Способ автоматического управления процессом осушки газа в многофункциональных абсорберах установок комплексной подготовки газа Российский патент 2023 года по МПК B01D53/26 F17D3/01 

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 Севера 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 ДЭГ (НДЭГ), отводимого из абсорбера и его унос осушаемым газом.

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 НДЭГ, отводимого из абсорбера и его унос осушаемым газом.

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 качество поступающего на УКПГ природного газа, который подлежит очистке и осушке в сепараторе. Для реализации этого способа используют блок коррекции, который корректирует рассчитанное теоретически значение расхода G_р 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.

Опыт эксплуатации УКПГ, расположенных на Севера РФ, показывает, что фактическая температура точки росы осушенного газа всегда на несколько градусов выше, чем теоретически рассчитанная [см., стр. 111, Бекиров Т.М., Шаталов А.Т. Сбор и подготовка к транспорту природных газов. - М.: Недра, 1986. - 261 с]. Блок коррекции в указанном способе позволяет учесть эти несколько градусов и корректирует расчетное значения G_р 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.

На практике, в процессе добычи газа, встречаются залповые выбросы пластовой воды из скважин нефтегазоконденсатных месторождений Севера РФ на стадиях стабильной и падающей добычи газа. Возможно увеличение поступления в скважину подошвенных вод, связанное с динамикой развития депрессионных воронок у добывающих скважин. Соответственно, вся эта вода поступает с добываемом газом на УКПГ. Как показывает опыт эксплуатации УКПГ на Севере РФ, при большом объеме поступления пластовой воды в сепарационную часть МФА, она не справляется с полной сепарацией поступающего газа. В результате часть пластовой воды просачивается в массообменную часть МФА, что значительно увеличивает нагрузку на нее и приводит к повышенному расходу абсорбента по УКПГ. В таких случаях АСУ ТП передает управление технологическим процессом оператору установки (переход на ручной режим управления), который вынуждено, используя личный опыт и интуицию, снижает расход осушаемого газа, проходящего по МФА для минимизации потенциального ущерба, связанного с необходимостью чрезмерного расхода ДЭГ.

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 средствами АСУ ТП УКПГ с заданной дискретностью по времени давления и температуры Т_вх сырого газа на входе МФА, контроль давления , температуры Т_вых, фактического расхода Q_факт и фактической температуры точки росы Т_т.р.ф. осушенного газа на выходе МФА. АСУ ТП осуществляет автоматическое поддержание подачи РДЭГ в МФА с учетом расхода и влагосодержания добываемого газа, концентрации РДЭГ и НДЭГ и осуществляет контроль и анализ динамики поведения фактического расхода РДЭГ G_факт относительно рассчитываемого расхода РДЭГ G_p по модели технологического процесса и управление расходом РДЭГ, подаваемого в МФА, с помощью каскада из двух пропорционально-интефально-дифференцирующих (ПИД) регуляторов и блока коррекции массового расхода РДЭГ, реализованных на базе АСУ ТП УКПГ.

АСУ ТП УКПГ в штатном режиме работы установки управляет фактическим расходом осушенного газа Qфакт с помощью ПИД-регулятора поддержания заданного расхода осушаемого газа в МФА, на вход задания SP которого поступает последнее значение уставки расхода осушенного газа Q_уст., зафиксированное в базе данных (БД) АСУ ТП, а на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора АСУ ТП одновременно подает сигнал фактического расхода осушенного газа Q_факт. ПИД-регулятор, сравнивая эти значения, формирует на своем выходе CV управляющий сигнал, который поступает на вход I₁ блока коррекции расхода осушенного газа в МФА. Блок коррекции транслирует этот сигнал на клапан регулятор (КР), регулирующий расход осушенного газа, выходящего из МФА. Трансляция этого сигнала продолжается до тех пор, пока относительный расход РДЭГ на осушку в МФА добываемого объема газа не превысит значение уставки относительного расхода РДЭГ - , значение которого задает обслуживающий персонал установки с учетом вариативности технологических процессов. Величина в неявной форме зависит от текущего влагосодержания W добываемого газа и изменяется во времени вместе с вариациями его объема, т.е. является функцией двух переменных (t, W). Учитывая неявную форму этой зависимости, обслуживающий персонал, по результатам плановых исследований добываемой продукции и работы оборудования, определяет для установки норму относительного расхода РДЭГ - , необходимого для осушки планируемого объема добываемого газа в МФА со средним ожидаемым влагосодержанием на период до следующих плановых исследований. Далее, по этим установленным параметрам обслуживающий персонал назначает границы коридора в виде неравенства , в котором АСУ ТП будет реализовывать штатный режим управления работой МФА, и вводит эти границы в БД АСУ ТП.

