИД-регуляторов.

АСУ ТП при подаче сигнала логическая «единица» на вход StartAStop первого ПИД-регулятора второго каскада формирует сообщение оператору о переходе установки на поиск нового режима работы, а по окончании перехода, после подачи сигнала логический «ноль» на вход StartAStop этого же ПИД-регулятора, формирует сообщение оператору о значениях новых технологических параметров режима работы установки и сохраняет их значения в своей базе данных.

АСУ ТП установки формирует сообщение оператору о невозможности достижения заданной плотности ρ_зад НТК, подаваемого в МКП в случае, когда рабочие органы КР обоих каскадов ПИД-регуляторов одновременно достигнут своих крайних положений, закрытого либо открытого, и рекомендует принять решение об изменении режима работы установки.

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

1 - входная линия установки;

2 - сепаратор первой ступени сепарации газа;

3 - АСУТП;

4 - ТО «газ-газ»;

5 - ТО «газ-конденсат»;

6 - датчик давления в ДР 7;

7 - ДР;

8 - МГП;

9 - датчик температуры в низкотемпературном сепараторе;

10 - КР расхода газа по установке;

11 - низкотемпературный сепаратор газа;

12 - КР поддержания давления в ДР;

13 - компрессор газов выветривания;

14 - датчик плотности НТК.

На фиг. 2 приведена структурная схема автоматического поддержания температурного режима в низкотемпературном сепараторе 11. В ней использованы следующие обозначения:

15 - сигнал, поступающий с датчика давления 6, установленного в ДР 7, на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 22;

16 - сигнал, поступающий с датчика плотности НТК 14 на вход обратной связи PV ПИД-регуляторов 20 и 21;

17 - сигнал задания (уставки) плотности НТК, поступающий на вход задания SP ПИД-регуляторов 20 и 21;

18 - сигнал фактической температуры в низкотемпературном сепараторе 11, поступающий от датчика 9;

19 - сигнал управления работой ПИД-регулятора 21, подаваемый АСУ ТП 3 на его вход StartVStop;

20 - ПИД-регулятор, вырабатывающий текущее задание (уставку) поддержания плотности НТК в ДР 7;

21 - ПИД-регулятор, вырабатывающий текущее задание (уставку) поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе 11 в периоды, определяемые АСУ ТП 3 по текущим значениям параметров технологического процесса;

22 - ПИД-регулятор поддержания давления в ДР 7;

23 - ПИД-регулятор поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе 11;

24 - управляющий сигнал, подаваемый на КР 12 подержания давления в ДР7;

25 - управляющий сигнал, подаваемый на КР 10 расхода газа по установке;

ПИД-регуляторы 20, 21, 22 и 23 реализованы на базе АСУ ТП 3.

Способ автоматического поддержания плотности НТК, подаваемого в МКП, на установках низкотемпературной сепарации газа в районах Крайнего Севера, реализуют 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 НТК, которые, по мере их накопления в нижней части сепаратора 2, отводят в ДР 7. Частично очищенную от капельной влаги и пластовой жидкости газоконденсатную смесь с выхода сепаратора 2 первой ступени сепарации газа разделяют на два потока. Первый поток направляют в трубное пространство первой секции ТО «газ-газ» 4, где происходит его предварительное охлаждение встречным потоком осушенного газа, который поступает из низкотемпературного сепаратора 11 и проходит через вторую секцию этого же ТО. Второй поток подают в трубное пространство первой секции ТО «газ-конденсат» 5, который охлаждают встречным потоком смеси НТК и ВРИ, отводимой из нижней части низкотемпературного сепаратора газа 11 через вторую секцию этого же ТО.

Потоки газоконденсатной смеси, поступающие с выходов первых секций ТО «газ-газ» 4 и ТО «газ-конденсат» 5, объединяют и подают на вход КР 10 расхода газа по установке. Проходя его, за счет дроссель-эффекта, температура газоконденсатной смеси резко снижается, а давление в ней падает до давления, при котором происходит максимально возможная конденсация углеводородов. Эту смесь подают на вход низкотемпературного сепаратора газа 11. Вследствие изменения термодинамических условий и снижения скорости потока газоконденсатной смеси в сепараторе 11, происходит финальное выделение из нее осушенного газа, а смесь НТК и ВРИ собирают в нижней части низкотемпературного сепаратора 11.

