СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛОТНОСТИ НЕСТАБИЛЬНОГО ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА С ПРИМЕНЕНИЕМ ТУРБОДЕТАНДЕРНЫХ АГРЕГАТОВ НА ВЫХОДЕ УСТАНОВОК НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА СЕВЕРНЫХ НЕФТЕГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ РФ Российский патент 2022 года по МПК E21B43/34 F17D5/00 

Изобретение относится к области добычи и подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту на Севере РФ, 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 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 НТК при подаче его в МКП. Это может вызвать ряд проблем, связанных с появлением газовых пробок и их скоплений в МПК. 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 НТК 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 НТК, подаваемого в МКП, степень дегазации и поддержание плотности НТК 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 НТК, подаваемого в МКП, с применением турбодетандерного агрегата (ТДА), на установках низкотемпературной сепарации газа в районах Крайнего Севера [см. Патент № 2697208]. Способ включает очистку поступающей из добывающих скважин газоконденсатной смеси от механических примесей в сепараторе первой ступени сепарации и разделение газоконденсатной смеси на НТК, газ и водный раствор ингибитора (ВРИ), с последующим отводом НТК и ВРИ в разделитель жидкостей (РЖ). Далее из РЖ ВРИ отводят на регенерацию ингибитора в цех регенерации ингибитора, а НТК подается насосом МКП. Газ выветривания из РЖ используют на собственные нужды, либо компримируют и закачивают в магистральный газопровод (МГП), либо утилизируют. Плотность НТК контролирует автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) датчиком плотности НТК и управляет ей. Одновременно АСУ ТП контролирует температуру газа на выходе низкотемпературного сепаратора, автоматически поддерживая ее путем управления скоростью вращения ротора турбодетандера (ТДА), которая задается каскадом из двух пропорционально-интегрально-дифференцирующих (ПИД) регуляторов, реализованных на базе АСУ ТП установки. Для этого на вход задания SP ПИД-регулятора поддержания плотности НТК на выходе РЖ АСУ ТП подает сигнал уставки плотности НТК, значение которой задает обслуживающий персонал. А на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подают сигнал фактической плотности НТК с датчика, установленного на выходе разделителя жидкостей. Сравнивая эти сигналы, ПИД-регулятор формирует на своем выходе CV сигнал уставки частоты вращения ротора ТДА, обеспечивающей необходимое охлаждение газожидкостной смеси, поступающей на вход низкотемпературного сепаратора, и гарантирующей достижение необходимой плотности НТК на выходе РЖ. Сигнал этой уставки с выхода CV поступает на вход задания SP ПИД-регулятора управления скоростью вращения ротора ТДА. Одновременно на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора, с датчика частоты вращения ротора ТДА, подается сигнал фактической скорости вращения ротора ТДА. Сравнивая поступающие на входы сигналы, ПИД-регулятор управления скоростью вращения ротора ТДА формирует на своем выходе CV сигнал управления клапаном-регулятором (КР), установленным на выходе с турбины ТДА. Благодаря этому осуществляется управление расходом осушенного газа, выходящего из низкотемпературного сепаратора и проходящего через компрессор ТДА. При этом АСУ ТП одновременно контролирует давление в разделителе жидкостей, автоматически поддерживая его значение, заданное технологическим регламентом установки, с помощью КР, установленного на выходе газа из РЖ.

Существенным недостатком данного способа является то, что если во время реализации процесса поддержания заданной плотности НТК на выходе РЖ температура в низкотемпературном сепараторе достигнет своих предельных значений - верхнего либо нижнего, обозначенных в технологическом регламенте установки, или рабочий орган КР, управляющего расходом осушенного газа, выходящего из низкотемпературного сепаратора и прокачиваемого через компрессор ТДА, достигнет своего крайнего положения - закрытого или открытого, изменение режима работы установки осуществляет оператор вручную, что снижает качество управления технологическим процессом.