В случае нарушения штатного режима работы МФА, когда относительный фактический расход РДЭГ (t, W) превысит значение уставки , АСУ ТП переводит управление расходом осушенного газа, выходящего из МФА, на ПИД-регулятор, который осуществляет поиск новой уставки расхода осушенного газа, при которой вновь можно будет реализовать штатный режим эксплуатации МФА с допустимым относительным расходом РДЭГ в рамках коридора . Этот перевод АСУ ТП реализует с помощью блока коррекции расхода осушенного газа в МФА, который по ее команде блокирует трансляцию управляющего сигнала, поступающего на его вход I₁, и начинает транслировать на КР расхода осушенного газа сигнал управления, поступающий на вход I₂ блока коррекции расхода осушенного газа с ПИД-регулятора поиска уставки расхода осушенного газа. С этого момента данный ПИД-регулятор начинает снижать расход осушенного газа, выходящего из МФА, ориентируясь на норму расхода РДЭГ , значение которой АСУ ТП подает на вход задания SP этого ПИД-регулятора. На его вход обратной связи PV АСУ ТП подает текущее значение относительного фактического расхода РДЭГ (t, W). Снижение расхода осушаемого газа продолжается до момента, когда станет соблюдаться условие . Сразу после этого АСУ ТП фиксирует в своей БД найденный расход осушенного газа в качестве новой уставки расхода осушенного газа Q_уст. и переводит управление работой МФА на штатный режим.

АСУ ТП УКПГ регулярно определяет текущее значение относительного расхода РДЭГ (t, W), необходимого для осушки добытого газа, поступающего в данный момент в МФА, используя соотношение

Эта регулярность задается шагом дискретизации по времени, соответствующем проведению измерений текущих значений параметров технологических процессов средствами АСУ ТП. Неявную зависимость (t, W) от текущего значения влагосодержания W добываемого газа АСУ ТП учитывает автоматически путем поддержания фактической температуры точки росы Т_т.р.ф. осушенного газа с фактическим расходом Q_факт(t) на выходе МФА равной заданной температуре точки росы Т_т.р.з., регулируя расход РДЭГ G_факт(t), подаваемый в МФА для осушки добываемого газа.

При этом АСУ ТП УКПГ формирует сообщение оператору УКПГ о переходе со штатного режима эксплуатации МФА на режим поиска для него новой уставки расхода осушенного газа Q_уст., а по окончании поиска сообщает о новых параметрах работы этого МФА и о перераспределении плана добычи осушенного газа, подаваемого в магистральный газопровод, между технологическим нитками УКПГ.

АСУ ТП УКПГ формирует сообщение оператору о необходимости изменения режима работы УКПГ если в результате перехода на управление расходом осушенного газа через МФА с помощью ПИД-регулятора поиска уставки расхода осушенного газа, в случае подачи в МФА РДЭГ в объемах с относительным расходом (t, W) выше предельно допустимого относительного расхода РДЭГ, заданного уставкой , не удастся найти расход осушенного газа Q(t), при котором возможен возврат на штатный режим управления, и расход осушенного газа на выходе МФА опустился до минимально-допустимого значения, которое определено паспортными характеристиками МФА.

Основной аппарат технологии осушки газа на УКПГ, расположенных в районах Севера РФ, является МФА, состоящий из трех частей - сепарационной, абсорбционной и фильтрационной, принципиальная технологическая схема которого представлена на фиг. 1.

Структурная схема автоматического управления МФА показана на фиг. 2. Динамика изменений относительного расхода РДЭГ в МФА приведена на фиг. 3.

