Способ автоматического управления процессом осушки газа на многофункциональных абсорберах установок комплексной подготовки газа Российский патент 2024 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 в районах Крайнего 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 Крайнем Севере РФ в качестве абсорбента используют диэтиленгликоль - ДЭГ) в абсорбер осуществляется только с учетом расхода и влагосодержания осушенного газа, но не контролируется его унос с осушаемым газом.

Указанный фактор приводит 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 его унос с 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 состояние оборудования, используемого 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 с его фактически измеренным значением в реальном масштабе времени.

Основной аппарат технологии осушки на УКПГ, эксплуатируемых на Крайнем 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 фильтрующей секции. В процессе работы насадки фильтрующей секции и/или линии сброса жидкости с фильтрующей (улавливающей) тарелки МФА из-за различных причин (низкой эффективности работы сепарационной секции абсорбера, при залповых выбросах пластовой воды из скважин и т.д.) постепенно забиваются, в результате повышается унос ДЭГ с осушенным газом из абсорбера. Поэтому, в случае выявления указанного явления, оператор установки вручную осуществляет снижение производительности МФА, что позволяет уменьшить безвозвратные потери ДЭГ, затраты энергии на его регенерацию и повысить качество подготовки газа к дальнему транспорту, но с соответствующими потерями, определяемыми как человеческий фактор.

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

На фиг.1 использованы следующие обозначения:

- коллектор сырого газа (КСГ);

- i-й входной кран, где i = 1, n, n - количество параллельно работающих технологических линии;

- i-й МФА;

- i-й клапан регулятор (КР);

- i-й линии подачи РДЭГ;

- i-й линии отвода насыщенного ДЭГ (НДЭГ);

- i-й 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 Крайнего Севера РФ количество поступающей вместе с ним пластовой воды с мехпримесями, попадающими в ЦОГ, со временем увеличивается. А этот фактор существенно влияет на эффективность работы фильтрационной части их МФА и ухудшает качество ее функционирования. При этом на соседних МФА эти процессы протекают по-разному. Общий для всех МФА результат -их фильтрационная часть не справляется с задачей полной фильтрации поступающего газа, что приводит к излишнему уносу ДЭГ. В таких случаях АСУ ТП, например, в прототипе, передает управление технологическим процессом оператору УКПГ (переход на ручной режим управления), который вынуждено, используя личный опыт и интуицию, снижает расход осушаемого газа, проходящего через МФА.

Цель изобретения - повышение качества и эффективности управления технологическим процессом осушки газа на УКПГ, 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, достигаемым от реализации изобретения, является автоматическое поддержание режима подготовки газа к дальнему транспорту на УКПГ, расположенных в районах Крайнего Севера РФ, с соблюдением технологических норм и ограничений, предусмотренных ее технологическим регламентом, на различных режимах работы.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что способ автоматического управления процессом осушки газа на многофункциональных абсорберах установок комплексной подготовки газа, расположенных в районах Крайнего Севера РФ, включающий контроль и управление основными параметрами технологического процесса средствами АСУ ТП. При этом АСУ ТП рассчитывает значение расхода G_p регенерированного абсорбента – диэтиленгликоля ДЭГ (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 с его фактически измеренным значением в реальном масштабе времени, используя для этого блок коррекции массового расхода, регенерированного ДЭГ (РДЭГ). С выхода блок коррекции скорректированный сигнал задания подачи РДЭГ поступает на вход PV ПИД-регулятора расхода РДЭГ, который управляет его подачей в МФА.

