Система регулирования технологического режима установки низкотемпературной сепарации газа Советский патент 1980 года по МПК F25J3/08 G05D27/00 

(54) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА УСТАНОВКИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ

1 Изобретение относится к устройствам автоматического управления и регулирования технологических процессов и может быть Использовано в газодобывающей промышленности на газоконденсатных месторождениях, обу троенных установками низкотемпературной сепарации (НТС) газа. Известна система регулирования технологического режима установки НТС, содержащая кaплeoтдeлитeль теп лообменник, низкотемпературный сепаратор и разделительную емкость, соединенные между собой трубопроводами а также регулятор температуры газа, вход которого связан с датчиком температуры, j/становленным на линии пре варительно охлажденного газа, а выход - с исполнительным механизмом, установленным на байпасной. линии теплообменника, регулятор давления газа до себя, установленный на линии предварительно.охлажденного газа и дозировочный насос ингибитора гидратообразования (например, метанола или диэтиленгликоля) 1 . Данная система не обеспечивает поддержание оптимальной температуры сепарации и минимально-необходимого расхода ингибитора гидратообразоваСЕПАРАЦИИ ГАЗА ния. При неизбежных изменениях гаэопотребления давление в низкотемпературном сепараторе изменяется. Это приводит к изменению перепада давл- ния на регуляторе давления газа до себя и соответственно к изменени о температуры газа в низкотемпературном сепараторе. Изменение температуры окружающего воздуха также приводит к изменению температуры в сепараторе и во входной линии, Стабилизация давления газа перед регулятором давления не обеспечивает заданный расход газа через установ ку НТС, так как при изменении пластового давления и гидравлических сопротивлений призабойной зоны пласта, скважин и шлейфов расход газа изменяется. Нестабильность параметров требует соответствующего изменения расхода ингибитора гидратообразования. Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является систв на автоматического регулирования технологического режима установки НТС.. содержащая каплеотделитель, теплообменник, низкотемпературный сепаратор и разделительную емкость, соединенные между собой трубопроводами, а также регулятор температуры газа, вход котЬрого связан с первым датчиком температуры, установленным на линии выхода газа из низкотемпературного сепаратора, а выход - с исполнительным механизмом, установленным на байпасной линии теплообменника, . регулятор расхода газа, вход которого соединен.с датчиком расхода газа,уста новленным на выходной линии, а выходс исполнительным механизмом, установленным на линии предварительно охлажденного газа, регулятор расхода ингибитора гидратообразования, первый вход которого соединен с датчи;ком расхода,установленным на линии ин гибитора гидратообразования,а выход с исполнительным механизмом/ установленным на той же линии, при этом второй вкод регулятора расхода ингибитор гидратообразования соединен с выходом вычислительного блока, ко входу которого подключены датчик расхода газа, первый датчик температуры, второй дат чик температуры, установленный на входной линии, первый и второй датчики давления, установленные, соответственно, на.линии выхода газа из низкотемпературного сепаратора и на входной линии, а также датчик концентрации, установленный на линии ингибитора гидратообразования 23 . В процессе эксплуатации установки НТС ее характеристика, представляющая собой зависимость прибыли от тем пературы сепарации, изменяется. Это связано с изменением пластового давл ния по мере отбора газа из пласта, с изменением режимов работы скважин, к которым подключена установка НТС, с изменением состава газа во времени и при подключении к установке новых , скважин и по другим причинам. Поэтом оптимальное значение температуры сепарации, обеспечивающее получение ма симальной прибыли, не остается посто янным, оно со временем дрейфует случайным образом. Для его определения периодически находят упомянутую выше характеристику установки НТС и корректируют задание регулятору температуры. В промежутках времени между корректировкой задания регулятор температуры поддерживает оптимальное значение с большой погрешностью. При этом чем больше интервал времени между корректировкой задания регулятору температуры, тем мень ше точность поддержания оптимальной температуры сепарации. В этом недостаток данной систе1 л. Целью изобретения является повышение точности поддержания оптимальной температуры сепарации. Эта цель достигается тем,что система дополнительно содержит датчик расхода конденсата, установленны на линии выхода конденсата, и второй вычислительный блок, к первому и вто рому входам которого подключены coof ветственно датчики расхода конденсата и ингибитора гидратообразования, а выход второго вычислительного блока соединен с входом регулятора температуры газа. Принципиальная схема автоматической системы регулирования технологического режима установки НТС приведена на чертеже. Система содержит каплеотделитель Д., теплообменник 2, низкотемпературный сепаратор 3, разделительную емкость 4, первый датчик 5 и регулятор температуры газа б, датчик 7 и регулятор расхода газа 8, установленные на выходной линии 9. Регулятор температуры газа 6 подсоединен к исполнительному механизму 10 на байпасной линии 11 теплообменника 2, а регулятор расхода газа 8 - к исполнительному механизму 12 на линии 13 предваритель но охлажденного газа из теплообменника 2. Система включает в себя датчик 14 и регулятор расхода ингибитора 15, к входу которого подсоединен выход первого вычислительного блока 16. К входу первого вычислительного блока 16 подключены датчик расхода газа 7, первый 5 и второй 17 датчики температуры, первый 18 и второй 19 датчики давления, установленные соответственно на линии 20 выхода газа из низкотемпературного сепаратора 3 и на входной линии 21, на линии 22 ингибитора гидратообразования - датчик концентрации 23 и исполнительный механизм 24, соединенный с регулятором расхода ингибитора 15. Система содержит также датчик расхода конденсата 25 и второй вычислительный блок 26, к первому и второму входам которого подключены, соответственно, датчики 25 и 14 расхода конденсата и ингибитора гидратообразования, а выход второго вычислительного блока 26 соединен со вторым входом регулятора температуры б. Автоматическая система работает следующим образом. Текущие значения температуры сепарации, расхода газа через установку НТС и расхода ингибитора гидратообразования, определяющие технологический режим установки НТС, измеряются датчиками 5, 7 и 14, соответственно, температуры, расхода газа и расхода ингибитора гидратообразования. Сигналы, пропорциональные текущим значениям этих параметров, поступают .на первые входы регуляторов, соответственно, температуры б, расхода газа 8 и расхода ингйби±ора гидратообразования 15. На вторые входы этих регуляторов поступают сигналы, пропорциональные заданным значениям соответствующих технологических параметров. При При этом на второй вход регулятора расхода газа 8 сигнал поступает от

