СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗКИ МЕЖДУ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ЛИНИЯМИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ, С ТУРБОДЕТАНДЕРНЫМИ АГРЕГАТАМИ, ПОДДЕРЖИВАЮЩИЙ РАСХОД ОСУШЕННОГО ГАЗА И ПЛОТНОСТЬ НЕСТАБИЛЬНОГО ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА, НА УСТАНОВКАХ КОМПЛЕКСНОЙ ПОДГОТОВКИ ГАЗА Российский патент 2025 года по МПК F17D3/01 

Изобретение относится к области добычи и подготовки природного газа валанжинских залежей (далее природный газ) к дальнему транспорту на установках комплексной подготовки газа (УКПГ), с турбодетандерными агрегатами (ТДА), нефтегазоконденсатных месторождений (НГКМ) Крайнего Севера, в частности, к автоматическому распределению нагрузки между технологическими линиями (ТЛ) низкотемпературной сепарацией УКПГ, поддерживающий расход осушенного газа, подаваемого в магистральный газопровод (МГП) и плотность нестабильного газового конденсата (НГК), подаваемого в магистральный конденсатопровод (МКП).

Известен способ автоматического управления подготовкой газа на ТЛ на УКПГ к дальнему транспорту, который позволяет автоматически поддерживать температуру сепарации газа в низкотемпературном сепараторе при заданном значении расхода газа путем применения ТДА [см. стр. 312, Бекиров Т.М., Ланчаков Г.А. Технология обработки газа и конденсата. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр». 1999. - 596 с.].

Недостатком данного способа является то, что происходящие в процессе эксплуатации изменения состояния оборудования ТЛ, а также плотность НГК, подаваемой в МКП, т.е. потребителю, не учитываются при распределении нагрузки между ними.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ автоматического распределения нагрузки между ТЛ низкотемпературной сепарации газа с ТДА на УКПГ севера РФ [патент РФ № 2743690], который включает контроль средствами автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) УКПГ ряда параметров. Среди них расход осушенного газа, поступающего в МГП и расход НГК, подаваемого в МКП. АСУ ТП поддерживает температуру сепарации газа в каждом низкотемпературном сепараторе и управляет режимом его работы путем изменения степени адиабатического расширения газа с совершением внешней механической работы в ТДА, стоящем перед каждым низкотемпературным сепаратором. АСУ ТП, получив задание по объему подготовки НГК УКПГ, исполняет его с помощью пропорционально-интегрально-дифференцирующего (ПИД) регулятора поддержание расхода НГК в МКП. На вход задания SP этого ПИД-регулятора АСУ ТП подает сигнал задания диспетчера, и одновременно на его вход обратной связи PV подает сигнала фактического расхода НГК в МКП. Сравнивая задание и фактический расход НГК, этот ПИД-регулятор формирует на своем выходе CV сигнал задания, который подает на вход задания SP ПИД-регуляторов всех ТЛ. Одновременно на вход обратной связи PV этих ПИД-регуляторов АСУ ТП подает сигнал фактического расхода осушенного газа по УКПГ. Также одновременно на вход Кр ПИД-регулятора каждой ТЛ подается сигнал значения коэффициента пропорциональности К_{п_i} (где i - номер линии ТЛ), определяющего степень воздействия этого ПИД-регулятора на управляемый им клапан - регулятор (КР) расхода газа по его ТЛ, установленный после сепаратора первой ступени сепарации. При этом величина коэффициента пропорциональности К_{п_i} определяется индивидуально для каждой ТЛ ее блоком расчета коэффициента пропорциональности в зависимости от частоты вращения ротора ТДА, регистрируемой АСУ ТП с помощью датчика частоты вращения ротора.

Существенным недостатком данного способа является то, что происходящие в процессе эксплуатации изменения состояния оборудования ТЛ, а также плотность НГК, подаваемой в МКП, т.е. потребителю, не учитываются при распределении нагрузки между линиями. Это приводит к ухудшению качества поставляемого потребителям НГК и может вызвать ряд проблем, связанных с появлением газовых пробок и их скоплений в конденсатопроводе. Наличие таких пробок может стать причиной серьезных осложнений и аварий, приводящих к материальным, людским и экологическим потерям. [см., например, А.А. Коршак, А.И. Забазнов, В.В. Новоселов и др. Трубопроводный транспорт нестабильного газового конденсата. - М: ВНИИОЭНГ, 1994, стр. 224].

Согласно технологического процесса сбора и подготовки природного газа к дальнему транспорту природный газ от кустов эксплуатационных скважин поступает на УКПГ - в здание переключающей арматуры, откуда через общий коллектор сырого газа распределяется по нескольким (до 8, а в перспективе - и более) идентичным ТЛ газа [см. стр. 361, Андреев Е.Б. и др. Автоматизация технологических процессов добычи и подготовки нефти и газа: учебное пособие для вузов. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2008. - 399 с.]. Например, на Заполярном НГКМ на УКПГ-1В и УКПГ-2В используются по четыре ТЛ газа.