Целью изобретения является повышение качества управления технологическим процессом по поддержанию плотности НТК 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 НТК с применением ТДА на выходе установки 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 необходимой температуры в низкотемпературном сепараторе при различных режимах работы установки с применением ТДА и автоматического переключения технологического процесса на новый режим в случае необходимости. 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 НТК с применением ТДА на выходе установок северных нефтегазоконденсатных месторождений РФ, включающий очистку поступающей из добывающих скважин газоконденсатной смеси от механических примесей в сепараторе первой ступени сепарации и разделение газоконденсатной смеси на НТК, газ и ВРИ, с последующим отводом НТК и ВРИ в разделитель жидкостей. Далее из РЖ ВРИ отводят на регенерацию ингибитора в цех регенерации ингибитора, а НТК подается насосом в МКП. Газ выветривания из РЖ используют на собственные нужды, либо компримируют и закачивают в магистральный газопровод (МГП), либо утилизируют. Плотность НТК контролирует АСУ ТП датчиком плотности НТК и управляет ей. Одновременно АСУ ТП контролирует температуру газа на выходе низкотемпературного сепаратора, автоматически поддерживая ее путем управления скоростью вращения ротора турбодетандера (ТДА), которая задается каскадом из двух пропорционально-интегрально-дифференцирующих (ПИД) регуляторов, реализованных на базе АСУ ТП установки. Для этого на вход задания SP ПИД-регулятора поддержания плотности НТК на выходе РЖ АСУ ТП подает сигнал уставки плотности НТК, значение которой задает обслуживающий персонал. А на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подают сигнал фактической плотности НТК с датчика, установленного на выходе разделителя жидкостей. Сравнивая эти сигналы, ПИД-регулятор формирует на своем выходе CV сигнал уставки частоты вращения ротора ТДА, обеспечивающей необходимое охлаждение газожидкостной смеси, поступающей на вход низкотемпературного сепаратора, и гарантирующей достижение необходимой плотности НТК на выходе РЖ. Сигнал этой уставки с выхода CV поступает на вход задания SP ПИД-регулятора управления скоростью вращения ротора ТДА. Одновременно на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора, с датчика частоты вращения ротора ТДА, подается сигнал фактической скорости вращения ротора ТДА. Сравнивая поступающие на входы сигналы, ПИД-регулятор управления скоростью вращения ротора ТДА формирует на своем выходе CV сигнал управления клапаном-регулятором (КР), установленным на выходе с турбины ТДА. Благодаря этому осуществляется управление расходом осушенного газа, выходящего из низкотемпературного сепаратора и проходящего через компрессор ТДА. При этом АСУ ТП одновременно контролирует давление в разделителе жидкостей, автоматически поддерживая его значение, заданное технологическим регламентом установки, с помощью КР, установленного на выходе газа из РЖ.

Параллельно указанному каскаду ПИД-регуляторов устанавливают второй каскад ПИД-регуляторов, также реализованный на базе АСУ ТП, который управляет расходом добытой смеси, поступающей на вход установки. Каждый из этих каскадов ПИД-регуляторов снабжают входом Start/Stop – Старт/Стоп, подав на который сигнал логический «ноль», АСУ ТП налагает запрет на работу каскада, а подав сигнал логическая «единица», включает его в работу.

При этом первый каскад ПИД-регуляторов управляет технологическим процессом с момента запуска установки в работу и до тех пор, пока рабочий орган КР, регулирующий расход газа, проходящего через турбину ТДА, не достигнет одного из своих крайних положений, полностью открыт или прикрыт до предельно допустимой величины. Как только рабочий орган этого КР окажется в одном из крайних положений, АСУ ТП блокирует работу первого каскада ПИД-регуляторов, подав на его вход Start/Stop сигнал логический «ноль». Одновременно АСУ ТП подает сигнал логическая «единица» на вход Start/Stop второго каскада ПИД-регуляторов, разрешив ему управлять расходом добытой газожидкостной смеси, поступающей на вход установки, с помощью КР, установленного на ее входе. Благодаря такому переключению АСУ ТП поддерживает заданную плотность НТК, подаваемого из РЖ в МКП. Осуществив переключение управления поддержания плотности НТК с одного каскада ПИД-регуляторов на другой, АСУ ТП генерирует сообщение оператору о переходе установки на новый режим работы.

АСУ ТП генерирует сообщение оператору установки с предложением запросить новые границы допустимых вариаций по добыче газоконденсатной смеси, поступающей на установку, в том случае, когда управление технологическим процессом низкотемпературной сепарации газа осуществляет второй блок ПИД-регуляторов и расход добываемой газоконденсатной смеси по установке вышел за рамки допустимых вариаций, заданных диспетчерской службой предприятия и/или ИУС верхнего уровня.

