Способ автоматического распределения нагрузки между технологическими линиями низкотемпературной сепарации газа на установках комплексной подготовки газа, с применением аппаратов воздушного охлаждения, нефтегазоконденсатных месторождений севера рф
Владельцы патента RU 2743869:
Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Ямбург" (RU)
Изобретение относится к области добычи и подготовки природного газа к дальнему транспорту на установках комплексной подготовки газа (УКПГ) нефтегазоконденсатных месторождений (НГКМ) Севера РФ. Способ включает контроль средствами автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) УКПГ ряда параметров. Среди них расход осушенного газа, поступающего в магистральный газопровод (МГП), и расход нестабильного газового конденсата (НТК), поступающего в магистральный конденсатопровод (МКП). АСУ ТП поддерживает температуру сепарации газа в каждом низкотемпературном сепараторе и управляет режимом его работы при заданном значении расхода газа по нему. АСУ ТП, получив задание по объему добычи НТК УКПГ, исполняет его с помощью ПИД-регулятора поддержания расхода НТК в МКП, реализованного на базе АСУ ТП. На вход задания SP этого пропорционально интегрально дифференцирующего (ПИД) регулятора ПИД-регулятора АСУ ТП подает сигнал задания диспетчера, и одновременно на его вход обратной связи PV подает сигнал текущего расхода НТК в МКП. Сравнивая задание и текущий расход НТК, этот ПИД-регулятор формирует на своем выходе CV сигнал задания, который подает на вход задания SP ПИД-регуляторов всех технологических линий (ТЛ) низкотемпературной сепарации (НТС) газа, которые также реализованы на базе АСУ ТП. На вход обратной связи PV этих ПИД-регуляторов АСУ ТП подает сигнал фактического расхода осушенного газа по УКПГ. Также одновременно на вход Kp ПИД-регуляторов каждой ТЛ НТС подается для нее сигнал значения коэффициента пропорциональности Кп_i, (где i - номер ТЛ НТС), определяющий степень воздействия этого ПИД-регулятора на управляемый им клапан-регулятор (КР) расхода газа по его ТЛ НТС. При этом величина коэффициента пропорциональности Кп_i определяется для каждой ТЛ НТС ее блоком расчета коэффициента пропорциональности в зависимости от холодопроизводительности ее аппарата воздушного охлаждения (АВО), установленного после сепаратора первой ступени сепарации, и его работа контролируется индивидуальной системой автоматического управления - САУ. При этом САУ в соответствии с заданием АСУ ТП, вырабатываемым с учетом текущих параметров технологического процесса в каждом низкотемпературном сепараторе и состояния окружающей среды, контролирует холодопроизводительность АВО газа и подает соответствующий ей сигнал в блок расчета коэффициента пропорциональности ее ТЛ НТС. Применение данного способа позволяет обеспечить заданную степень извлечения НТК из природного газа на УКПГ на стадиях постоянной, падающей и завершающей стадиях эксплуатации НГКМ при соблюдении норм и ограничений на технологические параметры процесса, предъявляемые технологическим регламентом установки. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области добычи и подготовки природного газа валанжинских залежей (далее природный газ) к дальнему транспорту на установках комплексной подготовки газа (УКПГ) нефтегазоконденсатных месторождений (НГКМ) Севера РФ.
На НГКМ Севера РФ производится разработка валанжинских залежей, расположенных на глубине порядка 3500÷3600 м, пластовый газ которых содержит значительное количество конденсата, достигающее 300÷350 г/куб метр [см., например, стр. 360, Андреев Е.Б. и др. Автоматизация технологических процессов добычи и подготовки нефти и газа: учебное пособие для вузов. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2008. - 399 с.]. Подготовка газа валанжинских залежей к дальнему транспорту на НГКМ Севера РФ осуществляют методом низкотемпературной сепарации (НТС) или низкотемпературной абсорбции (НТА), которые сводятся к охлаждению природного газа с последующим разделением газоконденсатной смеси на жидкую и газовую фазу.
Технология промысловой обработки природных газов НГКМ Севера РФ характеризуется низкой степенью извлечения жидких углеводородов: этана - около 10, пропан-бутанов - 30, компонентов тяжелых углеводородов С5+в - 95 мас. % от их потенциального содержания в пластовом газе [например, см. стр. 371, Гриценко А.И. и др. Сбор, промысловая подготовка газа на северных месторождениях России. - М.: ОАО «Издательство «Недра», 1999. - 473 с.]. Именно относительно низкий уровень извлечения углеводородов в промысловых условиях НГКМ Севера РФ стимулировал широкое применение на УКПГ технологического процесса НТС с температурным уровнем до минус 30°С [например, см. 371-403, Гриценко А.И. и др. Сбор, промысловая подготовка газа на северных месторождениях России. - М.: ОАО «Издательство «Недра», 1999. - 473 с.].