На фиг. 1 использованы следующие обозначения:

1 - входная линия сырого газа;

2 - датчик температуры сырого газа;

3 - датчик давления сырого газа;

4 - МФА;

5 - фильтрующая секция МФА;

6 - абсорбционная секция МФА;

7 - датчик температуры осушенного газа;

8 - датчик давления осушенного газа;

9 - сепарационная секция МФА;

10 - датчик фактического расхода осушенного газа Q_факт;

11 - датчик фактического массового расхода РДЭГ G_факт;

12 - датчик фактической температуры точки росы Т_т.р.ф. осушенного газа;

13 - КР расхода РДЭГ;

14 - многопараметрический датчик измерения концентрации и расхода НДЭГ;

15 - АСУ ТП УКПГ;

16 - КР расхода осушенного газа;

17 - линия выхода осушенного газа.

18 - линия подачи РДЭГ;

19 - линия отвода НДЭГ на регенерацию;

20 - линия отвода водного раствора ингибитора (ВРИ);

На фиг. 2 использованы следующие обозначения:

21 - сигнал фактического массового расхода РДЭГ G_факт (поступает с датчика 11 на вход обратной связи PV ПИД-регуляторов 34);

22 - сигнал рассчитанного АСУ ТП 15 значения массового расхода РДЭГ G_p, необходимого для осушки добытого газа (поступает на вход I₁ блока коррекции 32);

23 - сигнал фактической температуры точки росы Т_т.р.ф. осушенного газа (поступает с датчика 12 на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 29);

24 - сигнал уставки температуры точки росы Т_т.р.з. осушенного газа (поступает из АСУ ТП 15 на вход задания SP ПИД-регулятора 29);

25 - сигнал фактического расхода осушенного газа Q_факт (поступает с датчика 10 на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 30);

26 - сигнал уставки расхода осушенного газа Q_уст. по МФА (поступает из АСУ ТП 15 на вход задания SP ПИД-регулятора 30);

27 - сигнал фактического относительного расхода РДЭГ (поступает из АСУ ТП 15 на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 31);

28 - сигнал нормы относительного расхода РДЭГ (поступает из АСУ ТП 15 на вход задания SP ПИД-регулятора 31);

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

30 - ПИД-регулятор поддержания заданного расхода осушаемого газа в МФА 4;

31 - ПИД-регулятор поиска уставки расхода осушенного газа в случае подачи в МФА 4 РДЭГ в объемах выше допустимого расхода;

32 - блок коррекции массового расхода РДЭГ;

33 - блок коррекции расхода осушенного газа в МФА 4;

34 - ПИД-регулятор поддержания расхода РДЭГ;

35 - управляющий сигнал, подаваемый с выхода CV ПИД-регулятора 34 на КР 13 расхода РДЭГ;

36 - управляющий сигнал, подаваемый с выхода блока коррекции расхода осушенного газа 33 на КР 16 расхода осушенного газа;

На фиг. 3 использованы следующие обозначения:

37 - уставка относительного расхода РДЭГ - (назначает обслуживающий персонал и вводит в БД АСУ ТП 15);

38 - динамика фактического изменения относительного расхода РДЭГ - (t, W);

39 - норма относительного расхода РДЭГ - (определяет обслуживающий персонал и вводит в БД АСУ ТП 15).

Норму относительного расхода РДЭГ - обслуживающий персонал назначает по результатам последних исследований добываемой продукции из скважин как минимально возможный теоретически расход РДЭГ, который может поддерживать заданную температуру точки росы Т_т.р.з. для планируемого расхода осушенного газа ПИД-регуляторы 29, 30, 31, 34, блоки коррекции 32 и 33 реализованы на базе АСУ ТП УКПГ 15.

Способ автоматического управления процессом осушки газа на МФА УКПГ реализуют следующим образом.

Из коллектора сырого газа УКПГ по входной линии 1 добытый газ поступает во входную сепарационную секцию 9 МФА 4, где из него выделяется капельная жидкость и механические примеси. Выделившаяся из сырого газа жидкость представляет собой ВРИ, которую из кубовой (нижней) части МФА 4, через линию отвода 20, направляют на регенерацию, либо на утилизацию. Газ из сепарационной части 9 МФА 4 через полуглухую тарелку поступает в его абсорбционную секцию 6. 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 6 МФА 4 и его через линию отвода 19 направляют на регенерацию. Осушенный газ из массообменной секции 6 поступает в фильтрующую секцию 5 МФА 4, 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. 1 не показан) направляют на полуглухую тарелку МФА 4 и далее, в линию сброса 19 НДЭГ с полуглухой тарелки. Уровень НДЭГ на полуглухой тарелке выполняет роль гидрозатвора, препятствующего проходу газа по выносному трубопроводу в фильтрующую часть 5 МФА 4.