В процессе эксплуатации из-за различных причин, возникающих при добыче природного газа, например, из-за залповых выбросов воды и пескопроявления в скважинах, из-за коррозии оборудования и т.д., наблюдается ухудшение состояния оборудования ТЛ, что приводит к снижению эффективности работы сепараторов и ухудшению их способности разделения фаз. Это увеличивает унос капельной жидкости и механических примесей из них, что приводит к снижению эффективности работы рекуперативных теплообменников (далее ТО) из-за загрязнения поверхности их теплообменных труб. Образование гидратных и иных отложений в аппаратах УКПГ приводит к изменению перепада давления в них, что в конечном итоге, сказывается на эффективности их работы, т.е. на качестве извлекаемого газа и НГК, в частности значения его плотности.

Очевидно, что изменение состояния оборудования ТЛ на УКПГ протекает неравномерно, что приводит к различиям в работоспособности этих линий. В связи с этим, для повышения эффективности процесса подготовки природного газа к дальнему транспорту, необходимо проводить распределение нагрузки между ТЛ УКПГ в режиме реального времени, учитывая фактическое состояние каждой линии. Такой подход позволяет существенно повысить качество подготавливаемого природного газа и НГК при соблюдении норм и ограничений, установленных технологическим регламентом УКПГ.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности процесса подготовки природного газа к дальнему транспорту, которое позволяет улучшить качество подготавливаемой продукции (осушенного газа и НГК), поставляемой потребителям на постоянной, падающей и завершающей стадиях эксплуатации НГКМ.

Техническими результатами, достигаемыми от реализации изобретения, является автоматическое распределение нагрузки между ТЛ УКПГ, поддерживающее расход осушенного газа, поступающего в МГП и плотность НГК, подаваемого в МКП, с учетом состояние оборудования, задействованного в процессе по подготовке природного газа к дальнему транспорту, соблюдая при этом нормы и ограничения, предусмотренные технологическим регламентом установки для различных режимов ее работы.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что способ автоматического распределения нагрузки между технологическими линиями низкотемпературной сепарации, с турбодетандерными агрегатами, поддерживающий расход осушенного газа и плотность нестабильного газового конденсата, на установках комплексной подготовки газа, включают контроль средствами автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) УКПГ ряда параметров, среди которых расход осушенного газа, поступающего в магистральный газопровод (МГП) и расход НГК, подаваемого в магистральный конденсатопровод (МКП). АСУ ТП поддерживает температуру сепарации газа в каждом низкотемпературном сепараторе и управляет режимом их работы путем изменения степени адиабатического расширения газа с совершением внешней механической работы в ТДА, стоящем перед каждым низкотемпературным сепаратором.

Поставленная цель достигается за счет того, что выполнение задания диспетчера газодобывающего предприятия (ГДП) по объему подготовки осушенного газа по УКПГ в виде сигнала уставки плана подготовки поступает от оператора установки, который АСУ ТП подает на вход задания SP пропорционально интегрально дифференцирующего - ПИД регуляторов ТЛ. Одновременно на вход обратной связи PV этих ПИД-регуляторов АСУ ТП подает сигнал фактического расхода осушенного газа по УКПГ. Также одновременно на вход Кр ПИД-регулятора каждой i-й ТЛ, где i - номер ТЛ, поступает индивидуальный сигнал значения коэффициента пропорциональности К_{п_i}, определяющего степень воздействия этого ПИД-регулятора на управляемый им клапан-регулятор - КР расхода газа, установленный после сепаратора первой ступени сепарации на его ТЛ. При этом величина коэффициента пропорциональности К_{п_i} определяется индивидуально для каждой ТЛ ее блоком расчета коэффициента пропорциональности по следующим формулам:

- если , то производительность необходимо повысить, и:

- если , то производительность необходимо понизить, и:

где - фактическое значение расхода осушенного газа по i-й ТЛ, которое поступает с датчика расхода, установленного на ее выходе; , - уставки минимального и максимального расхода осушенного газа по i-й ТЛ, соответственно, значение которых устанавливает обслуживающий персонал с учетом технических характеристик оборудования ТЛ; , - уставки минимального и максимального значения коэффициента пропорциональности, соответственно, которые также устанавливает обслуживающий персонал, при этом значения , определяют исходя из состояния технологического оборудования i-й ТЛ в момент запуска установки с учетом технологических норм и ограничений, предусмотренных технологическим регламентом установки.