На УКПГ природный газ осушается по влаге и углеводородам до определенных кондиций в соответствии с требованиями и нормами для природного газа холодной климатической зоны по ОСТ 51.40-93 «Газы горючие природные, поставляемые и транспортируемые по магистральным газопроводам», а конденсат газовый нестабильный (товарный) по СТО Газпром 5.11-2008 «Конденсат газовый нестабильный». Для соблюдения норм и требований этих регламентирующих документов, а также для получения температуры осушенного газа на выходе УКПГ близкой к температуре грунта, обеспечивающей стационарное состояние системы «трубопровод-многолетнемерзлые породы», температура в низкотемпературном сепараторе должна поддерживаться в интервале минус 23-30°С [например, см. стр. 778, Вяхирев Р.И., Гриценко А.И., Тер-Саркисов P.M. Разработка и эксплуатация газовых месторождений. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002. - 880 с.].
Для получения низких температур в УКПГ используют пластовую энергию природного газа или его искусственное охлаждение. В первом случае температура природного газа понижается в результате адиабатического расширения (дросселирования), во втором - за счет внешних источников холода - аппаратов воздушного охлаждения (АВО) в холодный период года, и турбодетандерных агрегатов (ТДА) в теплый период года.
Длительность холодного периода года, т.е. низкая температура окружающей среды в условиях севера длится с сентября по май месяц, что позволяет широко использовать АВО для охлаждения природного газа на УКПГ.
Технологический процесс сбора и подготовки природного газа к дальнему транспорту предусматривает его подачу от кустов эксплуатационных скважин в здание переключающей арматуры УКПГ. Из него, через общий коллектор, добытый газ распределяется по нескольким (до 8, а в перспективе - и более) идентичным технологическим линиям (ТЛ) НТС [см. стр. 361, Андреев Е.Б. и др. Автоматизация технологических процессов добычи и подготовки нефти и газа: учебное пособие для вузов. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2008. - 399 с.]. Например, на Заполярном НГКМ в УКПГ используются по четыре ТЛ НТС.
В процессе эксплуатации по различным причинам, например, из-за залповых выбросов воды и пескопроявления в скважинах, возникающих при добыче природного газа, из-за коррозии оборудования и т.д., происходит изменение состояния оборудования ТЛ НТС, ведущее к ухудшению качества его работы. Все это в совокупности снижает разделяющие свойства сепараторов, увеличивая унос капельной жидкости и механических примесей из них. Происходит снижение эффективности работы АВО и рекуперативных теплообменников (ТО) из-за загрязнения поверхности их теплообменных труб, т.е. снижается их термический коэффициент полезного действия. Образование гидратных и иных отложений в аппаратах УКПГ приводит к изменению перепада давления в них, что в конечном итоге, также сказывается на эффективности их работы.
Очевидно то, что изменение состояния оборудования ТЛ НТС на УКПГ протекает не одинаково. Поэтому фактическое состояние оборудования ТЛ НТС по работоспособности будет отличаться друг от друга. Следовательно, для повышения эффективности процесса подготовки природного газа к дальнему транспорту распределение нагрузки между ТЛ НТС УКПГ в реальном режиме работы должно проводиться с учетом фактического состояния оборудования каждой линий. Это позволит значительно повысить качество подготавливаемого природного газа к дальнему транспорту при соблюдении норм и ограничений технологического регламента УКПГ.
На качество товарной продукции в процессе НТС существенное влияние оказывает изменение температуры в низкотемпературном сепараторе [например, см., А.В. Кравцов и др. Анализ влияния технологических параметров и оптимизация процессов низкотемпературной сепарации. Известия Томского политехнического университета. 2009. Т. 315. №3, стр. 57-60]. Поэтому, при подготовке природного газа к дальнему транспорту, поддержание заданной температуры в низкотемпературном сепараторе, регламентируемое технологическим регламентом УКПГ, имеет первостепенное значение. Т.е. для получения нестабильного газового конденсата (НТК) на выходе УКПГ с заданными характеристиками необходимо строго соблюдать температурный режим работы низкотемпературного сепаратора в рамках уставок, предусмотренных технологическим регламентом установки. Известно, что снижение температуры в низкотемпературном сепараторе ниже минимальной уставки Тмин вызовет выделение легких фракций конденсата, что может привести к проблемам при его транспортировке, а повышение температуры в нем выше максимальной уставки Тмакс приведет к неоправданным потерям ценных компонентов конденсата.