Отсепарированный холодный осушенный газ из низкотемпературного сепаратора 10 проходит через вторую секцию ТО «газ-газ» 4, где отдает холод встречному потоку добытой газоконденсатной смеси, и далее его направляют в МГП 8.

Смесь НТК и ВРИ, по мере накопления, из нижней части низкотемпературного сепаратора 11 направляют во вторую секцию ТО «газ-конденсат» 5, где она нагревается и поступает в ДР 7, оснащенный датчиком давления 6. В ДР 7 газожидкостная смесь подвергается разделению на компоненты и дегазации. Поток выделенного газа (газ выветривания) транспортируют по трубопроводу, оснащенному КР 12, обеспечивающему поддержание давления в ДР 7, после которого он поступает на вход компрессора газов выветривания 13 для компримирования и подачи в МГП 8. НТК направляют в МКП, на входе которого установлен датчик плотности 14. ВРИ из ДР 7 подают в цех регенерации метанола.

Плотность НТК, подаваемого в МКП, автоматически поддерживается двумя каскадами ПИД-регуляторов. Первый каскад регулирует давление газа выветривания Р_факт в ДР 7 с помощью КР 12, установленного на его выходе. В каскад управления КР 12 входят ПИД-регуляторы 20 и 22. При этом ПИД-регулятор 20 вырабатывает задание (уставку) Р_зад поддержания давления газа в ДР 7 при текущих значениях параметров технологического процесса в реальном масштабе времени, и подает ее со своего выхода CV на вход задания SP ПИД-регулятора 22, на вход обратной связи PV которого поступает сигнал фактического регулирует давление газа выветривания Р_факт.

Второй каскад с КР 10 регулирует температуру в низкотемпературном сепараторе 11. В него входят ПИД-регуляторы 21 и 23. При этом ПИД-регулятор 21 вырабатывает задание (уставку) для ПИД-регулятора 23.

Разрешение и запрет на подачу сигнала с выхода CV ПИД-регулятора 21 АСУ ТП осуществляет путем подачи на его вход StartAStop сигнала 19 равного либо логическая «единица» для включения, либо логический «ноль» для выключения. Необходимость смены режима работы ПИД-регулятора 21 АСУ ТП определяет при достижении одного из крайних положений рабочего органа КР 12. Возникновение такой ситуации требует изменения режима работы установки, который реализуется, согласно требованиям технологического регламента ее эксплуатации, контролируемым изменением рабочих параметров КР расхода газа по установке и их фиксацией до выявления необходимости проведения следующего цикла изменения параметров его работы. Именно эти требования и определяют алгоритм работы этого регулятора, который задается соотношением:

где Т_зад__рег - уставка температуры, значение которой непрерывно формирует ПИД-регулятор 21 для ПИД-регулятора 23.

Формирование уставки ПИД-регулятор 23 осуществляет, сравнивая параметры фактической плотности ρ_факт, сигнал 16 которой поступает на его вход обратной связи PV, и сигнала 17 задания (уставки) плотности ρ_зад НТК, сигнал которой поступает на его вход задания SP из АСУ ТП. Разрешение и запрещение подачи сигнала уставки температуры Т_зад с выхода CV ПИД-регулятора 21 на вход задания SP ПИД-регулятора 23 второго каскада осуществляется в периоды, определяемые АСУ ТП по текущим значениям параметров технологического процесса и их ограничениям в соответствии с требованиями технологического регламента установки. Это переключение АСУ ТП осуществляет путем подачи сигналов логический «ноль» и/или логическая «единица» на вход 19 StartAStop ПИД-регулятора 21 второго каскада, что гарантирует безынерционность переключения на поиск нового режима работы установки, его фиксацию и возможность непрерывного контроля работоспособности второго каскада ПИД-регуляторов.

Значение сигнала уставки температуры Г_зад в низкотемпературном сепараторе должно удовлетворять условиям технологического регламента установки, которые задают в виде допустимого диапазона температур

>Т >Т

Т_верх≥Т_зад≥Т_ниж,

где Т_верх и Т_ниж - максимальная и минимальная допустимая температура в низкотемпературном сепараторе.

Перед запуском установки в эксплуатацию обслуживающий персонал устанавливает значение Т_зад, близкое к середине допустимого диапазона ее изменения.

