СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА, РАБОТАЮЩЕЙ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА РФ Российский патент 2022 года по МПК E21B43/34 F17D3/01 F25J3/08 

Изобретение относится к области добычи и подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту, в частности, к автоматическому поддержанию температурного режима технологических процессов установки низкотемпературной сепарации газа (далее установка), работающей в условиях Крайнего Севера РФ.

Известен способ автоматизации установки низкотемпературной сепарации газа [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.], который обеспечивает поддержание температуры сепарации на установке с помощью клапана-регулятора (КР), изменяющего расход холодного газа, отводимого от низкотемпературного сепаратора через теплообменник.

Недостатком данного способа является то, что поддержание температурного режима на установке регулируется количеством проходящего холодного газа через теплообменник, что может вызвать значительные колебания температуры осушенного газа, подаваемого в магистральный газопровод (МГП). Соответственно, отсутствует контроль и поддержание необходимой температуры осушенного газа и нестабильного газового конденсата (НГК), подаваемых в МГП и магистральный конденсатопровод (МКП) с целью защиты вечномерзлых грунтов от размораживания при подземной прокладке трубопроводов на Крайнем Севере РФ [см., например, стр. 33-34, Ананенков А.Г., Ставкин Г.П., Андреев О.П., Арабский А.К., Салихов З.С., Талыбов Э.Г. АСУ ТП газопромысловых объектов. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003. - 343 с: ил.; стр. 19; Дмитриев В.М., Ганджа Т.В. и др. Интеллектуализация управления технологическими процессами на углеводородных месторождениях. Томск: В-Спектр, 2012. - 212 с]. Кроме этого, изменение режима работы установки осуществляется вручную, что увеличивает вероятность принятия оперативным персоналом ошибочных действий, также возрастает инерционность реакции управления процессом на возмущающие факторы, влияющие на ход процесса подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту.

Известен способ автоматического поддержания температурного режима технологических процессов установки низкотемпературной сепарации газа с применением аппаратов воздушного охлаждения в условиях Крайнего Севера [см., патент РФ на изобретения №2685460], включающий в себя предварительную очистку добытой газоконденсатной смеси от механических примесей, отделение НГК и водного раствора ингибитора (ВРИ) в сепараторе первой ступени сепарации, из которого смесь НГК с ВРИ подают в разделитель жидкостей (РЖ). Выходящую из сепаратора смесь разделяют на два потока и охлаждают их в первых секциях рекуперативных теплообменников, далее ТО, «газ-газ» и ТО «газ-конденсат». При этом поток, поступающий в ТО «газ-конденсат» идет через КР расхода газоконденсатной смеси, который регулирует ее расход, обеспечивая поддержание заданной температуры НГК на выходе второй секции ТО «газ-конденсат». Далее потоки объединяют и охлаждают при их прохождении через штуцер-регулятор за счет адиабатического расширения. Далее, в низкотемпературном сепараторе осуществляют окончательное разделение газоконденсатной смеси на газ и смесь НГК с ВРИ, которую отводят в РЖ через вторую секцию ТО «газ-конденсат» для дегазации и разделения на фракции. НГК из РЖ подается насосом в МКП, поток выделенного газа - газ выветривания из РЖ транспортируют для утилизации или компримирования и подачи в МГП, а ВРИ направляют в цех регенерации ингибитора. Холодный осушенный газ, выходящий из низкотемпературного сепаратора, разделяют на два потока, один из которых подают на вход второй секции ТО «газ-газ», а второй - на байпас этой секции, оснащенный КР расхода газа, который изменяет соотношение проходящих потоков газа через ТО и байпас, обеспечивая в реальном масштабе времени коррекцию температуры осушенного газа, поступающего в МГП.

Недостатком данного способа является то, что его используют на стадии необходимости применения дополнительных источников холода для ведения технологических процессов на установке, когда не хватает энергии пласта.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ автоматического поддержания температурного режима установки низкотемпературной сепарации газа [см., например, стр. 112, Б.Ф. Тараненко, В.Т. Герман. Автоматическое управление газопромысловыми объектами. М., "Недра", 1976 г., 213 с], который включает автоматическое поддержание заданного значения температуры сепарации на установке путем управления перепадом давления на КР, играющего роль штуцера, установленного на входе в низкотемпературный сепаратор, а регулировку перепада давления осуществляют коррекцией давления на выходе первой ступени редуцирования установки.

Существенным недостатком данного способа является то, что этот способ не предусматривает контроль и поддержание заданной температуры осушенного газа/НТК, поступающего/подаваемого в МГП/МКП, с целью защиты вечномерзлых грунтов от размораживания при подземной прокладке трубопроводов на Крайнем Севере РФ [см. например, стр. 33-34, Ананенков А.Г., Ставкин Г.П., Андреев О.П., Арабский А.К., Салихов З.С., Талыбов Э.Г. АСУ ТП газопромысловых объектов. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003. - 343 с: ил.; стр. 19, Дмитриев В.М., Ганджа Т.В. и др. Интеллектуализация управления технологическими процессами на углеводородных месторождениях. Томск: В-Спектр, 2012. - 212 с]. Кроме этого, изменение режима работ установки, в случае возникновения такой необходимости, осуществляется вручную, что не позволяет оперативно реагировать на динамически изменяющиеся значения температурного режима технологических процессов установки и обеспечивать ее эффективную работу с учетом текущих вариаций внешних и внутренних возмущающих факторов, влияющих на ход процесса подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту. Также достаточно велика вероятность принятия оперативным персоналом ошибочных действий, которые могут привести к возникновению аварийных ситуаций.

