СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА С АППАРАТАМИ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ НА СЕВЕРЕ РФ Российский патент 2022 года по МПК E21B43/34 F17D3/01 F25J3/08 

Описание патента на изобретение RU2783035C1

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), с применением аппаратов воздушного охлаждения (АВО), работающей в условиях 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 газа через теплообменник, что вызывает колебания температуры 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 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.].

Известен способ автоматизации 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 обеспечивает автоматическое поддержание заданного значения температуры сепарации на установке при помощи поддержания необходимого перепада давления на штуцере-регуляторе, установленном на входе в низкотемпературный сепаратор, путем коррекции давления на выходе первой ступени редуцирования установки.

Недостатком данного способа является то, что поддержание температурного режима на установке осуществляется путем регулирования перепада давления на редуцирующем КР, установленном на входе в низкотемпературный сепаратор установки. Это в свою очередь, накладывает ограничения на входное давление и расход газа по установке. Также этот способ не предусматривает контроль и поддержание необходимой температуры осушенного газа и НГК, подаваемых, соответственно, в МГП и МКП, с целью защиты вечномерзлых грунтов от размораживания при подземной прокладке трубопроводов на 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.].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ автоматического поддержания температурного режима технологических процессов установки низкотемпературной сепарации газа с применением АВО 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, охлаждения ее в АВО и разделения ее на газ и НГК в низкотемпературном сепараторе второй ступени сепарации. После этого НГК и ВРИ отводятся в разделитель жидкостей (РЖ) для дегазации, и далее НГК из РЖ подается насосом в МКП, поток выделенного газа - газ выветривания из РЖ транспортируется для утилизации или компримируется и подается в МГП, а ВРИ подается в цех регенерации ингибитора установки. Способ предусматривает подачу газоконденсатной смеси с выхода сепаратора первой ступени сепарации на вход АВО, управляемого отдельной системой автоматического управления (САУ) АВО, которые вместе обеспечивают необходимое понижение температуры газоконденсатной смеси на выходе АВО до заданных технологическим регламентом значений, если температура атмосферного воздуха гарантирует реализацию такого режима. После выхода с АВО охлажденную газоконденсатную смесь разделяют на два потока и подают для дополнительного охлаждения через трубопровод на вход первой секции рекуперативного теплообменника, далее ТО, «газ-газ» и на вход первой секции ТО «газ-конденсат» через КР расхода газоконденсатной смеси. Этот КР, регулируя расход газоконденсатной смеси, проходящей через него, обеспечивает поддержание заданной температуры НГК на выходе второй секции ТО «газ-конденсат». Далее потоки газоконденсатной смеси с выходов первых секций этих ТО объединяют и через КР, выполняющий роль управляемого редуктора, подают в низкотемпературный сепаратор газа, оснащенный датчиком температуры. В этом сепараторе она окончательно разделяется на осушенный холодный газ и смесь НГК и ВРИ. Эту смесь подают на вход второй секции ТО «газ-конденсат» и далее в РЖ для разделения на компоненты. Холодный 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, необходимую для подачи его в МГП.

Существенным недостатком данного способа является то, что изменение режима работы установки в случаях достижения температуры осушенного газа/НТК, поступающего/подаваемого в МГП/МКП, а также в низкотемпературном сепараторе своих предельных значений - верхнего либо нижнего, обозначенных в технологическом регламенте установки, осуществляется вручную оператором, что снижает качество управления технологическим процессом.

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

Техническим результатом, достигаемым от реализации заявляемого способа, является повышение качества управления технологическим процессом по поддержанию температурного режима установки с применением АВО, работающих в условиях Севера РФ путем исключения человеческого фактора при принятии управленческих решений по управлению технологическим процессом с учетом норм и ограничений, предусмотренных ее технологическим регламентом на различных режимах ее работы, обеспечивая:

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

- контроль и поддержание необходимой температуры осушенного газа и НГК, подаваемых, соответственно, в МГП и МКП, с целью защиты вечномерзлых грунтов от размораживания при подземной прокладке газопроводов на Севере РФ.

Эффективность работы установки низкотемпературной сепарации газа 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 жизненного цикла месторождений с нарастающей добычей газа, характеризуемой его высоким давлением на входе установки, заданный режим ее работы удается поддерживать за счет пластового давления (энергия пласта). На стадиях жизненного цикла месторождений с постоянной и падающей добычей газа, а таких на Севере РФ в настоящее время достаточно много, перепад давления между входом и выходом установки падает из-за снижения пластового давления. В этом случае обеспечить заданный температурный режим в низкотемпературном сепараторе установки удается за счет привлечения дополнительного источника холода. В природно-климатических условиях Севера РФ, учитывая, что около восьми месяцев в году стоят устойчивые холода, в качестве дополнительного источника холода в этот период используют АВО. Управляя с помощью АВО температурой добываемой газоконденсатной смеси можно компенсировать недостающую часть холода, определяемую снижением перепада давления между входом и выходом установки. В результате достаточно длительное время удается поддерживать необходимый температурный режим работы установки за счет использования потенциала атмосферного воздуха как хладагента, снижая себестоимость добычи газа.

К тому же, как правило, на Севере РФ используется подземная прокладка МГП и МКП в многолетнемерзлых грунтах, которые в случае оттаивания становятся просадочными и могут разрушить МГП и МКП. Для исключения этого на установке предусматривается круглогодичное охлаждение газа и газоконденсата до температуры -2°С, что значительно увеличивает надежность эксплуатации МГП и МКП, и снижает вероятность возникновения аварийных ситуаций, способных привести к серьезным экологическим, людским и материальным потерям.