В процессе эксплуатации УКПГ АСУ ТП с заданной дискретностью по времени производит измерение значения удельного уноса ДЭГ - осушенным газом на выходе каждого МФА, где i - порядковый номер технологической нитки. Эти значения АСУ ТП фиксирует в своей базе данных (БД) и следит за динамикой изменения этих значений. И как только АСУ ТП выявит то, что динамика изменения одного из МФА станет отличаться от динамики удельного уноса ДЭГ осушенным газом из других МФА, и ее значение станет удовлетворять неравенству где - уставка допустимого удельного уноса ДЭГ, задаваемая обслуживающим персоналом при запуске установки в эксплуатацию и уточняемая периодически на основе характеристик i-го МФА и результатов регулярно проводимых лабораторных исследований добываемой продукции, АСУ ТП переключает штатный режим управления потоком осушенного газа, выходящего из этого МФА, на режим поиска для него новой уставки расхода осушенного газа. Этот поиск АСУ ТП осуществляет так, чтобы значение удельного уноса ДЭГ - осушенным газом вернулось к его последнему значению, равному уставке допустимого удельного уноса ДЭГ . Для реализации этого АСУ ТП переключает режим работы МФА на поиск уставки расхода осушенного газа, используя блок коррекции уставки расхода осушенного газа. В этом режиме работы блок коррекции транслирует на КР, управляющий расходом осушенного газа, выходящего из i-го МФА, сигнал управления, поступающий на вход /₂ блока коррекции уставки расхода осушенного газа с ПИД-регулятора поиска уставки расхода осушенного газа. На вход задания SP этого ПИД-регулятора АСУ ТП подает сигнал уставки допустимого удельного уноса ДЭГ а на вход обратной связи PV поступает сигнал фактического удельного уноса ДЭГ осушенным газом. Обрабатывая эти сигналы ПИД-регулятор снижает расход осушенного газа, выходящего из МФА до тех пор, пока фактический удельный унос ДЭГ 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, выходящего из МФА. Одновременно АСУ ТП подает команду блоку коррекции уставки расхода осушенного газа перевести работу этого МФА на штатный режим управления потоком осушенного газа с новым, найденным значением уставки. Получив эту команду блок коррекции уставки расхода осушенного газа блокирует трансляцию управляющего сигнала, поступающего на его вход I₂, и начинает транслировать управляющий сигнал, поступающий на его вход I₁ с выхода ПИД-регулятора поддержания заданного расхода осушенного газа при работе МФА в штатном режиме, но уже с новым значением уставки расхода осушенного газа. Значение этой уставки АСУ ТП подает на вход задания SP ПИД-регулятора поддержания заданного расхода осушаемого газа.

АСУ ТП так же, синхронно с указанными переключениями режима работы МФА, формирует сообщения оператору о выявлении проблемы в узле фильтрующей секции i-го МФА и начале поиска значения новой уставки потока осушенного газа через i-й МФА. По окончании этого поиска АСУ ТП формирует сообщение 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 осушенного газа не удастся найти расход, при котором удельный унос ДЭГ на выходе МФА удастся снизить до значения уставки допустимого удельного уноса ДЭГ введенного в БД АСУ при ее последнем уточнении или введенной при запуске УКПГ в работу обслуживающим персоналом, если ее последующих уточнений не было.

Принципиальная технологическая схема МФА представлена на фиг.2, а структурная схема его автоматического управления показана на фиг.3. На фиг.4 схематически показана картина динамики изменения удельного уноса ДЭГ 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 - датчик удельного уноса ДЭГ из МФА;

23 - КР расхода РДЭГ;

24 - многопараметрический датчик для измерения концентрации и расхода НДЭГ;

25 - АСУ ТП УКПГ;

26 - КР расхода осушенного газа;

27 - линия выхода осушенного газа.

