Устройство управления подачей ингибитора гидратообразования в газопроводы природного газа Советский патент 1988 года по МПК E21B44/00 B01J4/00 

(21)4094572/24-26

(22)14.07.86

(46) 07.05.88. Бюл. № 17

(71)Специальное проектно-конструктор- ское бюро Промавтоматика

(72)В.АШацюк, А.В.Лихачев и Е.К.Кийко

(53) 55.012-52(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 367872, кл. G 05 D 7/00, 1971. Авторское свидетельство СССР № 551618, кл. G 01 D 11/13, 1975.

(54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ИНГИБИТОРА ГИДРАТООБРАЗОВАНИЯ В ГАЗОПРОВОДЫ ПРИРОДНОГО ГАЗА (57) Изобретение относится к устройствам регулирования расхода ингибитора гидратообразования, вводимого в поток природного газа, и позволяет уменьшить потери производительности газопроводов за счет повышения надежности контроля гидратообразования. Устройство содержит соединеиные с выходами первых переключателей 44 двух

FU;

(Л

с

со со со

позиционные клапаны 17-20, установленные на линиях 13-- 6 подачи к точкам 9-12 ввода в газопроводы 4 и 5 ингибитора, соединенные через коллектор 8 с насосом 7, взаимосвязанные датчики 23 J, 26 перепада давлений и элементы 27, 28 сравнения, вторые входьг которых соединены с задатчика- ми. Входы датчиков 23 и 26 соединены линиями 13 15 и 14,, 16с газопроводами-4 и 5 о Выходы генератора 44 соединены с входгми взаимосвязанных с вторыми входами элементов 42 И задат1

Изобретение относится к устройствам регулирования расхода ингибитора гидратообразования, вводимого в поток природного газа.

Цель изобретения сокращение потерь производительности газопроводов за счет повышения надежности контроля гидратообразования.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого. устройстве на фиг« 2 - схема генератора управляющих импульсов j на фиг 3 - циклограмма работы устройства.

Устройство содержит систему сбора природного газа от ряда скважин, например, .1 и 2 к установке 3 комплексной подготовки газа (УКПГ) по газопроводам 4 и 3 соответствующим каждой скважине. На входе.в УКПГ 3 в газопроводах 4 и 5 установлены регулирующие клапаны 6.

Для предотвращения образования гидратов при транспорте газа от скважин до УКПГ последняя оснащена централизованным пунктом -подачи ингибитора гидратообразования5 например метанола, обеспечивающим подвод его от насосного блока 7 через коллектор 8 к точкам впрыска в газопроводы 4 и 5s на устье скважин 1 и 2 соответственно точки 9 и 10э перед регулирущим клапаном 6 точки П и 12. Подача метанола к этим точкам осуществляетс по индивидуальным линиям 13-16 подач ингибитора соответственно.

В каждой из этих линий установлены двухпозицион ме клапаны 17-20 соответственно.

чиков /vl длительности импульсов и первыми входами вторых переключателей 45 элементов 46 памяти и элементов И 42, 47. Выходы последних через элементы №Ш 43 соединены с входами первых переключателей 44, Кажды из двух выходов элементов 27 и 28 сравнения соединены с вторыми входами соответствую1ч 1х вторых переключателей 45, выходы которых соединены с вторыми входами элементов 46 памяти, взаимосвязанных с вторыми входами вторых элементов И 47. 3 ил.

К линиям 13 и 15 после клапанов 17 и 19 подсоединены импульсные линии 21 и 22, сообщенные с измеритель™ ными камерами датчика 23 разности давлений, например дифманометра. К лини ям 14 и 16 после клапанов 18 и 20 подсоединены импульсные линии 24 и 25, сообщенные с измерительными камерами датчика 26 разности давлений.

Выходы датчиков 23 и 26 соединены с первыми входами элементов 27 и 28 сравнения соответственно. Второй вход каждого элемента сравнения связан с задатчиком опорного сигнала. При этом

каждый элемент 27 и 28 сравнения имеет два разнополярных выхода 29, 30 и 31, 32 соответствующие положительному и отрицательному рассогласованиям сигналов на входе элементов.

Устройство содержит также многоканальный генератор 33 управляющих импульсов и ряд каналов 34-37 управления клапанами 17, 19, 18 и 20 соответственно. При этом к каждому из вы ходов многоканального генератора 33 подсоединены одновременно два канала 34, 35 и 36, 37 управления клапанами 17, 19 и 18, 20 соответственно одного

газопровода.