АСУ ТП переводит управление процессом низкотемпературной сепарации на первый каскад ПИД-регуляторов, если причина повышения температуры в низкотемпературном сепараторе, например, гидратообразование в ТО, будет устранена, и генерирует соответствующее сообщение оператору.

АСУ ТП генерирует сообщение оператору о необходимости принятия управленческого решения в случае, когда рабочий орган КР, стоящего на входе установки, дойдет до положения, при котором подача добытой газоконденсатной смеси на установку достигнет предельно допустимого верхнего значения или рабочий орган КР будет полностью открыт.

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 - АСУ ТП установки;

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

7 - ТО «газ-конденсат»;

8 - датчик давления, установленный в РЖ 9;

9 - РЖ;

10 - КР, стоящего на выходе РЖ 9;

11 - датчик плотности НТК, установленный на выходе РЖ 9;

12 - насосный агрегат;

13 - МКП;

14 - низкотемпературный сепаратор;

15 - датчик температуры, установленный в низкотемпературном сепараторе 14;

16 - ТДА;

17 - датчик частоты вращения ротора ТДА 16; 18-МГП;

19 - КР, управляющий расходом осушенного газа;

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

20 - сигнал с датчика 17 частоты вращения ротора ТДА 16, поступающий на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 28;

21 - сигнал с датчика 11 плотности НТК, поступающий на вход обратной связи PV ПИД-регуляторов 26 и 27;

22 - сигнал управления работой ПИД-регулятора 26, подаваемый АСУ ТП 5 на его вход Start/Stop;

23 - сигнал уставки плотности НТК, подаваемого в МКП 13, поступающий на вход задания SP ПИД-регуляторов 26 и 27;

24 - сигнал с датчика расхода 3, поступающий на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 29;

25 - сигнал управления работой ПИД-регулятора 27, подаваемый АСУ ТП 5 на его вход StartAStop;

26 - ПИД-регулятор задания скорости вращения ротора ТДА;

27 - ПИД-регулятор задания расхода газожидкостной смеси по установке;

28 - ПИД-регулятор, управляющего частотой вращения ротора ТДА 16;

29 - ПИД-регулятор управляющий расходом добытой газоконденсатной смеси по установке;

30 - управляющий сигнал, подаваемый ПИД-регулятором 28 на КР 19;

31 - управляющий сигнал, подаваемый ПИД-регулятором 29 на КР 2.

Способ автоматического поддержания плотности НТК с применением

ТДА на выходе установок северных нефтегазоконденсатных месторождений РФ реализуют следующим образом.

Добытая газожидкостная смесь через входную линию 1, оснащенную датчиком расхода 3, через КР 2 подается на вход сепаратора первой ступени сепарации 4, в котором происходит ее очищение от механических примесей, частичное выделение НТК и ВРИ, которые по мере накопления в нижней части сепаратора 4 отводят в РЖ 9. Частично очищенную от капельной влаги и пластовой жидкости газожидкостную смесь с выхода сепаратора 4 разделяют на два потока и подают их на входы первых секций ТО 6 «газ-газ» и ТО 7 «газ-конденсат» для предварительного охлаждения. Далее с выходов первых секций этих ТО, потоки газожидкостной смеси объединяют и подают на вход турбины ТДА 16, где в результате процесса адиабатического расширения происходит понижение температуры газожидкостной смеси. Рабочее колесо турбины ТДА 16 соединено валом с рабочим колесом компрессора и оснащено датчиком частоты вращения 17.

Необходимая температура в низкотемпературном сепараторе 14 автоматически поддерживается путем изменения холодопроизводительности ТДА 16, достигаемой управлением частотой вращения его ротора. Управление частотой вращения ротора производится путем регулирования степени расширения газа в ТДА с помощью управления расходом осушенного газа КР 19, установленного на выходе компрессора ТДА 16. С выхода турбины ТДА 16 охлажденную смесь подают в низкотемпературный сепаратор 14, оснащенный датчиком температуры 15. В сепараторе происходит окончательное отделение газа от НТК и ВРИ.