Известен способ автоматического управления подготовки природного газа на ТЛ НТС газа к дальнему транспорту, который позволяет автоматически поддерживать температуру сепарации газа в низкотемпературном сепараторе, при заданном значении расхода газа по ТЛ НТС, путем изменения степени дросселирования газа на штуцерах, стоящих перед этими сепараторами [см., стр. 111-112, Б.Ф. Тараненко, В.Т. Герман. Автоматическое управление газопромысловыми объектами. М., "Недра", 1976 г., 213 с.].
Недостатком указанного способа является то, что он никак не учитывает фактическое состояние оборудования при распределении нагрузки между ТЛ НТС. Кроме этого данный способ использует технологические схемы получения холода за счет дросселирования газа на штуцере, установленном перед низкотемпературным сепаратором, что применимо лишь в начальной и нарастающей стадиях эксплуатации НГКМ. Эти факторы снижают эффективность данного способа охлаждения, т.к. он не применим для подготовки природного газа к дальнему транспорту на стадиях постоянной, падающий и завершающий стадий эксплуатации НГКМ.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ автоматического управления подготовкой газа на ТЛ НТС газа к дальнему транспорту, который позволяет автоматически поддерживать температуру сепарации газа в низкотемпературном сепараторе при заданном значении расхода газа путем применения ТДА в схемах НТС газа [см. стр. 312, Бекиров Т.М., Ланчаков Г.А. Технология обработки газа и конденсата. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр». 1999. - 596 с.]
Существенным недостатком данного способа является то, что в нем, как и в аналоге, происходящие в процессе эксплуатации изменения состояния оборудования ТЛ НТС не учитываются при распределении нагрузки между ними.
Целью настоящего изобретения является повышение эффективности процесса подготовки природного газа к дальнему транспорту, которое позволяет улучшить качество подготавливаемой продукции (осушенного газа и НТК), поставляемой потребителям на постоянной, падающей и завершающей стадиях эксплуатации НГКМ.
Техническим результатом, достигаемым от реализации настоящего изобретения, является обеспечение заданной степени извлечения НТК из природного газа на УКПГ при соблюдении норм и ограничений на технологические параметры процессов, установленные технологическим регламентом установки, обеспечивая заданное качество подготовки природного газа и НТК для дальнего транспорта с одновременным учетом фактического состояния оборудования каждой ТЛ НТС.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что способ автоматического распределения нагрузки между ТЛ НТС газа на УКПГ, с применением АВО, НГКМ Севера РФ включает контроль средствами автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) УКПГ ряда параметров. Среди них расход осушенного газа, поступающего в магистральный газопровод (МГП) и НТК, поступающего в магистральный конденсатопровод (МКП). АСУ ТП поддерживает температуру сепарации газа в каждом низкотемпературном сепараторе и управляет режимом его работы при заданном значении расхода газа по нему.
Поставленная цель достигается за счет того, что АСУ ТП, получив задание по объему добычи НТК УКПГ, исполняет его с помощью пропорционально интегрально дифференцирующего (ПИД) регулятора поддержания расхода НТК в МКП. На вход задания SP этого ПИД-регулятора АСУ ТП подает сигнал задания диспетчера, и одновременно на его вход обратной связи PV подает сигнал текущего расхода НТК в МКП. Сравнивая задание и текущий расход НТК, этот ПИД-регулятор формирует на своем выходе CV сигнал задания, который подает на вход задания SP ПИД-регуляторов всех ТЛ НТС. На вход обратной связи PV этих ГГИД-регуляторов АСУ ТП подает сигнал фактического расхода осушенного газа по УКПГ. Также одновременно на вход Кр ПИД-регулятора, установленного на входе низкотемпературного сепаратора каждой ТЛ НТС, подается сигнал значения коэффициента пропорциональности Кп_i (где i номер ТЛ НТС), определяющего степень воздействия этого ПИД-регулятора на управляемый им клапан-регулятор (КР) расхода газа по его ТЛ НТС. При этом величина коэффициента пропорциональности Кп_i определяется блоком расчета коэффициента пропорциональности ТЛ НТС в зависимости от холодопроизводительности ее АВО, установленного после сепаратора первой ступени сепарации ТЛ НТС. Работа АВО контролируется индивидуальной системой автоматического управления (САУ) АВО.
Холодопроизводительность АВО зависит от температуры окружающей среды и объема перемещаемого воздуха его вентиляторами. Она характеризуется текущим значением тока, потребляемого электродвигателями АВО, выраженным в процентах от суммы токов номинальных паспортных значений электродвигателей АВО.
При этом САУ, в соответствии с заданием АСУ ТП, учитывающем текущие значения параметров технологического процесса в каждом низкотемпературном сепараторе и состояния окружающей среды, изменяет холодопроизводительность АВО газа требуемым образом и подает соответствующий ее значению сигнал в блок расчета коэффициента пропорциональности ее ТЛ НТС.