Каждый канал управления имеет два входа - первый 38 и второй 39, а также соответствующие этим входам две ветви прохождения входных сигналов

на выход 40 канала управления. Первая ветвь от входа 38 оснащена последовательно соединенными задатчиком 41 длительности управляющих импульсов, пер

вым элементом И 42, элементом ИЛИ 43 и переключателем 44.

Вторая ветвь от второго входа 39 содержит последовательно соединенные второй переключатель 45, управляемый элемент 46 памяти, второй элемент И 47, При этом выход последнего соединен с вторьм входом элемента ИЛИ 43, Второй вход второго элемента И 47, а также управляющие входы элемента 46 памяти и переключателя 45 подсоединены к первому входу 38 каналов управления, связанному с первым выходом многоканального генератора 33 равлянщих импульсов.

Вторые входы 39 каналов 34 и 35 управления соединены с разнополярны- ми выходами 29 и 30 элемента 27 срав нения,

Аналогично подсоединена другая пара каналов 36 и 37 управления. Первые входы 38 этих каналов соединены с вторым выходом генератора 33, а вторые входы 39 - соответственно с разнополярными выходами 31 и 32 элемента 28 сравнения. Входы задатчиков 41 соединены с выходами многоканального временного устройства 48.

уп-

При управлении работой клапанов 17-20 в режиме постоянного ввода ингибитора выполняют следунщие операции. Первоначально по известным теоретичес г

Генератор 33 ттравляющих импульсов -qn

/ .„ 0%/о КИМ формулам производят расчет потреб(фиг. 2) содержит источник 49 питания - - г-, г

от сети переменного тока, генератор

50прямоугольных импульсов, делитель

51частоты, счетчики младшего разряда

52и старшего разряда 53, дешифраторы 54 и 55, преобразующие двоичный цифровой код счетчиков 52 и 54 в десятичный ,

Выходы дешифраторов 54 и 55 генератора 33 управляющих импульсов соединены с задающими входами (единицы и

ного расхода метанола по каждой из линий 13, 15 и 14, 16 (q, где i - номер линии). На основании этих данных вычисляют требуемую длительность ,35 включения клапанов по формуле

1

.

q; f

где qo

40

десятки) задатчика 41 длительности управляющих импульсов каждого канала управления через многоканальное временное устройство 48.

Устройство работает следующим образом.

Природный газ от скважин 1 и 2 по газопроводам 4 и 5 транспортируется к УКПГ 3, где осуществляется осуипса газа. Регулирование переменного газопотребления с УКПГ производится путем изменения проходного сечения регулирующего клапана б, установленного в каждом из газопроводов 4 и 5 на входе их в УКПГ. Б соответствии с термодинамическими условиями транспорта газа на рдде промыслов гидрато- образование возможно в газопроводах

45

50

55

установленный расход реагеи- та через открытый клапан; f - частота следования сигналов включения клапана в единицу времени (настраивается генератором 33 импульсов). , Значение f для всех клапанов может иметь постоянную настройку с целью удобства расчетов и обслуживания, Период повторения управляющих импульсов (Т т;) определяют геологическими и режимными параметрами конкретной УКПГ промысла и выбирают меньше возможного времени захгидрачивания.

Генератор 50 прямоугольных импульсов при питании от источника 49 генерирует электрические импульсы, с заданной частотой поступающие на вход делителя 51 частоты. На выходе последнего посредством последовательного

10

3901

4 и 5 (шлейфах скважин) и в сечениях регулирующих клапанов 6. Поэтому для предотвращения гидратообразования в шлейфах скважин (газопроводах 4 и 5) ингибитор гидратообразования (метанол) подается на устье скважин в точки 9 и 10 по линиям 13 и 14, а для защиты от гидратообразования в регулирующих клапанах 6 - в точки 11 и 12 по линиям 15 и 16. Подача метанола ко всем точкам впрыска осуществляется путем нагнетания его с помощью насоса 7, установленного на 15 УКПГ, в коллектор 8 и далее по линиям. 13-16., .

Для регулирования расхода метанола по линиям 13-16 в соответс.т-. ВИИ с технологической потребностью использзлот установленные в них двух- позиционные управляемые запорные клапаны 17-20, которые осуществляют пропускание по каналам объемных порций метанола, пропорциональных времени открытия клапана.