Вычисление по формулам (1) и (2) ограничивают следующими условиями:

Поддержание заданного уставкой значения плотности НГК, получаемого на i-й ТЛ обеспечивает каскад из двух индивидуальных ПИД-регуляторов и блока контроля частоты вращения ротора ТДА i-й ТЛ. При этом на вход задания SP первого ПИД-регулятора каскада всех ТЛ АСУ ТП УКПГ подает сигнал значения уставки , а на вход обратной связи PV первого ПИД-регулятора каскада i-й ТЛ поступает сигнал значения фактической плотности НГК с датчика, измеряющего плотность НГК, подаваемого из трехфазного разделителя жидкостей, далее РЖ, i-й ТЛ в МКП. Первый ПИД-регулятор каскада i-й ТЛ формирует оперативное значение уставки - задание температуры, которую необходимо поддерживать в сепараторе низкотемпературной сепарации газа для достижения заданной плотности НГК на выходе i-й ТЛ, и в виде соответствующего сигнала подает ее на вход задания SP второго ПИД-регулятора каскада i-й ТЛ, на вход обратной связи PV которого одновременно поступает сигнал фактического значения температуры в низкотемпературном сепараторе с датчика температуры, установленного в этом сепараторе. Второй ПИД-регулятор каскада формирует сигнал управления оперативного задания частоты вращения ротора ТДА, влияющего на его холодопроизводительность по i-й ТЛ. Этот сигнал поступает сигнал на вход I1 блока контроля частоты вращения ротора ТДА i-й ТЛ, который в неизменной форме транслирует его на свой выход О2. Далее этот сигнал поступает на вход КР подержания частоты вращения ротора ТДА i-й ТЛ. Блок контроля частоты вращения ротора ТДА i-й ТЛ осуществляет проверку соответствия заданной частоты вращения ротора границам, установленным соотношением:

, (3)

где , , - фактическая, уставка минимальной и уставка максимальной частоты вращения ротора ТДА i-й ТЛ, соответственно, которые поступают в виде сигнала на входа I4, I3, I2 блока контроля частоты вращения ротора ТДА i-й ТЛ, соответственно. Фактическая частота вращения - измеряется датчиком частоты вращения ротора ТДА i-й ТЛ, - уставки минимальной и максимальной частоты вращения ротора ТДА i-й ТЛ задаются на основе паспортных данных, предоставляемых заводом-изготовителем ТДА, а также требований технологического регламента для данной установки.

Если в ходе технологического процесса значение находится в указанных рамках, то блок контроля частоты вращения ротора ТДА i-й ТЛ формирует на своем выходе сигнал логический «ноль», который поступает на вход start\stop ПИД регулятора своей ТЛ, разрешив ее работу.

Если выйдет за рамки уставок или , то блок контроля частоты вращения ротора ТДА i-й ТЛ формирует на своем выходе сигнал логическая «единица», которая подается на вход start\stop ПИД-регулятора, управляющего уровнем подготовки осушенного газа по этой ТЛ.

Этот ПИД-регулятор, получив данный сигнал, останавливает свою работу, оставляя на своем выходе CV значение управляющего сигнала, рассчитанного в предыдущем цикле вычисления, и i-ая ТЛ продолжает работать с параметрами, сложившимися на момент остановки этого ПИД-регулятора.

АСУ ТП формирует сообщение оператору установки о сложившейся ситуации на i-й ТЛ для оценки и принятия решения по изменению технологического режима работы по этой ТЛ, которое вновь приведет к соблюдению условия соответствия значения частоты вращения ротора ее ТДА допустимому диапазону:

,

после чего блок контроля частоты вращения ротора ТДА i-й ТЛ снимает запрет на работу ПИД-регулятора управляющего уровнем подготовки осушенного газа по этой ТЛ, сформировав на своем выходе сигнал логический «ноль» и подает его на вход start\stop этого ПИД-регулятора.

В случае выхода i-й ТЛ из процесса регулирования, нагрузка по поддержанию плановой подготовки осушенного газа по УКПГ будет распределена между ТЛ, технологический процесс которых находится в границах, соответствующих условию (3) до момента, пока обслуживающий персонал не устранит причину нарушения технологического процесса.

АСУ ТП в случае, если все ТЛ исчерпают свои возможности по соблюдению условия соответствия частоты вращения роторов ТДА допустимому диапазону , формирует сообщение оператору установки о невозможности поддержания заданного значения плотности НГК и необходимости изменить режим работы УКПГ.

На фиг. 1 приведена укрупненная принципиальная технологическая схема УКПГ (для простоты показаны связи датчиков и КР с АСУ ТП только для 1-й ТЛ), а на фиг. 2 структурная схема автоматического распределения нагрузки между ТЛ УКПГ.