28 - линия подачи РДЭГ;

29 - линия отвода НДЭГ на регенерацию;

30 - ВРИ;

На фиг.3 использованы следующие обозначения:

31 - сигнал фактического расхода РДЭГ (поступает с датчика 20 на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 44);

32 - сигнал рассчитанного значения массового расхода РДЭГ, необходимого для осушки газа (поступает на вход 1 г блока коррекции 42);

33 - сигнал фактической температуры точки росы осушенного газа (поступает с датчика 21 на вход обратной связи PV ПИД-регулятор 39);

34 - сигнал уставки температуры точки росы осушенного газа (поступает из АСУ ТП 25 на вход задания SP ПИД-регулятора 39);

35 - сигнал текущего расхода осушенного газа (поступает с датчика 19 на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 40);

36 - сигнал уставки расхода осушенного газа (поступает из АСУ ТП 25 на вход задания SP ПИД-регулятора 40);

37 - сигнал удельного уноса ДЭГ (поступает с датчика 22 на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 41);

38 - сигнал уставки среднего значения удельного уноса ДЭГ (поступает из АСУ ТП 25 на вход задания SP ПИД-регулятора 41);

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

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

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

42 - блок коррекции массового расхода РДЭГ;

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

44 - ПИД-регулятор поддержания расхода РДЭГ;

45 - управляющий сигнал, подаваемый с выхода CV ПИД-регулятора 44 на КР 23 расхода РДЭГ;

46 - управляющий сигнал, подаваемый с выхода блока коррекции уставки расхода осушенного газа 43 на КР 26 расхода осушенного газа.

ПИД-регуляторы 39, 40, 41, 44, блоки коррекции 42 и 43 реализованы на базе АСУ ТП 25.

Способ автоматического управления процессом осушки газа на многофункциональных абсорберах установок комплексной подготовки газа, расположенных в районах Крайнего Севера 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, который из кубовой (нижней) части МФА 13, через линию отвода 30, направляют на регенерацию, либо на утилизацию. Газ из сепарационной секции 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 29 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 абсорбера и далее в линию сброса 29 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 27 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 25 с заданной дискретностью производит измерение следующих базовых параметров:

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

- концентрация НДЭГ (многопараметрический датчик расхода 24);

- температура давление расход и фактическая температура точки росы 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 - рассчитанный необходимый расход РДЭГ, (кг/час);

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

- влагосодержание поступающего и осушенного газа в МФА 13, соответственно, кг/1000 м³;

- концентрация РДЭГ, соответственно, % масс.

Значения 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 25 поступает с многопараметрического датчика контроля 24 (в качестве датчика 24 можно использовать массовые расходомеры фирм KROHNE из серии OPTIMASS или Micro Motion фирмы Метран).

Значение концентрации Х_РДЭГ в АСУ ТП 25 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 25 с помощью датчика 22, установленного на линии выхода осушенного газа 27 каждого МФА 13, с заданной дискретностью производит измерение - значение удельного уноса ДЭГ осушенным газом из i-го МФА i-ой технологической нитки, фиксирует их величину в своей БД и следит за динамикой изменения этих значений. Так как в ЦОГ используются однотипные МФА, в идеальном случае удельный унос ДЭГ из каждого МФА через их линии выхода осушенного газа 27, должен быть одинаковый. В реальности, по различным причинам, например, из-за того, что ремонтно-профилактические работы всех МФА проводятся в разное время, какой-то МФА, при снижении потребности в газе, может быть переведен в резерв и т.д., удельный унос ДЭГ из разных абсорберов может отличаться друг от друга. Несмотря на это, если на УКПГ технологический процесс протекает в штатном режиме, т.е. ухудшение состояния фильтрационной секции МФА не произошло, то динамика изменений удельного уноса ДЭГ на линии выхода осушенного газа 27 всех МФА будет практически одинаковой. При этом для i-го МФА вариации значений удельного уноса ДЭГ на линии выхода осушенного газа 27 укладываются в коридор где - уставка среднего значения удельного уноса ДЭГ, 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 удельного уноса ДЭГ стала отличаться от динамики удельного уноса ДЭГ на линии выхода осушенного газа 27 других МФА, и удельный унос ДЭГ повысился и вышел за границу пять процентов от его заданного среднего значения (см. фиг.4, область увеличения удельного уноса ДЭГ выше допустимой границы), то это свидетельствует о том, что произошло ухудшение качества функционирования узла фильтрации, 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 следующим образом.