При управлении работой клапанов 17-20 в режиме постоянного ввода ингибитора выполняют следунщие операции. Первоначально по известным теоретичес г

- - г-, г

ного расхода метанола по каждой из линий 13, 15 и 14, 16 (q, где i - номер линии). На основании этих данных вычисляют требуемую длительность включения клапанов по формуле

1

.

q; f

где qo

0

5

0

5

установленный расход реагеи- та через открытый клапан; f - частота следования сигналов включения клапана в единицу времени (настраивается генератором 33 импульсов). , Значение f для всех клапанов может иметь постоянную настройку с целью удобства расчетов и обслуживания, Период повторения управляющих импульсов (Т т;) определяют геологическими и режимными параметрами конкретной УКПГ промысла и выбирают меньше возможного времени захгидрачивания.

Генератор 50 прямоугольных импульсов при питании от источника 49 генерирует электрические импульсы, с заданной частотой поступающие на вход делителя 51 частоты. На выходе последнего посредством последовательного

51393901

еления формируется поапедовательность

на им эт вх н мя л с

15

прямоугольных импульсов частото й 1 Гц. Импульсы этой частоты поступают на вход счетчиков 52 и 53, ас последних на дешифраторы ЗА и 55, преобразующие двоичные коды счетчиков 52 и 53 в десятичную последовательность импульсов (дешифратор 54 - единицы, де- шифратор 55 - десятки)„ С дешифрато- о ров 54 и 55 импульсы через многоканальное временное устройство 48 поступают на входы задатчиков 41 /щитель- ности, переключателями которых вруч- ную набирается двухзначное число, соответствующее требуемой длительности управляющих импульсов Tj (в секун™ дах) по каждому каналу управления.

Временное устройство.48 обеспечи™ вает заданную последовательность про- хождения импульсов дешифраторов 54 и 55 на задатчики 41, которые подключаются к дешифраторам поснед овательно по группам, соответствующим парам каналов управления клапанами подачи ингибитора в один газопровод: первая группа - задатчики 41 каналов 34 и .35, вторая группа - задатчики 41 каналов 36 и 37 и т.д. Время включения каждой группы каналов смещено относительно последующей на величину Т/п, п - число групд (на фиг. 1 устройство состоит из двух групп). Первоначально импульсы проходят на первую группу в каналы 34 и 35.

При совпадении импульсов на выходе дешифраторов 54 и 55 с набранными на задатчиках 41 числами на выходе элементов И 42 peaJШ;зyeтcя дискретный сигнал, который поступает на первьй вход элемента ИШ: 43 а с- выхода последнего - на вход переключателя 44.

25

30

35

40

55

45

При этом переключатели 44 канапов 34 и 35 зшравления эимыкаются и подключают управляющее напряжение к уп- равляюш т входам двухпозиционных запорных клапанов 17 и 19, причем напряжение подается на последние одновременно, а снимается по истечении ; времени заданного для каждого кла.50 пана 1 и 19 эадатчиками 41 соответствующего канала управления (34 или 35)

55

При поступлении сигналов на запорные клапаны 17 и 19 они открываются, обеспечивая подачу ингибитора из коллектора 8 по линиям 13 и 15 к точкам 9 и 11 . газопровода 4 в течение заданного времени ij ,

Одновременно с поступлением сигнала от генератора 33 управляющих импульсов на первые входы 38 каналов 34 и 35 управления этот же сигнал в этих каналах поступает и на второй вход вторых элементов И 47, а также на управляющие входы элементов 46 памяти и размыкающих переключателей 45. При этом контакты переключателя 45 размыкаются и отключают разнопо- лярные выходы 29 и 30 элемента 27 сравнения от вторых входов каналов 34 и 35 управления.

Таким образом, при включении клапанов 17 и 19 первой группы на подачу метанола происходит автоматическое отключение от входов 39 каналов 34 и 35 разнополярных выходов 29 и 30 элемента 27 сравнения, связанного с датчиком 23 измерения перепада давлений в линиях 13 и 15 подачи метанола.