Кроме этого, установки, расположенные на 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 с АВО, работающих в условиях Севера РФ и реализующих первый вид эксплуатации, который предусматривает выполнение плана по добыче газоконденсатной смеси. Способ включает поддержание необходимого значения температуры осушенного газа/НГК, поступающего/подаваемого в МГП/МКП, а также температуру 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 с аппаратами воздушного охлаждения на Севере РФ, включает 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 сепаратора отводят в РЖ, а газоконденсатную смесь с выхода сепаратора первой ступени сепарации подают на вход АВО, который автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) включает в работу при достижении заданного перепада температур газоконденсатной смеси и воздуха атмосферы. Для этого АСУ ТП подает соответствующий сигнал на вход САУ АВО, которая управляет работой АВО, обеспечивая понижение температуры газоконденсатной смеси на его выходе до заданных значений, необходимых для поддержания требуемой температуры в низкотемпературном сепараторе. Далее, предварительно охлажденную в АВО газоконденсатную смесь разделяют на два потока. Первый из этих потоков направляют в трубное пространство первой секции ТО «газ-газ», где его охлаждают встречным потоком осушенного газа, поступающего из низкотемпературного сепаратора и проходящего через вторую секцию ТО «газ-газ». Второй поток газоконденсатной смеси через КР подают в трубное пространство первой секции ТО «газ-конденсат», где его охлаждают встречным потоком смеси НГК и ВРИ, отводимой с кубовой части низкотемпературного сепаратора и проходящей через вторую секцию ТО «газ-конденсат». При этом расход газоконденсатной смеси по этим потокам распределяет АСУ ТП с помощью КР, установленного на входе первой секции ТО «газ-конденсат», таким образом, чтобы температура НГК, поступающего в МКП, находилась в заданном технологическим регламентом диапазоне. Эти два потока газоконденсатной смеси, после их выхода 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 оснащенный датчиком температуры низкотемпературный сепаратор, в котором производят 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 котором выделяют НГК, ВРИ и газ выветривания. НГК с помощью насосного агрегата подают из РЖ в МКП. ВРИ направляют в цех регенерации ингибитора установки. Газ выветривания отправляют на утилизацию или закачивают в МГП.

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. С помощью этого КР 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.

При этом АСУ ТП в тандеме с САУ АВО с момента запуска установки в эксплуатацию поддерживают расход добываемой газоконденсатной смеси по установке и реализуют план добычи НГК. Для этого АСУ ТП использует первоначально заданные значения уставок контролируемых параметров и границы их допустимых отклонений от значения уставок, 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, нарушающий технологический регламент работы установки, АСУ ТП начинает пошагово изменять значение уставки плана расхода добываемой газоконденсатной смеси QГКС_ПЛАН по установке. Изменять эту уставку разрешено в интервале, определяемом неравенством Qmin_ГКС ≤ QГКС_ПЛАН ≤ Qmax_ГКС, где Qmin_ГКС - минимально допустимое, а Qmax_ГКС - максимально допустимое значение расхода добываемой газоконденсатной смеси по установке. Величину шага ΔQГКС_ПЛАН изменения этой уставки назначают из соотношения где n - число допустимых шагов ее изменения. При этом изменение уставки АСУ ТП осуществляет в направлении, обеспечивающем купирование выявленного нарушения регламента эксплуатации установки. После каждого шага изменения значения уставки АСУ ТП удерживает режим управления технологическими процессами установки с новым значением уставки в течение интервала времени не менее τconst, являющегося индивидуальной характеристикой установки, определяемой экспериментально. И если все контролируемые параметры технологического процесса за это время окажутся в пределах установленных им границ, АСУ ТП фиксирует это новое значение уставки плана расхода добываемой газоконденсатной смеси как рабочее и генерирует сообщение оператору об автоматической смене режима работы установки и его новых характеристиках. Далее АСУ ТП в тандеме с САУ АВО реализуют вновь выбранный режим эксплуатации установки. В противном случае АСУ ТП изменяет значение уставки еще на один шаг в том же направлении.

Перед запуском установки в эксплуатацию обслуживающий персонал вводит в БД АСУ ТП значение уставки плана добычи газоконденсатной смеси по установке QГКС_ПЛАН и значение величины шага его изменения ΔQГКС_ПЛАН с границами интервала допустимых изменений плана от Qmin_ГКС до Qmax_ГКС. Вводит значения: уставки температуры в низкотемпературном сепараторе и границы интервала допустимых изменений фактической температуры ТНС от нее, заданные неравенством Т°Cmin_HC ≤ T°СНС ≤ T°Cmax_HC; уставки температуры осушенного газа, поступающего в МГП, и границы интервала допустимых изменений фактической температуры Т°СОГ от нее, заданных неравенством Т°Cmin_ОГ ≤ Т°СОГ ≤ Т°Cmax_ОГ; уставки температуры НГК, подаваемого в МКП, и границы интервала допустимых изменений фактической температуры Т°СНГК от нее, заданных неравенством Т°Cmin_НГК ≤ Т°СНГК ≤ Т°Cmax_НГК.

Устанавливают границы допустимого перемещения SКР 2 рабочего органа КР, управляющего расходом добытой газоконденсатной смеси по установке, от значения Smin_KP 2 – «минимально открыт» и до «полностью открыт». После ввода в БД АСУ ТП указанных параметров осуществляют запуск установки в эксплуатацию. С этого момента АСУ ТП ведет технологические процессы установки используя четыре ПИД-регулятора, построенные на ее базе, каждый из которых согласно заданному алгоритму с помощью подсоединенного к нему КР управляет своим параметром.

В случае исчерпания возможностей поддерживать этот вид эксплуатации установки АСУ ТП формирует сообщение оператору о необходимости принятия решения по изменению режима работы кустов газодобывающих скважин, либо режима работы установки с подключением турбодетандерных агрегатов. Соответствующее сообщение генерируется если в режиме коррекции уставки QГКС_ПЛАН с помощью КР, установленного на входе установки и управляющего расходом добытой газоконденсатной смеси, будет выявлено то, что достигнута одна из границ допустимых вариаций расхода добываемой газоконденсатной смеси Qmin_ГКС или Qmax_ГКС, либо рабочий орган этого КР перейдет в положение «полностью открыт» или достигнет минимально допустимого положения Smin_КР2.