На фиг. 1 использованы следующие обозначения:

1 - коллектор сырого газа;

2 - коллектор водного раствора ингибитора (ВРИ);

3i - сепаратор первой ступени сепарации газа i-й ТЛ (i = 1, 2, …, n, где n - число ТЛ на УКПГ);

4i - трехфазный разделитель жидкостей, далее РЖ, i-й ТЛ;

5i - датчик расхода и плотности НГК i-й ТЛ;

6i - КР расхода газоконденсатной смеси i-й ТЛ;

7 - АСУ ТП УКПГ;

8i -ТО «газ-газ» i-й ТЛ;

9i -ТО «газ-конденсат» i-й ТЛ;

10 - коллектор выветренных газов;

11i - промежуточный сепаратор сепарации i-й ТЛ;

12i - ТДА i-й ТЛ;

13i - датчик частоты вращения ротора ТДА i-й ТЛ;

14i - низкотемпературный сепаратор i-й ТЛ;

15i - датчик расхода осушенного газа i-й ТЛ;

16i - датчик температуры в низкотемпературном сепараторе 14i i-й ТЛ;

17 - МКП;

18i - КР подержания частоты вращения ротора ТДА 13i i-й ТЛ;

19 - МГП;

На фиг. 2 использованы следующие обозначения:

20i - сигнал уставки минимальной частоты вращения ротора ТДА 12i i - ой ТЛ;

21i - сигнал фактической частоты вращения ротора ТДА 12i i - ой ТЛ;

22i - сигнал уставки максимальной частоты вращения ротора ТДА 12i i - ой ТЛ;

23i - сигнал фактической температуры в низкотемпературном сепараторе 14i, поступает с датчика 16i;

24i - сигнал фактической плотности НГК, поступающий с датчика расхода и плотности НГК 5i;

25 - уставка - задание плотности НГК по УКПГ, поступает от оператора УКПГ;

26i - ПИД-регулятор поддержания плотности НГК по i-й ТЛ;

27i - ПИД-регулятор поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе 14i i-й ТЛ;

28i - блок контроля частоты вращения ротора ТДА 12i i -й ТЛ;

29i - сигнал задания частоты вращения ротора ТДА 12i i-й ТЛ;

30 - сигнал плана подготовки (уставка) осушенного газа по УКПГ, задается исходя из суточного плана подготовки осушенного газа по УКПГ диспетчером газодобывающего предприятия (ГДП);

31 - сигнал фактического расхода осушенного газа по УКПГ, значение которого АСУ ТП 7 определяет путем суммирования показаний датчиков 15;

32i - сигнал расхода осушенного газа по i-й ТЛ, значение которого поступает с датчика 15i;

33i - сигнал уставки - минимальный расход осушенного газа по i - ой ТЛ;

34i - сигнал уставки - максимальный расход осушенного газа по i - ой ТЛ;

35i - сигнал уставки минимального значения коэффициента пропорциональности для ПИД-регулятора 38i i-й ТЛ;

36i - сигнал уставки максимального значения коэффициента пропорциональности для ПИД-регулятора 38i i-й ТЛ;

37i - блок расчета коэффициента пропорциональности К_{п_i} для ПИД-регулятора 38i i-й ТЛ;

38i - ПИД-регулятор, обеспечивающий уровень подготовки осушенного газа по i-й ТЛ;

39i - сигнал управления на КР 6i расхода газоконденсатной смеси i-й ТЛ.

Процесс подготовки природного газа к дальнему транспорту на ТЛ, приведенной на фиг.1, предусматривает:

первичную сепарацию природного газа во входном сепараторе 3i;

охлаждение входного потока газоконденсатной смеси в ТО 8i «газ-газ» потоком охлажденного газа и ТО 9i «газ-конденсат» потоком охлажденного конденсата;

промежуточную сепарацию газоконденсатной смеси в сепараторе 11i для последующего его разделения;

охлаждение газоконденсатной смеси за счет работы ТДА 12i, в котором происходит адиабатное расширение газа в турбинной части с отдачей энергии на вал машины, что позволяет получить значительное охлаждение смеси за счет работы в компрессорной части;

окончательная сепарация охлажденной газоконденсатной смеси в низкотемпературном сепараторе 14i.

ПИД-регуляторы 26, …, 26n, 27, …, 27n, 38, …, 38n, блоки 28, …, 28n, 37, …, 37n реализованы на базе АСУ ТП 7.

Способ автоматического распределения нагрузки между технологическими линиями низкотемпературной сепарации, с турбодетандерными агрегатами, поддерживающий расход осушенного газа и плотность нестабильного газового конденсата, на установках комплексной подготовки, реализуют следующим образом.

