Способ автоматического управления процессом осушки газа на многофункциональных абсорберах установок комплексной подготовки газа, расположенных на севере РФ Российский патент 2023 года по МПК F17D3/01 B01D53/26 

Изобретение относится к области подготовки природного газа к дальнему транспорту, в частности, к автоматическому управлению осушкой газа в многофункциональных абсорберах (МФА) установок комплексной подготовки газа (УКПГ), расположенных на Севере РФ.

Известен способ автоматического управления процессом абсорбционной осушки газа, который обеспечивает автоматическое поддержание заданных параметров технологических процессов на УКПГ [см., стр. 413-416, Исакович Р.Я., Логинов В.И., Попадько В.Е. Автоматизация производственных процессов нефтяной и газовой промышленности. Учебник для вузов. М., "Недра", 1983 г., 424 с. ].

Недостатком указанного способа является то, что подача осушителя - абсорбента (на Севере РФ в качестве абсорбента используют диэтиленгликоль - ДЭГ) в абсорбер осуществляется только с учетом расхода и влагосодержания осушенного газа, но не контролируется концентрация насыщенного абсорбента, отводимого из абсорбера.

Указанные факторы в совокупности приводят к не оптимальному расходу абсорбента, подаваемого в абсорбер, и к повышенной, безвозвратной потере этого ценного продукта. Так же повышены затраты энергии на регенерацию абсорбента и снижается качество подготовки газа к дальнему транспорту, т.е. в целом снижается эффективность процесса осушки газа на УКПГ.

Известен способ автоматизации блока абсорбции, который обеспечивает автоматическое поддержание заданных параметров технологического процесса осушки газа на УКПГ [см., стр. 352-354, Андреев Е.Б. и др. Автоматизация технологических процессов добычи и подготовки нефти и газа. - М., "Недра-Бизнесцентр", 2008. - 399 с. ]

Недостатками указанного способа является то, что подача абсорбента в абсорбер осуществляется только с учетом расхода и влагосодержания осушенного газа, но не контролируется концентрация насыщенного абсорбента, отводимого из абсорбера.

Наиболее близким, по технической сущности, к заявляемому изобретению является способ автоматического управления процессом осушки газа на УКПГ в условиях Севера РФ [см. Патент РФ №2712665]. Способ предусматривает контроль и управление основными параметрами технологического процесса средствами автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП).

Существенными недостатками указанного способа является то, что он никак не учитывает состояние оборудования, используемые для осушки газа на УКПГ. Для реализации этого способа используют блок коррекции, который корректирует рассчитанное значение расхода G_p регенерированного ДЭГ (РДЭГ), необходимого для осушки текущего расхода добываемого газа путем введения поправки Δ. Значение и знак поправки Δ АСУ ТП определяет исходя из сравнения заданного значения (уставки) температуры точки росы осушенного газа Т_т.р.з. с его фактически измеренным значением Т_т.р.ф. в реальном масштабе времени..

Основной аппарат технологии осушки на УКПГ, эксплуатируемых на Севере РФ является МФА, состоящий из сепарационной, массообменной и фильтрующей секций [см. стр. 11, Ланчаков Г.А., Кульков А.Н., Зиберт Г.К. Технологические процессы подготовки природного газа и методы расчета оборудования. - М.: ООО «Недра - Бизнесцентр», 2000. - 279 с: ил.]. В сепарационной секции МФА осуществляется предварительная сепарация газа, в массообменной секции - абсорбция влаги, которая имеется в газе, а в фильтрующей секции - окончательная очистка газа.

Эффективность функционирования МФА во многом зависит от состояния его сепарационной секции. Очевидно, чем меньше будет просачиваться вода из сепарационной секции в массообменную, тем меньше будет использован ДЭГ для осушки газа.

Упрошенная структурная схема цеха осушки газа (ЦОГ) УКПГ нефтегазоконденсатных месторождений (НГКМ) Севера РФ представлена на фиг. 1.

На фиг. 1 использованы следующие обозначения:

1 - коллектор сырого газа (КСГ);

2_i - i-ый входной кран, где i=1, …, n, n - количество параллельно работающих технологических линии;

3_i - i-ый МФА;

4_i - i-ый клапан регулятор (КР);

5_i - i-ый линии подачи РДЭГ;

6_i - i-ый линии отвода насыщенного ДЭГ (НДЭГ);

7_i - i-ый линии отвода водного раствора ингибитора (ВРИ);

8 - коллектора осушенного газа (КОГ);

9 - магистральный газопровод (МГП).