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

1 - входная линия установки;

2 - КР расхода добытой газоконденсатной смеси по установке;

3 - датчик расхода добываемой газоконденсатной смеси по установке;

4 - сепаратор первой ступени сепарации;

5 - датчик температуры газа на входе АВО;

6 - датчик температуры наружного воздуха;

7 - САУ АВО газа;

8 - АВО;

9 - датчик температуры газа на выходе АВО;

10 - КР расхода газоконденсатной смеси, проходящий через ТО «газ-конденсат» 13;

11 - АСУ ТП установки;

12 - ТО «газ-газ»;

13 - ТО «газ-конденсат»;

14 - КР расхода осушенного газа, проходящего по байпасу второй секцию ТО «газ-газ» 12;

15 - РЖ;

16 - редуцирующий КР газоконденсатной смеси, проходящего через установку;

17 - датчик температуры осушенного газа, поступающего в МГП;

18 - низкотемпературный сепаратор;

19 - датчик температуры, установленный в низкотемпературном сепараторе 18;

20 - насосный агрегат подачи НГК в МКП;

21 - датчик температуры НГК, подаваемого в МКП;

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

22 - сигнал с датчика расхода 3 добытой газоконденсатной смеси по установке, поступающий на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 30;

23 - сигнал уставки расхода добытой газоконденсатной смеси по установке, поступающий на вход задания SP ПИД-регулятора 30;

24 - сигнал с датчика температуры 17 осушенного газа, подаваемого в МГП, поступающий на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 31;

25 - сигнал уставки температуры осушенного газа, подаваемого в МГП, поступающий на вход задания SP ПИД-регулятора 31;

26 - сигнал с датчика температуры 21 НГК, подаваемого в МКП, поступающий на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 32;

27 - сигнал уставки температуры НГК, подаваемого в МКП, поступающий на вход задания SP ПИД-регулятора 32;

28 - сигнал с датчика температуры 19, установленного в низкотемпературном сепараторе 18, поступающий на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 33;

29 - сигнал уставки температуры в низкотемпературном сепараторе 18, поступающий на вход задания SP ПИД-регулятора 33;

30 - ПИД-регулятор поддержания расхода добываемой газоконденсатной смеси по установке;

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

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

33 - ПИД-регулятор поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе 18;

34 - сигнал управления КР 2;

35 - сигнал управления КР 14;

36 - сигнал управления КР 10;

37 - сигнал уставки для САУ АВО 7.

ПИД-регуляторы 30, 31, 32 и 33 реализованы на базе АСУ ТП 11. Способ автоматического управления установкой низкотемпературной сепарации газа с АВО на Севера РФ, реализуют следующим образом.

Добываемая газоконденсатная смесь по входной линии 1 установки, оснащенной датчиком расхода 3 и КР 2, поступает на вход сепаратора первой ступени сепарации 4, в котором происходит ее первичное очищение от механических примесей и частичное отделение НГК и ВРИ. По мере накопления НГК и ВРИ в нижней части сепаратора первой ступени сепарации 4, их отводят в РЖ 15. Частично очищенная от капельной влаги и пластовой жидкости газоконденсатная смесь с выхода сепаратора первой ступени сепарации 4 по трубопроводу поступает на вход АВО 8, где происходит ее предварительное (промежуточное) охлаждение за счет теплообмена с воздушной средой. Очевидно, что такой режим работы установки актуален только тогда, когда температура наружного воздуха ниже температуры газоконденсатной смеси на входе в АВО. Эти параметры измеряет и контролирует разницу между ними САУ АВО 7, используя датчики температуры 5, 6, а ее минимально допустимое значение задается при настройке САУ АВО 7 с учетом паспортных данных АВО 8 перед запуском установки в работу. Газоконденсатную смесь с выхода АВО 8 разделяют на два потока и подают их для дальнейшего охлаждения на входы первых секций ТО 12 «газ-газ» и ТО 13 «газ-конденсат». При этом на вход ТО 13 газоконденсатная смесь поступает через КР 10 расхода газоконденсатной смеси, который путем изменения ее расхода поддерживает заданную температуру НГК, подаваемого в МКП. Далее потоки газоконденсатной смеси, выходящие из первых секций ТО 12 и ТО 13, объединяют и подают на КР 16, который выполняет роль редуктора. В результате редуцирования на его выходе происходит охлаждение газожидкостной смеси, после чего ее подают в низкотемпературный сепаратор 18, оснащенный датчиком температуры 19. В этом сепараторе происходит окончательное отделение газа от НГК и ВРИ с примесями, которые по мере накопления в нижней части сепаратора их отводят через вторую секцию ТО 13 «газ-конденсат» в РЖ 15. Осушенный и охлажденный газ с выхода низкотемпературного сепаратора 18 разделяют на два потока, один из которых подают на вход второй секции ТО 12 «газ-газ», а второй направляют через ее байпас. КР 14 регулирует поток газа через байпас, изменяя его расход через вторую секцию ТО 12, и обеспечивает поддержку заданной температуры осушенного газа, поступающего в МГП, который оснащен датчиком температуры 17. Отводимая в РЖ 15 из сепараторов 4 и 18 смесь НГК с ВРИ подвергается разделению на фракции и дегазации. Поток выделенного газа (газ выветривания) из РЖ 15 отправляют на утилизацию или компримируют и подают в МГП. Поток НГК транспортируют либо на склад, либо при помощи насосного агрегата 20 подают в МКП, который оснащен датчиком температуры 21. Поток ВРИ подают на регенерацию в цех регенерации ингибитора.

Реализуя данный способ, АСУ ТП 8 в тандеме с САУ АВО 7 решает следующие задачи:

а) Производит оценку, когда именно можно использовать АВО 8 для обеспечения заданной температуры в низкотемпературном сепараторе 18, в соответствии с технологическим регламентом установки. Для этого САУ АВО 7 в реальном масштабе времени с заданной дискретностью измеряет температуру окружающего воздуха Ток.воздух датчиком 6, а датчиком 5 температуру Твх.АВО газоконденсатной смеси, поступающей на вход АВО 8, и передает эти значения в АСУ ТП 11. Используя результаты этих измерений, АСУ ТП 11 следит за соблюдением условия:

Твх.АВО - Ток.воздух > ΔТдоп.,

где ΔТдоп. - разность температур, начиная с которой можно использовать АВО 8 для поддержания температурного режима технологических процессов, реализуемых на установке, значение которой определяют исходя из паспортных данных АВО 8.