Осушенный и охлажденный газ с выхода низкотемпературного сепаратора 14 через вторую секцию ТО 6 «газ-газ» подают на вход компрессора ТДА 16. С выхода компрессора ТДА 16 газ через клапан-регулятор 19 подают в МГП 18 и далее потребителю. НТК и ВРИ, по мере накопления в нижней части сепаратора 14, отводят через вторую секцию ТО 7 «газ-конденсат» в РЖ 9, оснащенный датчиком давления 8. Поступающая в РЖ 9 из сепараторов смесь НТК и ВРИ подвергается разделению и дегазации. Поток выделившегося газа (выветренный газ) из РЖ 9 отводят через КР 10 для использования на собственные нужды, либо на компримирование для подачи в МГП 18, или на утилизацию. ВРИ отправляют на регенерацию ингибитора. НТК отводят по трубопроводу, оснащенному датчиком плотности 11, на вход насосного агрегата 12 для дальнейшей транспортировки по МКП 13 потребителям.

Плотность НТК, подаваемого в МКП 13, автоматически поддерживается путем изменения степени извлечения легких фракций НТК из газожидкостной смеси в низкотемпературном сепараторе 14. Это достигается корректировкой в нем температуры, реализуемой путем изменяя холодопроизводительности ТДА 16, осуществляемого управлением частотой вращения его ротора.

При запуске установки в работу АСУ ТП 5 на вход Start/Stop ПИД-регулятора 26 подает сигнал 22 логическая «единица», которая разрешает его работу, а на вход Start/Stop ПИД-регулятора 27 подает сигнал 25 логический «ноль», который запрещает его работу. В этом случае заданную температуру в низкотемпературном сепараторе 14 поддерживает каскад, состоящий из ПИД-регуляторов 26 и 28 следующим образом.

Значение требуемой плотности НТК, подаваемого в МКП 13, задает обслуживающий персонал в виде уставки - сигнал 23, который АСУ ТП подает на вход задания SP ПИД-регулятора 26 поддержания плотности НТК в МКП 13. На вход 21 обратной PV связи этого ПИД-регулятора подают значение фактической плотности НТК с датчика измерения плотности 11. В результате их обработки ПИД-регулятор 26 на своем выходе CV формирует значение уставки частоты вращения ротора ТДА 16, которую необходимо поддерживать. Эта уставка подается на вход задания SP ПИД-регулятора 28 поддержания частоты вращения ротора ТДА 16, а на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подают сигнал 20 значения частоты вращения ротора ТДА 16 с датчика 17. В результате обработки этих входных сигналов ПИД-регулятор 28 на своем выходе CV формирует сигнал 30 управления степенью открытия/закрытия КР 19, управляя тем самым скоростью вращения ротора ТДА 16, и, следовательно, температурой в сепараторе 14.

В случае, когда текущее значение плотности НТК превысит значение заданной уставки, то ПИД-регулятор 26 поддержания плотности НТК повышает значение уставки частоты вращения для ПИД-регулятора 28 поддержания частоты вращения ротора ТДА 16. В результате этого ПИД-регулятор 28 формирует соответствующий управляющий сигнал 30, который подается на исполнительный механизм КР 19. Клапан приоткроется, что приведет к повышению частоты вращения ротора ТДА 16, и, соответственно, температура в низкотемпературном сепараторе 14 понизится. А это приведет к увеличению выделения «легких» фракций из газожидкостной смеси, и плотность НТК понизится. В случае, когда плотность должна быть повышена, операция произойдет в обратном направлении.