В состав ЦОГ входят параллельные работающие технологические линии, которые построены на базе однотипных МФА, входы, которые объединены через КСГ 1, а выходы - через КОГ 8, например, на Ямбургском НГКМ используют 9 параллельно работающие МФА.

Добытой газ из КСГ 1 через входной кран 2 поступает в МФА 3, из него осушаемый газ через КР 4 поступает в КОГ 8, далее в магистральный газопровод (МГП) 9.

На стадиях стабильной и падающей добычи газа на НГКМ Севера РФ количество поступающей пластовой воды с мехпримесями, поступающими в ЦОГ, со временем увеличивается и этот фактор существенно влияет на эффективность функционирования сепарационной части их МФА, ухудшается качество ее функционирования, причем это для разных МФА происходит по-разному. В результате она не справляется с полной сепарацией поступающего газа в МФА, часть пластовой воды просачивается в ее массообменную часть, что значительно увеличивает нагрузку на нее и приводит к излишнему расходу ДЭГ. В таких случаях АСУ ТП в указанном способе передает управление технологическим процессом оператору УКПГ (переход на ручной режим управления), который вынуждено, используя личный опыт и интуицию, снижает расход осушаемого газа, проходящего по МФА.

Цель изобретения - повышение качества и эффективности управления технологическим процессом осушки газа на УКПГ, расположенных в районах Севера РФ, в рамках норм и ограничений, предусмотренных ее технологическим регламентом, и снижения роли человеческого фактора при управлении технологическим процессом подготовки газа к дальнему транспорту.

Техническим результатом, достигаемом от реализации изобретения, является автоматическое поддержание режима подготовки газа к дальнему транспорту на УКПГ, расположенных в районах Севера РФ, с соблюдением технологических норм и ограничений, предусмотренных ее технологическим регламентом, на различных режимах ее работы.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что способ автоматического управления процессом осушки газа на МФА УКПГ, расположенных на Севере РФ, включающий контроль и управление основными параметрами технологического процесса средствами АСУ ТП, которая рассчитывает значение расхода G_p РДЭГ, необходимого для осушки текущего расхода добываемого газа и корректирует его значение путем введения поправки Δ. Значение и знак поправки Δ АСУ ТП определяет исходя из сравнения заданного значения уставки температуры точки росы осушенного газа Т_т.р.з. с его фактически измеренным значением Т_т.р.ф. в реальном масштабе времени, используя для этого блок коррекции массового расхода РДЭГ, с выхода которого скорректированный сигнал задания подачи РДЭГ поступает на вход SP ПИД-регулятора расхода РДЭГ, который управляет его подачей в МФА.

Одновременно АСУ ТП с заданной дискретностью по времени производит измерение значения концентрации ρ_i НДЭГ на выходе каждого МФА, где i - его порядковый номер. Измеренные значения ρ_i для всех МФА АСУ ТП фиксирует в своей базе данных (БД) и следит за динамикой изменения этих значений. И как только динамика изменения ρ_i одного из МФА станет отличаться от динамики ρ_i других МФА, и ее значение окажется ниже предельно-допустимого, т.е. станет удовлетворять неравенству АСУ ТП переключает штатный режим управления потоком осушенного газа через этот МФА на режим поиска для него новой уставки расхода осушенного газа. В этом неравенстве - среднее значение концентрации НДЭГ, направляемого из i-го МФА на регенерацию. Его величину обслуживающий персонал задает при запуске установки в эксплуатацию и периодически уточняет на основе характеристик i-го МФА и результатов регулярно проводимых лабораторных исследований добываемой продукции.

Переключив штатный режим управления потоком осушенного газа через МФА на режим поиска для него новой уставки расхода осушаемого газа, АСУ ТП ищет такое его значение, при котором концентрации НДЭГ ρ_i вернется к его последнему назначенному среднему значению

Это переключение режима работы МФА АСУ ТП осуществляет, используя его блок коррекции уставки расхода осушенного газа.

Блок коррекции уставки расхода осушенного газа в штатном режиме работы МФА транслирует сигнал управления на КР, управляющий расходом осушенного газа через МФА, обеспечивая соответствие добычи плановому заданию. Этот сигнал поступает на вход I₁ блока коррекции уставки расхода осушенного газа через МФА с ПИД-регулятора поддержания заданного расхода осушаемого газа при работе в штатном режиме.