Целью изобретения является повышение качества управления технологическим процессом по поддержанию температурного режима установки, работающей в условиях Крайнего Севера РФ, в рамках норм и ограничений, предусмотренных ее технологическим регламентом, и снижения роли человеческого фактора при управлении технологическим процессом по поддержанию температурного режима установки.

Техническими результатами, достигаемыми от реализации изобретения, является автоматическое поддержание температурного режима технологических процессов установки, работающей в условиях Крайнего Севера РФ с соблюдением технологических норм и ограничений, предусмотренных ее технологическим регламентом, с учетом различных режимов работы, при котором обеспечивается:

- поддержание заданного температурного режима технологических процессов установки, обеспечивающего ее эффективную работу;

- контроль и поддержание необходимой температуры осушенного газа/НГК, поступающего/подаваемого в МГП/МКП, с целью защиты вечномерзлых грунтов от размораживания при подземной прокладке трубопроводов.

Эффективность работы установки определяется значением перепада давления между ее входом и выходом - чем выше перепад давления, тем легче получить в результате дросселирования заданную (минусовую) температуру в низкотемпературном сепараторе установки. Очевидно, что на стадии нарастающей добычи газа месторождения (начальный период его эксплуатации), как правило, наличие высокого давления газа на входе установки позволяет поддерживать заданный режим ее работы за счет пластового давления (энергия пласта). Нежелательное изменение перепада давления между входом и выходом установки может возникать при изменении расхода газа, связанного с колебаниями потребления газа потребителями, при нарушении нормального режима работы фонда скважин, при образовании гидратов в теплообменниках и т.д.

Изменение перепада давления между входом и выходом установки напрямую влияет на температурный режим работы низкотемпературного сепаратора, для нивелирования которого требуется управлять работой установки с учетом изменений текущего перепада давления и всех упомянутых факторов. Автоматически управляя значением температуры газоконденсатной смеси, поступающей в низкотемпературный сепаратор, с учетом изменений перепада давлений между входом и выходом установки в реальном режиме ее работы, можно обеспечить поддержание необходимого температурного режима.

Как правило, на Крайнем Севере РФ используется подземная прокладка МГП и МКП. При такой прокладке на установке предусматривается круглогодичное охлаждение газа и газового конденсата до температуры -2°С, что исключает растепление многолетнемерзлых просадочных грунтов вокруг МГП и МКП. Благодаря этому значительно увеличивается надежность эксплуатации магистральных газо- и конденсатопроводов, а также снижается вероятность возникновения аварийных ситуаций с этими трубопроводами, способных привести к серьезным экологическим, людским и материальным потерям.

Установки, расположенные на Крайнем Севере РФ, в зависимости от складывающейся ситуации по подаче добываемой продукции потребителям, реализуют один из трех возможных видов их эксплуатации:

1. Поддерживает расход добываемой газоконденсатной смеси по установке, если нет пиковых нагрузок по осушенному газу или НГК.

2. Поддерживает расход осушенного газа по установке при пиковых нагрузках по осушенному газу, например, из-за наступления сильных холодов.

3. Поддерживает расход НГК по установке при появлении пиковых нагрузок по НГК, например, из-за аварий на других промыслах или из-за необходимости увеличения поставок потребителю.

Заявляемый способ обеспечивает автоматический контроль и поддержание заданного температурного режима на установках низкотемпературной сепарации газа, работающих в условиях Крайнего Севера РФ и реализующих второй вид эксплуатации, который предусматривает поддержание заданного расхода осушенного газа, поступающего в МГП. Способ включает поддержание необходимых значений температуры осушенного газа/НГК, поступающего/подаваемого в МГП/МКП, а также температуры в низкотемпературном сепараторе при автоматическом переключении технологического процесса на новый режим в случае возникновения такой потребности. Это повышает надежность эксплуатации установки и эффективность процесса подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что способ автоматического управления установкой низкотемпературной сепарации газа, работающей в условиях Крайнего Севера, включающий предварительную очистку добытой газоконденсатной смеси от механических примесей и отделение смеси НГК и ВРИ в сепараторе первой ступени сепарации. Эту смесь НГК и ВРИ из кубовой части этого сепаратора отводят в РЖ. Газоконденсатную смесь, выходящую из этого же сепаратора, разделяют на два потока и охлаждают их в первых секциях ТО «газ-газ» и ТО «газ-конденсат». Поток, поступающий в ТО «газ-конденсат» идет через КР расхода газоконденсатной смеси, который регулирует ее расход, обеспечивая поддержание заданной температуры смеси НГК и ВРИ на выходе второй секции ТО «газ-конденсат». Далее потоки, выходящие из первых секций ТО «газ-газ» и ТО «газ-конденсат» объединяют и подают на вход КР, выполняющий роль управляемого редуктора. На этом редукторе осуществляют адиабатическое расширение газоконденсатной смеси и направляют ее в низкотемпературный сепаратор. В нем осуществляют окончательное разделение газоконденсатной смеси на осушенный холодный газ и смесь НГК с ВРИ. Смесь НГК с ВРИ из кубовой части низкотемпературного сепаратора подают на вход второй секции ТО «газ-конденсат» и далее, в РЖ. В РЖ происходит ее дегазация и разделение на фракции, после чего НГК из РЖ подают насосом в МКП, поток выделенного газа - газ выветривания из РЖ транспортируют для утилизации или компримирования и подачи в МГП, а ВРИ направляют в цех регенерации ингибитора.