По

И 3

дов замыкающих коммутаторов снимаются, переключатель 44 отключает управ ляющее напряжение, поступающее на управляющие входы клапанов 17 и 19, которые при этом закрьгоаются, прекращая подачу метанола по линиям 13 и 15. Однако сигнал на первых входах 38 каналов 34 и 35 от генератора 33- импульсов не снимается до окончания цикла работы первой группы клапанов, т.е. в течение всего времени Т/п, поэтому в течение этого времени связь выходов 29 и 30 элемента 27 сравнения с вторыми входами 39 каналов 34 и 35 разорвана переключателями 45.

истечении установленного време- и t-, дискретные сигналы с вхо5

0

В указанном цикле работы клапанов 17 и 19 другая группа клапанов 18 и 20 закрыта и ингибитор по линиям 14 и 16 в газопровод 5 не подается, В это время производится контроль газо провода 5 на наличие в нем гидратов с помощью датчика 26 разности давлений, который по импульсным линиям 24 и 25 измеряет сопротивление газопровода 5 на участке между точками 10 и 12 впрыска ингибитора, в условиях отсутствия потока метанола в линиях 14 и 16. При этом управляющие входы размыкающих переключателей 45 каналов 36 5 и 37 обесточены, переключатели 45 этих каналов замкнуты, выходы 31 и 32 элемента 28 сравнения соединены с вторыми входами 39 каналов 36 и 37, обеспечивая прохождение сигналов к управ7

ляемым элементам 46 памяти лов о

Выходной сигнал датчика 26, соот- ветстЕующий измеренному значению сопротивления газопровода 5 при фиксированном положении запорно-регулиру- ющей арматзфы 6, поступает на вход элемента 28 сравнения и сравнивается в нем с заданным эталонным значением сигнала.

Если выходной сигнал датчика 26 больше задания, что свидетельствует об увеличении сопротивления газопровода 5 при неизмененном задании по расходу газа и о возможном образовании гидратов в нем между точками 10 и 12, элемент 28 сравнения формирует сигнал, который поступает с выхода 31 на второй вход 39 канала 36, где через замкнутый контакт размыкающего переключателя 45 проходит на вход элемента 46 памяти. Если выходной сигнал датчика 26 меньше заданного, что свидетельствует об уменьшении сопротивления газопровода 5 и возможном образовании гидратов на запорно-регули- рующей арматуре 6,элемент 28.сравнения формирует сигнал, поступающий с выхода 32 на второй вход 39 канала 37 и через замкнутый контакт размыкающего переключателя 45 на вход элемента 46 памяти этого канала.

По истечении времени Т/п работы первой грзтпы каналов 34 и 35 управля ющий сигнала с первых входов 38 этих каналов генератором 33 снимается, так как временное устройство 56 подключает к дешифраторам вторую группу за- датчиков 415 сигнал подается на первые входы 38 каналов 36 и 37 управления. Начинается цикл работы второй группы (фиг. 3). В этом цикле управляющий сигнал с генератора 33 проходит в каналах 36 и 37 на задатчики 41 длительности импульсов и далее последовательно через элементы И 42 и ИЛИ 43, замыкая контакты переключателя 44, проходит на выход канала к управляющим входам клапанов 18 и 20,

10

15

20

25

Клапаны при этом открываются, обеспечивая подачу метанола из коллектора по линиям 14 и 16 в газопровод 5.

Управляющий сигнал с входа 38 каналов 36 и 37 одновременно проходит на второй переключатель 45, управляемые элементы 46 памяти и вторые элементы И 47.

139390 8

этих кана- При этом переключатели 45 разрывают связь вторых входов 39 с разнополяр- ными выходами 31 и 32 элемента 28 сравнения, а элементы 46 памяти переводят записанный в них сигнал на второй вход элементов И 47, освобождая ячейку для записи нового сигнала.

При наличии двух сигналов на входах второго элемента И 47 (сигнала с элемента 46 памяти и с входа 38) на выходе элемента И 47 формируется дис- кретньш сигнал, который поступает на второй вход элемента 1-иш 43. Этот сигнал сугцествует в течение времени Т/п5 равного времени прохождения сигнала с входа 38 по второй ветви каналов управления. Элемент ИПИ 43 обеспечивает прохождение на переключатель 44 либо сигнала с его первого входа от задатчика 41 длительности через элемент И 42, либо с второго входа от элемента 46 памяти через элемент И 47.

