Устройство для сепарации газа Советский патент 1980 года по МПК G05D27/00 E21B43/00 

1

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию технологическими процессами и может быть использовано в газо добывающей промышленности на. промыслах, обустроенных установками низкотемпературной сепарации (НТС) газа.

Известно устройство для автоматического регулирования производительности установок низкотемпературной сепарации газа 1, содержащее ряд автоматических регуляторов давления, отборные элзменты которых- подключены к газосборному, коллектору, а исполнительные механизмы установлены перед низкотемпературными сепараторалш и соединены с выходами автоматических регуляторов давления. При изменении отбора газа с промысла давление в коллекторе отклоняется от заданного значения. Автоматические регуляторы воспринимают зто отклонение давления и воздействуют на свои исполнительные механизмы, устанавливая такую суммарную производительность установок низкотемпературной сепарации, при которой давление в газосборном коллекторе становится равным заданному значению. При

этом распределение суммарной производительности между установками может быть произвольным, что приводит к потере эффективности использования пластовой энергии для осуществления процессов НТС и ухудшению качества подготовки газа. Кроме этого, устройство не обеспечивает защиту установок низкотемпературной сепарации газа от перегрузок, так как при увеличении отбора газа с промысла регуляторы давления изменяют открытие регулирующих органов своих исполнительных механизмов до недопустимых значений. Одновременная перегрузка одних установок и недогрузка других приводит к ухудшению качества подготовки газа, в чем состоит недостаток устройства.