Холодный осушенный газ, выходящий из низкотемпературного сепаратора, разделяют на два потока, один из которых подают на вход второй секции ТО «газ-газ», а второй - на байпас этой секции, оснащенный КР расхода газа, который изменяет соотношение проходящих потоков газа через ТО и байпас. С помощью этого КР автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) регулирует соотношение потоков осушенного газа, проходящих через вторую секцию ТО «газ-газ» и байпас, обеспечивая в реальном масштабе времени коррекцию температуры осушенного газа до заданных значений, требуемых технологическим регламентом установки при подаче газа в МГП.

АСУ ТП с момента запуска установки в эксплуатацию реализует режим ее работы используя первоначально заданные значения уставок контролируемых параметров, которые вводят в базу данных (БД) АСУ ТП перед запуском установки в эксплуатацию. Но как только АСУ ТП обнаружит выход одного из контролируемых параметров за пределы установленных для него границ, нарушающий технологический регламент работы установки, АСУ ТП изменяет на один шаг значение уставки допустимого давления добываемой газоконденсатной смеси на входе установки. Изменять значение уставки допустимого давления разрешается в интервале, определяемом неравенством где минимально допустимое, а максимально допустимое значение уставки допустимого давления газоконденсатной смеси на входе установки. Величину шага изменения назначают из соотношения где n - число допустимых шагов изменения уставки Само изменение уставки АСУ ТП осуществляет в направлении, которое определяет возникшее нарушение для его устранения. При этом, после каждого шага АСУ ТП удерживает режим управления технологическими процессами установки с новым значением уставки в течение интервала времени не менее τ_const. Этого времени достаточно для завершения переходных процессов в системе, и оно является индивидуальной характеристикой установки, определяемой экспериментально. И если остальные контролируемые параметры технологического процесса за это время окажутся в пределах установленных им границ, то АСУ ТП фиксирует это значение в качестве новой уставки давления газоконденсатной смеси на входе установки как рабочее и продолжает работать с ней. Одновременно АСУ ТП генерирует сообщение оператору об автоматической смене режима работы установки и его новых характеристиках.

Перед запуском установки в эксплуатацию обслуживающий персонал вводит в БД АСУ ТП значения уставок контролируемых параметров. Среди них уставка допустимого давления газоконденсатной смеси на входе установки и значение шага ее изменения Одновременно вводят границы интервала допустимых изменений уставки от Также вводят уставку расхода осушенного газа по установке и границы допустимых вариаций ее фактического значения Вводят уставку температуры в низкотемпературном сепараторе и границы допустимых вариаций ее фактического значения Вводят уставку температуры осушенного газа, поступающего в МГП, и границы допустимых вариаций ее фактического значения . Вводят уставку температуры НГК, подаваемого в МКП, и границы допустимых вариаций ее фактического значения Вместе с ними в БД вводят значения предельно допустимого положения рабочих органов: КР, поддерживающего давление добытой газоконденсатной смеси на входе установки, и КР, управляющего давлением газоконденсатной смеси, поступающей в низкотемпературный сепаратор, разрешив их перемещение от установленных нижних значений до полностью открыт.И только после этого осуществляют запуск установки в эксплуатацию, технологические процессы которой ведет АСУ ТП. Для этого она использует четыре ПИД-регулятора, построенных на ее базе, каждый из которых с помощью подключенного к нему КР управляет своим параметром.

АСУ ТП формирует сообщение оператору установки для принятия решения по изменению режима работы кустов газодобывающих скважин, либо перехода на режим работы установки с подключением аппаратов воздушного охлаждения, либо турбодетандерных агрегатов, в зависимости от сезона года, чтобы обеспечить поступление в систему дополнительного холода. Такая ситуация возникает, если в режиме коррекции уставки с помощью КР, установленного на входе установки и управляющего расходом добытой газоконденсатной смеси по установке, будет выявлено то, что: достигнута одна из границ вариаций допустимого давления газоконденсатной смеси на входе установки либо рабочий орган этого КР перешел в состояние полностью открыт или достиг минимально допустимого положения.

На фиг.1 приведена принципиальная технологическая схема установки.