Из МФА 4 осушенный до заданного значения точки росы газ подают по выходной линии 17 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 4.

Для определения количества РДЭГ, которое необходимо подавать для осушки газа в МФА 4, АСУ ТП 15 с заданной дискретностью производит измерение следующих базовых параметров:

- температура Т_вх и давление сырого газа на входе МФА 4 (соответственно, датчики 2 и 3);

- концентрация НДЭГ X_НДЭГ (многопараметрический датчик расхода 14);

- температура Т_вых, давление , расход Q_факт и температура точки росы Т_т.р.ф. осушенного газа (соответственно, датчики 7, 8, 10 и 12).

Количество РДЭГ, необходимого для подачи в МФА 4, АСУ ТП определяет 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;

Q_факт - расход осушенного газа, 1000 м³/час;

ΔW - 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;

XРДЭГ - концентрация РДЭГ.

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_НДЭГ в АСУ ТП 15 поступает с многопараметрического датчика контроля 14 (в качестве датчика 14 можно использовать расходомеры фирм KROHNE из серии OPTIMASS или Micro Motion фирмы Метран).

Значение концентрации Х_РДЭГ в АСУ ТП 15 поступает из цеха регенерации УКПГ, который поддерживает необходимое значение концентрации РДЭГ и его температуры в пределах заданных границ, предусмотренных технологическим регламентом УКПГ.

Поддержание соответствия температуры точки росы осушаемого газа Т_т.р.ф. заданному уставкой Т_т.р.з. значению обеспечивает каскадная схема из двух ПИД-регуляторов 29, 34 и блока коррекции 32 массового расхода РДЭГ.

ПИД-регулятор 29 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 29 подают сигнал 24 уставки температуры точки росы Т_т.р.з., которая назначается по СТО Газпром 089-2010. Одновременно, на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора, подают сигнал 23 фактического значения температуры точки росы Т_т.р.ф., регистрируемой датчиком 12. Сравнивая эти два сигнала, ПИД-регулятор 29 на своем выходе CV формирует значение поправки Δ, необходимой для корректировки рассчитанного АСУ ТП 15 значения массового расхода РДЭГ G_p по формуле (1), и подает ее на вход I₂ блока коррекции 32 массового расхода РДЭГ. Одновременно на вход I₁ блока коррекции 32 АСУ ТП 15 подает сигнал 22 - значение массового расхода РДЭГ G_p, рассчитанного по формуле (1).

Получив эти два сигнала, блок 32 формирует скорректированное значение массового расхода РДЭГ G_кор., которое является текущим значением задания его подачи в МФА 4. Значение G_кор. блок 32 формирует используя следующие выражения:

Для управления подачей РДЭГ в МФА 4 используют ПИД-регулятор 34 поддержания расхода РДЭГ. Для этого на его вход задания SP подают сигнал скорректированного значения расхода РДЭГ G_кор, поступающий с выхода блока коррекции 32. Одновременно на вход PV обратной связи данного ПИД-регулятора подают сигнал фактического расхода РДЭГ Gфакт, поступающий с датчика 11. Сравнивая эти два сигнала, ПИД-регулятор 34 на своем выходе CV формирует управляющий сигнал 35, который подает на КР 13 расхода РДЭГ. В результате этого обеспечивается автоматическое управление подачей необходимого количества РДЭГ G_факт в МФА 4, достаточного для осушки газа до заданной температуры точки росы Т_т.р.з.. При этом значение Gфакт изменяется во время ведения технологического процесса (в реальном времени) в допустимых пределах, подчиняясь в неявной форме зависимости от текущего значения влагосодержания добываемого газа W, G_факт=G_факт(t, W). Учитывая то, что объем добываемого газа так же варьируется в определенных границах, целесообразно использовать в АСУ ТП параметр текущее значение относительного расхода РДЭГ (t). Учитывают то, что величина значения текущего относительного расхода РДЭГ в неявной форме является также и функцией значения влагосодержания добываемого газа W, что учитывается поддержанием заданного значения точки росы Т_т.р.з. осушенного газа, поэтому (t, W).

