Автоматическая система для низкотемпературной сепарации газа Советский патент 1980 года по МПК E21B43/00 G05D27/00 

Изобретение относится к устройствам для автоматического управления и регулирования технологических процессов и может быть использовано в газодобывающей промышленности на газоконденсатных месторождениях, обустроенных установками низкотемпературной сепарации (НТС) газа.

Известна автоматическая система для низкотемпературной сепарадаи газа, содержащая установки НТС, которые соединены трубопроводами с газосборным коллектором, на котором установлен датчик давления, соединенный со входом регулятора давления, установленные на выходах из установок НТС датчики расхода газа,выходы которых соединены с первыми входами соответствующих регуляторов расхода газа, подключенных к исполнительным механизмам, установленным на входах в установки НТС, амплитудные ограничители, выходы которых соединены со вторыми входами и соответствующих регуляторов расхода, а входы - с регулятором давления. При изменении отбора газа с промысла давление в газосборном коллекторе отклоняется от заданного значения.

Регулятор Дарления воспринимает зто отклонение и через амплитудйьга ограничитель изменяет задание соответствующему регулятору расхода. Регуляторы расхода воздействуют на соответствующие йсполяшёльные механизмы до тех пор, пока производительность соответствующей установки НТС не становится равной заданному значению. Амплитудные ограничители предназначены для предотвращения перегрузок установок НТС. Они настраиваются таким

10 образом, что сйгнап проходит через амплитудные ограничители к регуляторам расхода без изменения трлько в том случае, когда величина этого сигнала не превыщает значения, соответствующего максимально допустимой произво15дительности установки НТС. В другом случае на выходе соответствующего амплитудного ограничителя остается сигнал постоянного значения, соответствующий максимально допустимой производительности соответствующей

20 установки НТС. Это значение и поддерживает автоматический регулятор расхода газа, Устройство обеспечивает равномерное или заданное распределение отбора газа между установками НТС, а также защиту устаиовок от

перегрузок 1.

Недостаток этого устройства заклю чается ь б1уГ,то15но нё позволяет 6тйшльны Г образом шюЖзовать плйтовую )В газа для Т1звлечения из иего углеводородного кондансата, так как закон распределения суммарной производительности заранее предопределен настройкой.

Известна также автоматическая система для низкотемпературной сепарации газа, содержащая установки НТС, которые со стороны входа соединены трубопроводами со скважинами, а со стороны выхода - с газосборным коллектором, на котором установлены датчик и регуДятор давлення газа, а ш выходах из установок НТС - датчики расхода газа, подключенные К первым входам соответствующих регуляторов расхода газа, связаштых с исполнительными механизмами, при этом вторые входы регуляторов расхода газэ подсоединены к выходам соответствующих амппитудагеге ограничителей. Устройство содержиг регуляторы эксергетической мощности, первые входы которых соединены с выходом регулятора давления газа, а выходы - с соответствующим амплитудным ограничителем, задатзцсн величины зксергия, вход которых соединен с соответствующим датчиком расхода газа, а выход - со вторым входом соответствующего регулятора удельного приращения эксергетической мощности 2.

Устройство работает еле дуйндам образом. При изменении отбора газа давление в газосборном коллекторе отклоняется от заданного значения. Регулятор давления газа воспринимает этб отклонение и вырабатывает регулирующее воздействие, которое поступает на первый вход всех регуляторов удельного приращення эксергетической мощности. Текущее значение удельного приращения эксергетической мощности определяется посредством задатчиков величины эксергии по расходу газа через установку НТС. С этой целью соответствующий датчик расхода газа подключен к задатчику величины эксергии. Сигнал, пропорциональный текущему значению удельного приращения эксергетической мощности, поступает от задатчика величины зксергии на второй вход регулятора удельного приращения, эксергетической мощности. При отклонении текущего значения удельного прираи1ення эксергетической мощности от заданного, установленного регулятором давления одинаковым для всех регуляторов удельного приращения эксергетической мощности, последние через амплитудные ограничители изменяют задание регуляторам расхода газа. При отклонении текущего значения р;)схода газа, из меняемого датшками расхода, регуляторы

расхода воздействуют на исполнительные меха- низмы до тех пор, пока эти отклонения не станут равными нулю. Наличие амплитудного ограйичителя между регуляторами расхода газа и уДёльнЬгО приращения зксергетйческой мощности обеспечивает защиту установок НТС от перегрузки.