Коэффициент пропорциональности Кп для ПИД-регулятора каждой ТЛ НТС определяет ее блок расчета коэффициента пропорциональности используя текущее значение холодопроизводительности АВО газа этой линий по следующим формулам:
если добычу НТК по данной ТЛ НТС по необходимо повысить, т.е. Fплан-Fфакт>0, то:
если добычу НТК по данной ТЛ НТС необходимо понизить, т.е. Fплан-Fфакт<0, то:
где Wi - текущее значение холодопроизводительности АВО i-ой ТЛ НТС, поступающее с САУ АВО, в виде сигнала на вход I.1 блока расчета коэффициента пропорциональности этой линии;
Кп_макс_i - уставка максимального значения коэффициента пропорциональности ПИД-регулятора i-ой ТЛ НТС, поступающая на вход I.4 ее блока расчета коэффициента пропорциональности;
Кп_мин_i - уставка минимального значения коэффициента пропорциональности ПИД-регулятора i-ой ТЛ НТС, поступающая на вход I.5 ее блока расчета коэффициента пропорциональности этой линии.
Wмакс_i - уставка максимальной холодопроизводительности АВО, поступающая в виде сигнала на вход I.2 блока расчета коэффициента пропорциональности i-ой ТЛ НТС;
Wмин_i - уставка минимальной холодопроизводительности АВО, поступающая в виде сигнала на вход I.3 блока расчета коэффициента пропорциональности i-ой ТЛ НТС;
При этом вычисление Кп_i по формулам (1) и (2) ограничивается следующими условиями:
если Кп_i<Кп_мин_i, то Kп_i=Кп_мин_i,
если Kп_i> Кп_макс_i, то Kп_i=Кп_макс_i.
Значения Кп_мин_i и К Кп_макс_i для каждого ПИД-регулятора задаются при настройке системы управления обслуживающим персоналом исходя из состояния оборудования ТЛ НТС на момент запуска системы с учетом технологических норм и ограничений, предусмотренных технологическим регламентом установки.
Значения Wмaкc_i и Wмин_i задаются при настройке системы управления обслуживающим персоналом для каждой ТЛ НТС исходя из состояния оборудования конкретной ТЛ НТС на момент запуска системы с учетом паспортных данных АВО.
Если в ходе технологического процесса значение холодопроизводительности АВО хотя бы одной из ТЛ НТС выйдет за Wмакс_i или Wмин_i, обозначенные в технологическом регламенте УКПГ, то САУ АВО через АСУ ТП формирует сообщение об этом оператору установки для оценки сложившейся ситуации и принятия решения по изменению технологического режима работы установки.
Если в ходе технологического процесса значение температуры точки росы осушенного газа, поступающего в МГП, достигнет верхней допустимой границы, определенной технологическим регламентом установки, АСУ ТП формирует об этом сообщение оператору установки для принятия решения по изменению режима работы установки.
Применение данного способа позволяет обеспечить заданную степень извлечения НТК из природного газа на УКПГ на стадиях постоянной, падающей и завершающей стадиях эксплуатации НГКМ при соблюдении норм и ограничений на технологические параметры процесса, предъявляемые технологическим регламентом установки. Одновременно обеспечивается заданное качество подготовки природного газа и газового конденсата для дальнего транспорта благодаря учету фактического состояния оборудования УКПГ.
На фиг. 1 приведена укрупненная принципиальная технологическая схема УКПГ, а на фиг. 2 структурная схема автоматического управления распределением нагрузки между ТЛ НТС УКПГ.
На фиг. 1 использованы следующие обозначения:
1 - коллектор сырого газа;
2i - входная линия i-ой ТЛ НТС (i - номер ТЛ НТС, i=1, 2, …, n, где n - число ТЛ НТС на УКПГ);
3i - сепаратор первой ступени сепарации i-ой ТЛ НТС;
4i - разделитель жидкостей i-ой ТЛ НТС;
5i - аппарат воздушного охлаждения i-ой ТЛ НТС
6i - САУ АВО i-ой ТЛ НТС;
7 - датчик расхода газового конденсата по УКПГ;
8i - рекуперативный ТО газ-конденсат i-ой ТЛ НТС;
9i - рекуперативный ТО газ-газ i-ой ТЛ НТС;
10i - промежуточный сепаратор i-ой ТЛ НТС;
11i - КР расхода газоконденсатной смеси i-ой ТЛ НТС;
12i - низкотемпературный сепаратор i-ой ТЛ НТС;
13i - датчики температуры в низкотемпературном сепараторе i-ой ТЛ НТС;
14i - датчик расхода осушенного газа i-ой ТЛ НТС;
15 - датчик температуры точки росы осушенного газа;
16 - АСУ ТП УКПГ;
Для простоты на фиг. 1 показаны связи датчиков и КР с АСУ ТП только для 1-ой ТЛ НТС.