В случае снижения качества работы абсорбционной секции МФА, т.е. когда АСУ ТП подает команду на поиск новой уставки расхода осушенного газа для этого МФА. По этой команде блок коррекции уставки расхода осушенного переключается на трансляцию сигнала управления, поступающего на его вход I₂ с ПИД-регулятора поиска уставки расхода осушаемого газа, на вход задания SP которого поступает сигнал уставки среднего значения а на вход обратной связи PV поступает сигнал фактической концентрации ρ_i. Обрабатывая эти сигналы ПИД-регулятор поиска уставки расхода осушенного газа снижает расход осушенного газа через МФА до тех пор, пока фактическая концентрация НДЭГ, отправляемого с него на регенерацию, не сравняется с уставкой Как только такой расход осушенного газа будет найден, АСУ ТП фиксирует его значение в свой БД как новую уставку расхода осушенного газа через МФА. Зафиксировав эту уставку АСУ ТП сразу подает команду блоку коррекции уставки расхода осушенного газа на переход этого МФА на штатный режим управления потоком осушенного газа с новым, найденным значением уставки, которая теперь поступает на вход задания SP ПИД-регулятора поддержания заданного расхода осушенного газа. Так же АСУ ТП, синхронно с указанными переключениями режима работы МФА, формирует сообщение оператору о выявлении проблемы в узле сепарации i-го МФА и начале поиска значения новой уставки потока осушенного газа через i-ый МФА. По окончании этого поиска АСУ ТП формирует сообщения оператору о значении новой уставки и новых параметрах штатной работы этого МФА.

АСУ ТП формирует сообщение оператору УКПГ о необходимости изменения режима работы УКПГ если в результате перехода на управление расходом осушенного газа через МФА с помощью ПИД-регулятора поиска уставки расхода осушаемого газа не удастся найти расход, при котором концентрация НДЭГ на выходе МФА примет значение, соответствующее уставке, введенной в БД АСУ ТП при ее последнем уточнении или введенной при запуске УКПГ в работу обслуживающим персоналом, если ее коррекции не было.

Принципиальная технологическая МФА схема представлена на фиг. 2, а структурная схема автоматического управления МФА показана на фиг. 3. На фиг. 4 схематически показана картина динамики изменения концентрации НДЭГ в МФА с моментами переключения управления абсорбера на автоматический поиск новых параметров его функционирования в случае выхода его на недопустимый режим работы.

На фиг. 2 использованы следующие обозначения:

10 - входная линия сырого газа;

11 - датчик температуры сырого газа;

12 - датчик давления сырого газа;

13-МФА;

14 - фильтрующая секция МФА;

15 - абсорбционная секция МФА;

16 - датчик температуры осушенного газа;

17 - датчик давления осушенного газа;

18 - сепарационная секция МФА;

19 - датчик расхода осушенного газа;

20 - датчик массового расхода РДЭГ;

21 - датчик температуры точки росы осушенного газа;

22 - КР расхода РДЭГ;

23 - многопараметрический датчик для измерения концентрации и расхода НДЭГ;

24 - АСУ ТП УКПГ;

25 - КР расхода осушенного газа;

26 - линия выхода осушенного газа.

27 - линия подачи РДЭГ;

28 - линия отвода НДЭГ на регенерацию;

29 - ВРИ;

На фиг. 3 использованы следующие обозначения:

30 - сигнал фактического расхода РДЭГ (поступает с датчика 20 на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 43);

31 - сигнал рассчитанного значения массового расхода РДЭГ, необходимого для осушки газа (поступает на вход I₁ блока коррекции 41);

32 - сигнал фактической температуры точки росы осушенного газа (поступает с датчика 21 на вход обратной связи PV ПИД-регулятор 38);

33 - сигнал уставки температуры точки росы Тт.р.з. осушенного газа (поступает из АСУ ТП 24 на вход задания SP ПИД-регулятора 38);

34 - сигнал текущего расхода осушенного газа (Q_факт (поступает с датчика 19 на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 39);

35 - сигнал уставки расхода осушенного газа Q_уст (поступает из АСУ ТП 24 на вход задания SP ПИД-регулятора 39);

36 - сигнал концентрации НДЭГ (поступает с датчика 23 на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 40);

37 - сигнал уставки среднего значения концентрации НДЭГ (поступает из АСУ ТП 24 на вход задания SP ПИД-регулятора 40);

38 - ПИД-регулятор поддержания температуры точки росы осушенного газа;

39 - ПИД-регулятор поддержания заданного расхода осушаемого газа в МФА 13;

40 - ПИД-регулятор поиска уставки расхода осушаемого газа через МФА 13 в случае ухудшения качества функционирования его узла сепарации;

41 - блок коррекции массового расхода РДЭГ;

42 - блок коррекции уставки расхода осушенного газа в МФА 13;

43 - ПИД-регулятор поддержания расхода РДЭГ;

44 - управляющий сигнал, подаваемый с выхода CV ПИД-регулятора 43 на КР 22 расхода РДЭГ;

45 - управляющий сигнал, подаваемый с выхода блока коррекции уставки расхода осушенного газа 43 на КР 25.