Расход осушенного газа, выходящего из МФА 4, работающего в штатном режиме, поддерживает ПИД-регулятор 30, на вход задания SP которого поступает сигнал 26 - последнее значение уставки расхода осушенного газа Q_уст., зафиксированное в БД АСУ ТП 15. Одновременно на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора из АСУ ТП 15 поступает сигнал 25 текущего расхода осушенного газа Q_факт. Сравнивая эти два сигнала, ПИД-регулятор 30 на своем выходе CV формирует управляющий сигнал, поступающий на вход I1 блока коррекции 33, который транслирует его на КР 16. Трансляция этого сигнала управления продолжается до тех пор, пока текущее значение относительного расхода РДЭГ (t, W) не превысит значение (граница 37 на фиг. 3) - уставка относительного расхода РДЭГ при добыче запланированных объемов газа. Значение уставки относительного расхода РДЭГ задает обслуживающий персонал следующим образом.

По результатам плановых исследований добываемой продукции и работы оборудования установки определяют норму относительного расхода РДЭГ , необходимого для осушки планируемых объемов добываемого газа в МФА со средним ожидаемым влагосодержанием на период до следующих плановых исследований (на фиг. 3 значение представлено линией 39). Далее, учитывая вариативность технологических процессов установки и влагосодержания добываемого газа W, назначают уставку относительного расхода РДЭГ на текущий объем добываемого осушенного газа Q_факт(t) (на фиг. 3 значение представлено линией 37). Указанные параметры определяют границы коридора, в котором АСУ ТП реализует штатный режим управления работой МФА, характеризуемый условием соблюдения неравенства Соответственно, границы этого коридора вводят в БД АСУ ТП 15.

Фактическое, текущее значение относительного расхода РДЭГ (t, W), необходимого для осушки добытого газа, поступающего в данный момент в МФА 4, АСУ ТП 15 определяет по формуле:

Графическая интерпретация процесса управления показана на фиг. 3. АСУ ТП 15 рассчитывает значения (t, W) с дискретностью проводимых измерений датчиками 11 G_факт(t, W) и 10 Q(t), и строит их в виде графика временной функции - линия 38. На этот же график наносят значения уставки (линия 37) и норму относительного расхода ДЭГ (линия 38).

Нарушение штатного режима работы МФА 4 характеризуется тем, что фактический относительный расход РДЭГ (t, W) превысил значение уставки , т.е. его график 38 пересек линию уставки 37 и реализовалось неравенство (t, W) (см. фиг. 3, «область увеличения расхода РДЭГ выше уставки», которое начинается с момента времени «а»). В этом случае, с момента времени «а», АСУ ТП 15 переводит управление расходом осушенного газа на ПИД-регулятор 31, который осуществляет поиск новой уставки расхода осушенного газа, при которой вновь можно будет реализовать штатный режим эксплуатации МФА 4 с допустимым относительным расходом РДЭГ в рамках коридора . Этот перевод АСУ ТП 15 реализует с помощью блока коррекции 33, который по ее команде блокирует трансляцию управляющего сигнала, поступающего на его вход I₁, и начинает транслировать на КР 16 сигнал управления в неизменной форме, поступающий на его вход I₂ с ПИД-регулятора 31.