В ней использованы следующие обозначения:

1 - входная линия установки;

2 - КР, поддерживающий давление добытой газоконденсатной смеси на входе установки;

3 - датчик давления газоконденсатной смеси, установленный перед сепаратором 4 первой ступени сепарации;

4 - сепаратор первой ступени сепарации;

5 - КР расхода газоконденсатной смеси, проходящей через ТО 8 «газ-конденсат»;

6 - АСУ ТП установки;

7 - ТО «газ-газ»;

8 - ТО «газ-конденсат»;

9-РЖ;

10 - КР расхода осушенного газа, проходящего по байпасу второй секции ТО 7 «газ-газ»;

11 - редуцирующий КР газоконденсатной смеси, проходящего через установку;

12 - датчик температуры осушенного газа, поступающего в МГП;

13 - датчик расхода осушенного газа, поступающего в МГП;

14 - низкотемпературный сепаратор;

15 - датчик температуры, установленный в низкотемпературном сепараторе 14;

16 - насосный агрегат подачи НГК в МКП;

17 - датчик температуры НГК, подаваемого в МКП;

На фиг.2 приведена структурная схема автоматического управления температурой технологических процессов установки. В ней использованы следующие обозначения:

18 - сигнал с датчика расхода 13 осушенного газа, подаваемого в МГП, поступающий на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 26;

19 - сигнал уставки расхода осушенного газа, подаваемого в МГП, поступающий на вход задания SP ПИД-регулятора 26;

20 - сигнал с датчика температуры 12 осушенного газа, подаваемого в МГП, поступающий на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 27;

21 - сигнал уставки температуры осушенного газа, подаваемого в МГП, поступающий на вход задания SP ПИД-регулятора 27;

22 - сигнал с датчика температуры 17 НГК, подаваемого в МКП, подаваемый на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 28;

23 - сигнал уставки температуры НГК, подаваемого в МКП, поступающий на вход задания SP ПИД-регулятора 28;

24 - сигнал с датчика давления 3, установленного перед сепаратором 4, поступающий на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 29;

25 - сигнал уставки давления перед сепаратором 4, поступающий на вход задания SP ПИД-регулятора 29;

26 - ПИД-регулятор поддержания расхода осушенного газа, подаваемого в МГП;

27 - ПИД-регулятор поддержания температуры осушенного газа, подаваемого в МГП;

28 - ПИД-регулятор поддержания температуры НГК, подаваемого в МКП;

29 - ПИД-регулятор поддержания давления на входе установки;

30 - сигнал управления КР 11;

31 - сигнал управления КР 10;

32- сигнал управления КР 5;

33 - сигнал управления КР 2.

ПИД-регуляторы 26, 27, 28 и 29 реализованы на базе АСУ ТП 6.

Способ автоматического управления установкой низкотемпературной сепарации газа, работающей в условиях Крайнего Севера реализуют следующим образом.

Добываемая газоконденсатная смесь по входной линии 1 установки, оснащенной КР 2, поддерживающим давление добытой газоконденсатной смеси на входе установки и датчиком давления 3, поступает на вход сепаратора 4 первой ступени сепарации, в котором происходит ее первичное очищение от механических примесей и частичное отделение смеси НГК и ВРИ. По мере накопления в нижней части сепаратора 4 ее отводят в РЖ 9. Частично очищенную от капельной влаги и пластовой жидкости газоконденсатную смесь, выходящую из сепаратора 4, разделяют на два потока и подают их по трубопроводам для охлаждения на входы первых секций ТО 7 «газ-газ» и ТО 8 «газ-конденсат». При этом на вход ТО 8 «газ-конденсат» газоконденсатная смесь поступает через КР 5, который путем изменения ее расхода поддерживает заданную температуру НГК, подаваемого в МКП. Далее потоки газоконденсатной смеси, выходящие из первых секций ТО 7 «газ-газ» и ТО 8 «газ-конденсат», объединяют и подают на КР 11, который выполняет роль редуктора. В результате редуцирования на его выходе происходит охлаждение газожидкостной смеси, после чего ее подают в низкотемпературный сепаратор 14, оснащенный датчиком температуры 15. В этом сепараторе происходит окончательное отделение газа от НГК и ВРИ, смесь которых по мере накопления в его нижней части отводят через вторую секцию ТО 8 «газ-конденсат» в РЖ 9. Осушенный и охлажденный газ с выхода низкотемпературного сепаратора 14 разделяют на два потока, один из которых подают на вход второй секции ТО 7 «газ-газ», а второй направляют через ее байпас. КР 10 регулирует поток газа через байпас, изменяя его расход через вторую секцию ТО 7 «газ-газ», и обеспечивает поддержку заданной температуры осушенного газа, поступающего в МГП, который оснащен датчиками расхода 13 и температуры 12. Отводимую из сепараторов 4 и 14 смесь НГК с ВРИ подают в РЖ 9, где она подвергается разделению на фракции и дегазации. Поток выделенного газа (газ выветривания) из РЖ 9 отправляют на утилизацию или компримируют и подают в МГП. Поток НГК транспортируют либо на склад, либо при помощи насосного агрегата 16 подают в МКП, который оснащен датчиком температуры 17. Поток ВРИ подают на регенерацию в цех регенерации ингибитора.

Для поддержания заданного расхода осушенного газа, поступающего в МГП, АСУ ТП 6 использует ПИД-регулятора 26. Для этого АСУ ТП 6 на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подает сигнал 18 с датчика расхода 13 - значение фактического расхода осушенного газа. Одновременно АСУ ТП 6 на вход задания SP этого же ПИД-регулятора подает сигнал 19 - значение уставки расхода осушенного газа по установке. Ее величину устанавливает диспетчерская служба газодобывающего предприятия. Сравнивая эти два сигнала ПИД-регулятор 26 на своем выходе CV формирует сигнал 30, который управляет степенью открытия/закрытия КР 11, поддерживая установленный заданием расход осушенного газа, поступающего в МГП и температуру в низкотемпературном сепараторе 14.