Поддержание соответствия температуры точки росы осушаемого газа заданному уставкой значению обеспечивает каскадная схема из двух ПИД-регуляторов 39, 44 и блока коррекции 42 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 42 позволяет учесть эти несколько градусов, используя поправку А, и корректирует расчетное значения массового расхода абсорбента так, чтобы поддерживать фактическое значение точки росы максимально близким к заданному значению (уставке) температуры точки росы осушенного газа на выходе абсорбера.

ПИД-регулятор 39 поддержания температуры точки росы осушенного газа отслеживает в реальном масштабе времени отклонение фактического значения температуры точки росы от ее уставки . Для этого на вход задания SP ПИД-регулятора 39 подают сигнал 34 уставки температуры точки росы которую назначают по СТО Газпром 089-2010. Одновременно, на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора, подают сигнал 33 фактического значения температуры точки росы регистрируемой датчиком 21. Сравнивая эти два сигнала, ПИД-регулятор 39 на своем выходе CV формирует значение поправки А, необходимой для корректировки рассчитанного АСУ ТП 25 значения массового расхода РДЭГ по формуле (1).

С выхода ПИД-регулятора 39 значение поправки поступает на вход I₂ блока коррекции 42 массового расхода РДЭГ. Одновременно на вход I₁ блока коррекции 42 АСУ ТП 25 подает сигнал 32 - значение массового расхода G_p РДЭГ, рассчитанного по формуле (1).

Получив эти два сигнала, блок 42 формирует скорректированное значение массового расхода РДЭГ, которое является текущим значением задания его подачи в МФА 13. Значение блок 42 формирует используя следующие выражения:

Для управления подачей РДЭГ в МФА 13 используют ПИД-регулятор 44 поддержания расхода РДЭГ. Для этого на его вход задания SP подают сигнал скорректированного значения расхода РДЭГ -поступающий с

выхода блока коррекции 42. Одновременно на вход PV обратной связи данного ПИД-регулятора подают сигнал 31 фактического расхода РДЭГ - поступающий с датчика 20. Сравнивая эти два сигнала, ПИД-регулятор 44 на своем выходе CV формирует управляющий сигнал 45, который подает на КР 23 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 25 использует ПИД-регулятор 40. Для этого АСУ ТП 25 на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подает сигнал 35 с датчика расхода 19 -значение расхода осушенного газа. Одновременно АСУ ТП 25 на вход задания SP этого же ПИД-регулятора подает сигнал 36 - 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 40 на своем выходе CV формирует управляющий сигнал, который поступает на вход I₁ блока коррекции уставки расхода осушенного газа 43 и далее в неизменной форме транслируется им на КР 26 расхода осушенного газа, регулируя поток осушенного газа из МФА 13.

В случае ухудшения качества функционирования узла фильтрации МФА 13, об этом свидетельствует повышенный удельный унос ДЭГ выходящий за пределы коридора где - уставка допустимого удельного уноса ДЭГ осушенным газом из МФА 13, АСУ ТП 25 с помощью блока коррекции уставки расхода осушенного газа 43 блокирует прохождение сигнала, поступающего на его вход I₁ с выхода ПИД-регулятора 40. Одновременно АСУ ТП 25 начинает использовать ПИД-регулятор 41 для корректировки значения уставки расхода осушенного газа по этому МФА 13. Для этого АСУ ТП 25 на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 41 подает сигнал 37 -значение фактического удельного уноса ДЭГ измеряемое датчиком 22. Одновременно АСУ ТП 25 на вход задания SP этого же ПИД-регулятора подает сигнал 38 - значение уставки удельного уноса ДЭГ на выходе из МФА 13. В результате обработки этих сигналов ПИД-регулятор 41 на своем выходе CV формирует управляющий сигнал, который поступает на вход I₂ блока коррекции уставки расхода осушенного газа 43 и далее в неизменной форме транслируется им на КР 26 расхода осушенного газа, регулируя поток осушенного газа из МФА 13.

