Устройство для автоматического регулирования процессом осушки газа Советский патент 1980 года по МПК B01D53/26 G05D27/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОМ ОСУШКИ Изобретение относится к устройствам для автоматического управления и регулирования технологических процессов и может быть использовано в газодобывающей промышленности на газовых месторождениях, оснащенных абсорбцион ными установками осушки газа. Известно устройство для автоматичес кого регулирования процессом осушки газа, состоящее из регулятора расхода абсорбента, подаваемого в абсорбер, и регулятора температуры регенерирован ного абсорбента, воздействующего на исполнительный механизм, установленны на линии подачи теплоносителя в десор- бер 1 . Недостатками известного устройства является то, что поддержание постоянного (максимального) значения расхода абсорбента приводит к увеличению энерг затрат на его регенерацию. Кроме того, при глубоких изменениях расхода газа и условий массопередачи поддержание постоянной ксшцентрации

ГАЗА (температуры) регенерированного раствора не обеспечивает заданной степени осушки газа и возникает необходимость в кор1эектщх)вке заданного значения концентрации (температуры) регенерированного абсорбента. Эта операция осуществляется вручную и, как правило, с опозданием, что приводит к ухудшению качества подготовки газа, т.е. к понижению функциональной надежности устройства, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для автоматического регулирования процессом осушки , газа, содержащее датчики расхода газа и абсорбента, подключенные к регулятору соотношения, вькод которого соединен с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи абсорбента в абсорбер, регулятс э влажности газа, датчик которого установлен на выходе газа из абсорбера, и регулятор температуры (концентрации) регенерированного абсорбента, к первому и второму входам которого подключены соответственно датчик тейпературы и ре гулятор влажности, а выход соединен с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи теплоносителя в десорбер (2j, Недостатком известного устройства является его низкая надежность, обуслов ленная использованием регулятора влаж ности. Цель изобретения - повыше1ше функциональной надежности устройства. Цель достигается тем, что устройство содержит датчики давления и температуры газа, установленные на входе газа в абсорбер, датчик, задатчик и регуля тор расхода флегмы, амплитудный ограничитель, при этом к первому и второму входам регулятора расхода флегмы подключены соответственно датчик и задатч расхода флегмы, а выход регулятора расхода флегмы подключен через амплитудный ограничитель ко второму входу регулятора температуры регенерированно го абсорбента, при этом датчики расхода, давления и температугэы газа подключены ко входам задатчика расхода флегмы. На чертеже показана принципиальная схема устройства для автоматического регулирования процесса осушки газа. Устройство включает абсорбер 1, десорбер 2, насос 3, холодильник 4, теплообменник 5, дефлегматор 6, а такж установленные на входе газа в абсорбер 1 датчики температуры 7 и давления 8, подключеннь1е совместно с датчиком расхода газа 9 к задатчику 1О. Выход задатчика Ю поД1слючен ко вторрму входу регулятора расхода флегмы 11., к первому входу которого пошслючен датчик расхода флегмы 12, установленньЕЙ после дефлегматора 6 на линии 13 Выход регулятора 11 расхода, флегмы через амплитудный ограничитель 14 подалючен ко второму входу регулятора 15 температуры. К первому входу регулятора 15 температуры подключен датчик 16 температуры, установленный на выходе регенерированного абсорбента КЗ десорбера 2. Выход регулятора 15 температуры связан с испопнительным механизмом 17, установленны на линии 18 подачи теплоносителя в де сорбер 2. Датчик 9 расхода газа подклю чен также к первому входу регулятора соотношения, связанному вторым входом с /датчиком 2О расхода абсорбента, а вькодом - с исполнительным механизм 21, устансшленным на линии 22 подачи егенерированного абсорбента черрл хоодильник 4 в абсорбер 1. На линии 13 становлен также датчик 23 температуры, пошслюченньщ к регулятору 24 температуры флегмы, выход которого соединен с исполнительным механизмом 25, установленным на линии 2.6 подачи хладагента в дефлегматор 6, Абсорбер 1 связан с десорбером 2 линией 27. Устройство работает следующим образом. Подлежащий осушке газ после предварительной сепарации поступает снизу в абсорбер 1, в котором контактирует с регенерированным абсорбентом, поступающим в абсорбер 1 сверху по линки 22 через холодильник 4, датчик 20 расхода, исполнительный механизм 21 i иасос 3. теплообменник 5 на десорбера 2. В результате массообмена пары влаги из газа переходят в абсорбент, Насьшгенный парами влаги абсорбент (например диэтиленгликоль) из абсорбера 1 подается через теплообменник 5 по линии 27 в десорбер 2, в котором продвигается сверху вниз. В нижнюю часть десорбера 2 по линии 18 через исполнительный механизм 17 вводится теплоноситель. В результате кипения из абсорбента удаляются пары воды, которые, поднимаясь снизу вверх, нагревают движущийся абсорбент и дополнительно его регенерируют. Из десорбера 2 пары воды поступают в дефлегматор 6, в котором концентрируются за счет хладоноснтеля, поступающего в дефлегматор 6 по линии 26 через исполнительный механизм 25. Сконденсировавшаяся влага (флегма) по линии 13 поступает в сборник (на чер,теже не показан), из которого одна часть через датчик 12 сбрасывается в канализацию, а вторая часть - в десорбер 2. Регенерирова1шый абсорбент из десорбера 2 снова подается на абсорбер 1.