Осуществив эту операцию АСУ ТП 15 формирует соответствующее сообщение оператору УКПГ и начинает снижать расход осушенного газа, выходящего из МФА 4, с помощью КР 16, управляемого уже ПИД-регулятором 31. ПИД-регулятор 31 реализует этот процесс, ориентируясь на норму расхода РДЭГ , значение которой в виде сигнала 28 поступает из АСУ ТП 15 на его вход задания SP и она представлена на фиг. 3 линией 39. Это снижение расхода АСУ ТП 15 осуществляет до тех пор (см. фиг. 3 «область увеличения относительного расхода РДЭГ выше уставки»; конец области «б»), пока не станет соблюдаться условие , т.е. фактический относительный расход РДЭГ окажется в заданном для него коридоре допустимых значений. Сразу после входа (t, W) в коридор допустимых значений АСУ ТП 15 фиксирует в своей БД расход осушенного газа Q(t), при котором стало соблюдаться условие , как его новую уставку Q_уст. для штатного режима работы МФА 4 и устанавливает ее значение на вход задания SP ПИД-регулятора 30 в виде сигнала 26. На фиг. 3 это событие реализуется сразу после того, как график течения процесса 38 пересечет линию уставки 37 в точке «б». Учитывая то, что измерения параметров процесса АСУ ТП 15 производит с заданной дискретностью, и инерционность самих процессов, значение новой уставки Q_уст. сразу гарантирует соблюдение условия и работу установки с допустимым относительным расходом РДЭГ в рамках коридора .

Одновременно АСУ ТП подает команду блоку коррекции 33 на блокировку управления потоком осушенного газа с помощью ПИД-регулятора 31 и команду на возврат управления потоком осушенного газа ПИД-регулятору 30 - возврат на штатный режим управления.

Одновременно АСУ ТП 15 формирует сообщение оператору о новых параметрах работы МФА 4.

Если в результате перехода на управление расходом осушенного газа через МФА 4 с помощью ПИД-регулятора 31 АСУ ТП 15 не удастся найти расход осушенного газа Q(t), при котором возможен возврат на штатный режим управления, а расход газа через МФА 4 опустится до минимально-допустимого значения, которое определено паспортными характеристиками МФА, 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 выявить 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 МФА на УКПГ, расположенных на Севере РФ. Способ автоматического управления процессом осушки газа в МФА на УКПГ включает контроль средствами автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) УКПГ с заданной дискретностью по времени давления и температуры сырого газа на входе МФА, контроль давления, температуры, расхода и температуры точки росы осушенного газа на выходе МФА. АСУ ТП осуществляет автоматическое поддержание подачи регенерированного диэтиленгликоля (РДЭГ) в МФА с учетом расхода и влагосодержания добываемого газа, концентрации РДЭГ и насыщенного диэтиленгликоля. Также АСУ ТП осуществляет контроль и анализ динамики поведения фактического расхода РДЭГ относительно рассчитываемого расхода РДЭГ по модели технологического процесса и управление расходом РДЭГ, подаваемого в МФА, с помощью каскада из двух пропорционально-интегрально-дифференцирующих (ПИД) регуляторов и блока коррекции массового расхода РДЭГ, реализованных на базе АСУ ТП 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. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ автоматического управления процессом осушки газа в многофункциональных абсорберах - МФА установок комплексной подготовки газа - УКПГ, включающий контроль средствами автоматизированной системы управления технологическими процессами - АСУ ТП УКПГ с заданной дискретностью по времени давления и температуры Т_вх сырого газа на входе МФА, контроль давления , температуры Т_вых, расхода Q_факт и температуры точки росы Т_т.р.ф. осушенного газа на выходе МФА, автоматическое поддержание подачи регенерированного диэтиленгликоля - РДЭГ в МФА с учетом расхода и влагосодержания добываемого газа, концентрации РДЭГ и насыщенного диэтиленгликоля - НДЭГ, а также контроль и анализ динамики поведения фактического расхода РДЭГ G_факт относительно рассчитываемого расхода РДЭГ G_р по модели технологического процесса и управление расходом РДЭГ, подаваемого в МФА, с помощью каскада из двух пропорционально-интегрально-дифференцирующий - ПИД регуляторов и блока коррекции массового расхода РДЭГ, реализованных на базе АСУ ТП УКПГ, отличающийся тем, что АСУ ТП УКПГ в штатном режиме работы установки управляет фактическим расходом осушенного газа Q_факт с помощью ПИД-регулятора поддержания заданного расхода осушаемого газа в МФА, на вход задания SP которого поступает последнее значение уставки расхода осушенного газа Q_уст., зафиксированное в базе данных - БД АСУ ТП, а на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора АСУ ТП одновременно подает сигнал текущего расхода осушенного газа Q_факт, сравнивая которые он формирует на своем выходе CV управляющий сигнал, который поступает на вход I₁ блока коррекции расхода осушенного газа в МФА, который транслирует его на клапан регулятор - КР, регулирующий расход осушенного газа, выходящего из МФА до тех пор, пока относительный расход РДЭГ на осушку в МФА добываемого объема газа , который в неявной форме зависит от его текущего влагосодержания W и изменяется во времени вместе с вариациями объема добываемого газа, т.е. является функцией двух переменных (t, W), не превысит значение уставки относительного расхода РДЭГ - , значение которого задает обслуживающий персонал установки с учетом вариативности технологических процессов, предварительно определив по результатам плановых исследований добываемой продукции и работы оборудования установки норму относительного расхода РДЭГ - , необходимого для осушки планируемого объема добываемого газа в МФА со средним ожидаемым влагосодержанием на период до следующих плановых исследований, и по этим установленным параметрам обслуживающий персонал назначает границы коридора в виде неравенства , в котором АСУ ТП реализует штатный режим управления работой МФА, и эти границы вводят в БД АСУ ТП, а в случае нарушения штатного режима работы МФА, когда фактический относительный расход РДЭГ (t, W) превысит значение уставки , АСУ ТП переводит управление расходом осушенного газа, выходящего из МФА, на ПИД-регулятор, который осуществляет поиск новой уставки расхода осушенного газа, при которой вновь можно будет реализовать штатный режим эксплуатации МФА с допустимым относительным расходом РДЭГ в рамках коридора , и этот перевод АСУ ТП реализует с помощью блока коррекции расхода осушенного газа в МФА, который по ее команде блокирует трансляцию управляющего сигнала, поступающего на его вход I₁, и начинает транслировать на КР расхода осушенного газа сигнал управления, поступающий на вход I₂ блока коррекции расхода осушенного газа с ПИД-регулятора поиска уставки расхода осушенного газа, и этот ПИД-регулятор снижает расход осушенного газа, выходящего из МФА, ориентируясь на норму расхода РДЭГ , значение которой АСУ ТП подает на вход задания SP этого ПИД-регулятора, а на его вход обратной связи PV подает текущее значение относительного расхода (t, W), и снижение расхода осушаемого газа продолжается до момента, когда станет соблюдаться условие , и сразу после этого АСУ ТП фиксирует в своей БД найденный расход осушенного газа в качестве новой уставки расхода осушенного газа Q_уст. и переводит управление работой МФА на штатный режим.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что АСУ ТП УКПГ регулярно определяет текущее значение относительного расхода РДЭГ (t, W), необходимого для осушки добытого газа, поступающего в данный момент в МФА, из соотношения