Для поддержания температуры осушенного газа, поступающего в МГП, АСУ ТП 6 использует ПИД-регулятор 27. Для этого АСУ ТП 6 на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подает сигнал 20 - значение фактической температуры осушенного газа, измеряемое датчиком 12, установленным на входе в МГП. Одновременно АСУ ТП 6 на вход задания SP этого же ПИД-регулятора подает сигнал 21 - значение уставки температуры осушенного газа, поступающего в МГП, заданной в соответствие с технологическим регламентом установки. В результате обработки этих сигналов ПИД-регулятор 27 на своем выходе CV формирует сигнал 31, управляющий степенью открытия/закрытия КР 10, поддерживая температуру осушенного газа, поступающего в МГП путем регулирования его расхода через байпас второй секции ТО 7 «газ-газ».

Для поддержания температуры НГК, подаваемого в МКП, АСУ ТП 6 использует ПИД-регулятор 28. Для этого АСУ ТП 6 на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подает сигнал 22 - значение фактической температуры НГК, измеряемой датчиком 17, установленным на входе в МКП. Одновременно АСУ ТП 6 на вход задания SP этого же ПИД-регулятора подает сигнал 23 - значение уставки температуры НГК, подаваемого в МКП, заданной в соответствие с технологическим регламентом установки. В результате их обработки ПИД-регулятор 28 на своем выходе CV формирует сигнал 32, управляющий степенью открытия/закрытия КР 5, поддерживая температуру НГК, поступающего в МКП, путем регулирования расходом добываемой газоконденсатной смеси, проходящей через первую секцию ТО 8 «газ-конденсат».

Для поддержания давления газоконденсатной смеси на входе в сепаратор 4 АСУ ТП 6 использует ПИД-регулятор 29. Для этого АСУ ТП 6 на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подает сигнал 24 - значение фактического давления, измеряемое датчиком 3, установленным на входе сепаратора 4. Одновременно АСУ ТП 6 на вход задания SP этого же ПИД-регулятора подает сигнал 25 - значение уставки допустимого давления перед сепаратором 4 первой ступени сепарации, т.е. на входе установки. Ее значение задают в соответствие с технологическим регламентом установки. В результате их обработки ПИД-регулятор 29 на своем выходе CV формирует сигнал 33, управляющий степенью открытия/закрытия КР 2.

Перед запуском установки в работу обслуживающий персонал задает и вводит в БД АСУ ТП 6 ряд необходимых параметров. Среди них уставка - допустимое давление добываемой газоконденсатной смеси на входе установки, а также допустимые границы вариаций контролируемых параметров:

а) положение рабочего органа КР 2, которое может варьироваться от полностью открыт до прикрыт до строго заданного, нижнего значения . Интервал его допустимых перемещений задают в виде неравенства где текущее положение рабочего органа КР 2.

б) положение рабочего органа КР 11, которое может варьироваться от полностью открыт до прикрыт до строго заданного, нижнего значения . Интервал его допустимых перемещений задают в виде неравенства , где текущее положение рабочего органа КР 11. Вариации значения уставки - допустимое давление газоконденсатной смеси на входе установки задают в виде неравенства

где минимально допустимое, а максимально допустимое значение уставки допустимого давления газоконденсатной смеси на входе установки. При этом изменение уставки АСУ ТП 6 производит только в случае необходимости и пошагово, на величину которую назначают из соотношения где n - число разрешенных шагов изменения уставки

АСУ ТП 6 осуществляет управление пошаговым изменением уставки допустимого значения давления газоконденсатной смеси на входе установки с помощью КР 2, соблюдая одновременно требования системы из двух неравенств

АСУ ТП 6 управляет расходом осушенного газа по установке с помощью ПИД-регулятора 26, учитывая текущее положение рабочего органа КР 11 и допустимые вариаций расхода осушенного газа относительно его уставки, которые задают в виде неравенства

где минимально допустимое, а максимально допустимое значение расхода осушенного газа, поступающего в МГП. В результате АСУ ТП 6 реализует управление расходом осушенного газа по установке соблюдая требование одновременного соответствия системе из двух неравенств

В процессе эксплуатации установки, положение рабочих органов КР 5 и КР 10, в отличие от положения КР 2 и КР 11, может изменяться от полностью открыт до полностью закрыт.

Допустимые вариации значения температуры осушенного газа поступающего в МГП, относительно ее уставки задают неравенством

где минимально допустимое, а максимально допустимое значение температуры осушенного газа.

Допустимые вариации значения температуры НГК подаваемого в МКП, относительно ее уставки задают неравенством

где минимально допустимое, а максимально допустимое значение температуры НГК.

Допустимые вариации значения температуры в низкотемпературном сепараторе относительно ее уставки задают неравенством

где минимально допустимое, а максимально допустимое значение температуры в низкотемпературном сепараторе.