Ближайшим по технической сущности устройство для сепарации газа 2, содержащее сепараторы, которые соёдиненьГ трубопроводамн с газосборным коллектором, на котором установлен датчик давления, соединенный с входом регулятора давления, установленные на выходах сепараторов датчики расхода, выходы которых соединены с первыми входами 372 соответствующих регуляторов расхода, подключенных к управляющим входам исполнительных механизмов, установленных на входах сепараторов, амплитудные ограничители, выходы которых соединены со вторыми входами соответствующих регуляторов расхода. При изменении отбора газа d промысла давление в газосборном коллекторе опслоняется от заданного значения. Регулятор давления воспринимает это отклонение и через амплитуд ный ограничитель изменяет задание соответст)Вующему регулятору расхода. Регуляторы расхода воздействуют на соответствующие исполнительные механизмы до тех пор, пока производительность соответствующей установки НТС не станет равной заданному значению. Амплитудные ограничители предназначены для предотвращения перегрузок установок. низкотемпературной сепаращ1и газа. Они настраиваются таким образом, что сигнал проходит через амштитудные ограничители к регуляторам расхода без изменения только в том случае, когда величина зтого сигнала не превыщает значения, соответствующего максимально допустимой про изводительности установки НТС. В другом случае на выходе соответствующего амплитудного ограничения будет оставаться сигнал постоянного значения, соответствующий максимально допустимой производительности соответствующей установки НТС. Это значение производительноети и будет поддерживать автоматический регулятор расхода. Устройство обеспечивает равномерное или заданное распределение производительности между установками НТС, а также защиту установок от перегрузок. Однако устройство не позволяет оптимальным образом использовать пластовую :гнергию газа для его осушки и очистки, так как закон распределения суммарной производительности заранее предопределен настройкой. Цель изобретения - повыщение точности устройства. Цель достигается тем, что устройство содержит регуляторы удельного приращения эксергетической мощности и задатчики величины эксер гии, входы которых соединены с выходами соответствующих датчиков расхода, а выходы с nepBbiivffl входами регуляторов удельного при ращения эксергетической мощности, вторые вхо ды которых соединены с выходом регулятора давления, а выходы - с входами амплитудньк ограничителей. На чертеже показано устройство для сепарации газа. Оно состоит из регулятора давления 1, с да чиком давления на входе (на чертеже не показ подключенного входом к газосборному коллектору 2, а выходом - к первому входу регуляторов удельного приращения эксергетической мощности 3, задатчиков величины эксергии 4, датчиков расхода 5, регуляторов расхода 6, ам.плитудных ограничителей 7, исполнительных механизмов 8, сепараторов установок .низкотемпературной сепаращ1и 9, скважин 10 и входных коллекторов 11. Ко второму входу регуляторов удельного приращения эксергетической мощности 3 подключены соответствующие задатчики величины эксергии 4, соединенные своим входом . с соответствующим датчиком расхода 5, подключенного выходом к первому входу соответствующего регулятора расхода 6, ко второму входу которого через соответствующий амплитудный ограничитель 7 подключен регулятор приращения эксергетической мощности 3. Выход регулятора 6 подключен к исполнительному механизму 8, установленному на установке НТС 9, на которую со скважины 10 через входной коллектор 11 поступает поток газа. Устройство работает следующим образом. Давление при изменении отбора газа на газосборном коллекторе 2, отклоняется от заданного значения. Регулятор давления 1 воспринимает зто отклонение и вырабатывает регулирующее воздействие, которое поступает на вход всех регуляторов удельного приращения эксергетической мощности 3. Текущее значение удельного приращения эксергетической мощности задается посредством задатчиков величины экеергии 4 по расходу газа через установку НТС. С этой целью соответствующий датчик расхода 5 подключен к задатчику величины зксергии 4. Сигнал, пропорциональный текущему значению удельного приращения зксергетической мощности, поступает от задатчика величины эксергии 4 на второй вход регулятора удельного приращения эксергетической мощности 3. При отклонении текущего значения удельного приращения эксергетической мощности от заданного, установленного регулятором давления 1 для всех регуляторов 3, последние, через амплитудные ограничители 7, изменяют задание регуляторам расхода 6. При отклонении текущего значения расхода газа, измеряемого датчиками расхода 5 от заданного, регуляторы расхода 6 воздействуют на исполнительные механизмы 8 до тех пор, .пока эти отклонения не станут равными нулю. Наличие амплитудного ограништеля 7 между регуляторами расхода 6 и удельного приращения эксергетической мощности 3 обеспечивает защиту установок НТС от перегрузки. Так как один и тот же сигнал от регулятора давления 1 поступает параллельно на входы всех регуляторов эксергетической мощности 3, то производительность каждой установки будет такой, при которой удельное приращение эксергетической мощности потоков газа на входах в установки НТС будут одинаковыми. Равенство удельных приращений экс«ргетической мощности потоков газа на входе в установки НТС свидетельствует о том, что такое распределение суммарной производительности между установками НТС обеспечивает максимум суммарной эксергетической мощности входных потоков газа и, следовательно.наиболее глубокое их охлаждение и наилучшее качество подготовки газа. Эксергетическая мощность потока газа на входе в установку НТС характеризует ту часть пластовой энергии, которая пригодна для технического использования на установке. Эта часть пластовой энергии определяется разностью давлений газа на входе и выходе из установки iHTC и называется зксергией давления. Именно эксергия давления преобразуется на установке НТС в эксергию, связанную с охлаждением и понижением, температуры газа. Эксергия давления потока, выраженная в Дж/кг, определяется по известной формуле. e RT(n-§ .,. , ° где Р, РО давление дои цосле установки тение дои цосле установки НТС; ;; TO - температура газа после установки НТС, К; 1 - газовая постоянная, дж/кгК, а Эксергетическая мощность в In па формуле N -r-9RV ;& (2) Общая Эксергетическая мощность потока газа, проходящего через п установок НТС, равная сумме эксергетических мощностей потоков N,iN..Cn|.(3) где 4 1, 2,... п - номер установки НТС. Чем больще будет суммарная эксергетическая мощность потоков газа, тем больще будет суммарная холодопроизводительность установок НТС и лучше качество подготовки газа. Давление газа на входе в установку НТС зависит от ее производительности. Чем больще расход газа, тем меньше давление. Эта зависимость при подключении к установке НТС одной скважины описьшается известным уравнением P-Vi rS t где afy bj, cj - коэффициенты, рассчитьшаемые по приведенным в литературе форм)лам, или определяемые экспериментально. При подключении к установке НТС несколь ких скважин, структура зависимости Р; от qj остается такой же. Подставив выражение (4) в уравнение (3) получим «. Из уравнения (5) видно, что суммарная эксергетическая мощность зависит от того, как общий отбор газа из газосборного коллектора распределен между установками ТНС. На производительность установок НТС наложены ограничения.о..(6) i ivno где q - максимально-допустимая производительность установки НТС. Задача состоит в том, чтобы определить такие pj из допустимой области (6), чтобы вьшолнялось условие ,г-. ГДе G общий отбор газа из газосборного коллектора, и целевая функция (5) принимала максимальное значение N maxZN. niQ PтДo,(ln(|г i i- « « -VarbiQrCiot(8) Эксергетическая характеристика для каждой установки НТС представляет собой выпук лую функцию от производительности. Известно, что в этом случае решение задачи (6)-(3) распределения суммарной производительности между установками может производиться по принципу равенства производных от эксергетической мощности входного потока газа каждой установки НТС по производительности, т.е. суммарную производительность надо распределить так, чтобы AN ANj.,ANj А (9) , Именно этот принций реализуется предложенной системой автоматического регулирования. Для i-й установки НТС. ., c-nCi- la-b,..-9jJ)2Са;-ЬД.,-С.(., (10) еличину :до . для сокращения наименоваия называют удельным приращением эксергетиеской мощности, так как это название в опрееленной мере отражает физическую сущность той величины и ее размерность -Щ- . Значение удельного приращения эксергетиеской мощности входного потока газа каждой становки НТС при известных значениях R, TO, С{ зависит только от производительости Qj. Для его определения предназначен адатчик величины эксергии 4, который в соот