На фиг. 2 использованы следующие обозначения:
17 - сигнал фактического расхода НТК по УКПГ, значение которого АСУ ТП определяет по показаниям датчика 7;
18 - сигнал плана добычи НТК по УКПГ, задаваемый оператором установки исходя из суточного плана добычи по УКПГ, устанавливаемого диспетчером нефтегазодобывающего предприятия;
19 - сигнал фактического расхода осушенного газа по УКПГ, значение которого АСУ ТП определяет путем суммирования показания датчиков 14i;
20i - сигнал фактической холодопроизводительности АВО 5i по холоду Wi i-ой ТЛ НТС;
21i - сигнал уставки по максимальной холодопроизводительности АВО 5i по холоду Wмакс_i i-ой ТЛ НТС;
22i - сигнал уставки по минимальной холодопроизводительности АВО 5i по холоду Wмин_i i-ой ТЛ НТС;
23i - сигнал уставки Кп_макс_i максимального значения коэффициента пропорциональности ПИД-регулятора 27i i-ой ТЛ НТС;
24i - сигнал уставки Кп_мин_i минимального значения коэффициента пропорциональности ПИД-регулятора 27i i-ой ТЛ НТС;
25 - ПИД-регулятор поддержания уровня добычи НТК по УКПГ;
26i - блок расчета коэффициента пропорциональности i-ой ТЛ НТС;
27, - ПИД-регулятор, управляющий уровнем добычи НТК по i-ой ТЛ НТС;
28i - сигнал управления, подаваемый на КР 11i расхода газоконденсатной смеси по i-ой ТЛ НТС.
Процесс подготовки природного газа к дальнему транспорту на НТС ТЛ, приведенной на фиг. 1, предусматривает:
- первичную сепарацию природного газа во входном сепараторе 3i;
- охлаждение добытой газоконденсатной смеси в аппарате воздушного охлаждения 5i;
- охлаждение входного потока газоконденсатной смеси в рекуперативных ТО газ-газ 9i потоком охлажденного газа и газ-конденсат 8i потоком охлажденного конденсата;
- промежуточную сепарацию газоконденсатной смеси в сепараторе 10i для последующего его разделения;
- частичное охлаждение газоконденсатной смеси за счет дросселирования потока на KP11i;
- окончательную сепарацию охлажденной газоконденсатной смеси в низкотемпературном сепараторе 12i.
ПИД-регулятор 25 поддержания уровня добычи НТК по УКПГ, блоки расчета коэффициента пропорциональности 26 и ПИД-регуляторы 27, управляющие объемом добычи НТК по каждой ТЛ НТС, реализованы на базе АСУ ТП.
Способ автоматического распределения нагрузки между ТЛ НТС газа на УКПГ, с применением АВО, НГКМ Севера РФ реализуют следующим образом.
Добытый природный газ от кустов эксплуатационных скважин поступает в здание переключающей арматуры УКПГ, откуда через коллектор сырого газа 1 распределяется между всеми ТЛ НТС. Для i-ой ТЛ НТС, по ее входной линии 2i добытый газ подается в сепаратор 3i первой ступени сепарации, где отделяется жидкая фаза (пластовая вода с растворенным ингибитором и сконденсировавшийся углеводородный конденсат). Отсепарированная газоконденсатная смесь подается в АВО 5i, управляемый своей САУ 6i, где происходит ее предварительное охлаждение до температуры, которая обеспечивает заданный технологический режим в низкотемпературном сепараторе 12, (если температура окружающей среды гарантирует его реализацию). С выхода АВО 5i газоконденсатная смесь разделяется на два потока, которые направляются в рекуперативный 9i газ-газ и ТО 8i газ-конденсат, для рекуперации холода из потока осушенного газа, поступающего из низкотемпературного сепаратора 12i, и газо-жидкостной фазы с конденсатом, отводимой из промежуточного сепаратора 10i и низкотемпературного сепаратора 12i. Для предупреждения гидратообразования в поток смеси перед ТО 8i и ТО 9i впрыскивают ингибитор гидратообразования (на фиг. 1 не показан). Далее потоки охлажденной газо-жидкостной смеси с выходов ТО 8i «газ-конденсат» и ТО 9i «газ-газ» объединяются и суммарный поток поступает на вход промежуточного сепаратора 10i, где происходит дальнейшее отделение жидкой фазы. С выхода промежуточного сепаратора 10i газожидкостная смесь через КР 11i, регулирующий объем добычи конденсата по i-ой ТЛ НТС, поступает в низкотемпературный сепаратор 12i, где из потока смеси окончательно отделяются сконденсировавшиеся жидкие углеводороды и водный раствор ингибитора (ВРИ) гидратообразования.