Шгклперемещешш абсорбента замютутъгйс. Теплообме; шик 5 служит для охлажденхга регенерированного и нагрева насыщенного абсорбента, холодильник 4 - для охлаждения регенерированного абсорбента. Перемещение абсорбента из десорбера 2 в абсорбер осуществляется насосом 3, обратное перемещение осуществляется за счет давления газа в абсорбере 1. Температура флегмы в линии 13 поддерживается постоянной автоматическим регулятором 24 температуры, воспринимающим текущее значение температуры флегмы, измеренное датчиком 23 температуры, и воздействующим на испол5нительный механизм 25 Влажность осушенного газа зависит от расхода газа через абсорбер 1. Чтобы предотврат ть возможное изменение влажности газа, обусловленное малыми изменениями его расхода, в устройстве предусмотрен регулятор 19f соотношения. Пр изменении заданного соотношения расход газа- расход абсорбента регулятор 19 соотношения воздействует на исполн тельньй механизм 21 до тех пор, пока не будет достигнуто требуемое соотношение расходов газа и абсорбента, измеряемых датчиками 9 и 20. При глубоких изменениях расхода га а также при наличии других возмущающи воздействий регулятор 19 соотношения не обеспечивает поддержания заданной влажности осушенного газа. Эту задачу решает автоматическая система регулирования, построенная на основе регуляторов 11 расхода флегмы и температур 15 регенерироБанног: абсорбента. Работа этой системы основана на следующем принципе. Если задана требуемая влажность газа на выходе из абсорбера 1 и извест ны влажность газа на его входе, а так же расход газа через абсорбер 1, то легко .определить количество влаги, кото рое необходимо извлечь в единицу вр мени, чтобы обеспечить заданную влажность газа. Поглощенная в абсорбере парообразная влага регенерируется в десорбере 2 и выводится из него после дефлегматора 5 в виде жидкости (флегм Содержание абсорбента во флегме пренебрежительно мало {меньше 1%), поэтому расход флегмы должен быть равен количеству влаги, поглощенной в абсорбере 1. Если это условие материального баланса соблюдается, то вланс ность ocpieHHoro газа равна заданной. В данном устройстве количество влаги, подлежащее извлечению из газа в единицу времени, определяется задатчиком 10 по измеренным значениям темпе ратуры, давления и расхода газа. Для измерения этих величин предназначены датчики 7, 8 и 9. На газовых место рождениях газ на входе в абсорбер 1 находится в насьпценном парами воды состоянии. Поэтому еговлагосо- держание однозначно определяется по температуре и давлению. Так, влаго- содержание можно определить по формуле т 4,(7,35-102(3-2,7 00) + + 4,1й ((5,4-fO2Q-2-10 Q2) (J 07 где пл - влагосодержанне газа, г/мм ; Q - температура, С; р - давление, кгс/см. Обозначив требуемое влагосодержание осушенного газа через то(г/мм) и умножив разность {т - т, ) ц расход газа Q ( ч), получают количество влаги { , которое., должно извлекаться из газа для получения требуемого влагосодержания гПо осушенного газа. С учетом формулы (1) оно равно . с Q(4,(7,35 ,7 ,Q (5.4 (.,j (2) По формуле (2) или по .другой аналогич ной формуле задатчик 10 вычисляет требуемый расход флегмы. Выходной сигнал задатчика 10, пропорциональный требуемому значению расхода флегмы, поступает на второй вход регулятора 11 расхода флегм-ы и сравнивается с сигналом, пропорциональным текущему значению расхода флегмы, поступающим на первый вход регулятора 11 от датчика 12 расхода. Если величина рассогласования / этих сигналов не равна нулю (что говорит о нарушении материального баланса по влаге); то регулятор 11 расхода флегмы отрабатывает корректирующее воздействие, которое через амплитудный ограничитель 14 поступает как задание на второй вход регулятора 15 тет пературы. Регулятор 15 температуры, сравнивая текущее значение температуры, определяемое при помощи датчика 16 температуры, с заданным, отрабатьшает регулирую.