Способ регулирования расхода газа между множеством потоков газа



Способ регулирования расхода газа между множеством потоков газа
Способ регулирования расхода газа между множеством потоков газа
Способ регулирования расхода газа между множеством потоков газа

 


Владельцы патента RU 2475803:

ШЕЛЛ ИНТЕРНЭШНЛ РИСЕРЧ МААТСХАППИЙ Б.В. (NL)

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для регулирования расхода газа при помощи узла соединения, размещенного между одним или большим числом входящих потоков и одним или большим числом потоков, выходящих через узел соединения. Технический результат - повышение точности регулирования. Способ использует смещенную величину дисбаланса массового расхода, полученную путем сравнения суммы измеренных величин массового расхода входящих потоков с суммой измеренных величин массового расхода выходящих потоков и добавления составляющей смещения для получения смещенной величины дисбаланса массового расхода. Расход, по меньшей мере, одного из входящих и выходящих потоков (12, 14, 16, 18) регулируют для изменения смещенной величины дисбаланса массового расхода в направлении нулевого значения. Кроме того, проводят измерение давления (PC) в узле соединения и полученные данные используют для регулирования составляющей смещения в ответ на изменение измеренной величины давления (PC) в узле соединения по отношению к заданной величине давления (PSP) для уменьшения указанного изменения измеренной величины давления (PC) в узле соединения по отношению к заданной величине давления (PSP). 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для регулирования расхода газа при помощи узла соединения, находящегося между одним или большим числом входящих потоков и одним или большим числом выходящих потоков, в особенности, но не обязательно в том случае, когда поток газа представляет собой поток водяного пара или поток углеводородов.

Уровень техники

В любой схеме, в которой существует ряд производителей (источников) потока газов и ряд пользователей, например потребителей потока газов, существуют системы регулирования входящих и выходящих потоков, протекающих между производителями и потребителями потока газов, зачастую посредством общего коллектора.

В публикации Honeywell Prague Laboratory Honeywell s.r.o., Prague, «Honeywell Unified Energy Solution Portfolio Reduced Operational Costs and Maximises Profit of Power and Heat Production» описана известная система регулирования производства водяного пара, имеющаяся «Master Pressure Controller (MPC)» на верху каскада управления производством пара. Она поддерживает давление в коллекторе в требуемом рабочем интервале при различной потребности в водяном паре, обеспечивая регулирование выходной мощности и общего подвода теплоты для координированного управления работой котельных агрегатов.

Однако при таком способе регулирования проблема заключается в том, что указанный контроллер MPC может производить действия только после того, как изменилось давление в коллекторе. Давление в коллекторе действует как интегратор, поэтому действие, осуществляемое контроллером MPC, может быть лишь относительно медленным и, в основном, пропорциональным.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение обеспечивает способ регулирования расхода газа между одним или большим количеством входящих потоков и одним или большим количеством вытекающих потоков при помощи узла соединения, включающий, по меньшей мере, стадии:

(a) определения массового расхода, по меньшей мере, одного входящего потока для получения одной или большего числа соответствующих измеренных величин массового расхода входящих потоков (потока);

(b) определения массового расхода, по меньшей мере, одного выходящего потока для обеспечения одной или большего числа соответствующих измеренных величин массового расхода выходящих потоков (потока);

(c) определения смещенной величины дисбаланса массового расхода путем сравнения совокупности всех измеренных величин массового расхода входящих потоков на стадии (а) с совокупностью всех измеренных величин массового расхода выходящих потоков стадии (b) и добавления составляющей смещения для получения смещенной величины дисбаланса массового расхода;

(d) измерения количественного показателя давления газа в узле соединения (22) для получения данных измерения давления (PC) в месте соединения;

(e) регулирования расхода, по меньшей мере, одного из входящих и выходящих потоков (12, 14, 16, 18, 20) для изменения смещенной величины дисбаланса массового расхода к нулевому значению; и

(f) регулирования составляющей смещения смещенной величины дисбаланса массового расхода в ответ на изменение результатов измерения давления (PC) в узле соединения относительно заданной величины давления (PSP) для уменьшения указанного изменения результатов измерения давления (PC) в узле соединения относительно предварительно заданной величины давления (PSP).

В предпочтительном воплощении стадии от (а) до (f) повторяют многократно, более предпочтительно стадии от (а) до (f) повторяют, чтобы поддерживать смещенную величину дисбаланса массового расхода при нулевом значении и получить постоянные измеренные величины давления в узле соединения.