ПИД-регуляторы 38, 39, 40, 43, блоки коррекции 41 и 42 реализованы на базе АСУ ТП 24.

Способ автоматического управления процессом осушки газа на МФА УКПГ, расположенных на Севере РФ, реализуют следующим образом.

Из КСГ УКПГ по входной линии 10 добытый газ поступает на вход параллельно работающих технологических ниток УКПГ. Для упрощения понимания сути предлагаемого изобретения рассматриваем одну технологическую нитку.

Добытый газ подают во входную сепарационную секцию 18 МФА 13, где из него выделяется капельная жидкость и механические примеси. Выделившаяся из сырого газа жидкость представляет собой ВРИ, которую из кубовой (нижней) части МФА 13, через линию отвода 29, направляют на регенерацию, либо на утилизацию. Газ из сепарационной части 18 МФА 13 через полуглухую тарелку поступает в его абсорбционную секцию 15. В ней, навстречу потоку добытого газа подают раствор РДЭГ с концентрацией 98-99%. На контактных тарелках происходит барботажный массообмен между встречными потоками осушаемого газа и РДЭГ (влагу удаляют из газа за счет эффекта абсорбции, а ДЭГ при этом насыщается влагой). Количество РДЭГ, подаваемого на осушку, в основном зависит от расхода газа, проходящего через установку, от его влагосодержания и от концентрации РДЭГ.

НДЭГ собирается на полуглухой тарелке массообменной секции 15 МФА 13 и его через линию отвода 28 направляют на регенерацию. Осушенный газ из массообменной секции 15 поступает в фильтрующую секцию 14 МФА 13, где улавливают уносимый газом раствор ДЭГ. Пылевидные частицы ДЭГ, уносимые газом, коагулируются на фильтр-патронах и стекают по их наружной поверхности на тарелку, с которой ДЭГ по выносному трубопроводу (на фиг. 2 не показан) направляют на полуглухую тарелку МФА 13 и далее в линию сброса 28 НДЭГ с полуглухой тарелки. Уровень НДЭГ на полуглухой тарелке выполняет роль гидрозатвора, препятствующего проходу газа по выносному трубопроводу в фильтрующую часть 14 МФА 13.

Из МФА 13 осушенный до заданного значения точки росы газ подают по выходной линии 26 в коллектор осушенного газа УКПГ. Процесс осушки газа на УКПГ реализуют в рамках заданных границ, предусмотренных ее технологическим регламентом, путем контроля основных параметров технологического процесса с автоматическим вычислением и подачей в реальном масштабе времени необходимого количества РДЭГ в МФА 13.

Для определения количества РДЭГ, которое необходимо подавать для осушки газа в МФА 13, АСУ ТП 24 с заданной дискретностью производит измерение следующих базовых параметров:

- температура Т_вх и давление р_вх сырого газа на входе МФА 13 (соответственно, датчики 11 и 12);

- концентрация НДЭГ Х_НДЭГ (многопараметрический датчик расхода 23);

- температура Т_вых, давление р_вых, расход Q и фактическая температура точки росы Т_т.р. осушенного газа (соответственно, датчики 16, 17, 19 и 21).

Количество РДЭГ, необходимого для подачи в МФА 13, определяют по формуле [см., стр. 111, Бекиров Т.М., Шаталов А.Т. Сбор и подготовка к транспорту природных газов. - М.: Недра, 1986. - 261 с. ]:

где G_p - рассчитанный необходимый расход РДЭГ, (кг/час);

ΔW - удельное количество извлекаемой влаги в результате осушки газа в МФА 4, кг/1000 м³;

W_вх, W_вых - влагосодержание поступающего и осушенного газа в МФА 4, соответственно, кг/1000 м³;

Х_РДЭГ - концентрация РДЭГ, соответственно, % масс.

Значения W_вх и W_вых определяют из формулы Бюкачека [см. стр. 14, Клюсов, В.А. Технологические расчеты систем абсорбционной осушки газа. Справочное пособие. Издательство: Тюмень: ТюменНИИгипрогаз. 140 страниц; 2002 г. ]:

Значение концентрации Х_НРДЭГ в АСУ ТП 24 поступает с многопараметрического датчика контроля 23 (в качестве датчика 23 можно использовать массовые расходомеры фирм KROHNE из серии OPTIMASS или Micro Motion фирмы Метран).

Значение концентрации Х_РДЭГ в АСУ ТП 24 поступает из цеха регенерации УКПГ, который поддерживает необходимое значение концентрации РДЭГ и его температуры в пределах заданных границ, предусмотренных технологическим регламентом УКПГ.