Первоначальное значение уставки подаваемой на вход задания SP ПИД-регулятора 41 (сигнал 38) для каждого МФА 13, обслуживающий персонал определяет при запуске УКПГ в работу и заносит в БД АСУ ТП 25. Значение этой уставки обслуживающий персонал периодически уточняет на основе результатов лабораторных анализов добываемой продукции и вносит в БД АСУ ТП 25.

Если динамика изменений удельного уноса ДЭГ на выходах всех МФА идентична, и не выходит за рамки коридора блок коррекции уставки расхода осушенного газа 43 транслирует на свой выход без изменения управляющий сигнал с выхода ПИД-регулятора 40, реализуя штатный режим автоматического управления расходом осушенного газа в ЦОГ. В противном случае блок коррекции 43 транслирует без изменения управляющий сигнал на КР 26 расхода осушенного газа с выхода ПИД-регулятора 41, осуществляющего поиск новой уставки расхода осушаемого газа.

Для выявления необходимости такого перехода АСУ ТП 25 непрерывно следит за динамикой изменения носа ДЭГ на выходе всех МФА. Если в какой-то момент на выходе одного из МФА динамика изменения удельного уноса ДЭГ станет отличаться от динамики изменения удельного уноса ДЭГ других МФА и его удельный унос повысится и выйдет за пределы разрешенного коридора допустимых отклонений для этого МФА (см. фиг.4), то это свидетельствует о том, что ухудшилось качество функционирования его фильтрационной секции. В этом случае блок коррекции уставки расхода осушенного газа 43 изменяет режим работы МФА 13 путем блокировки управления потоком осушенного газа с помощью ПИД-регулятора 40 и переводит управления его расходом на ПИД-регулятор 41. Одновременно АСУ ТП 25 формирует сообщение об этом оператору УКПГ, а ПИД-регулятор 41 начинает снижать расход осушенного газа, выходящего из МФА 13, с помощью КР 26 расхода осушенного газа. Этот процесс происходит до тех пор, пока удельный унос ДЭГ на выходе МФА 13 не примет значение, равное уставке введенной в БД АСУ ТП 25 при запуске УКПГ в работу или ее последним уточненным значением, введенным обслуживающим персоналом в процессе работы.

После этого АСУ ТП 25 фиксирует найденное значение расхода осушенного газа в своей БД как новую уставку по его расходу через МФА 13 и подает ее на вход задания SP ПИД-регулятора 40. Одновременно АСУ ТП 25 подает команду блоку коррекции 43 на блокировку управления потоком осушенного газа с помощью ПИД-регулятора 41 и возвращает управление его расходом на ПИД-регулятор 40, и формирует сообщение оператору о новых параметрах работы МФА 13.

В процессе снижения расхода осушенного газа через данный МФА 13 с помощью ПИД-регулятора 41 АСУ ТП 25 исключает нарушение плана газового промысла его подачи потребителям путем компенсации этого снижения, распределив план задания по добыче между другими МФА.

Если в результате перехода на управление расходом осушенного газа через МФА 13 с помощью ПИД-регулятора 41 не удастся найти расход, при котором удельный унос ДЭГ на выходе МФА 13 примет значение, равное уставке, введенной в БД АСУ ТП 25 при ее последнем уточнении или введенной при запуске УКПГ в работу обслуживающим персоналом, если уточнений не было, 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 многофункциональных абсорберах установок комплексной подготовки газа, расположенных в районах Крайнего Севера 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, расположенных в районах Крайнего Севера РФ.