В случае нарушения указанного неравенства АСУ ТП 11 установки формирует сообщение оператору о достижении граничного значения использования АВО 8 и необходимости принятия решения об изменении режима работы установки (переход на турбодетандерный режим охлаждения, изменению режима работы кустов газодобывающих скважин и т.д.).

б) Поддерживает заданное значение температуры в низкотемпературном сепараторе 18 путем регулирования степенью охлаждения газоконденсатной смеси, проходящей через АВО 8. Для этого САУ АВО 7 измеряет температуру этой смеси на выходе АВО 8 с помощью датчика 9 и управляет тепловой производительностью АВО 8, изменяя частоту вращения колес, угол наклона лопастей и порядок включения вентиляторов, меняя положение шторок жалюзи, количество и порядок задействованных секций вентиляторов. Для этого параметры этой системы подбирают при проектировании с учетом производительности АВО и климатических условий месторасположения установки. Также САУ АВО 7 обеспечивает защиту АВО 8.

Для поддержания заданного расхода добываемой газоконденсатной смеси по установке, поступающей в сепаратор первой ступени сепарации 4, АСУ ТП 11 использует ПИД-регулятора 30. Для этого на его вход задания SP АСУ ТП 11 подает сигнал 23 - значение уставки расхода добываемой газоконденсатной смеси по установке. Ее величину устанавливает диспетчерская служба газодобывающего предприятия. Одновременно АСУ ТП 11 на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подает сигнал 22 с датчика расхода 3 - значение фактического расхода добываемой газоконденсатной смеси по установке. Сравнивая эти два сигнала ПИД-регулятор 30 на своем выходе CV формирует сигнал 34, который управляет степенью открытия/закрытия КР 2, поддерживая установленный заданием расход добываемой газоконденсатной смеси, поступающей на вход сепаратора 4 первой ступени сепарации.

Для поддержания температуры осушенного газа, поступающего в МГП, АСУ ТП 11 использует ПИД-регулятор 31. Для этого АСУ ТП 11 подает на его вход задания SP сигнал 25 - значение уставки температуры осушенного газа, подаваемого в МГП, заданной в соответствие с технологическим регламентом установки. Одновременно АСУ ТП 11 на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подает сигнал 24 - значение фактической температуры осушенного газа, измеряемое датчиком 17, установленным на входе в МГП. В результате обработки этих сигналов ПИД-регулятор 31 на своем выходе CV формирует сигнал 35, управляющий степенью открытия/закрытия КР 14, поддерживая температуру осушенного газа, поступающего в МГП путем регулирования его расхода через байпас второй секции ТО 12 «газ-газ».

Для поддержания температуры НГК, подаваемого в МКП, АСУ ТП 11 использует ПИД-регулятор 32. Для этого АСУ ТП 11 на его вход задания SP подает сигнал 27 - значение уставки температуры НГК, подаваемого в МКП, заданной в соответствие с технологическим регламентом установки. Одновременно АСУ ТП 11 на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подает сигнал 26 - значение фактической температуры НГК, измеряемой датчиком 21, установленным на входе в МКП. В результате их обработки ПИД-регулятор 32 на своем выходе CV формирует сигнал 36, управляющий степенью открытия/закрытия КР 10, поддерживая температуру НГК, поступающего в МКП, путем регулирования расходом добываемой газоконденсатной смеси, проходящей через первую секцию ТО 13 «газ-конденсат».

Для поддержания температуры газоконденсатной смеси в низкотемпературном сепараторе 18 АСУ ТП 11 использует ПИД-регулятор 33. Для этого АСУ ТП 11 на его вход задания SP подает сигнал 29 - значение уставки температуры в низкотемпературном сепараторе 18, заданной в соответствие с технологическим регламентом установки. Одновременно АСУ ТП 11 на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора подает сигнал 28 - значение фактической температуры, измеряемое датчиком 19, установленным в низкотемпературном сепараторе 18. В результате их обработки ПИД-регулятор 33 на своем выходе CV формирует сигнал 37, задающий значение температуры добываемой газоконденсатной смеси на выходе АВО 8, который в виде уставки подают на вход САУ АВО 7, которая использует его и контролируемые ей параметры для управления тепловой производительностью АВО 8.

Обслуживающий персонал перед запуском установки в эксплуатацию вводит в БД АСУ ТП 11 первоначальные значения следующих параметров - степень открытия КР 2, КР 10, КР 14, редуцирующего КР 16 и нижнюю границу вариаций положения рабочего органа КР 2 - Smin_КР2, а также значения уставок для ПИД-регуляторов 30, 31, 32, 33:

- план расхода добытой газоконденсатной смеси по установке QГКС_ПЛАН;

- температура осушенного газа Т°Суставка_ОГ, поступающего в МГП;

- температура НГК Т°Суставка_НГК, подаваемого в МКП;

- температура в низкотемпературном сепараторе - Т°Суставка_НС.

Кроме этого обслуживающий персонал вводит в БД АСУ границы допустимых изменений и ограничения для ряда параметров, необходимых для ее работы:

а) уставка плана добычи газоконденсатной смеси QГКС_ПЛАН и ее допустимые вариации от Qmin_ГКС - минимально допустимое значение, и до Qmax_ГКС - максимально допустимое значение уставки. При этом разрешают АСУ ТП производить изменение уставки QГКС_ПЛАН только в случае необходимости и пошагово, на величину ΔQГКС_ПЛАН, которую назначают из соотношения где n - число допустимых шагов изменения уставки QГКС_ПЛАН. В дополнение к этому вводят границы допустимых положений SКР 2 рабочего органа КР 2, которые могут варьироваться от «полностью открыт» до «прикрыт до строго заданного, нижнего значения Smin_КР 2». В результате АСУ ТП 11 ограничивает работу КР 2 требованием одновременно соблюдать систему из двух неравенств с возможностью пошагового изменения уставки плана добычи газоконденсатной смеси

б) уставка температуры осушенного газа, поступающего в МГП, и границы, в которых должна находиться фактическая температура Т°СОГ осушенного газа, которые задают неравенством

Т°Cmin_ОГ ≤ Т°СОГ ≤ Т°Cmax_ОГ,

где Т°Cmin_ОГ минимально допустимое, а Т°Cmax_ОГ максимально допустимое значение температуры осушенного газа.