В первом случае контакты коммутатора замыкаются на время, равное Т,- и заданное задатчиком 41, во втором - на время Т/п. Это соответствует тому, что при фиксировании ситуации гидра- тообразования в цикле опроса датчика 26, произведенного в предшествующем цикле первой группы клапанов 17 и 19, клапаны 18 или 20 в зависимости от фиксирования сигнала гидрато- образования в каналах 36 или 37 продолжают оставаться открытыми после истечения времени в течение всего .цикла Т/п работы второй группы. Повышенное время () подачихингибитора в соответствующую точку 10 или 12 впрыска ингибитора в газопровод 5 обеспечивает оперативное устранение ситуации гидратообразования в газопроводе.

Одновременно в цикле работы второй группы при отсутствии управляющего сигнала на входах 38 каналев

34 и 35 управления первой группы

переключатели 45 в этих каналах обесточены и контакты их замыкаются, при этом разнополярные выходы 29 и 30 элемента 27 сравнения соединяются с вторыми входами 39 этих каналов, обеспечивая поступление сигналов через замкнутые контакты с переключателей 45 к входам элементов 46 памяти. . .

Аналогично производится опрос дат- чика 23 перепада давления с целью контроля наличия гидратов: если выходной

30

35

40

45

55

10

15

20

25

30

35

40

45

55

сигнал датчика 23 больше задания, элемент 27 сравнения формирует сигнал, который поступает с выхода 29 н|а второй вход 39 канала 34 и далее через переключатель 45 в элемент 46 памяти этого канала, если выходной сигнал датчика 23 меньше задания, сигнал с выхода 30 элемента 27 сравнения проходит аналогичным образом в элемент 46 памяти канала 35.

Далее циклы работы повторяются: к|аналы 34 и 35 управления по сигналу генератора 33 импульсов включают в работу клапаны 17 и 19,, отключая вторые входы 39 этих каналов от выходов 29 и 30 элемента 27 сравнения, а в каналах 36 и 37 управления клапаны 1 и 20 подачи метанола отключают, и производят опрос датчика перепада давлений путем подключения к вторым врсодам 39 каналов 36 и 37 выходов 31 и 32 элемента 28 сравнения.

Циклы работы клапанов, при кото- производится подача ингибитора, и| циклы контроля газопроводовJ во вре которых ингибитор не подается в контролируемый газопровод, непрерьт н|о сменяют один другой.

В реальных условиях газопромыело- объектов колич ство групп, каналов у|правления может быть больше (до 4), а количество пар каналов в одной груп nje - до 8-10, что и обусловливает гфюгоканальность устройства, функцио- Н|Нрующего независимо от количества групп и количества каналов. Смещение Циклов работы каналов управления по Группам обусловлено целесообразностью уменьшения производательности и энер- г оемкости насосов подачи ингибитора Дутем исключения одноЕ1ременного вклю- чтения всех клапанов.

0

5

0

25

30

35

40

Формула изобретения

о

Устройство управления подачей ингибитора гидратообразования в газопроводы природного газа с установленными на них регулирзпощими клапанами, содержащее соединенные с выходами первых переключателей двухпозиционные клапаны, установленные на линиях подачи иргибитора, соединенных через коллектор с насосом, датчики перепада давлений, связанные с первыми вхо-- дами элементов сравнения, вторые входы которых соединены с задатчикаг-ш, и генератор, отличающееся тем, что, с целью сокращения потерь производительности газопроводов за счет повьшения надежности контроля гидратообразования, оно дополнительно содержит задатчики длительности импульсов, первый и второй элементы И, элементы ИЛИ, элементы памяти, вторые переключатели и вторые линии подачи ингибитора в газопроводы перед регулнруирщми клапанами, при этом датчики перепада давлений установлены на линиях подачи ингибитора в газопровод, выходы генератора соединены с входами задатчиков длительности импульсов, связанных с вторыми входами первых элементов И и первыми входами вторых переключателей, элемеН тов памяти и элементов И, выходы которых через элементы ИЛИ соединень с входами первых переключателей, а каждьй из двух выходов элементов сравнения соединен с вторыми входам - соответствующих вторых переключателей, выходы которых соединены с вторыми входами элементов памяти, связанных с вторыми входами вторых элементов И,

Фаг.2

354L

35

4/

37

47

Составитель А.Каретников Редактор И,Горная Техред м.Ходанич

Заказ 1943/29

Тираж 531

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по изобретений и открытий 113035в Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Фие.З

Корректор Г.Решетник

Подписное