При запуске УКПГ в работу АСУ ТП 24 с помощью датчика 23, установленного на линии отвода 28 каждого МФА 13, с заданной дискретностью производит измерение значения концентрации НДЭГ, фиксирует ее значение в своей БД и следит за динамикой изменения этих значений. Так как в ЦОГ используются однотипные МФА, в идеальном случае концентрация НДЭГ, отводимого из каждого МФА через его линию 28 на регенерацию, должна быть одинаковой. В реальности, по различным причинам, например, из-за того, что ремонтно-профилактические работы всех МФА проводится в разное время, какой-то МФА при снижении потребности в газе может быть переведен в резерв и т.д., концентрации НДЭГ, выходящего из разных МФА, могут отличаться друг от друга. Несмотря на это, если на УКПГ технологический процесс протекает в штатном режиме, т.е. ухудшение состояния сепарационной секции МФА не произошло, то динамика изменений концентраций НДЭГ на выходе всех МФА будет практически одинаковой. При этом для i-го МФА вариации значений концентрации НДЭГ ρ_i на его выходе укладываются в коридор где - среднее значение концентрации НДЭГ, задаваемое обслуживающим персоналом при запуске установки в эксплуатацию на основе характеристик МФА и результатов лабораторных исследований добываемой продукции.

Из опыта эксплуатации УКПГ установлено, что если в каком-то i-ом МФА динамика изменения значения концентрации НДЭГ стала отличаться от динамики концентрации НДЭГ на выходе других МФА, и концентрация НДЭГ ρ_i снизилась и вышла за границу пяти процентов от ее заданного среднего значения (см. фиг. 4, область снижения концентрации НДЭГ ниже допустимой границы), то это свидетельствует о том, что произошло ухудшение качества функционирования узла сепарации, и поэтому необходимо снизить производительность указанного i-го МФА, а это значит, что необходимо скорректировать уставку расхода осушенного газа для этого МФА. Учитывая это обстоятельство АСУ ТП реализует данный процесс в реальном масштабе времени нижеописанным образом.

Поддержание соответствия температуры точки росы осушаемого газа Т_т.р. заданному уставкой Т_т.р.з. значению обеспечивает каскадная схема из двух ПИД-регуляторов 38, 43 и блока коррекции 41 массового расхода РДЭГ.

Известно, что фактическая температура точки росы осушенного газа всегда на несколько градусов выше, чем теоретическая [см., стр. 111, Бекиров Т.М., Шаталов А.Т. Сбор и подготовка к транспорту природных газов. - М.: Недра, 1986. - 261 с. ]. Блок коррекции 41 позволяет учесть эти несколько градусов, используя поправку Δ, и корректирует расчетное значения G_p массового расхода абсорбента так, чтобы поддерживать фактическое значение точки росы Т_т.р.ф. максимально близким к заданному значению (уставке) Т_т.р.з. температуры точки росы осушенного газа на выходе абсорбера.

ПИД-регулятор 38 поддержания температуры точки росы осушенного газа отслеживает в реальном масштабе времени отклонение фактического значения температуры точки росы Т_т.р.ф. от ее уставки Т_т.р.з.. Для этого на вход задания SP ПИД-регулятора 38 подают сигнал 33 уставки температуры точки росы Т_т.р.з., которую назначают по СТО Газпром 089-2010. Одновременно, на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора, подают сигнал 32 фактического значения температуры точки росы Т_т.р.ф., регистрируемой датчиком 21. Сравнивая эти два сигнала, ПИД-регулятор 38 на своем выходе CV формирует значение поправки Δ, необходимой для корректировки рассчитанного АСУ ТП 24 значения G_p массового расхода РДЭГ по формуле (1).

С выхода ПИД-регулятора 38 значение поправки поступает на вход I₂ блока коррекции 41 массового расхода РДЭГ. Одновременно на вход I₁ блока коррекции 41 АСУ ТП 24 подает сигнал 31 - значение массового расхода G_p РДЭГ, рассчитанного по формуле (1).

Получив эти два сигнала, блок 41 формирует скорректированное значение G_кор. массового расхода РДЭГ, которое является текущим значением задания его подачи в МФА 13. Значение G_кор. блок 41 формирует используя следующие выражения:

Для управления подачей РДЭГ в МФА 13 используют ПИД-регулятор 43 поддержания расхода РДЭГ. Для этого на его вход задания SP подают сигнал скорректированного значения расхода РДЭГ - G_кор., поступающий с выхода блока коррекции 41. Одновременно на вход PV обратной связи данного ПИД-регулятора подают сигнал 30 фактического расхода РДЭГ - G_ф, поступающий с датчика 20. Сравнивая эти два сигнала, ПИД-регулятор 43 на своем выходе CV формирует управляющий сигнал 44, который подает на КР 22 расхода РДЭГ. В результате этого обеспечивается автоматическое управление подачей необходимого количества РДЭГ в МФА 13, достаточного для осушки газа до заданной температуры точки росы.