в) уставка температуры НГК, поступающего в МКП и границы, в которых должна находиться фактическая температура Т°СНГК НГК, которые задают неравенством

Т°Cmin_НГК ≤ Т°СНГК ≤ Т°Cmax_НГК,

где T°Cmin_НГК минимально допустимое, а Т°Cmax_НГК максимально допустимое значение температуры НГК.

г) уставка температуры в низкотемпературном сепараторе и границы, в которых должна находиться фактическая температура Т°СНС в нем, которые задают неравенством

Т°Cmin_НС ≤ Т°СНС ≤ Т°Cmax_HC,

где T°Cmin_HC минимально допустимое, а Т°Cmax_НС максимально допустимое значение температуры в низкотемпературном сепараторе.

В процессе эксплуатации установки, положение рабочих органов КР 10 и КР 14, в отличие от положения КР 2, может изменяться от «полностью открыт» до «полностью закрыт».

Уставка плана расхода добываемой газоконденсатной смеси по установке QГКС_ПЛАН в виде сигнала 23 поступает на вход задания SP ПИД-регулятора 30, а уставки температур в виде сигналов 25, 27 и 29 АСУ ТП 11 подает на вход задания SP ПИД-регуляторов 31, 32 и 33, соответственно, которые управляют температурами в МГП, МКП и в низкотемпературном сепараторе 18.

В процессе эксплуатации установки АСУ ТП 11 в реальном режиме времени осуществляет контроль положения рабочих органов КР 2, КР 10, КР 14, а также температуры в низкотемпературном сепараторе 18 с помощью датчика 19, температуры осушенного газа/НГК, поступающих/подаваемых в МГП/МКП, с помощью датчиков 17 и 21, соответственно.

Контролируя указанные параметры, АСУ ТП 11 ведет управление технологическим процессом с учетом указанных выше ограничений и поддерживает стабильным выполнение планового задания по расходу добываемой газоконденсатной смеси - базовый, первый вид эксплуатации. Если в процессе работы не удастся достичь заданной температуры в низкотемпературном сепараторе 18 или заданной температуры осушенного газа/НГК, поступающего/подаваемого в МГП/МКП, либо рабочий орган КР 10 или КР 14 перейдет в одно из своих крайних положений - либо закрыт, либо открыт, то АСУ ТП 11 автоматически переходит на следующий режим, предусматривающий управление планом расхода добываемой газоконденсатной смеси QГКС_ПЛАН по установке в рамках допустимых вариаций. Этот режим АСУ ТП 11 реализует с помощью ПИД-регулятора 30 и управляемого им КР 2 в рамках ограничений, установленных системой неравенств (1), изменив значение первоначально заданной уставки по плану добычи на один шаг. Одновременно АСУ ТП 11 формирует сообщение оператору установки об автоматическом переводе установки на следующий режим работы.

Данный режим АСУ ТП 11 реализует, увеличивая/уменьшая значение уставки плана расхода добываемой газоконденсатной смеси по установке, в зависимости от сложившейся ситуации в ту или иную сторону, до значения

QГКС_ПЛАН ± ΔQГКС_ПЛАН = QГКС_ПЛАН ± (Qmax_ГКС - Qmin_ГКС)/n.

Это измененное значение АСУ ТП подает в виде сигнала 23 на вход SP ПИД-регулятора 30. Сравнивая ее значение с фактическим расходом добываемой газоконденсатной смеси ПИД-регулятор 30 на своем выходе CV формирует управляющий сигнал 34 и задает соответствующее значение степени открытия/закрытия КР 2. Это ведет к изменению расхода добываемой газоконденсатной смеси, проходящей через АВО 8 и величины перепада давления между входом и выходом установки, тем самым, повышает/понижает температуру в низкотемпературном сепараторе 18, что, в свою очередь, ведет к повышению/понижению температуры газа/НГК, поступающих в МГП/МКП.

Корректировку значения уставки плана расхода добываемой газоконденсатной смеси QГКС_ПЛАН по установке АСУ ТП 11 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 расхода добываемой газоконденсатной смеси по установке QГКС_ПЛАН как правило назначают равным 10, по 5 шагов в каждую сторону от первоначально заданного значения. При этом на каждом шаге АСУ ТП 11 реализует режим управления технологическими процессами установки с новым значением уставки в течение интервала времени не менее τconst, являющегося индивидуальной характеристикой установки, определяемой экспериментально. В частности, для установок Заполярного месторождения требуется время τconst для завершения переходных процессов порядка 10 минут. Если при реализации первого шага удается устранить возникшее нарушение в ходе технологического процесса - достичь заданной температуры в низкотемпературном сепараторе 18 или заданной температуры осушенного газа/НГК, поступающего/подаваемого в МГП/МКП, либо рабочий орган КР 10 или КР 14 перейдет в одно из своих рабочих положений, то АСУ ТП 11 продолжает работать, зафиксировав значение этой уставки в качестве задания. В противном случае АСУ ТП продолжит поиск, изменив значение уставки еще на один шаг.

Такой режиме коррекции уставки QГКС_ПЛАН с помощью КР 2 в следствии изменения параметров состояния окружающей среды и иных причин позволяет АСУ ТП 11 многократно возвращаться к ранее реализованным режимам работы, в том числе и к первоначальному.