При запуске установки в работу АСУ ТП 3 подает на вход StartAStop ПИД-регулятора 21 сигнал 19 логический «ноль» и налагает запрет на подачу сигнала вырабатываемой им уставки с его выхода CV на вход SP ПИД-регулятора 23. В результате на выходах CV ПИД-регуляторов 21 и 23, объединенных в каскад, значение управляющего сигнала будет равно нулю. В этом случае плотность НТК в ДГ 7 поддерживает каскад ПИД-регуляторов 20 и 22 следующим образом.

Первоначальное значение плотности ρ_зад НТК задает обслуживающий персонал как уставку - сигнал 17, которую подают на вход задания SP ПИД-регулятора 20, а на вход обратной связи PV данного ПИД-регулятора подают сигнал 16 значения фактической плотности ρ_факт НТК, поступающее с датчика измерения плотности 14. В результате их обработки ПИД-регулятор 20 на своем выходе CV формирует значение уставки давления Р_зад, которое необходимо поддерживать в ДР 7, чтобы значение ρ_факт совпадало со значением ρ_зад. Эту уставку Р_зад ПИД-регулятор 20 подает со своего выхода CV на вход задания SP ПИД-регулятора 22. На вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подают сигнал 15 фактического значения давления Р_факт с датчика давления 6, установленного в ДР 7. В результате на выходе CV ПИД-регулятор 22 формирует сигнал 24 управления степенью открытия/закрытия клапана-регулятора 12. Эта операция приводит к уменьшению/увеличению выделения «легких» фракций из НТК, в результате чего система управляет его плотностью и поддерживает ее значение, соответствующее заданному ρ_зад.

В процессе работы установки при изменении режима работы скважин, образовании гидратных отложений на стенках ТО, возникновении залповых выбросов пластовой воды и т.д., возможна ситуация, когда рабочий орган КР 6 достигнет своего крайнего положения (закрытого либо открытого). В такой ситуации АСУ ТП 3 установки включает в работу второй каскад, состоящий из ПИД-регуляторов 21 и 23, который управляет изменением задания (уставки) Т_зад поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе 11 с помощью КР 10. Для этого АСУ ТП 3 подает на вход StartAStop ПИД-регулятора 21 сигнал 19 логическая «единица» и разрешает его работу.

На вход задания SP ПИД-регулятора 21 постоянно поступает сигнал 17 уставки значения плотности ρ_зад НТК, а на вход обратной связи PV это же ПИД-регулятора 21 поступает сигнал 16 значения фактической плотности ρ_факт НТК, измеряемой датчиком плотности 14. Сравнивая эти сигналы, ПИД-регулятор 21 на своем выходе CV формирует сигнал значения уставки температуры Т_зад, которую необходимо поддерживать в низкотемпературном сепараторе 11. Сигнал этой уставки ПИД-регулятор 21 подает на вход задания SP ПИД-регулятора 23. На вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора 23 подают сигнал 18 фактической температуры Т_факт измеряемой датчиком 9, установленным в сепараторе 11. В результате на выходе CV ПИД-регулятор 23 формирует сигнал управления 25 степенью открытия/закрытия КР 10, выполняющего роль штуцера. Эта операция вызывает уменьшение/увеличение выделения «легких» фракций из газоконденсатной смеси в низкотемпературном сепараторе, в результате чего плотность НТК будет соответствовать заданной ρ_зад.

Далее, учитывая крайнее положение рабочего органа КР 12 каскада поддержания давления в ДР 7, АСУ ТП изменяет значение температуры уставки Т_зад так, чтобы рабочий орган КР 12 каскада поддержания давления в ДР 7 снова оказался в среднем положении, а если этого не возможно достичь, тогда максимально приближенно к этому положению. После этого АСУ ТП фиксирует значение найденной уставки температуры Т_зад, которую необходимо поддерживать в низкотемпературном сепараторе 11, и подает на вход StartAStop ПИД-регулятора 21 сигнал 19 логический «ноль», налагая запрет на его работу. В результате все управление по поддержанию давления в ДР 7, и, следовательно, заданной плотности НТК, подаваемого в МКП, опять переходит к каскаду поддержания давления в ДР 7. И этот режим работы будет длиться до тех пор, пока рабочий орган КР 12 вновь не окажется в одном из крайних положений. После этого описанный цикл восстановления управления процессом посредством поддержания давления в ДР 7 повторяется.