Для поддержания заданного расхода осушенного газа в МФА 13 АСУ ТП 24 использует ПИД-регулятор 39. Для этого АСУ ТП 24 на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подает сигнал 34 с датчика расхода 19 - значение расхода осушенного газа. Одновременно АСУ ТП 24 на вход задания SP этого же ПИД-регулятора подает сигнал 35 - значение уставки расхода осушенного газа по МФА 13. Ее величину устанавливает в соответствии с суточным планом добычи газа по УКПГ диспетчерская служба нефтегазодобывающего предприятия. Сравнивая эти два сигнала ПИД-регулятор 39 на своем выходе CV формирует управляющий сигнал, который поступает на вход I₁ блока коррекции уставки расхода осушенного газа 42 и далее в неизменной форме транслируется им на КР 25, регулируя поток осушенного газа из МФА 13.

В случае ухудшения качества функционирования узла сепарации МФА 13, о чем свидетельствует выход концентрации НДЭГ ρ_i за пределы коридора АСУ ТП 24 использует ПИД-регулятор 40 для корректировки значения уставки расхода осушенного газа по этому МФА 13. Для этого АСУ ТП 24 на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подает сигнал 36 -значение фактической концентрации НДЭГ ρ_i, измеряемое датчиком 23. Одновременно АСУ ТП 24 на вход задания SP этого же ПИД-регулятора подает сигнал 37 - значение уставки концентрации НДЭГ на выходе из МФА 13. В результате обработки этих сигналов ПИД-регулятор 40 на своем выходе CV формирует управляющий сигнал, который поступает на вход I₂ блока коррекции уставки расхода осушенного газа 42 и далее в неизменной форме транслируется им на КР 25, регулируя поток осушенного газа из МФА 13.

Первоначальное значение уставкиподаваемой на вход задания SP ПИД-регулятора 40 (сигнал 37) для каждого МФА 13, обслуживающий персонал определяет при запуске УКПГ в работу и заносит в БД АСУ ТП 24. Значение этой уставки обслуживающий персонал периодически уточняет на основе результатов лабораторных анализов добываемой продукции и вносит в БД АСУ ТП24.

Алгоритм функционирования блока коррекции уставки расхода осушенного газа 42 построен так, что он, в зависимости от ситуации, транслирует управляющий сигнал на КР 25, регулирующий расход осушенного газа, либо с выхода ПИД-регулятора 39, который поступает на его вход Il5 либо с выхода ПИД-регулятора 40, который поступает на его вход 12. Если динамика изменений концентрации НДЭГ на выходах всех МФА идентична, блок коррекции уставки расхода осушенного газа 42 транслирует на свой выход без изменения управляющий сигнал с выхода ПИД-регулятора 39, реализуя штатный режим автоматического управления расходом осушенного газа в ЦОГ. В противном случае блок коррекции 42 транслирует без изменения управляющего сигнала на КР 25 с выхода ПИД-регулятора 40.

Для выявления необходимости такого перехода АСУ ТП 24 непрерывно следит за динамикой изменения концентрации НДЭГ ρ_i на выходе всех МФА. Если в какой-то момент на выходе одного из МФА динамика изменения концентрации НДЭГ станет отличаться от динамики изменения концентрации НДЭГ других МФА, она снизится и выйдет за пределы разрешенного коридора допустимых отклонений в 5% от ее установленного среднего значения для этого МФА (см. фиг. 4), то это свидетельствует о том, что ухудшилось качество функционирования его сепарационной части. В этом случае блок коррекции уставки расхода осушенного газа 42 изменяет режим работы МФА 13 путем блокировки управления потоком осушенного газа с помощью ПИД-регулятора 39 и переводит управления его расходом на ПИД-регулятор 40. Одновременно АСУ ТП 24 формирует сообщение об этом оператору УКПГ и блока коррекции уставки расхода осушенного газа 42 начинает снижать расход осушенного газа, выходящего из МФА 13, с помощью КР 25, управляемым уже ПИД-регулятором 40. Этот процесс происходит до тех пор, пока концентрация НДЭГ ρ_i на выходе МФА не примет значение, равное уставке введенной в БД АСУ ТП при запуске УКПГ в работу или ее последним уточненным значением, введенным обслуживающим персоналом в процессе работы.