Если в режиме коррекции уставки QГКС_ПЛАН с помощью КР 2 будет достигнута одна из границ допустимых вариаций расхода добываемой газоконденсатной смеси Qmin_ГКС или Qmax_ГКС, либо рабочий орган КР 2 перейдет в состояние «полностью открыт» или Smin_КР2, АСУ ТП 11 формирует об этом сообщение оператору установки для принятия решения по изменению режима работы кустов газодобывающих скважин, либо режима 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 с АВО на Севера РФ, реализован в ПАО «Газпром» ООО «Газпром добыча Ямбург» на Заполярном нефтегазоконденсатном 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 РФ. Применение данного способа позволяет автоматически поддержать температурный режим на установках, расположенных в районах Севера РФ, в рамках технологических норм и ограничений, предусмотренных их технологическими регламентами, благодаря чему появляется возможность:

- удерживать в автоматическом режиме динамически изменяющийся температурный режим технологических процессов установки, обеспечивая ее эффективную работу с учетом динамики текущих значений внешних и внутренних параметров и допусков на вариации граничных значений контролируемых параметров;

- осуществлять контроль и поддержание необходимой температуры осушенного газа и НГК, подаваемых, соответственно, в МГП и МКП, с целью защиты вечномерзлых грунтов от размораживания при подземной прокладке газо- и конденсатопроводов на Севере РФ.

Похожие патенты RU2783035C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДДЕРЖАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА НА УСТАНОВКАХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА С АППАРАТАМИ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ НА КРАЙНЕМ СЕВЕРЕ РФ 2022
  • Арно Олег Борисович
  • Арабский Анатолий Кузьмич
  • Агеев Алексей Леонидович
  • Гункин Сергей Иванович
  • Турбин Александр Александрович
  • Талыбов Этибар Гурбанали Оглы
  • Пономарев Владислав Леонидович
RU2783037C1
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА С АППАРАТАМИ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ НА КРАЙНЕМ СЕВЕРЕ РФ 2022
  • Моисеев Виктор Владимирович
  • Арабский Анатолий Кузьмич
  • Агеев Алексей Леонидович
  • Гункин Сергей Иванович
  • Турбин Александр Александрович
  • Талыбов Этибар Гурбанали Оглы
  • Пономарев Владислав Леонидович
RU2783034C1
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА, РАБОТАЮЩЕЙ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА РФ 2022
  • Моисеев Виктор Владимирович
  • Арабский Анатолий Кузьмич
  • Агеев Алексей Леонидович
  • Гункин Сергей Иванович
  • Турбин Александр Александрович
  • Талыбов Этибар Гурбанали Оглы
  • Пономарев Владислав Леонидович
RU2781231C1
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА, РАБОТАЮЩЕЙ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА РФ 2022
  • Арно Олег Борисович
  • Арабский Анатолий Кузьмич
  • Агеев Алексей Леонидович
  • Гункин Сергей Иванович
  • Турбин Александр Александрович
  • Талыбов Этибар Гурбанали Оглы
  • Пономарев Владислав Леонидович
RU2782988C1
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА С ТУРБОДЕТАНДЕРНЫМИ АГРЕГАТАМИ НА СЕВЕРЕ РФ 2022
  • Моисеев Виктор Владимирович
  • Арабский Анатолий Кузьмич
  • Агеев Алексей Леонидович
  • Гункин Сергей Иванович
  • Турбин Александр Александрович
  • Талыбов Этибар Гурбанали Оглы
  • Пономарев Владислав Леонидович
RU2781238C1
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДДЕРЖАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА НА УСТАНОВКАХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА С ТУРБОДЕТАНДЕРНЫМИ АГРЕГАТАМИ НА КРАЙНЕМ СЕВЕРЕ РФ 2022
  • Моисеев Виктор Владимирович
  • Арабский Анатолий Кузьмич
  • Агеев Алексей Леонидович
  • Гункин Сергей Иванович
  • Турбин Александр Александрович
  • Талыбов Этибар Гурбанали Оглы
  • Пономарев Владислав Леонидович
RU2783036C1
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА С ТУРБОДЕТАНДЕРНЫМИ АГРЕГАТАМИ НА КРАЙНЕМ СЕВЕРЕ РФ 2022
  • Арно Олег Борисович
  • Арабский Анатолий Кузьмич
  • Агеев Алексей Леонидович
  • Гункин Сергей Иванович
  • Турбин Александр Александрович
  • Талыбов Этибар Гурбанали Оглы
  • Пономарев Владислав Леонидович
RU2783033C1
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДДЕРЖАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА УСТАНОВКИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА ПУТЕМ АДИАБАТИЧЕСКОГО РАСШИРЕНИЯ, АППАРАТАМИ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ И/ИЛИ ИХ КОМБИНАЦИЕЙ 2020
  • Арно Олег Борисович
  • Арабский Анатолий Кузьмич
  • Агеев Алексей Леонидович
  • Партилов Михаил Михайлович
  • Хасанов Олег Сайфиевич
  • Гункин Сергей Иванович
  • Турбин Александр Александрович
  • Талыбов Этибар Гурбанали Оглы
  • Пономарев Владислав Леонидович
  • Железный Сергей Петрович
  • Дяченко Илья Александрович
  • Линник Александр Иванович
RU2756965C1
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛОТНОСТИ НЕСТАБИЛЬНОГО ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА С ПРИМЕНЕНИЕМ АППАРАТОВ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ В УСТАНОВКАХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА СЕВЕРНЫХ НЕФТЕГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ РФ 2021
  • Моисеев Виктор Владимирович
  • Арабский Анатолий Кузьмич
  • Агеев Алексей Леонидович
  • Гункин Сергей Иванович
  • Турбин Алексей Александрович
  • Талыбов Этибар Гурбанали Оглы
  • Пономарев Владислав Леонидович
RU2768442C1
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИЕЙ ГАЗА НА НЕФТЕГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ СЕВЕРА РФ 2020
  • Ефимов Андрей Николаевич
  • Арабский Анатолий Кузьмич
  • Агеев Алексей Леонидович
  • Партилов Михаил Михайлович
  • Смердин Илья Валериевич
  • Гункин Сергей Иванович
  • Турбин Александр Александрович
  • Талыбов Этибар Гурбанали Оглы
  • Пономарев Владислав Леонидович
  • Железный Сергей Петрович
  • Дяченко Илья Александрович
RU2755099C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 783 035 C1

Реферат патента 2022 года СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА С АППАРАТАМИ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ НА СЕВЕРЕ РФ