Поддержание заданной температуры газоконденсатной смеси в низкотемпературном сепараторе 12, происходит за счет регулирования температуры газожидкостной смеси в АВО 5, и дросселирования газа на КР 11i. При этом поддержание необходимой температуры в низкотемпературном сепараторе 12i производится АСУ ТП 16 путем управления холодопроизводительностью АВО 6i на основании показаний датчика температуры 13, в низкотемпературном сепараторе i-ой ТЛ НТС.
Осушенный газ из низкотемпературного сепаратора 12i проходит через рекуперативный ТО 9i, где нагревается и отправляется в МГП, оснащенный датчиком расхода газа 14i. НГК, выходящий из низкотемпературного сепаратора 12i и промежуточного сепаратора 10i, проходит через рекуперативный ТО 8i и нагревается. После этого он смешивается с жидкой фазой, отводимой из сепаратора 3i, и поступает в трехфазный разделитель жидкостей 4i. Из разделителя жидкостей 4, газ выветривания отправляется либо на факел, либо используется на собственные нужды. ВРИ, выводимый из нижней части трехфазного разделителя жидкостей 4i, направляют на регенерацию в цех регенерации ингибитора УКПГ. НТК подается в МКП для дальнейшей транспортировки потребителям.
НТК по сравнению с осушенным газом считается более ценным продуктом, поэтому на УКПГ в первую очередь поддерживают уровень добычи НТК.
Задание диспетчера газодобывающего предприятия по уровню добычи НТК АСУ ТП 16 поддерживает путем регулирования расхода природного газа по УКПГ с помощью ПИД-регулятора 25. Для этого АСУ ТП 16 на вход задания SP ПИД-регулятора 25 подает сигнал 18, соответствующий плану добычи НТК по УКПГ. Одновременно АСУ ТП 16 на вход обратной связи PV этого же ПИД-регулятора с датчика 7 подает сигнал 17 значения фактического расхода НТК по УКПГ. Сравнивая эти два сигнала, ПИД-регулятор 25 на своем выходе CV формирует управляющий сигнал, обеспечивающий заданный уровень добычи НТК по УКПГ, который подается на вход задания SP ПИД-регулятора 27i каждой ТЛ НТС. Одновременно на вход обратной связи PV каждого ПИД-регулятора 27i АСУ ТП 16 подает общий для всех сигнал 19, соответствующий значению фактического суммарного расхода осушенного газа по всем ТЛ НТС УКПГ, определяемый путем суммирования показаний их датчиков расхода газа 14i. Также одновременно на вход Кр ПИД-регуляторов 27i подается сигнал значения коэффициента пропорциональности Кп_i определяющий степень воздействия этого ПИД-регулятора на КР 11i расхода газо-жидкостной смеси по i-ой ТЛ НТС. Величина коэффициента пропорциональности Кп_i для ПИД-регулятора 27i ТЛ НТС определяется ее блоком расчета коэффициента пропорциональности 26i в зависимости от текущей холодопроизводительности АВО 5i, значение которой в виде сигнала 20i поступает от САУ АВО 6i на вход I.1 блока расчета 26i.
ПИД-регулятор 25 поддержания уровня добычи НТК непрерывно контролирует разность значений между планом добычи НТК по УКПГ, поступающий от оператора установки, который задается исходя из суточного плана добычи диспетчером нефтегазодобывающего предприятия Fплан и его фактическим значением Fфакт, поступающим с датчика 5. Если в результате сравнения выясниться, что Fплан- Fфакт>0, то на выходе ПИД-регулятора 25 будет сформирован управляющий сигнал на увеличение прохождения природного газа по установке. Если Fплан-Fфакт<0, то на выходе ПИД-регулятора 25 будет сформирован управляющий сигнал на уменьшение прохождения природного газа по установке. Этот сигнал в качестве задания поступит на вход SP задания каждого ПИД-регулятора 27i. В результате добыча НТК УКПГ будет повышаться в первом случае, либо понижаться во втором случае ПИД-регуляторами 27i до достижения планового задания, характеризующегося соотношением Fплан-Fфакт=0. При этом коэффициенты пропорциональности Kп_i для каждого ПИД-регулятора 27i будут рассчитываться в его блоке 24, по следующей формулам:
Если добычу НТК необходимо повысить, т.е. Fплан-Fфакт>0, то:
если добычу НТК необходимо понизить, т.е. Fплан-Fфакт<0, то:
где Wi - текущее значение холодопроизводительности АВО 5i, поступающее с САУ АВО 6i, в виде сигнала 20, на вход I.1 блока расчета коэффициента пропорциональности 26i;
Wмакс_i - уставка максимальной холодопроизводительности АВО 5i, поступающая в виде сигнала 21i на вход I.2 блока расчета коэффициента пропорциональности 26i;
Wмин_i - уставка минимальной холодопроизводительности АВО 5i, поступающая в виде сигнала 22i на вход I.3 блока расчета коэффициента пропорциональности 26i;
Кп_макс_i - уставка максимального значения коэффициента пропорциональности ПИД-регулятора 27i, поступающая в виде сигнала 23i на вход I.4 блока расчета коэффициента пропорциональности 26i;
Кп_мин_i - уставка минимального значения коэффициента пропорциональности ПИД-регулятора 27i, поступающая в виде сигнала 24i на вход I.5 блока расчета коэффициента пропорциональности 26i;
Вычисление Kп_i по формулам (1) и (2) ограничивается следующими условиями:
если Кп_i<Кп_мин_i, то Kп_i=Кп_мин_i,
если Kп_i> Кп_макс_i, то Kп_i=Кп_макс_i.