ручного задатчика или главного регулятора давления (на чертеже не показаны) , а на второй вход регулятора расхода ингибитора гидратообразования 15 - от первого вычислительного блока 16, который по измеренным (при помощи датчиков 5,18,7,19,17,23 значениям температуры и давления сепарации, расхода газа через установку НТС, давления и температуры газа во входной линии 21, концентрации ингибитора гидратообразования определяет минимально-необходимый расход ингибитора гидратообразования. Вычисление этого расхода осуществляется уже по известному алгоритму.

Каждый регулятор расхода 8 и 15 реагирует на отклонение текущего значения, соответственно расхода газа и расхода ингибитора гидратообразования, от заданного значения и отрабатыйает регулирующее воздействие на исполнительные механизмы 12, 24 до тех пор, пока величина отклонения не станет равной нулю. Таким, образом, расход газа через установку НТС поддерживается на заданном значении, а расход ингибитора гидратообразования - на минимально-необходимом значении, определяемом при помощи первого вычислительного блока 16.

Заданное значение регулятору температуры газа 6 формирует второй вычислительный блок 26. Его функциональное назначение - определение прибыли и поиск оптимальной температуры сепарации.

Текущая прибыль определяется по измеренным (при помощи датчика 14 и 25) значениям расхода ингибитора гидратообразования и конденсата по формуле

п ц q, (руб/ч), (1)

где Ц,, цена конденсата и ингибитора гидратообразования, руб/кг;

qj расход конденсата и ингибитора гидратообразования , кг/ч.