Изобретение относится к области добычи и подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту. Способ автоматического управления установкой низкотемпературной сепарации газа (далее установка) с аппаратами воздушного охлаждения (АВО) на Севере РФ включает предварительную очистку добытой газоконденсатной смеси от механических примесей и отделение смеси нестабильного газового конденсата (НГК) и водного раствора ингибитора (ВРИ) в сепараторе первой ступени сепарации, после чего смесь НГК и ВРИ из кубовой части сепаратора отводят в разделитель жидкостей (РЖ), а газоконденсатную смесь с выхода сепаратора первой ступени сепарации подают на вход АВО, который система автоматического управления технологическими процессами (АСУ ТП) включает в работу при достижении заданного перепада температур газоконденсатной смеси и воздуха атмосферы, подав соответствующий сигнал на вход системы автоматического управления (САУ) АВО, которая управляет работой АВО, обеспечивая понижение температуры газоконденсатной смеси на его выходе до заданных значений, необходимых для поддержания требуемой температуры в низкотемпературном сепараторе, после чего предварительно охлажденную в АВО газоконденсатную смесь разделяют на два потока, первый из которых направляют в трубное пространство первой секции рекуперативного теплообменника (ТО) «газ-газ», где его охлаждают встречным потоком осушенного газа, поступающего из низкотемпературного сепаратора и проходящего через вторую секцию ТО «газ-газ», а второй поток через клапан-регулятор (КР) подают в трубное пространство первой секции ТО «газ-конденсат», где его охлаждают встречным потоком смеси НГК и ВРИ, отводимой с кубовой части низкотемпературного сепаратора и проходящей через вторую секцию ТО «газ-конденсат». Расход газоконденсатной смеси по этим потокам АСУ ТП распределяет с помощью КР, установленного на входе первой секции ТО «газ-конденсат», таким образом, чтобы температура НГК, поступающего в магистральный конденсатопровод (МКП) находилась в заданном технологическим регламентом диапазоне, и после выхода газоконденсатной смеси из первых секций ТО «газ-газ» и ТО «газ-конденсат» ее потоки 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, в котором производят окончательное разделение газоконденсатной смеси на осушенный холодный 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 МКП, ВРИ направляют в цех регенерации ингибитора установки, а газ выветривания – на утилизацию или закачку в магистральный газопровод (МГП). 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, с помощью которого 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 в тандеме с САУ АВО с момента запуска установки в эксплуатацию поддерживают расход добываемой газоконденсатной смеси по установке и реализуют план добычи НГК, 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, нарушающий технологический регламент работы установки, АСУ ТП пошагово изменяет значение уставки плана расхода добываемой газоконденсатной смеси QГКС_ПЛАН по установке на величину ΔQГКС_ПЛАН в интервале, определяемом неравенством Qmin_ГКС ≤ QГКС_ПЛАН ≤ Qmax_ГКС, где Qmin_ГКС – минимально допустимое, a Qmax_ГКС – максимально допустимое значение расхода добываемой газоконденсатной смеси по установке, и в направлении, обеспечивающем купирование выявленного нарушения регламента эксплуатации установки. Величину шага ΔQГКС_ПЛАН назначают из соотношения где n – число допустимых шагов изменения уставки QГКС_ПЛАН. После каждого шага АСУ ТП удерживает режим управления технологическими процессами установки с новым значением уставки в течение интервала времени не менее τconst, являющегося индивидуальной характеристикой установки, определяемой экспериментально. Если все контролируемые параметры технологического процесса за это время окажутся в пределах установленных им границ, АСУ ТП фиксирует это значение новой уставки плана расхода добываемой газоконденсатной смеси как рабочее и генерирует сообщение оператору об автоматической смене режима работы и его новых характеристиках, и далее АСУ ТП в тандеме с САУ АВО реализуют 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.