Возможны случаи, когда рабочий орган КР 19 достигнет своего крайнего, заданного технологическим регламентом ограничения (положение открыт и положение прикрыт до заданного предельного значения), или температура в низкотемпературном сепараторе 14, контролируемая датчиком 15, достигнет предельного верхнего/нижнего значения, обозначенных в технологическом регламенте установки. В этих случаях подержание заданной плотности НТК, подаваемого в МПК 13 путем изменение нагрузки на компрессор ТДА 16, становится невозможным, и АСУ ТП 5 приступает к автоматическому изменению режима работы установки, которое осуществляется следующим образом. АСУ ТП 5 на вход Start/Stop ПИД-регулятора 26 подает сигнал логический «ноль», который налагает запрет на его работу и одновременно на вход Start/Stop ПИД-регулятора 27 подает сигнал логическая «единица», который разрешает ему работать (управлять с помощью КР 2 расходом газоконденсатной смеси, поступающей на вход установки). Так как на вход SP ПИД-регулятора 27 поступает сигнал 23 уставки плотности НТК, подаваемого в МКП 13, а на вход PV - сигнал 21 с датчика 11 плотности НТК, то на выходе CV ПИД-регулятора 27, в результате обработки указанных сигналов, формируется значение уставки расхода добытой газоконденсатной смеси по установке, которая подается на вход SP ПИД-регулятора 29, а на его вход обратной связи PV поступает сигнал 24 значения расхода добытой газоконденсатной смеси по установке с датчика 3. В результате обработки этих входных сигналов ПИД-регулятор 29 на своем выходе CV формирует сигнал 31 управления степенью открытия КР 2, управляя расходом добытой газоконденсатной смеси по установке в заданных рамках, установленных диспетчерской службой или информационной управляющей системой (ИУС) верхнего уровня. Это приведет к изменению степени расширения газа на рабочем колесе турбины ТДА 16, и, следовательно, к изменению значения температуры в сепараторе 14. И эти изменения система осуществляет до тех пор, когда плотность НТК станет соответствовать заданной.

При изменении режима работы установки, как при увеличении, так и при уменьшении ее производительности, АСУ ТП 5 генерирует соответствующее сообщение оператору установки, включающее значения новых параметров ее работы и фиксирует их в своей базе данных.

При выполнении операций с применением ПИД-регуляторов 27 и 29 АСУ ТП 5 с помощью датчика расхода 3 контролирует расход добытой газоконденсатной смеси по установке. Если расход добываемой газоконденсатной смеси по установке выйдет за рамки допустимых вариаций, заданных диспетчерской службой предприятия или ИУС верхнего уровня, АСУ ТП 5 генерирует соответствующее сообщение оператору установки с предложением запросить новые границы допустимых вариаций по добыче газоконденсатной смеси, поступающей на установку.

Если фактор, ставшей причиной повышения температуры в низкотемпературном сепараторе 14 будет устранен, например, гидратообразование в ТО, в этом случае АСУ ТП 5 подает на вход Start/Stop ПИД-регулятора 27 сигнал логический «ноль», который налагает запрет на подачу управляющего сигнала 31 с выхода CV ПИД-регулятора 29 на КР 2, а на вход Start/Stop ПИД-регулятора 26 - сигнал логическая «единица» и после чего температуру в низкотемпературном сепараторе 14 будет поддерживать каскад ПИД-регуляторов 26 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 он будет полностью открыт, т.е. будет установлена максимально допустимая производительность установки, заданная диспетчерской службой Предприятия и управление процессом с помощью КР 2 и КР 19 становится невозможным. В этом случае АСУ ТП 5 установки формирует сообщение оператору о необходимости принятия решения с учетом возникшей ситуации (реализовать предупреждение гидратообразования в ТО установки, изменить план производительности установки и т.д.).

Одновременно, в ходе технологического процесса, АСУ ТП 5 автоматически поддерживает определенное технологическим регламентом установки давление в РЖ 9, которое задает обслуживающий персонал в виде соответствующей уставки. Для этого АСУ ТП контролирует давление в РЖ 9 датчиком 8 и регулирует его, управляя степенью открытия КР 10. Благодаря этому обеспечивается требуемый подпор давления в РЖ 9, 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. Ресурс: http://www.bookasutp.ru/Chapter5_5.aspx#HandTuning.