Поиск оптимальной температуры сепарации осуществляется например, по известному алгоритму Гауса-Зейделя, сущность которого состоит в следующем. В качестве начальной точки поиска второй вычислительный блок 26 принимает, например, максимально допустмую температуру сепарации. Ее значение вводится в виде задания регулятору температуры 6. Последний сравнивает .текущее значение температуры, измеренное датчиком температуры 5, с заданным и в случае их неравенства воздействует на исполнительный механизм 10 до тех пор, пока их значения не станут одинаковыми. Через некоторое времяТ после выдачи задания регулятору температуры 6 второй вычислительный блок 26 определяет по формуле (1) значение прибыли и уменьшает на

величину л© заданное значение температуры.

Задержку времени выбирают на основе экспериментальных данных так, чтобы время f было больше времени переходного процесса регулирования, которое для действующих установок НТС составляет 0,2-0,6 ч. Приращение температуры Ад выбирают из условия обеспечения требуемой точности определения оптимальной температуры.

0 Если погрешность используемого регулятора 6 достигает, например , то значг ниег Э целесообразно принять равным 1°С,

После окончания второго переход15ного процесса регулирования, т.е. через время f , второй вычислительный блок 26 определяет новое значение прибыли и величину ее приращения ,- nV--f, где П,, Uf-i - прибыль, на i-M и на i-1-м шаге.

0

Если ДП iО вычислительный блок прибавляет к текущему заданному значению температуры величину дв и, если полученное значение не больше максимально допустимой температуры

5 сепарации, выдает его в виде задания регулятору температуры 6 , иначе выдает заданное значение, равное максимально допустимой температура. Если Д П 0,вычкслитель 1Ый блок 26

0 уменьшает текущее значение температуры на величину &,& , делает задержку вычислений на время t , затем определяет прибыль и приращение А П. Процесс уменьшения заданного значе5ния температуры сепарации продолжается до тех пор, пока приращение при были не станет отрицательным. Это свидетельствует о том, что на предыдущем шаге прибыль достигала макси0мального значения.. Поэтому после получения Д П О, второй вычислительный блок 26 увеличивает текущее заданное значение температуры на ДЭ.

Если ДП О,заданное значение температуры продолжает увеличиваться до тех

5 пор,пока знак прирагчения не изменится на противоположный.

Так осуществляется поиск и поддержание температуры сепарации.

Если в пределах допустимых значений

0 температуры сепарации нет экстремальной точки, второй вычислительный блок 26 выводит заданную температуру на одно из граничных значений. Так, если наибольшая прибыль достигается

5 при минимально допустимой температуре, то значение последней принимается в качестве заданного. И наоборот, если наибольшая прибыль достигается при максимально допустимой температуре, то ее значение принимается в качест0ве заданного.

Технико-экономическое преимущество предложенной системы состоит в том, что при изменении характеристики установки НТС система автоматически

5 находит и поддерживает оптимальное значение температуры сепарации. Благодаря этому увеличивается прибыль. Экономический эффект от использования данной системьа приводит к увеличению технологической составляющей прибыли, которая достигает ориентировочно 5-8%. Формула изобретения Система регулирования техноло гического режима установки низкотемпературной сепарации газа, содержащая датчик и регулятор расхода ингибитора гидратообразования, вход которого соединен с выходом первого вычислительного блока, связанного с датчиком расхода газа, первым и вторым датчиками температуры, первым и вторым датчиками давления, установ ленными соответственно на линии выхода газа из сепаратора и входной линии, датчиком концентрации ингиби ра, а выход регулятора расхода инги

8 битора соединен с исполнительным механизмом линии ингибитора, регулятор температуры газа и регулятор расхода газа,связанные с исполнительными ме-; ханизмами соответственно на байпасной линии теплообменника и на линии предварительно охлажденного газа, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности поддержания оптимальной температуры сепарации, система цополнительно содержит датчик расхода конденсата и второй вычислительный 5лок, к первому и второму входам которого подключены соответственно датчики расхода/конденсата и ингибитора гидратообразования, а выход второго вычислительного блока соединен с входом регулятора температуры газа. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Wiggins G.L. Low Temperature Separation. Petroleum Eng. Februar, 1957, p. 20-23. З.Тараненко Б.Ф. и др.Автоматическое управление газопромысловыми объектами, М. , Недра ,1976, с. 109-113.