Формула изобретения RU 2 783 035 C1

1. Способ автоматического управления установкой низкотемпературной сепарации газа, далее установка, с аппаратами воздушного охлаждения (АВО) на Севере РФ, включающий предварительную очистку добытой газоконденсатной смеси от механических примесей и отделение смеси нестабильного газового конденсата (НГК) и водного раствора ингибитора (ВРИ) в сепараторе первой ступени сепарации, после чего смесь НГК и ВРИ из кубовой части сепаратора отводят в разделитель жидкостей (РЖ), а газоконденсатную смесь с выхода сепаратора первой ступени сепарации подают на вход АВО, который система автоматического управления технологическими процессами (АСУ ТП) включает в работу при достижении заданного перепада температур газоконденсатной смеси и воздуха атмосферы, подав соответствующий сигнал на вход системы автоматического управления (САУ) АВО, которая управляет работой АВО, обеспечивая понижение температуры газоконденсатной смеси на его выходе до заданных значений, необходимых для поддержания требуемой температуры в низкотемпературном сепараторе, после чего предварительно охлажденную в АВО газоконденсатную смесь разделяют на два потока, первый из которых направляют в трубное пространство первой секции рекуперативного теплообменника, далее ТО, «газ-газ», где его охлаждают встречным потоком осушенного газа, поступающего из низкотемпературного сепаратора и проходящего через вторую секцию ТО «газ-газ», а второй поток через клапан-регулятор(КР) подают в трубное пространство первой секции ТО «газ-конденсат», где его охлаждают встречным потоком смеси НГК и ВРИ, отводимой с кубовой части низкотемпературного сепаратора и проходящей через вторую секцию ТО «газ-конденсат», при этом расход газоконденсатной смеси по этим потокам АСУ ТП распределяет с помощью КР, установленного на входе первой секции ТО «газ-конденсат», таким образом, чтобы температура НГК, поступающего в магистральный конденсатопровод (МКП) находилась в заданном технологическим регламентом диапазоне, и после выхода газоконденсатной смеси из первых секций ТО «газ-газ» и ТО «газ-конденсат» ее потоки 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, в котором производят окончательное разделение газоконденсатной смеси на осушенный холодный 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 МКП, ВРИ направляют в цех регенерации ингибитора установки, а газ выветривания – на утилизацию или закачку в магистральный газопровод (МГП), 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, с помощью которого 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, отличающийся тем, что АСУ ТП в тандеме с САУ АВО с момента запуска установки в эксплуатацию поддерживают расход добываемой газоконденсатной смеси по установке и реализуют план добычи НГК, 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, нарушающий технологический регламент работы установки, АСУ ТП пошагово изменяет значение уставки плана расхода добываемой газоконденсатной смеси QГКС_ПЛАН по установке на величину ΔQГКС_ПЛАН в интервале, определяемом неравенством Qmin_ГКС ≤ QГКС_ПЛАН ≤ Qmax_ГКС, где Qmin_ГКС – минимально допустимое, a Qmax_ГКС – максимально допустимое значение расхода добываемой газоконденсатной смеси по установке, и в направлении, обеспечивающем купирование выявленного нарушения регламента эксплуатации установки, а величину шага ΔQГКС_ПЛАН назначают из соотношения где n – число допустимых шагов изменения уставки QГКС_ПЛАН, и после каждого шага АСУ ТП удерживает режим управления технологическими процессами установки с новым значением уставки в течение интервала времени не менее τconst, являющегося индивидуальной характеристикой установки, определяемой экспериментально, и если все контролируемые параметры технологического процесса за это время окажутся в пределах установленных им границ, АСУ ТП фиксирует это значение новой уставки плана расхода добываемой газоконденсатной смеси как рабочее и генерирует сообщение оператору об автоматической смене режима работы и его новых характеристиках, и далее АСУ ТП в тандеме с САУ АВО реализуют 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 БД АСУ ТП значения уставки плана добычи газоконденсатной смеси по установке QГКС_ПЛАН и величину шага ее допустимого изменения ΔQГКС_ПЛАН с границами интервала допустимых изменений от Qmin_ГКС до Qmax_ГКС, а также вводит значение уставки температуры в низкотемпературном сепараторе и границы интервала допустимых изменений фактической температуры Т°СНС от нее, заданных неравенством T°Cmin_НС ≤ Т°СНС ≤ Т°Cmax_НС, уставки температуры осушенного газа, подаваемого в МГП, и границы интервала допустимых изменений фактической температуры Т°СОГ от нее, заданных неравенством T°Cmin_ОГ ≤ Т°СОГ ≤ Т°Cmax_ОГ, уставки температуры НГК, поступающего в МКП, и границы интервала допустимых изменений фактической температуры Т°СНГК от нее, заданных неравенством Т°Cmin_НГК ≤ Т°СНГК ≤ Т°Cmax_НГК, а также устанавливают границы допустимого перемещения SКР 2 рабочего органа КР, управляющего расходом добытой газоконденсатной смеси по установке, от положения «минимально открыт» Smin_КР 2 до положения «полностью открыт», после чего осуществляет запуск установки в эксплуатацию, технологические процессы в которой ведет АСУ ТП, используя четыре ПИД-регулятора, построенных на ее базе, каждый из которых согласно заданному алгоритму с помощью подсоединенного 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 режима работы установки с подключением турбодетандерных агрегатов, если в режиме коррекции уставки QГКС_ПЛАН с помощью КР, установленного на входе установки и управляющего расходом добытой газоконденсатной смеси, как только будет выявлено то, что достигнута одна из границ допустимых вариаций расхода добываемой газоконденсатной смеси Qmin_ГКС или Qmax_ГКС либо рабочий орган этого КР перейдет в положение «полностью открыт» или достиг минимально допустимого положения Smin_КР 2.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2022 года RU2783035C1

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДДЕРЖАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ УСТАНОВКИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА С ПРИМЕНЕНИЕМ АППАРАТОВ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА 2018
  • Арно Олег Борисович
  • Арабский Анатолий Кузьмич
  • Завьялов Сергей Владимирович
  • Ефимов Андрей Николаевич
  • Хасанов Олег Сайфиевич
  • Смердин Илья Валериевич
  • Гункин Сергей Иванович
  • Турбин Александр Александрович
  • Талыбов Этибар Гурбанали Оглы
  • Пономарев Владислав Леонидович
  • Железный Сергей Петрович
RU2685460C1
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ УСТАНОВКИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА 2019
  • Арно Олег Борисович
  • Арабский Анатолий Кузьмич
  • Завьялов Сергей Владимирович
  • Ефимов Андрей Николаевич
  • Смердин Илья Валериевич
  • Гункин Сергей Иванович
  • Турбин Александр Александрович
  • Талыбов Этибар Гурбанали Оглы
  • Пономарев Владислав Леонидович
RU2709044C1
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛОТНОСТИ НЕСТАБИЛЬНОГО ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА, ПОДАВАЕМОГО В МАГИСТРАЛЬНЫЙ КОНДЕНСАТОПРОВОД, С ПРИМЕНЕНИЕМ АППАРАТА ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ, НА УСТАНОВКАХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА В РАЙОНАХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА 2018
  • Арно Олег Борисович
  • Арабский Анатолий Кузьмич
  • Завьялов Сергей Владимирович
  • Ефимов Андрей Николаевич
  • Хасанов Олег Сайфиевич
  • Смердин Илья Валериевич
  • Гункин Сергей Иванович
  • Турбин Александр Александрович
  • Талыбов Этибар Гурбанали Оглы
  • Пономарев Владислав Леонидович
  • Датков Дмитрий Иванович
RU2692164C1
Система регулирования технологического режима установки низкотемпературной сепарации газа 1978
  • Тараненко Борис Федорович
SU771422A1
Приспособление для установки механических форсунок 1925
  • Никоро П.М.
SU2954A1
Топчак-трактор для канатной вспашки 1923
  • Берман С.Л.
SU2002A1
US 8128728 B2, 06.03.2012.

RU 2 783 035 C1

Авторы

Арно Олег Борисович

Арабский Анатолий Кузьмич

Агеев Алексей Леонидович

Гункин Сергей Иванович

Турбин Александр Александрович

Талыбов Этибар Гурбанали Оглы

Пономарев Владислав Леонидович

Даты

2022-11-08Публикация

2022-03-15Подача