Способ автоматического поддержания плотности НТК с применением ТДА на выходе установок северных нефтегазоконденсатных месторождений 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 НТК, 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, в частности к автоматическому поддержанию плотности нестабильного газового конденсата (НТК) с применением турбодетандерных агрегатов (ТДА) в установках низкотемпературной сепарации газа (далее установка) северных нефтегазоконденсатных месторождений (НГКМ) РФ, подаваемого в магистральный конденсатопровод (МКП). Способ включает очистку поступающей из добывающих скважин газоконденсатной смеси от механических примесей в сепараторе первой ступени сепарации и разделение газоконденсатной смеси на НТК, газ и водный раствор ингибитора (ВРИ), с последующим отводом НТК и ВРИ в разделитель жидкостей (РЖ). Далее из РЖ ВРИ отводят на регенерацию ингибитора в цех регенерации ингибитора, а НТК подается насосом в МКП. Газ выветривания из РЖ используют на собственные нужды, либо компримируют и закачивают в МГП, либо утилизируют. Плотность НТК контролирует АСУ ТП датчиком плотности НТК и управляет ей. Одновременно АСУ ТП контролирует температуру газа на выходе низкотемпературного сепаратора, автоматически поддерживая ее путем управления скоростью вращения ротора ТДА, которая задается каскадом из двух ПИД-регуляторов, реализованных на базе АСУ ТП установки. Для этого на вход задания SP ПИД-регулятора поддержания плотности НТК на выходе РЖ АСУ ТП подает сигнал уставки плотности НТК, значение которой задает обслуживающий персонал. А на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подают сигнал фактической плотности НТК с датчика, установленного на выходе РЖ. Сравнивая эти сигналы, ПИД-регулятор формирует на своем выходе CV сигнал уставки частоты вращения ротора ТДА, обеспечивающей необходимое охлаждение газожидкостной смеси, поступающей на вход низкотемпературного сепаратора, и гарантирующей достижение необходимой плотности НТК на выходе РЖ. Сигнал этой уставки с выхода CV поступает на вход задания SP ПИД-регулятора управления скоростью вращения ротора ТДА. Одновременно на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора, с датчика частоты вращения ротора ТДА, подают сигнал фактической скорости вращения ротора ТДА. Сравнивая поступающие на входы сигналы, ПИД-регулятор управления скоростью вращения ротора ТДА формирует на своем выходе CV сигнал управления КР, установленным на выходе с турбины ТДА. Параллельно указанному каскаду ПИД-регуляторов устанавливают второй каскад ПИД-регуляторов, также реализованный на базе АСУ ТП. Этот каскад управляет расходом добытой смеси, поступающей на вход установки. Каждый из этих двух каскадов ПИД-регуляторов снабжают входом Start/Stop, подав на который сигнал логический «ноль», АСУ ТП налагает запрет на работу каскада, а подав сигнал логическая «единица», включает его в работу. При этом первый каскад ПИД-регуляторов управляет технологическим процессом с момента запуска установки в работу и до тех пор, пока рабочий орган КР, регулирующий расход газа, проходящего через турбину ТДА, не достигнет одного из своих крайних положений, полностью открыт или прикрыт до предельно допустимой величины. Как только рабочий орган этого КР окажется в одном из крайних положений, АСУ ТП блокирует работу первого каскада ПИД-регуляторов, подав на его вход Start/Stop сигнал логический «ноль». Одновременно АСУ ТП подает сигнал логическая «единица» на вход Start/Stop второго каскада ПИД-регуляторов, разрешив ему управлять расходом добытой газожидкостной смеси, поступающей на вход установки, с помощью КР, установленного на ее входе. Благодаря такому переключению АСУ ТП поддерживает заданную плотность НТК, подаваемого из РЖ в МКП. Осуществив переключение управления поддержания плотности НТК с одного каскада ПИД-регуляторов на другой, АСУ ТП генерирует сообщение оператору о переходе установки на новый режим работы. Заявляемый способ позволяет повысить качество принятых управляющих решений на установке путем исключения человеческого фактора из управления технологическим процессом поддержания плотности НТК, снижение вероятности риска возникновения осложнений и аварий в МКП. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ автоматического поддержания плотности нестабильного газового конденсата с применением турбодетандерных агрегатов на выходе установок низкотемпературной сепарации газа северных нефтегазоконденсатных месторождений РФ, включающий очистку поступающей из добывающих скважин газоконденсатной смеси от механических примесей в сепараторе первой ступени сепарации и разделение газоконденсатной смеси на нестабильный газовый конденсат - НТК, газ и водный раствор ингибитора - ВРИ, с последующим отводом НТК и ВРИ в разделитель жидкостей - РЖ, из которого ВРИ отводят на регенерацию ингибитора, НТК подают насосом в магистральный конденсатопровод - МКП, а газ выветривания из РЖ используют на собственные нужды, либо компримируют и закачивают в магистральный газопровод - МГП, либо утилизируют, при этом плотность НТК контролирует автоматизированная система управления технологическими процессами - АСУ ТП датчиком плотности НТК и управляет ей, для чего АСУ ТП контролирует температуру газа в низкотемпературном сепараторе, автоматически поддерживая ее путем управления скоростью вращения ротора турбодетандера - ТДА, которую задает каскад из двух пропорционально-интегрально-дифференцирующих - ПИД регуляторов, реализованных на базе АСУ ТП установки, на вход задания - SP первого из которых, для поддержания плотности НТК на выходе РЖ, АСУ ТП подает сигнал уставки плотности НТК на выходе РЖ, значение которой задает обслуживающий персонал, а на вход обратной связи - PV этого же ПИД-регулятора подают сигнал фактической плотности НТК с датчика, установленного на выходе РЖ, и сравнивая эти сигналы, первый ПИД-регулятор формирует на своем выходе CV сигнал уставки частоты вращения ротора ТДА, обеспечивающей необходимое охлаждение газожидкостной смеси, поступающей на вход низкотемпературного сепаратора, и достижение необходимой плотности НТК на выходе РЖ, и сигнал этой уставки поступает на вход задания - SP второго ПИД-регулятора, управляющего скоростью вращения ротора ТДА, и одновременно на вход обратной связи - PV этого же ПИД-регулятора, с датчика частоты вращения ротора ТДА, поступает сигнал фактической скорости вращения ротора ТДА, и сравнивая эти сигналы второй ПИД-регулятор управляет скоростью вращения ротора ТДА, формируя на своем выходе CV сигнал управления клапаном-регулятором - КР, установленным на выходе с турбины ТДА, осуществляя управление расходом осушенного газа, выходящего из низкотемпературного сепаратора и проходящего через компрессор ТДА, при этом АСУ ТП одновременно контролирует давление в РЖ, автоматически поддерживая его значение, заданное технологическим регламентом установки, с помощью КР, установленного на выходе газа из РЖ, отличающийся тем, что параллельно указанному каскаду ПИД-регуляторов устанавливают второй каскад ПИД-регуляторов, также реализованный на базе АСУ ТП, который управляет расходом добытой смеси, поступающей на вход установки, и каждый из этих каскадов ПИД-регуляторов снабжают входом Старт/Стоп, подав на который сигнал логический «ноль», АСУ ТП налагает запрет на работу каскада, а подав сигнал логическая «единица», включает его в работу, при этом первый каскад ПИД-регуляторов управляет технологическим процессом с момента запуска установки в работу и до тех пор, пока рабочий орган КР, регулирующий расход газа, проходящего через турбину ТДА, не достигнет одного из своих крайних положений, полностью открыт или прикрыт до предельно допустимой величины, после чего АСУ ТП блокирует работу первого каскада ПИД-регуляторов, подав на его вход Старт/Стоп сигнал логический «ноль», и подает сигнал логическая «единица» на вход Старт/Стоп второго каскада ПИД-регуляторов, разрешив ему управлять расходом добытой газожидкостной смеси, поступающей на вход установки, с помощью КР, установленного на ее входе, и таким образом поддерживает заданную плотность НТК, подаваемого в МКП, и при этом переключении управления поддержания плотности НТК с одного каскада ПИД-регуляторов на другой АСУ ТП генерирует сообщение оператору о переходе установки на новый режим работы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что АСУ ТП генерирует сообщение оператору установки с предложением запросить новые границы допустимых вариаций по добыче газоконденсатной смеси, поступающей на установку, если управление технологическим процессом низкотемпературной сепарации газа осуществляет второй блок ПИД-регуляторов и расход добываемой газоконденсатной смеси по установке вышел за рамки допустимых вариаций, заданных диспетчерской службой предприятия и/или информационно-управляющей системой - ИУС верхнего уровня.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что АСУ ТП переводит управление процессом низкотемпературной сепарации на первый каскад ПИД-регуляторов, если причина повышения температуры в низкотемпературном сепараторе, например гидратообразование в рекуперативном теплообменнике - ТО, будет устранена, и генерирует соответствующее сообщение оператору.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что АСУ ТП генерирует сообщение оператору о необходимости принятия управленческого решения в случае, когда рабочий орган КР, стоящего на входе установки, дойдет до положения, при котором подача добытой газоконденсатной смеси на установку достигнет предельно допустимого верхнего значения или рабочий орган КР будет полностью открыт.