Значения Кп_мин_i и Кп_макс_i для ПИД-регулятора задаются при настройке системы управления обслуживающим персоналом исходя из состояния оборудования i-ой ТЛ НТС на момент запуска системы с учетом технологических норм и ограничений, предусмотренных технологическим регламентом установки.
Значения Wмакс_i и Wмин_i задаются при настройке системы управления обслуживающим персоналом исходя из состояния оборудования i-ой ТЛ на момент запуска системы с учетом паспортных данных АВО 5i.
Такой способ управления производительностью установки по добыче НТК позволяет распределить нагрузку между ТЛ НТС с учетом состояния их оборудования в зависимости от значения текущей холодопроизводительности АВО 5i, что, в свою очередь, приводит к получению НТК и газа с более стабильными характеристиками качества.
САУ АВО 6i через АСУ ТП 16 строго следит за температурным режимом низкотемпературного сепаратора 12i. Если в ходе технологического процесса значение холодопроизводительности АВО 5i выйдет за Wмакс_i или Wмин_i, (например, в случае потепления или похолодания атмосферы) то САУ АВО 6i через АСУ ТП 16 формирует сообщение об этом оператору установки для оценки сложившейся ситуации и принятия решения по изменению технологического режима работы установки.
АСУ ТП 16 в режиме реального времени контролирует параметры температуры точки росы, используя показания датчика 15. В случае достижения значения температуры точки росы осушенного газа, поступающего в МГП, своей верхней границы Тр_max, определенной технологическим регламентом установки, АСУ ТП 16 формирует об этом сообщение оператору установки для принятия решения по изменению режима работы установки.
Настройку используемых ПИД-регуляторов проводит обслуживающий персонал в момент запуска системы в работу под конкретный режим работы установки согласно методу, изложенному, например, в «Энциклопедии АСУ ТП», п. 5.5, ПИД- регулятор, ресурс:
http://www.bookasutp.ru/Chapter5_5.aspx#HandTiming.
Способ автоматического распределения нагрузки между ТЛ НТС газа на УКПГ, с применением АВО, НГКМ Севера РФ реализован в ПАО «Газпром» ООО «Газпром добыча Ямбург» на Заполярном НГКМ на УКПГ 1 В, УКПГ 2 В. Результаты эксплуатации показали его высокую эффективность. Заявляемое изобретение может широко использоваться и на других действующих и вновь осваиваемых газоконденсатных месторождениях РФ.
Применение данного способа позволяет обеспечить заданную степень извлечения НТК из природного газа на УКПГ на постоянной, падающей и завершающей стадиях эксплуатации НГКМ при соблюдении норм и ограничений на технологические параметры процесса, определяемые технологическим регламентом установки, при заданном качестве подготовки природного газа к дальнему транспорту с одновременным учетом фактического состояния оборудования ТЛ НТС и использованием энергии (холода) окружающей среды для экономии пластовой энергии добываемого газа.