Так как один и тот же сигнал от регулятора давления поступает параллельно на входы

всех регуляторов удельного приращения эксергетической мощности, то производительность каждой установки НТС будет такой, при которой удельные приращения эксергетической мощности потоков газа на входах в установки

НТС будут одинаковыми. Равенство удельных приращений эксергетической мощности потоков газа на входе в установки НТС свидетельствует о том, что такое распределение суммарной производительности между установками обеспечивает максимум суммарной эксергетической мощности входных потоков.

Если содержание углеводородного конденсата в газе каждой установки НТС oдинakoвo, а сами установки однотипны, то максимизация

суммарной эксергетической мощности входных потоков газа эквивалентна максимизации извлечения конденсата из газа.

Однако во многих практических случаях содержание углеводородного конденсата в газе

различных скважин, подключенных к параллельно работаюцшм установкам НТС, различно. Это связано, главным образом, с многоспластовостью месторождения и различным составом газа в пластах./

Так, например, содержание конденсата в газе скважины Р-58 Уренгойского месторождения на интервале опробования 2984-2998, м при температзфе - 10° С и давлении 55 кгс/см составляет 430 см/м ; а на интервале опробования 2673-2690 м - только около

180 3.

Характеристики даже однотипных установок НТС газа со временем изменяются случайным образом. Поэтому в зтих случаях максимиза5 дия суммарной эксергетической мощности не позволяет извлечь из газа максимум углеводородного конденсата. Это говорит о недостаточной надежности функционирования известного устройства, что приводит к потерям цен- ного для нефтехимической промыишенности конденсатаС З.