Настоящее изобретение обеспечивает также устройство для регулирования расхода газа между одним или большим числом входящих потоков и одним или большим числом выходящих потоков с помощью узла соединения, по меньшей мере, содержащее:

один или большее количество измерителей расхода входящих потоков, каждый из которых способен обеспечить получение одной или большего количества соответствующих величин массового расхода входящих потоков, представляющих расход одного соответствующего выходящего потока;

один или большее количество измерителей расхода выходящих потоков, каждый из которых способен обеспечить получение одной или большего количества соответствующих величин массового расхода выходящих потоков, представляющих расход одного соответствующего выходящего потока;

один или большее количество измерителей давления, способных измерять количественный показатель давления газа в узле соединения для получения данных измерения давления в узле соединения;

один или большее число регуляторов расхода для регулирования расхода, по меньшей мере, одного из входящих и выходящих потоков;

контроллер, предназначенный для определения смещенной величины дисбаланса массового расхода путем сравнения суммы измеренных величин массового расхода входящих потоков (потока), полученных с помощью измерителей расхода входящих потоков (потока), с суммой всех измеренных величин массового расхода выходящих потоков, полученных с помощью измерителей расхода выходящих потоков, и добавления к указанной величине составляющей смещения для получения смещенной величины дисбаланса массового расхода; получения данных измерения давления в узле соединения; подачи команды одному или большему числу регуляторов на регулирование расхода, по меньшей мере, одного или большего числа входящих и выходящих потоков для изменения смещенной величины дисбаланса массового расхода к нулевому значению; и регулирования составляющей смещения смещенной величины дисбаланса массового расхода в ответ на изменение данных измерения давления (PC) в узле соединения по отношению к предварительно заданному давлению (PSP) с целью уменьшения изменения измеренного давления в узле соединения (PC) относительно заданной величины давления (PSP).

Краткое описание чертежей

Ниже будут рассмотрены воплощения и примеры настоящего изобретения, в качестве лишь примеров, и со ссылками на сопровождающие не ограничивающие изобретение чертежи.

Фиг.1 - первая принципиальная схема системы регулирования в соответствии, по меньшей мере, с одним раскрытым в описании воплощением.

Фиг.2 - вторая принципиальная схема системы регулирования в соответствии со вторым раскрытым в описании воплощением.

Фиг.3 - третья принципиальная схема системы регулирования в соответствии с третьим раскрытым в описании воплощением.

Осуществление изобретения

Для целей настоящего описания единственным ссылочным номером позиции будет обозначена как трубопроводная линия, так и поток, транспортируемый по этой линии, и единственный ссылочный номер позиции будет относиться к давлению/расходу потока, а также к измерителю этого давления/расхода.

Описанный здесь способ обеспечивает более точное регулирование расхода газа между одним или большим количеством входящих потоков, поступающих обычно от одного или большего числа источников потока газов, и одним или большим числом выходящих потоков, направляемых обычно к одному или большему числу пользователей потоков, при помощи узла соединения, при этом указанное регулирование основано на сравнении совокупности или общей суммы расходов всех входящих потоков (или их подмножества) с совокупностью расходов всех выходящих потоков (или их подмножества). В уровне техники хорошо известно, как можно определить массовый расход по данным измерения расхода потока (объемного расхода) или по результатам расчета расхода потока так, что по данным проведенных измерений может быть определена величина массового расхода для каждого входящего и выходящего потока.

Изменения расхода потока происходят быстрее изменений измеренного давления, и поэтому путем непрерывного контроля любых изменений массового расхода может быть достигнута более быстродействующая обратная связь, чем путем непрерывного контроля изменений давления, и в результате обеспечивается более быстрое регулирование для компенсации изменения расхода. Таким образом, легче достигнуть цель, которая заключается в том, чтобы попытаться обеспечить постоянный массовый расход и закрепить достигнутое.

Измеренное постоянное давление, например, в узле соединения служит более точным показателем того, что достигнут баланс масс. Таким образом, путем измерения расходов входящих и выходящих потоков наряду с давлением в узле соединения можно быстро и точно определить, будет ли в узле соединения массовый расход всех входящих потоков равен массовому расходу всех выходящих потоков.

Чтобы определить, будет ли массовый расход всех входящих и всех выходящих потоков сбалансирован, сопоставляют совокупности всех результатов измерения массовых расходов входящих потоков и всех результатов измерения массовых расходов выходящих потоков в узле соединения и получения в результате величины дисбаланса массового расхода.