Природный газ от кустов эксплуатационных скважин поступает в здание переключающей арматуры УКПГ (на фиг.1 не показано), откуда через коллектор сырого газа 1 распределяется между ТЛ и подается в сепаратор первой ступени сепарации 3i. В нем отделяется жидкая фаза (пластовая вода с растворенным ингибитором и сконденсировавшийся углеводородный конденсат). Отсепарированная газоконденсатная смесь проходит через КР 6i расхода газоконденсатной смеси i-й ТЛ, после которого разделяется на два потока, которые направляются в ТО 8i «газ-газ» и ТО 9i «газ-конденсат», для рекуперации холода из потока осушенного газа, поступающего из низкотемпературного сепаратора 14i, и газо-жидкостной фазы с конденсатом, отводимой из промежуточного сепаратора 11i и низкотемпературного сепаратора 14i. Для предупреждения гидратообразования в поток смеси перед ТО 8i «газ-газ» и ТО 9i «газ-конденсат» впрыскивают ингибитор гидратообразования (на фиг.1 не показан). Далее потоки охлажденной газожидкостной смеси с выходов ТО 8i «газ-газ» и ТО 9i «газ-конденсат» объединяют и их суммарный поток подают на вход промежуточного сепаратора 11i, где происходит дальнейшее отделение жидкой фазы. С выхода промежуточного сепаратора 11i газожидкостная смесь подается на вход турбинной части ТДА 12i, оснащенного датчиком частоты вращения ротора 13i. Далее, с выхода ТДА 12i, охлажденная газоконденсатная смесь поступает в низкотемпературный сепаратор 14i, где из него окончательно отделяются сконденсировавшиеся жидкие углеводороды и ВРИ.

Снижение температуры газоконденсатной смеси в данном процессе осуществляется путем расширения потока газа в турбине ТДА 12i с выполнением внешней механической работы. Расширение газа с отводом энергии приводит к значительному понижению его температуры, т.е. к выработке «холода». Заданная плотность НГК, автоматически поддерживается путем регулирования выделения легких фракций углеводородов из газожидкостной смеси. Это регулирование осуществляется изменением температуры в низкотемпературном сепараторе 14i, за счет изменения частоты вращения ротора влияющего на холодопроизводительность ТДА 12i, которая регулируется путем изменения нагрузки через изменение частоты вращения его ротора. Для этого используются показания датчика температуры 16i, который находится в низкотемпературном сепараторе i-й ТЛ. Контроль и регулирование частоты вращения ротора ТДА 12i осуществляется с помощью КР 18i подержания частоты вращения ротора ТДА i-й ТЛ.

Осушенный газ, выходящий из низкотемпературного сепаратора 14i, направляется через ТО 8i в компрессор ТДА 12i. Компрессор сжимает газ и передает его через КР 18i по трубопроводу, оснащенный датчиком расхода осушенного газа 15i в МГП 19.

Смесь НГК и ВРИ, выходящая из кубовой части промежуточного сепаратора 11i и из низкотемпературного сепаратора 14i, проходит через ТО 9i «газ-конденсат», смешивается с жидкой фазой, отводимой из сепаратора 3i, и поступает в РЖ 4i. Поток НГК из РЖ 4i отводят через трубопровод, оснащенный кориолисовым расходомером 5i с функцией измерения плотности НГК. Далее потоки НГК со всех ТЛ объединяют и подают в МКП 17 для дальнейшей транспортировки потребителям.

В процессе работы в РЖ 4i образуется выветренный газ, который по трубопроводу поступает в коллектор выветренных газов 10, далее который либо подается на утилизацию, либо компримируется и подается в МГП 19. ВРИ, выводимый из нижней частей РЖ 4i, по коллектору 2, направляется на регенерацию в цех регенерации ингибитора УКПГ.

Когда появляются пиковые нагрузки, например, из-за наступления сильных холодов, особенно зимой, на валанжинских УКПГ, как правило, поддерживают выполнение планового задания по подготовке осушенного газа по УКПГ, которое происходит следующим образом.

Задание диспетчера ГДП по уровню подготовки осушенного газа по УКПГ АСУ ТП 7 поддерживает путем регулирования расхода осушенного газа по УКПГ. Для этого АСУ ТП 7 задание по подготовке осушенного газа по УКПГ (сигнал 30) подает на входа SP всех ПИД-регуляторов 38. Одновременно на входа обратной связи PV этих ПИД-регуляторов АСУ ТП 7 подает общий для всех сигнал 31 - значение фактического расхода осушенного газа Q по УКПГ, который определяется путем суммирования показаний датчиков расхода газа 15i по ТЛ.

Распределение нагрузки между ТЛ производится с учетом состояния технологического оборудования следующим образом. Для этого, на входа Kp ПИД-регуляторов 38 подается сигнал значения коэффициента пропорциональности К_{п_i}, которые рассчитываются индивидуально для каждой ТЛ ее блоками расчета коэффициента пропорциональности.