После этого АСУ ТП 24 фиксирует найденное значение расхода осушенного газа в своей БД как новую уставку по его расходу через МФА 13 и подает ее на вход SP ПИД-регулятора 39. Одновременно АСУ ТП 24 подает команду блоку коррекции 42 на блокировку управления потоком осушенного газа с помощью ПИД-регулятора 40 и возвращает управление его расходом на ПИД-регулятор 39, и формирует сообщение оператору о новых параметрах работы МФА 13.

В процессе снижения расхода осушенного газа через данный МФА 13 с помощью ПИД-регулятора 40 АСУ ТП 24 исключает нарушение плана его подачи потребителям путем компенсации этого снижения между другими МФА.

Если в результате перехода на управление расходом осушенного газа через МФА 13 с помощью ПИД-регулятора 40 не удастся найти расход, при котором концентрация НДЭГ на выходе МФА примет значение, соответствующее уставке, введенной в БД АСУ ТП 24 при ее последнем уточнении или введенной при запуске УКПГ в работу обслуживающим персоналом, то она формирует сообщение оператору о необходимости изменения режима работы УКПГ.

Настройку ПИД-регуляторов производят согласно общеизвестным методам, изложенным, например, в «Энциклопедии АСУ ТП», п. 5.5, ПИД-регулятор, ресурс http://www.bookasutp.ru/Chapter5_5.aspx#HandTuning.

Способ автоматического управления процессом осушки газа на МФА УКПГ, расположенных на Севере РФ, реализован на Заполярном нефтегазоконденсатном месторождении на УКПГ-1С, УКПГ-2С и УКПГ-3С ООО «Газпром добыча Ямбург» ПАО «Газпром». Результаты эксплуатации показали его высокую эффективность. Заявляемое изобретение может широко использоваться и на других действующих и вновь осваиваемых газоконденсатных месторождениях Севера РФ.

Применение данного способа позволяет повысить качество управления технологическим процессом осушки газа на УКПГ, работающей в условиях Севера РФ, в рамках норм и ограничений, предусмотренных ее технологическим регламентом, снизить роль человеческого фактора при управлении технологическим процессом подготовки газа к дальнему транспорту, своевременно выявлять и парировать возникшие нештатные ситуации в процессе подготовки газа к дальнему транспорту. Благодаря этому удается поддерживать заданное качество осушаемого газа при возникновении отклонений в ходе технологического процесса на УКПГ, исключить человеческий фактор при принятии управленческих решений и повысить оперативность в поиске причин возникновения нештатных ситуаций.