АСУ ТП при подаче сигнала логическая «единица» на вход StartAStop первого ПИД-регулятора 21 второго каскада формирует сообщение оператору о переходе установки на поиск нового режима работы. После окончания перехода на новый режим работы АСУ ТП подает сигнал логический «ноль» на вход StartAStop этого же ПИД-регулятора 21 и формирует сообщение оператору о значениях новых технологических параметров режима работы установки и фиксирует их в своей базе данных.

Возможен случай, когда рабочие органы КР 10 и КР 12 одновременно достигнут своих крайних положений (закрытого либо открытого), тогда АСУ ТП 3 установки формирует сообщение оператору о невозможности достижения заданной плотности НТК, подаваемого в МКП, и рекомендует принять решение об изменении режима работы установки.

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

Способ автоматического поддержания плотности НТК, подаваемого в МКП, на установках низкотемпературной сепарации газа в районах Крайнего Севера, реализован в ПАО «Газпром» ООО «Газпром добыча Ямбург» на Заполярном газоконденсатном месторождении на установках комплексной подготовки газа 1В и 2В. Реализация способа наиболее эффективна в период, когда пластовой энергии месторождения достаточно для его эксплуатации с использованием эффекта дросселирования Джоуля-Томпсона. Результаты эксплуатации показали его высокую эффективность. Заявляемое изобретение может широко использоваться и на других действующих и вновь осваиваемых газоконденсатных месторождениях РФ.

Применение данного способа позволяет повышать качества принятых решений на установке путем исключения человеческого фактора из управления технологическим процессом поддержания плотности НТК, подаваемого в МКП, с учетом норм и ограничений, предусмотренных технологическим регламентом установки для условий Крайнего Севера. 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. Предложен способ автоматического поддержания плотности нестабильного газового конденсата, подаваемого в магистральный конденсатопровод (МКП), на установках низкотемпературной сепарации газа. Осуществляют очистку газоконденсатной смеси, разделение ее на газ и смесь нестабильного газового конденсата (НТК) с водным раствором ингибитора (ВРИ). Эту смесь направляют в дегазатор-разделитель (ДР) и далее ВРИ отводят на регенерацию ингибитора, а НТК подают в МКП. Газ выветривания из ДР направляют в магистральный газопровод (МГП). Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) установки контролирует датчиком плотности плотность ρ_факт НТК, подаваемого в МКП, и датчиком давления - давление газа выветривания Р_факт в ДР. Величина давления газа выветривания в ДР задается автоматически каскадом, состоящим из двух ПИД-регуляторов. Плотность НТК, подаваемого в МКП, автоматически поддерживают два каскада ПИД-регуляторов. Техническим результатом изобретения является повышение качества управления технологическим процессом. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ автоматического поддержания плотности нестабильного газового конденсата, подаваемого в магистральный конденсатопровод - МКП, на установках низкотемпературной сепарации газа в районах Крайнего Севера, включающий блок низкотемпературной сепарации газа, состоящий из входной линии установки, сепаратора первой ступени сепарации газа, рекуперативных теплообменников «газ-газ» и «газ-конденсат», клапана регулятора - КР расхода газа по установке, низкотемпературного сепаратора газа, который осуществляет очистку поступающей газоконденсатной смеси от механических примесей, разделение ее на газ и смесь нестабильного газового конденсата - НТК с водным раствором ингибитора - ВРИ, и направляет эту смесь в дегазатор-разделитель - ДР, из которого ВРИ отводят на регенерацию ингибитора в цех регенерации ингибитора, НТК подают в МКП, а газ выветривания направляют в компрессор газов выветривания для закачки в магистральный газопровод - МГП совместно с газом, осушаемом в этом блоке, а ведущая эти процессы автоматизированная система управления технологическими процессами - АСУ ТП установки контролирует датчиком плотности плотность ρ_факт НТК, подаваемого в МКП, и датчиком давления - давление газа выветривания Р_факт в ДР, из которого этот газ отводят через КР, регулирующий давление в ДР, и управляемый каскадом, состоящим из двух пропорционально-интегрально-дифференцирующих - ПИД-регуляторов, реализованных на базе АСУ ТП установки, на вход задания SP первого из которых АСУ ТП подает сигнал значения уставки плотности ρ_зад НТК, необходимой для работы системы, значение которой устанавливает обслуживающий персонал установки перед ее запуском в работу, а на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подают сигнал значения фактической плотности ρ_факт с датчика плотности НТК, сравнивая которые он формирует на своем выходе CV сигнал уставки значения давления Р_зад, которое обеспечит достижение необходимой плотности НТК на выходе ДР, и подает ее на вход задания SP второго ПИД-регулятора каскада поддержания давления в ДР, а на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подают сигнал фактического значения давления Р_факт с датчика давления, установленного в ДР, сравнивая которые данный ПИД-регулятор на своем выходе CV формирует управляющий сигнал для этого КР, поддерживая необходимое давление газа в ДР, отличающийся тем, что плотность НТК, подаваемого в МКП, автоматически поддерживают два каскада ПИД-регуляторов, первый из которых, после включения установки в работу, регулирует давление газа в ДР с помощью КР, установленного на его выходе, поддерживая заданную плотность НТК, который направляют в МКП, при первоначальной уставке температуры в низкотемпературном сепараторе Т_зад, близкой к середине значений ее допустимого диапазона изменения и устанавливаемой обслуживающим персоналом установки перед ее запуском в работу в соответствии с технологическим регламентом, используя соотношение