с шагом дискретизации по времени, соответствующем проведению измерений текущих значений параметров технологических процессов средствами АСУ ТП, при этом неявную зависимость (t, W) от текущего значения влагосодержания добываемого газа W АСУ ТП учитывает автоматически путем поддержания фактической температуры точки росы Т_т.р.ф. осушенного газа с фактическим расходом Q_факт(t) на выходе МФА, равной заданной температуре точки росы Т_т.р.з., регулируя расход РДЭГ G_факт(t), подаваемый в МФА для осушки добываемого газа.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что АСУ ТП УКПГ формирует сообщение оператору УКПГ о переходе со штатного режима эксплуатации МФА на режим поиска для него новой уставки расхода осушенного газа Q_уст., а по окончании поиска сообщает о новых параметрах работы этого МФА и о перераспределении плана добычи осушенного газа, подаваемого в магистральный газопровод, между технологическим нитками УКПГ.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что АСУ ТП УКПГ формирует сообщение оператору о необходимости изменения режима работы УКПГ, если в результате перехода на управление расходом осушенного газа через МФА с помощью ПИД-регулятора поиска уставки расхода осушенного газа в случае подачи в МФА РДЭГ в объемах с относительным расходом (t, W) выше предельно допустимого относительного расхода РДЭГ, заданного уставкой , не удастся найти расход осушенного газа Q(t), при котором возможен возврат на штатный режим управления, и расход осушенного газа на выходе МФА опустился до минимально допустимого значения, которое определено паспортными характеристиками МФА.