Кроме того, для расчета текущего значения удельного приращения эксергетической мощности используются коэффициенты математической модели установки НТС газа, значения которых со временем изменяются случайным образом, поэтому их необходимо периодически уточнять. Это связано с определенными затратами труда. Но главное заключается в том, что в промежутках между уточнением ко эффициентов устройство работает с отклонением от оптимального режима, то есть надежность его функционирования уменьшается. Цель изобретения - повышение надежности системы путем оптимального распределения суммарной производительности между установками НТС газа по критерию максимума добычи конденсата и автоматической идентификации коэффициентов математической модели установок НТС газа. Поставленная цель достигается тем, что система снабжена установленными на каждой уста новке НТС датчиком расхода конденсата, идентификатором, датчиком и регулятором удельного приращения расхода конденсата, при этом выход датчика расхода конденсата подключен через последовательно соединенные идентификатор и датчик удельного приращения расхода конденсата к первому входу регулятора удельного приращения расхода конденсата, второй вход которого соединен с выходом регулятора давления, а выход регулятора удельного приращения расхода конденсата подключен ко входу амплитудного ограничителя, причем ВЬ1ХОды датчика расхода газа подключены соответственно ко вторым входам идентификатора и датчика удельного приращения расхода конденсата. На чертеже представлена принципиальная схема системы. Автоматическая система включает установки 1 НТС газа, которые со стороны входа соединены трубопроводами 2 со скважинами 3, а трубопроводами 4 с газосборным коллектором 5, на котором установлены датчик 6 и регулйтор 7 давления газа. На выходах из установок НТС установлены датчики 8 расхода газа, подключенные к первым входам соответствующих регуляторов 9 расхода газа, связанных с исполнительными механизмами 10, установленными на входе газа в установки I НТС, вторые входы регуляторов 9 расхода газа подсоединены к выходам соответствующих амплитудных ограничителей 11 Система содержит установленные на каждой установке 1 НТС датчик 12 расхода конденсата, идентификатор 13, датчик 14 и регулятор 15 Удельного приращения расхода конденсата. Датчик 12 расхода конденсата подсоединен соот ветственно к первому входу идентификатора 13, ко второму входу которого подключен датчик 8 расхода газа, связанный одновременно с первым входом датчика J4 удельного приращения расхода конденсата, подсоединенного вторым входом к выходу идентификатора 13, при этом первый и второй входы регулятора 15 удельного приращения расхода конденсата соединены соответственно с выходами регулятора 7 давления газа и датчика 14 удельного приращения расхода конденсата, а выходсо входом амготитудногоограничителя П. Автоматическая система работает следующим образом. При изменении отбора газа на газосборном коллекторе 5 давление в нем отклоняется от заданного значения. Регулятор 7 давления посредством датчика 6 давления воспринимает это отклонение и вырабатывает регулирующее воздействие, которое поступает на первый- вход йсех регуляторов 15 удельного прираЩения расхода конденсата. Текущее значение удельного приращения расхода конденсата определяется при помощи датчика 14 удельного приращения расхода конденсата по расходу газа через установку НТС и коэффициентам ее математической модели. С этой целью входы датчика 14 удельного приращения расхода конденсата соединены с датчиком 8 расхода газа и идентификатором 13, определяющим коэффициенты математической модели установки НТС по измеренным значениям расхода газа и конденсата. При отклонении текущего значения удельного приращения расхода конденсата от заданного, установленного регулятором 7 давления одинаковым для всех регуляторов 15, последние через амплитудные ограничители 11 изменяют задание регуляторам 9 расхода. При отклонении текуц его значения расхода газа, измеряемого датчиками 8 расхода газа, от заданного регуляторы 9 расхода воздействуют на исполнительные механизмы 10 до тех пор. пока эти отклонения не станут равными нулю Наличие амплитудного ограничителя 11 между регулятором 9 расхода газа и регулятором 15 удельного приращения расхода ковденсата обеспечивает защиту установок НТС от перегрузки. Так как один и тот же сигнал от регулятора 7 давления газа поступает на входы всех регуляторов 15 удельного приращения расхода конденсата, тО производительность каждой установки НТС будет такой, при которой удельное приращение расхода конденсата на всех установках будет одинаковым. Равенство удельных приращений расхода конденсата свидетельствует о том, что такое распределение суммарной производительности между установками НТС обеспечивает максимум добычи конденсата. Расход койденсата на -ой установке НТС определяется по формуле .г1 оГС1 еогЦ-,.чГ f«or°Ai-b-.,a,)}, (i 7 где расход газа через установку НТС, с,,- расход ковденсата на установке НТС кг/с; %-,.,Р1.о..коэффщиенты, расчитываемые по приведенным в литературе 1ши определяемые экспериментально; GOJ - температура газа на входе в установ ку НТС, С; РО - давление в газосборном коллектор i -t/Xjj- номер установки НТС {4. Из формулы (1) ввдно, что при известных значениях коэффициентов, температуры и давления расход конденсата является нелинейной выпуклой функцией от, расхода газа. Расчеты показали, что эта функция с достаточной точностью аппроксимируется многочленом вида o.ct,,.( где AJ, В;, С-,, DJ - коэффициенты аппрок симации, получаемйе, например. Методом наименьших квадратов по совокупности измеренных значений q ,. Просуммировав выражения (2), получим общую добычу конденсата C,I.cv.3.(A-,B.,cv,c-,,K) Из уравнения (3) следует, что величина добычи конденсата зависит от того, как общи отбор газа распределен между установками НТС, производительность которых ограничена неравенствами v 4 Ч, 4 ч ; (4) где fji . f максимально и минимально допустимая производительность установки, НТС, кг/с. Задача состоит в определении такой произв дительности установок НТС с из допустимо области (4), при которой целевая функция (3) принимает максимальное значение -may.l.(A.,b,,, ) (s) и выполняется условие материального баланса (6 где Q -. общий отбор газа из газосборного коллектора, кг/с. Поскольку функции (2) выпуклые, то решение задачи (4) - (6) осуществляется по 7 принципу равенства производных от расхода конденсата по расходу газа. Это означает, что бщий отбор газа распределяют между установками НТС так, чтобы удельные приращения расхода конденсата на каждой установке НТС бьши равны друг другу, т.е. чтобы ° Именно этот принцип реализуется предложенной автоматической системой. Из уравнения: (2) следует, что для i -ой установки НТС удельное приращение расхода конденсата равно ,-3B.,cv.j4&) Значение с, как видно из (8), зависит от производительности установки НТС и коэффициентов ее математической модели (2). Для определения значений с,; предназначены датчики 14 удельного приращения расхода конденсата, на вход которых поступают сигналы, пропорциональные производительности соответствующей установки НТС (от датчика 8 расхода газа) и коэффициентам математической модели той же установки (от идентификатора 13). Эту входную информацию датчик 14 преобразует в соответствии с формулой (8) в выходной сигнал, пропорциональный значению с, . Идентификатор 13 предназначен для определения значений коэффициентов математической модели установки НТС А-,, B-j, С-, ,В, по измеренным в процессе ее эксплуатации значениям расхода газа и конденсата. Использование идентификаторов 13 позволяет автоматически, практически непрерывно уточнять коэффициенты математической модели установок НТС, т.е. оперативно следить за изменением их характеристик и учитывать эти изменения в процессе управления. Идентификаторы 13 изготавляются на базе выпускаемых микропроцессов. Таким образом, предлагаемая автоматическая система, обеспечивая поддержайие одинаковых значений удельных приращений расхода конденсата на каждой установке НТС и защиту )«становок от перегрузки, тем самым реализует принцип оптимального распределения нагрузки по критерию максимума добычи конденсата. Благодаря включению в автоматическую систему идентификаторов достигается слежение за дрейфующими коэффициентами математической модели установок НТС, что обеспечивает