щее воздействие на исполнительный механизм 17. Последний изменяет расход теплоносителя в десорбере 2 до тех пор, пока температура регенерировгшного абсорбента не станет равной заданной. С изменением расхода теплоносителя изменяется количество паров воды, десс эбируемых из абсорбента к превращаемых во флегму после их конденсации в дефлегматоре 6. Если норый расход флегмы стал равным заданному значению, на выходе регулятора 11 расхода флегмы остается постоянный сигнал, величина которого характеризует заданное значение темпера- туры регенерированного абсорбента. Это значение температуры поддерживается егулятором 15. Если расход флегмы е равен заданному значению, процесс (югулиров/лння продолжается, т.е. регулятор) 1.1 расхода флегмы корректирует задаинс-ю значение температуры до тех пор, пока текущий расход флегмы не станет равным заданному. В состоянии равновесия условие материального ба ланса соблюдается, что говорит об извлечении из газа требуемого количества влаги и, следовательно, о поддержании заданной вланодости осушенного газа. В данном устройстве не используются малонадежные датчики и регулятор влажности газа. Вместо них применены регулятор 11 расхода флегмы, задатчик 10 и Подключенные к ним датчики 9 и 12 расхода, температуры 7 и давления 8, Надежность этих устройств выше надежности датчика и регулятора влажности газа, вследствие чего и повыгиается надежность зстройства в целом. Для исключешш перегрева абсорбента в устройство введен с1мплитудиый ограштчитель 14. Сигнал от регулятора 11 расхода флегмы пост тгает без изменений па вход регуля1Х)ра 15 температуры регенертфоватюго абсорбента тол1зко в том случае, когда его вел1тчина не превышае значения, соответствующего максимально допустимой температуре. В .противном слуше на выходе амплитудного ограиичнтеля 14 остается сигнал, пропоршюнашэный MaKCJiNfarajHO допустимой температуре. Этчз значение тe xшepaтypы и поддернаюает регулятор 15. Таким образом, вследствие включения D устройство амплитудного ограничителя 14 предотвращается перегрев и BO3Mo:vHoe разложение абсорбента. Это также повышает функциональную надежность устройства. Технико-экономическое npoHviymecTBo устройства состоит в том, что оно обеспечивает более высокую надежность поддержания заданной влажности осушенного газа. Из-за этого уменьшается интеграл Hbut расход теплоносителя и повышается качество подготовки газа, что при-водит к снижению затрат на транспорт газа. Экономический э4)фект от 1Еспользования данного устройства может.-.быть получен газодобывающим и зГ-азотрансггорт ным предприятиями. На газодобывающем предприятии основньм источником )ек тивности является снижение затрат на теплоноситель. Экономия этих затрат достигается вследствие того, что за сче 7 78 повьпяения надежности устройства уменьшается время, в течение которого управление процессом осуществляется вручную. При ручном управлении расход теплоносителя увеличивается с целью обеспечения жесткого требования на подставку газа с качеством осушки не хуже заданного. Экономия расхода теплоносителя составляет 5-8%. На газотранспортном предприятии основным источником эффективности является снижение затрат энергии на компримирование газа и ингибитора на предотвращение гидратообразования и разрушения образовавщихся в газопроводах кристаллогидратов. Снижение энергозатрат на комприми рование достигается вследствие уменьшения гидравлического сопротивления газопровода, при улучшении качества подготовки газа. По этой ке причине уменьшаются затраты на ид-ибитор , гидратообразовання. Ориентировочно экономия обоих видов затрат составляет от 3 до 1096. Формул изобретения Устройство для автоматического регулирования процессом осушки газа, со- держащее датчики расхода газа и абсорбента, поддслюченные ко входам -, регулятора соотнощегшя, связашюго выходом и исполнительным механизмом, устаиовлеш. на шпши подачи абсорбента и в абсорбер, регулятор температуры флегмы, ко входу которого подключен датчик температуры, установленный на выходе флегмы из дефлегматора, а к выходуисполнительньв механизм, установленньй на линии подачи хладаге11та в дефлегматор, регулятор температуры регенерированного абсорбента, связанньш первым входом с датчиком температуры, а выходом с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи теплоносителя в десорбер, отличающееся тем, что, с целые- повьшюния функциональной надежности устройства, оно дополнительно содержит датчики давления и температуры газа, установлешсые на входе газа в абсорбер, датчик, за- датчик и регулятор расхода флегм.ы на выходе дефлегматора, амплитудньй ограничитель, при этом датчик и задатчик расхода флегмы подключены к первому и второму входам регулятора расхода флегмы соответственно, а выход регуллторй расхода флегмы подключен через амплитудный ограничитель ко второму входу регулятора температуры регенерированного абсорбента, а датчики расхода давления и температуры газа подключены ко входам задатчика расхода флегмы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Тараненко Б. Ф. и др. Автоматн.ческое управление газопромысловыми

объектами, М., Недра, 1976, с. 133.

2.Истомина В. И. Исследование процесса регулирования осушки природного газа, канд. дис. с. 108, 109.