Т_верх≥Т_зад≥Т_ниж,

где Т_верх и Т_ниж - максимальная и минимальная допустимая температура в низкотемпературном сепараторе, и далее АСУ ТП ведет управление процессом до тех пор, пока рабочий орган КР первого каскада регулирования давления газа в ДР не достигнет одного из своих крайних положений, и в этот момент АСУ ТП дает разрешение второму каскаду, состоящему из двух ПИД-регуляторов, также реализованных на базе АСУ ТП установки, выработать новое значение задания - уставки Т_зад поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе для новых текущих условий функционирования установки в рамках требований ее технологического регламента с помощью КР расхода газа по установке, выполняющего роль штуцера на входе низкотемпературного сепаратора, таким образом, чтобы рабочий орган КР поддержания давления в ДР, регулирующий плотность НТК, перешел в среднее положение или близкое к середине разрешенного диапазона его перемещений, после чего АСУ ТП фиксирует найденное значение уставки Т_зад и запрещает работу второму каскаду ПИД-регуляторов, и этот режим работы будет длиться до тех пор, пока рабочий орган КР первого каскада ПИД-регуляторов, регулирующих давление в ДР, вновь не окажется в одном из своих крайних положений, и такой режим работы с разрешением и запрещением функционирования второго каскада ПИД-регуляторов АСУ ТП осуществляет сменой на входе StartAStop первого ПИД-регулятора каскада путем подачи сигнала логический «ноль» и логическая «единица», реализуя алгоритм, определяемый соотношением:

где Т_{зад_рег.} - уставка температуры, значение которой непрерывно формирует первый ПИД-регулятор каскада, вырабатывающий текущее задание (уставку) поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе по параметрам фактической плотности ρ_факт, сигнал которой поступает на его вход обратной связи PV, и задания (уставки) плотности ρ_зад НТК, сигнал которой поступает на его вход задания SP, а разрешение и запрещение подачи сигнала этой уставки на вход задания SP второго ПИД-регулятора каскада осуществляется в периоды, определяемые АСУ ТП по текущим значениям параметров технологического процесса и их ограничениям в соответствии с требованиями технологического регламента установки путем использования сигналов логический «ноль» и логическая «единица», что гарантирует безынерционность переключения на поиск нового режима работы установки, его фиксацию и возможность непрерывного контроля работоспособности второго каскада ПИД-регуляторов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что АСУ ТП при подаче сигнала логическая «единица» на вход Start\Stop первого ПИД-регулятора второго каскада формирует сообщение оператору о переходе установки на поиск нового режима работы, а по окончании перехода, после подачи сигнала логический «ноль» на вход StartAStop этого же ПИД-регулятора, формирует сообщение оператору о значениях новых технологических параметров режима работы установки и сохраняет их значения в своей базе данных.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что АСУ ТП установки формирует сообщение оператору о невозможности достижения заданной плотности ρ_зад НТК, подаваемого в МКП в случае, когда рабочие органы КР обоих каскадов ПИД-регуляторов одновременно достигнут своих крайних положений, закрытого либо открытого, и рекомендует принять решение об изменении режима работы установки.