ПИД-регуляторы 38 ТЛ непрерывно контролируют разность значений между планом по подготовке осушенного газа по УКПГ и его фактическим значением .

Распределение нагрузки между ТЛ будет зависеть от значения коэффициентов пропорциональности , рассчитываемых в блоках 37 по следующим формулам:

- если производительность необходимо повысить, т.е. , то:

, (1)

- если производительность необходимо понизить, т.е. , то:

, (2)

где - фактическое значение расхода газа по ТЛ, поступающее на вход 32i, которое поступает с датчика расхода 15i в блок расчета коэффициента пропорциональности 37i;

- уставка - минимальный расход газа по ТЛ, поступающая на вход 33i блока расчета коэффициента пропорциональности 37i;

- уставка - максимальный расход газа по ТЛ, поступающая на вход 34i блока расчета коэффициента пропорциональности 37i;

- уставка - минимальное значение коэффициента пропорциональности, поступающая на вход 35i блока расчета коэффициента пропорциональности 37i.

- уставка - максимальное значение коэффициента пропорциональности, поступающая на вход 36i блока расчета коэффициента пропорциональности 37i;

Значения, - уставки минимального и максимального расхода осушенного газа по i-й ТЛ, соответственно, устанавливает обслуживающий персонал с учетом технических характеристик оборудования ТЛ;

Значения и определяются для ПИД-регуляторов 38i исходя из состояния технологического оборудования ТЛ в момент запуска установки с учетом технологических норм и ограничений, предусмотренных технологическим регламентом установки.

Вычисление по (1) и (2) формулам ограничиваются следующими условиями:

- если, то ,

- если, то .

Обеспечение заданного значения плотности НГК производится следующим образом.

Обслуживающий персонал задает значение уставки по УКПГ (сигнал 25), которое поступает на вход задания SP ПИД-регуляторов 26 поддержания плотности НГК в РЖ 4. Одновременно на вход обратной связи PV этих ПИД-регуляторов подают сигналы 24 - значения плотности НГК , поступающее с датчика 5i. В результате их обработки на выходах CV ПИД-регуляторов 26 будут формироваться уставки - задание температуры, которую необходимо поддерживать в сепараторах 14i низкотемпературной сепарации газа для достижения заданной плотности НГК. Далее эту уставку подают на вход задания SP ПИД-регулятора 27i. Одновременно на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подают сигнал 23i - фактическое значение температуры в низкотемпературном сепараторе 14i, поступающее с датчика 16i. В результате на выходе CV ПИД-регулятора 27i будет формироваться сигнал управления на изменение частоты вращения ротора, что в свою очередь влияет на холодопроизводительность ТДА 12i, который подают на вход I1 блока 28i и далее в неизменном виде с его выхода поступит на выход 29i, далее на соответствующий КР 18i, управляя тем самым частотой вращения ротора ТДА 12i, и, следовательно, температурой в сепараторе 14i.

В блоке 28i происходит проверка сигнала управления , сформированного ПИД-регулятором 27i на условие нахождения в диапазоне:

, (3)

где - сигнал уставки минимальной частоты вращения ротора ТДА 12i i - ой ТЛ;

- сигнал уставки максимальной частоты вращения ротора ТДА 12i i - ой ТЛ.

Значения определяются на основе паспортных данных, предоставляемых заводом-изготовителем ТДА, а также требований технологического регламента для данной установки.

Если в ходе технологического процесса значение выйдет за рамки уставок или , то блок 28i формирует на своем выходе сигнал - логическая «единица», которая подается на вход start\stop ПИД-регулятора 38i. Получив данный сигнал ПИД-регулятор 38i прекращает вычисления, оставляя на своем выходе CV значение управляющего сигнала, рассчитанного в предыдущем цикле вычисления. О возникновении данной ситуации АСУ ТП 7 формирует сообщение оператору установки о сложившейся ситуации для оценки и принятия решения по изменению технологического режима работы i-й ТЛ, которое вновь приведет к соблюдению условия (3).

Когда i-ая ТЛ будет выведена из процесса регулирования из за нарушения плотности, нагрузка будет распределяться между ТЛ, находящимися в режиме соответсвующего условию (3) до момента, пока обслуживающий персонал не устранит причину нарушения технологического процесса и как только будет вновь соблюдено условие (3), то блок 28i снимет на своем выходе сигнал логическую «единица», установив на своем выходе логический «ноль», подаваемый на вход start\stop ПИД-регулятора 38i, тем самым введя его в работу.

В случае если все ТЛ исчерпают свои возможности по соблюдению условия (3), АСУ ТП 7 формирует сообщение оператору установки о невозможности поддержания заданного значения плотности НГК и необходимости изменить режим работы УКПГ.