Обслуживающий персонал перед запуском установки в эксплуатацию вводит в БД АСУ ТП 6 первоначальные значения следующих параметров -степень открытия КР 2, КР 5, КР 10 и КР 11 и значения нижней границы положения рабочих органов КР 2 - S_{min_КР2} и КР 11 - S_{min_КР11}, а также первоначальные значения уставок для ПИД-регуляторов 26, 27, 28 и 29:

- расход осушенного газа по установке;

- температуру осушенного газа, поступающего в МГП;

- температуру НГК, подаваемого в МКП;

- температуру в низкотемпературном сепараторе;

- допустимое давление перед сепаратором первой ступени сепарации 4. При запуске установки в работу АСУ ТП 6 в реальном режиме времени осуществляет контроль положения рабочих органов КР 5, КР 10 и КР 11, а также расход осушенного газа, поступающего в МГП, с помощью датчика расхода 13, температуры в низкотемпературном сепараторе 14 с помощью датчика 15, температуры осушенного газа/НГК, поступающих/подаваемых в МГП/МКП, с помощью датчиков 12 и 17, соответственно.

Контролируя указанные параметры АСУ ТП 6 ведет управление технологическим процессом с учетом указанных выше ограничений и поддерживает стабильным выполнение заданного расхода осушенного газа по установке - базовый (основной) режим. Если в процессе работы не удастся удержать в заданных пределах расход осушенного газа, поступающего в МГП или заданную температуру в низкотемпературном сепараторе 14 или заданную температуру осушенного газа/НГК, поступающего/подаваемого в МГП/МКП, либо рабочий орган КР 5 или КР 10 или КР 11 перейдет в одно из своих крайних положений, то АСУ ТП 6 автоматически переводит установку на следующий режим работы, предусматривающий изменение значения уставки давления газоконденсатной смеси на входе установки в рамках допустимых вариаций. Этот режим АСУ ТП 6 реализует с помощью ПИД-регулятора 29 и управляемого им КР 2 в рамках ограничений, установленных системой неравенств (1), изменив значение первоначально заданной уставки по давлению на один шаг. Одновременно АСУ ТП 6 формирует сообщение оператору установки об автоматическом переводе установки на следующий режим работы.

Данный режим АСУ ТП 6 реализует, увеличивая/уменьшая значение уставки допустимого значения давления газоконденсатной смеси на входе установки, в зависимости от сложившейся ситуации в ту или иную сторону, до значения

Это новое значение уставки АСУ ТП 6 подает в виде сигнала 25 на вход SP ПИД-регулятора 29. Сравнивая ее значение с фактическим давлением на входе установки, поступающим от датчика 3 ПИД-регулятор 29 на своем выходе CV формирует управляющий сигнал 33 и задает соответствующее значение степени открытия/закрытия КР 2. Это ведет к изменению давления добываемой газоконденсатной смеси на входе в установку, что вызывает изменение перепада давления на редуцирующем КР 11. Благодаря этому произойдет, повышение/понижение температуры в низкотемпературном сепараторе 14, что, в свою очередь, приведет к устранению возникшего отклонения - повышению/понижению расхода осушенного газа, поступающего в МГП или температуры газа/НГК, поступающих в МГП/МКП.

Корректировку значения уставки давления на входе установки АСУ ТП 6 производит пошагово, в зависимости от направления возникшего нарушения и с учетом инерционности технологических процессов установки. Количество шагов n, перекрывающих весь интервал допустимых вариаций изменения уставки давления на входе установки как правило, назначают равным 10, по 5 шагов в каждую сторону от первоначально заданного значения. При этом на каждом шаге АСУ ТП 6 реализует режим управления технологическими процессами установки с новым значением уставки в течение интервала времени не менее являющегося индивидуальной характеристикой установки, определяемой экспериментально. В частности, для установок Заполярного нефтегазоконденсатного месторождения требуется время для завершения переходных процессов порядка 10 минут. Если при реализации первого или очередного шага удается устранить возникшее нарушение в ходе технологического процесса - восстановить заданный расход осушенного газа, поступающего в МГП или заданную температуру в низкотемпературном сепараторе 14, или заданную температуру осушенного газа/НГК, поступающего/подаваемого в МГП/МКП, либо вернуть рабочий орган КР 5 или КР 10 или КР 11 в его рабочий диапазон положений, то АСУ ТП 6 продолжает работать с этим новым значением уставки, зафиксировав ее значение в своей БД в качестве задания. В противном случае АСУ ТП 6 продолжит поиск, изменив значение уставки еще на один шаг.

Такой режиме коррекции уставки с помощью КР 2 позволяет АСУ ТП 6 многократно возвращаться к ранее реализованным режимам работы, в том числе и к первоначальному.

Если в режиме коррекции уставки с помощью КР 2 будет достигнута одна из границ допустимых вариаций давления на входе установки или либо рабочий орган КР 2 перейдет в состояние полностью открыт или , то АСУ ТП 6 формирует об этом сообщение оператору установки для принятия решения по изменению режима работы кустов газодобывающих скважин, либо перехода на режим работы установки с подключением турбодетандерных агрегатов.

Настройку используемых ПИД-регуляторов проводит обслуживающий персонал в момент запуска системы в работу под конкретный режим работы установки согласно методу, изложенному, например, в «Энциклопедии АСУ ТП», п. 5.5, ПИД-регулятор, ресурс:

http://www.bookasutp.ru/Chapter5_5.aspx#HandTuning.