Изобретение относится к области подготовки природного газа к дальнему транспорту, в частности к автоматическому управлению осушкой газа в многофункциональных абсорберах (МФА) установок комплексной подготовки газа (УКПГ). Способ автоматического управления процессом осушки газа на МФА УКПГ включает контроль и управление основными параметрами технологического процесса средствами автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП), которая рассчитывает значение расхода G_p регенерированного абсорбента, например ДЭГ, и корректирует его значение путем введения поправки Δ. Значение и знак поправки Δ АСУ ТП определяет исходя из сравнения заданного значения уставки температуры точки росы осушенного газа Т_т.р.з. с его фактически измеренным значением Т_т.р.ф. в реальном масштабе времени, используя блок коррекции массового расхода регенерированного ДЭГ (РДЭГ). С выхода блока коррекции скорректированный сигнал задания подачи РДЭГ поступает на вход SP ПИД-регулятора расхода РДЭГ. Одновременно АСУ ТП с заданной дискретностью по времени производит измерение значения концентрации ρ_i насыщенного ДЭГ на выходе каждого МФА. Измеренные значения ρ_i для всех МФА АСУ ТП фиксирует в своей базе данных и следит за динамикой изменения этих значений. Переключив штатный режим управления потоком осушенного газа через МФА на режим поиска для него новой уставки расхода осушаемого газа, АСУ ТП ищет такое его значение, при котором концентрация НДЭГ ρ_i вернется к его последнему назначенному среднему значению. Это переключение режима работы МФА АСУ ТП осуществляет, используя его блок коррекции уставки расхода осушенного газа. Блок коррекции уставки расхода осушенного газа в штатном режиме транслирует сигнал управления на кран-регулятор (КР), управляющий расходом осушенного газа через МФА, обеспечивая соответствие добычи плановому заданию. В случае выявления проблем с работой абсорбционной секции МФА АСУ ТП подает команду на поиск новой уставки расхода осушенного газа для этого МФА. По окончании этого поиска АСУ ТП формирует сообщения оператору о значении новой уставки и новых параметрах штатной работы этого МФА. АСУ ТП формирует сообщение оператору УКПГ о необходимости изменения режима работы УКПГ. Изобретение обеспечивает автоматическое поддержание режима подготовки газа к дальнему транспорту на УКПГ, расположенных в районах Севера РФ, с соблюдением технологических норм и ограничений, предусмотренных ее технологическим регламентом, на различных режимах ее работы. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ автоматического управления процессом осушки газа на многофункциональных абсорберах - МФА установок комплексной подготовки газа - УКПГ, расположенных на севере РФ, включающий контроль и управление основными параметрами технологического процесса средствами автоматизированной системы управления технологическими процессами - АСУ ТП, которая рассчитывает значение расхода Gp регенерированного абсорбента, например диэтиленгликоля - ДЭГ, необходимого для осушки текущего расхода добываемого газа, и корректирует его значение путем введения поправки Δ, значение и знак которой АСУ ТП определяет исходя из сравнения заданного значения - уставки температуры точки росы осушенного газа Т_т.р.з. с его фактически измеренным значением Т_т.р.ф. в реальном масштабе времени, используя для этого блок коррекции массового расхода регенерированного ДЭГ - РДЭГ, с выхода которого скорректированный сигнал задания подачи РДЭГ поступает на вход SP ПИД-регулятора расхода РДЭГ, который управляет его подачей в МФА, отличающийся тем, что АСУ ТП с заданной дискретностью по времени производит измерение значения концентрации ρ_i насыщенного ДЭГ - НДЭГ на выходе каждого МФА, где i - его порядковый номер, фиксирует ее значение в своей базе данных - БД и следит за динамикой изменения этих значений, и как только динамика изменения ρ_i одного из МФА станет отличаться от динамики ρ_i других МФА, и ее значение станет удовлетворять неравенству где - среднее значение концентрации НДЭГ, задаваемое обслуживающим персоналом при запуске установки в эксплуатацию и уточняемое периодически на основе характеристик i-го МФА и результатов регулярно проводимых лабораторных исследований добываемой продукции, АСУ ТП с помощью блока коррекции уставки расхода осушенного газа в МФА переключает штатный режим управления потоком осушенного газа через этот МФА на режим поиска для него новой уставки расхода осушаемого газа, при котором значение концентрации НДЭГ вернется к его последнему назначенному среднему значению и это переключение режима работы МФА АСУ ТП осуществляет используя i-й блок коррекции уставки расхода осушенного газа для этого МФА, который транслирует сигнал управления на клапан-регулятор - КР, управляющий расходом осушенного газа через i-й МФА, поступающий на вход I₁ блока коррекции уставки расхода осушенного газа через МФА с ПИД-регулятора поддержания заданного расхода осушаемого газа при его работе в штатном режиме, и по команде АСУ ТП на поиск новой уставки расхода осушенного газа для этого МФА его блок коррекции уставки расхода осушенного переключается на трансляцию сигнала управления, поступающего на его вход I₂ с ПИД-регулятора поиска уставки расхода осушаемого газа, на вход задания SP которого поступает сигнал уставки среднего значения а на вход обратной связи PV поступает сигнал фактической концентрации ρ_i, и этот ПИД-регулятор снижает расход осушенного газа через МФА до тех пор, пока фактическая концентрация НДЭГ, отправляемого с него на регенерацию, не сравняется с уставкой и как только такой расход осушенного газа будет найден, АСУ ТП фиксирует его значение в свой БД как новую уставку расхода осушенного газа через МФА и одновременно подает команду блоку коррекции уставки расхода осушаемого газа перевести работу этого МФА на штатный режим управления потоком осушенного газа с новым, найденным значением уставки, поступающей на вход задания ПИД-регулятора поддержания заданного расхода осушаемого газа при работе МФА в штатном режиме, так же АСУ ТП, одновременно с указанными переключениями режима работы МФА, формирует сообщения оператору о выявлении проблемы в сепарационной части i-го МФА и начале поиска значения новой уставки потока осушенного газа через i-й МФА, а по окончании этого поиска о значении новой уставки и новых параметрах штатной работы этого МФА.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что АСУ ТП формирует сообщение оператору УКПГ о необходимости изменения режима работы УКПГ, если в результате перехода на управление расходом осушенного газа через МФА с помощью ПИД-регулятора поиска уставки расхода осушаемого газа не удастся найти расход, при котором концентрация НДЭГ на выходе МФА примет значение, соответствующее уставке, введенной в БД АСУ ТП при ее последнем уточнении или введенной при запуске УКПГ в работу обслуживающим персоналом, если ее уточнений не было.