Такой способ управления производительностью установки по подготовке осушенного газа по УКПГ позволяет распределить нагрузку между ТЛ с учетом состояния их оборудования, а также плотности НГК в зависимости от холодопроизводительности ТДА12i.

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

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

Способ автоматического распределения нагрузки между технологическими линиями низкотемпературной сепарации, с турбодетандерными агрегатами, поддерживающий расход осушенного газа и плотность нестабильного газового конденсата, на установках комплексной подготовки, реализован в ПАО «Газпром» ООО «Газпром добыча Ямбург» на Заполярном НГКМ на УКПГ 1В, УКПГ 2В. Результаты эксплуатации показали его высокую эффективность. Заявляемое изобретение может широко использоваться и на других действующих и вновь осваиваемых газоконденсатных месторождениях РФ.

Применение данного способа позволяет обеспечить заданного качества и количества подготовки осушенного газа, а также заданного качества подготовки НГК на УКПГ на постоянной, падающей и завершающей стадиях эксплуатации НГКМ при соблюдении норм и ограничений на технологические параметры процесса, определяемые технологическим регламентом установки.

Изобретение относится к области добычи и подготовки природного газа валанжинских залежей (далее природный газ) к дальнему транспорту на установках комплексной подготовки газа (УКПГ), с турбодетандерными агрегатами (ТДА), нефтегазоконденсатных месторождений (НГКМ) Крайнего Севера, в частности к автоматическому распределению нагрузки между технологическими линиями (ТЛ) низкотемпературной сепарацией установок комплексной подготовки газа (УКПГ), поддерживающему расход осушенного газа, подаваемого в магистральный газопровод (МГП), и плотность нестабильного газового конденсата (НГК), подаваемого в магистральный конденсатопровод (МКП). Способ включает контроль средствами автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) УКПГ ряда параметров, среди которых расход осушенного газа, поступающего в магистральный газопровод (МГП), и расход НГК, подаваемого в магистральный конденсатопровод (МКП). АСУ ТП поддерживает температуру сепарации газа в каждом низкотемпературном сепараторе и управляет режимом их работы путем изменения степени адиабатического расширения газа с совершением внешней механической работы в ТДА, стоящем перед каждым низкотемпературным сепаратором. Заявляемый способ позволяет достигнуть заданного качества и количества подготовки осушенного газа, а также заданного качества подготовки НГК на УКПГ на постоянной, падающей и завершающей стадиях эксплуатации НГКМ при соблюдении норм и ограничений на технологические параметры процесса, определяемые технологическим регламентом установки. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ автоматического распределения нагрузки между технологическими линиями - ТЛ низкотемпературной сепарации, с турбодетандерными агрегатами - ТДА, поддерживающий расход осушенного газа и плотность нестабильного газового конденсата - НГК, на установках комплексной подготовки газа - УКПГ, включающий контроль средствами автоматизированной системы управления технологическими процессами - АСУ ТП УКПГ ряда параметров, среди которых расход осушенного газа, поступающего в магистральный газопровод - МГП, и расход НГК, подаваемого в магистральный конденсатопровод - МКП, АСУ ТП поддерживает температуру сепарации газа в каждом низкотемпературном сепараторе и управляет режимом их работы путем изменения степени адиабатического расширения газа с совершением внешней механической работы в ТДА, стоящем перед каждым низкотемпературным сепаратором, отличающийся тем, что выполнение задания диспетчера газодобывающего предприятия - ГДП по объему подготовки осушенного газа по УКПГ в виде сигнала уставки плана подготовки поступает от оператора установки, который АСУ ТП подает на вход задания SP пропорционально интегрально дифференцирующего - ПИД регуляторов ТЛ, и одновременно на вход обратной связи PV этих ПИД-регуляторов АСУ ТП подает сигнал фактического расхода осушенного газа по УКПГ, и также одновременно на вход Кр ПИД-регулятора каждой i-й ТЛ, где i - номер ТЛ, поступает индивидуальный сигнал значения коэффициента пропорциональности К_{п_i}, определяющего степень воздействия этого ПИД-регулятора на управляемый им клапан-регулятор - КР расхода газа, установленный после сепаратора первой ступени сепарации на его ТЛ, при этом величина коэффициента пропорциональности К_{п_i} определяется индивидуально для каждой ТЛ ее блоком расчета коэффициента пропорциональности по следующим формулам:

- если , то производительность необходимо повысить, и:

- если , то производительность необходимо понизить, и:

где - фактическое значение расхода осушенного газа по i-й ТЛ, которое поступает с датчика расхода, установленного на ее выходе; , - уставки минимального и максимального расходов осушенного газа по i-й ТЛ, соответственно, значение которых устанавливает обслуживающий персонал с учетом технических характеристик оборудования ТЛ; , - уставки минимального и максимального значений коэффициента пропорциональности, соответственно, которые также устанавливает обслуживающий персонал, при этом значения , определяют исходя из состояния технологического оборудования i-й ТЛ в момент запуска установки с учетом технологических норм и ограничений, предусмотренных технологическим регламентом установки, и вычисление по формулам (1) и (2) ограничивают следующими условиями:

а поддержание заданного уставкой значения плотности НГК, получаемого на i-й ТЛ обеспечивает каскад из двух индивидуальных ПИД-регуляторов и блока контроля частоты вращения ротора ТДА i-й ТЛ, при этом на вход задания SP первого ПИД-регулятора каскада всех ТЛ АСУ ТП УКПГ подаёт сигнал значения уставки , а на вход обратной связи PV первого ПИД-регулятора каскада i-й ТЛ поступает сигнал значения фактической плотности НГК с датчика, измеряющего плотность НГК, подаваемого из трехфазного разделителя жидкостей, далее РЖ, i-й ТЛ в МКП, и первый ПИД-регулятор каскада i-й ТЛ формирует оперативное значение уставки - задание температуры, которую необходимо поддерживать в сепараторе низкотемпературной сепарации газа для достижения заданной плотности НГК на выходе i-й ТЛ, и в виде соответствующего сигнала подает её на вход задания SP второго ПИД-регулятора каскада i-й ТЛ, на вход обратной связи PV которого одновременно поступает сигнал фактического значения температуры в низкотемпературном сепараторе с датчика температуры, установленного в этом сепараторе, и второй ПИД-регулятор каскада формирует сигнал управления для КР, установленного на выходе низкотемпературного сепаратора по i-й ТЛ, и подаёт этот сигнал на вход I₁ блока контроля задания частоты вращения ротора ТДА i-й ТЛ, который в неизменной форме транслирует его на свой выход О₂, далее который поступает на вход КР подержания частоты вращения ротора ТДА i-й ТЛ, через который задается оперативное значение частоты вращения ротора ТДА этой ТЛ, регулирующей плотность НГК на выходе i-й ТЛ, и блок контроля задания частоты вращения ротора ТДА i-й ТЛ осуществляет проверку соответствия заданной частоты вращения ротора границам, установленным соотношением:

, (3)

где , , - фактическая уставка минимальной и уставка максимальной частоты вращения ротора ТДА i-й ТЛ, соответственно, которые поступают в виде сигнала на входа I₄, I₃, I₂ блока контроля задания частоты вращения ротора ТДА i-й ТЛ, соответственно, а фактическая частота - измеряется датчиком частоты вращения ротора ТДА i-й ТЛ, - уставки минимальной и максимальной частоты вращения ротора ТДА i-й ТЛ задаются на основе паспортных данных, предоставляемых заводом-изготовителем ТДА, а также требований технологического регламента для данной установки, и если в ходе технологического процесса значение находится в указанных рамках, то блок контроля частоты вращения ротора ТДА i-ой ТЛ формирует на своем выходе сигнал логический «ноль», который поступает на вход start/stop ПИД-регулятора своей ТЛ, разрешив ее работу, а если выйдет за рамки уставок или , то блок контроля задания частоты вращения ротора ТДА i-й ТЛ формирует на своем выходе сигнал логическая «единица», которая подается на вход start/stop ПИД-регулятора, управляющего уровнем подготовки осушенного газа по этой ТЛ и этот ПИД-регулятор, получив данный сигнал, останавливает свою работу, оставляя на своем выходе CV-значение управляющего сигнала, рассчитанного в предыдущем цикле вычисления, и i-я ТЛ продолжает работать с параметрами, сложившимися на момент остановки этого ПИД-регулятора.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что АСУ ТП формирует сообщение оператору установки о сложившейся ситуации на i-ой ТЛ для оценки и принятия решения по изменению технологического режима работы по этой ТЛ, которое вновь приведет к соблюдению условия соответствия значения частоты вращения ротора ТДА допустимому диапазону:

,

после чего блок контроля задания частоты вращения ротора ТДА i-й ТЛ снимает запрет на работу ПИД-регулятора, управляющего уровнем подготовки осушенного газа по этой ТЛ, сформировав на своем выходе сигнал логический «ноль», и подает его на вход start/stop этого ПИД-регулятора.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в случае выхода i-й ТЛ из процесса регулирования нагрузка по поддержанию плановой подготовки осушенного газа по УКПГ будет распределена между ТЛ, технологический процесс которых находится в границах, соответствующих условию (3) до момента, пока обслуживающий персонал не устранит причину нарушения технологического процесса.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что АСУ ТП, в случае если все ТЛ исчерпают свои возможности по соблюдению условия соответствия частоты вращения роторов ТДА допустимому диапазону , формирует сообщение оператору установки о невозможности поддержания заданного значения плотности НГК и необходимости изменить режим работы УКПГ.