Применение данного способа позволяет повысить качество управления технологическим процессом осушки газа на УКПГ, работающей в условиях Крайнего 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 и может быть использовано для автоматического управления осушкой газа в многофункциональных абсорберах (МФА) установок комплексной подготовки газа, расположенных на Севере РФ. В способе автоматического управления процессом осушки газа автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) рассчитывает значение расхода G_p регенерированного абсорбента - диэтиленгликоля (ДЭГ), 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 с его фактически измеренным значением в реальном масштабе времени, используя для этого блок коррекции массового расхода регенерированного ДЭГ (РДЭГ). С выхода блока коррекции скорректированный сигнал задания подачи РДЭГ поступает на вход PV ПИД-регулятора расхода РДЭГ, который управляет его подачей в МФА. Техническим результатом является обеспечение автоматического поддержания режима подготовки газа к дальнему транспорту. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ автоматического управления процессом осушки газа на многофункциональных абсорберах - МФА установок комплексной подготовки газа - УКПГ, включающий контроль и управление основными параметрами технологического процесса средствами автоматизированной системы управления технологическими процессами - АСУ ТП, которая рассчитывает значение расхода G_p регенерированного абсорбента - 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 с его фактически измеренным значением 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 удельного уноса ДЭГ - осушенным газом на выходе каждого МФА, где i - порядковый номер технологической нитки, фиксирует их значение в своей базе данных - БД и следит за динамикой изменения этих значений, и как только динамика изменения одного из МФА станет отличаться от динамики удельного уноса ДЭГ из других МФА, и ее значение станет удовлетворять неравенству где - уставка допустимого удельного уноса ДЭГ, задаваемая обслуживающим персоналом при запуске установки в эксплуатацию и уточняемая периодически на основе характеристик i-го МФА и результатов регулярно проводимых лабораторных исследований добываемой продукции, и в этом случае АСУ ТП переключает штатный режим управления потоком осушенного газа, выходящего из этого МФА, на режим поиска для него новой уставки расхода осушенного газа, при котором значение удельного уноса ДЭГ - осушенным газом вернется к уставке допустимого удельного уноса ДЭГ и это переключение режима работы МФА АСУ ТП осуществляет, используя блок коррекции уставки расхода осушенного газа, который в этом режиме работы транслирует на клапан-регулятор - КР, управляющий расходом осушенного газа, выходящего из i-го МФА, сигнал управления, поступающий на вход I₂ блока коррекции уставки расхода осушенного газа с ПИД-регулятора поиска уставки расхода осушенного газа, на вход задания SP которого поступает сигнал уставки допустимого удельного уноса ДЭГ а на вход обратной связи PV поступает сигнал фактического удельного уноса ДЭГ осушенным газом, и этот ПИД-регулятор снижает расход осушенного газа, выходящего из МФА до тех пор, пока фактический удельный унос ДЭГ 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, выходящего из МФА и одновременно подает команду блоку коррекции уставки расхода осушенного газа перевести работу этого МФА на штатный режим управления потоком осушенного газа с новым, найденным значением уставки, и блок коррекции уставки расхода осушенного газа блокирует трансляцию управляющего сигнала, поступающего на его вход I₂, и начинает транслировать управляющий сигнал, поступающий на его вход I₁ с выхода ПИД-регулятора поддержания заданного расхода осушенного газа при работе МФА в штатном режиме, но уже с новым значением уставки расхода осушенного газа, которое АСУ ТП подает на вход задания SP ПИД-регулятора поддержания заданного расхода осушаемого газа, также АСУ ТП, синхронно с указанными переключениями режима работы МФА, формирует сообщения оператору о выявлении проблемы в узле фильтрующей секции 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 ее режима работы, если в результате перехода на управление расходом осушенного газа через МФА с помощью ПИД-регулятора поиска уставки расхода осушенного газа не удастся найти расход, при котором удельный унос ДЭГ на выходе МФА удастся снизить до значения уставки допустимого удельного уноса ДЭГ введенного в БД АСУ при ее последнем уточнении или введенной при запуске УКПГ в работу обслуживающим персоналом, если ее последующих уточнений не было.