Способ автоматического управления установкой низкотемпературной сепарации газа, работающей в условиях Крайнего Севера реализован в ПАО «Газпром» ООО «Газпром добыча Ямбург» на Заполярном нефтегазоконденсатном газоконденсатном месторождении на УКПГ 1 В и УКПГ 2 В. Результаты эксплуатации показали его высокую эффективность. Заявляемое изобретение может широко использоваться и на других действующих и вновь осваиваемых газоконденсатных месторождениях, расположенных в районах Крайнего РФ. Применение данного способа позволяет автоматически поддерживать температурный режим на установках в рамках технологических норм и ограничений, предусмотренных их технологическими регламентами, благодаря чему появляется возможность:

- удерживать в установленных рамках в автоматическом режиме динамически изменяющийся режим работы технологических процессов установки в рамках установленных границ, обеспечивая ее эффективную работу с учетом динамики текущих значений внешних и внутренних параметров;

- осуществлять контроль и поддержание заданного расхода осушенного газа, поступающего в МГП, а также температуры осушенного газа/НГК, поступающих/подаваемых в МГП/МКП, с целью защиты вечномерзлых грунтов от размораживания при подземной прокладке газо- и конденсатопроводов на Крайнем Севере РФ;

- практически минимизировать роль «человеческого фактора» при принятии управленческих решений в процессе эксплуатации установки.