1. Способ автоматического распределения нагрузки между технологическими линиями - ТЛ низкотемпературной сепарации - НТС газа на установках комплексной подготовки газа - УКПГ, с применением аппаратов воздушного охлаждения - АВО, нефтегазоконденсатных месторождений Севера РФ, включающий контроль средствами автоматизированной системы управления технологическим процессами - АСУ ТП УКПГ расхода осушенного газа, поступающего в магистральный газопровод - МГП, расхода нестабильного газового конденсата - НТК, поступающего в магистральный конденсатопровод - МКП, автоматическое поддержание температуры сепарации газа в низкотемпературном сепараторе при заданном значении расхода газа по нему, отличающийся тем, что задание диспетчера газодобывающего предприятия по объему добычи НТК поступает в АСУ ТП, которая исполняет задание с помощью ПИД-регулятора поддержания расхода НТК в МКП, реализованного на базе АСУ ТП, на вход задания SP которого АСУ ТП подает сигнал задания диспетчера, и одновременно на его вход обратной связи PV подает сигнал текущего расхода НТК в МКП, сравнивая которые, этот ПИД-регулятор формирует на своем выходе CV сигнал задания, который подает на вход задания SP ПИД-регуляторов всех ТЛ НТС, а на вход обратной связи PV этих ПИД-регуляторов АСУ ТП подает сигнал фактического расхода осушенного газа по УКПГ, также одновременно на вход Kp ПИД-регулятора каждой ТЛ НТС подается индивидуальный сигнал значения коэффициента пропорциональности Кп, определяющего степень воздействия этого ПИД-регулятора на управляемый им клапан-регулятор - КР расхода газа по его ТЛ НТС, при этом величина коэффициента пропорциональности Кп определяется индивидуально для каждой ТЛ НТС ее блоком расчета коэффициента пропорциональности в зависимости от текущей холодопроизводительности по охлаждению ее АВО газа, установленного после сепаратора первой ступени сепарации газа ТЛ НТС и управляемого индивидуальной системой автоматического управления - САУ, которая по заданию АСУ ТП, вырабатываемого с учетом текущих параметров технологического процесса в каждом низкотемпературном сепараторе и состояния окружающей среды, контролирует холодопроизводительность АВО газа каждой ТЛ НТС и подает соответствующий только ей сигнал в блок расчета коэффициента пропорциональности ее ТЛ НТС.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент пропорциональности Кп_i для ПИД-регулятора i-й ТЛ НТС определяет ее блок расчета коэффициента пропорциональности, используя текущее значение холодопроизводительности АВО газа этой ТЛ, по следующим формулам:
если добычу НТС необходимо повысить, т.е. Fплан-Fфакт>0, то
если добычу НТС необходимо понизить, т.е. Fплан-Fфакт<0, то
где Wi - текущее значение холодопроизводительности АВО i-й ТЛ НТС, поступающее с САУ АВО в виде сигнала на вход I.1 блока расчета коэффициента пропорциональности этой линии;
Wмaкc_i - уставка максимальной холодопроизводительности АВО, поступающая в виде сигнала на вход I.2 блока расчета коэффициента пропорциональности для i-й ТЛ НТС;
Wмин_i - уставка минимальной холодопроизводительности АВО, поступающая в виде сигнала на вход I.3 блока расчета коэффициента пропорциональности для i-й ТЛ НТС;
Кп_макс_i - уставка максимального значения коэффициента пропорциональности ПИД-регулятора для этой ТЛ НТС, поступающая в виде сигнала на вход I.4 блока расчета коэффициента пропорциональности i-й ТЛНТС;
Кп_мин_i - уставка минимального значения коэффициента пропорциональности ПИД-регулятора для i-й ТЛ НТС, поступающая в виде сигнала на вход I.5 блока расчета коэффициента пропорциональности этой ТЛ НТС,
при этом вычисление КП по формулам (1) и (2) ограничивается следующими условиями:
если Кп_i<Кп_мин_i, то Кп_i=Кп_мин_i,
если Кп_i>Кп_макс_i, то Кп_i=Кп_макс_i,
при этом значения Кп_мин_i и Кп_макс_i для каждого ПИД-регулятора ТЛ НТС задаются при настройке системы управления обслуживающим персоналом с учетом текущего состояния оборудования линий, технологических норм и ограничений, предусмотренных технологическим регламентом установки, а значения Wмакс_i и Wмин_i задаются при настройке системы управления для каждой ТЛ НТС обслуживающим персоналом исходя из состояния оборудования в момент запуска системы с учетом паспортных данных АВО.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что если в ходе технологического процесса значение холодопроизводительности АВО хотя бы одной из ТЛ НТС выйдет за границы Wмакс_i или Wмин_i, обозначенные в технологическом регламенте УКПГ, то АСУ ТП формирует сообщение об этом оператору установки для оценки сложившейся ситуации на конкретной ТЛ НТС и принятия решения по изменению технологического режима работы установки.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что если в ходе технологического процесса значение температуры точки росы осушенного газа, поступающего в МГП, достигнет верхней допустимой границы, определенной технологическим регламентом установки, АСУ ТП формирует об этом сообщение оператору установки для принятия решения по изменению режима работы установки.