Изобретение относится к области добычи и подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту. Способ автоматического управления установкой низкотемпературной сепарации газа (далее установка), работающей в условиях Крайнего Севера РФ, включает предварительную очистку добытой газоконденсатной смеси от механических примесей с отделением нестабильного газового конденсата (НГК) и водного раствора ингибитора (ВРИ) в сепараторе первой ступени сепарации, после чего смесь НГК и ВРИ из кубовой части этого сепаратора отводят в разделитель жидкостей (РЖ), а газоконденсатную смесь с выхода этого же сепаратора первой ступени сепарации разделяют на два потока и охлаждают их в первых секциях рекуперативных теплообменников (ТО) «газ-газ» и «газ-конденсат». Поток, поступающий в ТО «газ-конденсат», идет через клапан-регулятор (КР) расхода газоконденсатной смеси, который регулирует ее расход, обеспечивая поддержание заданной температуры НГК на выходе второй секции ТО «газ-конденсат», и далее потоки, выходящие из первых секций ТО «газ-газ» и ТО «газ-конденсат», объединяют и подают через КР, выполняющий роль управляемого редуктора, на котором осуществляют адиабатическое расширение газоконденсатной смеси, и направляют ее в оснащенный датчиком температуры низкотемпературный сепаратор, где осуществляют окончательное разделение газоконденсатной смеси на осушенный газ и смесь НГК с ВРИ, которую из кубовой части низкотемпературного сепаратора подают на вход второй секции ТО «газ-конденсат» и далее в РЖ, в котором выделяют НГК, ВРИ и газ выветривания, после чего НГК с помощью насосного агрегата подают в магистральный конденсатопровод – МКП, поток выделенного газа – газ выветривания из РЖ транспортируют для утилизации или компримирования и подачи в магистральный газопровод – МГП, ВРИ направляют в цех регенерации ингибитора. Холодный осушенный газ, выходящий из низкотемпературного сепаратора, разделяют на два потока, один из которых подают на вход второй секции ТО «газ-газ», а второй – на байпас этой секции, оснащенный КР расхода газа, который изменяет соотношение проходящих потоков газа через ТО и байпас, обеспечивая в реальном масштабе времени коррекцию температуры газа до заданных значений, требуемых технологическим регламентом установки при подаче газа в МГП. Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) с момента запуска установки в эксплуатацию реализует режим ее работы, используя первоначально заданные значения уставок контролируемых параметров, которые вводят в базу данных (БД) АСУ ТП перед запуском установки в эксплуатацию. Как только АСУ ТП обнаружит выход одного из контролируемых параметров за пределы установленных границ его допустимых вариаций относительно уставки, нарушающий технологический регламент работы установки, АСУ ТП пошагово изменяет значение уставки допустимого давления добываемой газоконденсатной смеси на входе установки на величину в интервале, определяемом неравенством где - минимально допустимое, а - максимально допустимое значение уставки допустимого давления газоконденсатной смеси на входе установки. Величину назначают из соотношения где n – число допустимых шагов изменения уставки и это изменение уставки АСУ ТП осуществляет в направлении, обеспечивающем устранение выявленного нарушения, и после каждого шага удерживает режим управления технологическими процессами установки с новым значением уставки в течение интервала времени не менее достаточного для завершения переходных процессов в системе и являющегося индивидуальной характеристикой установки, определяемой экспериментально. Если значения остальных контролируемых параметров технологического процесса за это время вернутся в пределы установленных для них границ допустимых вариаций, то АСУ ТП фиксирует это значение новой уставки давления газоконденсатной смеси на входе установки как рабочее и генерирует сообщение оператору об автоматической смене режима работы и его новых характеристиках, и далее АСУ ТП реализует вновь выбранный режим эксплуатации установки. В противном случае АСУ ТП изменяет значение уставки еще на один шаг в том же направлении. Технический результат заключается в повышении надежности эксплуатации установки и эффективности процесса подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ автоматического управления установкой низкотемпературной сепарации газа, далее установка, работающей в условиях Крайнего Севера РФ, включающий предварительную очистку добытой газоконденсатной смеси от механических примесей с отделением нестабильного газового конденсата – НГК и водного раствора ингибитора – ВРИ в сепараторе первой ступени сепарации, после чего смесь НГК и ВРИ из кубовой части этого сепаратора отводят в разделитель жидкостей – РЖ, а газоконденсатную смесь с выхода этого же сепаратора первой ступени сепарации разделяют на два потока и охлаждают их в первых секциях рекуперативных теплообменников, далее ТО, «газ-газ» и ТО «газ-конденсат», при этом поток, поступающий в ТО «газ-конденсат», идет через клапан-регулятор – КР расхода газоконденсатной смеси, который регулирует ее расход, обеспечивая поддержание заданной температуры НГК на выходе второй секции ТО «газ-конденсат», и далее потоки, выходящие из первых секций ТО «газ-газ» и ТО «газ-конденсат», объединяют и подают через КР, выполняющий роль управляемого редуктора, на котором осуществляют адиабатическое расширение газоконденсатной смеси, и направляют ее в оснащенный датчиком температуры низкотемпературный сепаратор, где осуществляют окончательное разделение газоконденсатной смеси на осушенный газ и смесь НГК с ВРИ, которую из кубовой части низкотемпературного сепаратора подают на вход второй секции ТО «газ-конденсат» и далее в РЖ, в котором выделяют НГК, ВРИ и газ выветривания, после чего НГК с помощью насосного агрегата подают в магистральный конденсатопровод – МКП, поток выделенного газа – газ выветривания из РЖ транспортируют для утилизации или компримирования и подачи в магистральный газопровод – МГП, ВРИ направляют в цех регенерации ингибитора, а холодный осушенный газ, выходящий из низкотемпературного сепаратора, разделяют на два потока, один из которых подают на вход второй секции ТО «газ-газ», а второй – на байпас этой секции, оснащенный КР расхода газа, который изменяет соотношение проходящих потоков газа через ТО и байпас, обеспечивая в реальном масштабе времени коррекцию температуры газа до заданных значений, требуемых технологическим регламентом установки при подаче газа в МГП, отличающийся тем, что автоматизированная система управления технологическими процессами – АСУ ТП с момента запуска установки в эксплуатацию реализует режим ее работы, используя первоначально заданные значения уставок контролируемых параметров, которые вводят в базу данных – БД АСУ ТП перед запуском установки в эксплуатацию, и как только АСУ ТП обнаружит выход одного из контролируемых параметров за пределы установленных границ его допустимых вариаций относительно уставки, нарушающий технологический регламент работы установки, АСУ ТП пошагово изменяет значение уставки допустимого давления добываемой газоконденсатной смеси на входе установки на величину в интервале, определяемом неравенством где - минимально допустимое, а - максимально допустимое значение уставки допустимого давления газоконденсатной смеси на входе установки, а величину назначают из соотношения где n – число допустимых шагов изменения уставки и это изменение уставки АСУ ТП осуществляет в направлении, обеспечивающем устранение выявленного нарушения, и после каждого шага удерживает режим управления технологическими процессами установки с новым значением уставки в течение интервала времени не менее достаточного для завершения переходных процессов в системе и являющегося индивидуальной характеристикой установки, определяемой экспериментально, и если значения остальных контролируемых параметров технологического процесса за это время вернутся в пределы установленных для них границ допустимых вариаций, то АСУ ТП фиксирует это значение новой уставки давления газоконденсатной смеси на входе установки как рабочее и генерирует сообщение оператору об автоматической смене режима работы и его новых характеристиках, и далее АСУ ТП реализует вновь выбранный режим эксплуатации установки, а в противном случае АСУ ТП изменяет значение уставки еще на один шаг в том же направлении.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед запуском установки в эксплуатацию обслуживающий персонал вводит в АСУ ТП значения уставок контролируемых параметров, а для уставки допустимое давление газоконденсатной смеси на входе установки дополнительно вводят значение шага ее изменения и границы интервала ее допустимых изменений от в которых АСУ ТП установки может ее менять в случае выявления такой необходимости, а также границы допустимых вариаций относительно уставок фактических значений расхода осушенного газа по установке, температуры в низкотемпературном сепараторе, температуры осушенного газа, поступающего в МГП, температуры НГК, подаваемого в МКП, и вместе с ними вводят значения предельно допустимого положения рабочих органов КР, поддерживающего давление добытой газоконденсатной смеси на входе установки, и КР, управляющего давлением газоконденсатной смеси, поступающей в низкотемпературный сепаратор, разрешив их перемещение от установленных нижних значений до полностью открыт, и после ввода всех указанных параметров в БД АСУ ТП осуществляют запуск установки в эксплуатацию, которую она ведет, используя четыре ПИД-регулятора, построенных на ее базе, каждый из которых с помощью подключенного к нему КР управляет своим параметром.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что АСУ ТП формирует сообщение оператору установки для принятия решения по изменению режима работы кустов газодобывающих скважин, либо перехода на режим работы установки с подключением аппаратов воздушного охлаждения, либо турбодетандерных агрегатов, в зависимости от сезона года, обеспечивающих поступление в систему дополнительного холода, если в режиме коррекции уставки с помощью КР, установленного на входе установки и поддерживающего давление добытой газоконденсатной смеси на входе установки, как только будет выявлено то, что достигнута одна из границ допустимых вариаций уставки давления добываемой газоконденсатной смеси на входе установки или либо рабочий орган этого КР перейдет в состояние полностью открыт или достигнет минимально допустимого положения.