Например, величина дисбаланса массового расхода может быть вычислена посредством вычитания суммы измеренных величин (величины) массового расхода всех выходящих потоков из узла соединения из суммы измеренных величин (величины) массового расхода всех входящих потоков в узел соединения. В этом воплощении положительная величина дисбаланса массовых расходов имеет место в том случае, когда сумма измеренных массовых расходов всех входящих потоков превышает сумму измеренных массовых расходов всех выходящих потоков. Подобным образом, отрицательная величина дисбаланса массовых расходов будет иметь место, если сумма измеренных массовых расходов всех входящих потоков будет меньше суммы измеренных массовых расходов всех выходящих потоков из узла соединения. Когда же полученные по результатам измерений суммарные величины массовых расходов для всех входящих и выходящих потоков равны, величина дисбаланса массовых расходов будет равна нулю.

Дополнительную переменную, составляющую смещения, добавляют к величине дисбаланса массового расхода для получения смещенной величины дисбаланса массового расхода. Указанная составляющая смещения компенсирует неточности в величинах массового расхода, полученных по результатам измерений. Например, измеренную величину массового расхода можно представить как сочетание действительной величины массового расхода и ошибки измерения. Составляющая смещения учитывает эти ошибки измерения и включает их в смещенную величину дисбаланса массового расхода. Величина составляющей смещения зависит от свойств конкретной системы, в которой используют предложенные способ и устройство, например, от типа и количества измерителей расхода, состава (составов) газа и т.п. Первоначально компонента смещения может быть вычислена в условиях сбалансированного массового расхода в узле соединения, когда измеренное давление в узле соединения является постоянным.

Составляющую смещения регулируют в ответ на изменения измеренного давления в узле соединения относительно заданной величины давления в узле соединения с тем, чтобы уменьшить эти изменения давления или обеспечить новую заданную величину давления. Указанная заданная величина давления может быть входной заданной величиной, определенной пользователем конкретной системы. Изменение измеренной величины давления в узле соединения относительно заданной величины давления в узле соединения может быть вычислено, например, путем вычитания измеренной величины давления в узле соединения из заданной величины давления в узле соединения.

Измеренная величина давления в узле соединения изменяется, если в узле соединения изменяется масса газа. Масса газа в узле соединения будет изменяться в том случае, когда суммарный массовый расход всех входящих потоков и суммарный массовый расход всех выходящих потоков будут отличаться друг от друга. Следовательно, изменение измеренной величины давления в узле соединения является показателем дисбаланса массового расхода в узле соединения.

Таким образом, измерение давления является более точным путем определения дисбаланса массового расхода в узле соединения по сравнению с определением величин массового расхода по результатам измерения расходов потоков, поскольку, при всех равных других условиях, изменение давления в узле соединения прямо пропорционально изменению массы газа в узле соединения.

Составляющую смещения, которую добавляют к величине дисбаланса массового расхода, регулируют в ответ на изменение величины измеренного давления в узле соединения относительно заданной величины давления с тем, чтобы уменьшить (подавить) изменения давления в узле соединения или предоставить системе возможность изменения до новой заданной величины. Таким образом, смещенная величина дисбаланса массового расхода может изменяться даже в том случае, если величина дисбаланса массового расхода равна нулю, что свидетельствует о равенстве измеренных величин массового расхода входящих и выходящих потоков. Это может происходить в ситуации, в которой данные измерения расхода предполагают существование баланса массового расхода в узле соединения, но вследствие ошибок в измерениях это не имеет место. За счет изменения величины компоненты смещения в ответ на изменение измеренного давления в узле соединения смещенная величина дисбаланса массового расхода изменяется. Расход, по меньшей мере, одного из входящих или выходящих потоков будет регулироваться в ответ на изменение смещенной величины дисбаланса массового расхода. Таким образом, изменения измеренного давления в узле соединения могут оказывать влияние на расход одного или большего числа входящих и выходящих потоков и, следовательно, повышать точность вычисления.

Например, для фиксированной заданной величины давления в узле соединения повышение давления в узле соединения означает, что массовый расход газа, поступающего в узел соединения, превышает массовый расход газа, выходящего из узла соединения. Поэтому для изменения смещенной величины дисбаланса массового расхода регулируют составляющую смещения таким образом, что массовый расход одного или большего числа входящих потоков уменьшается, и/или массовый расход одного или большего количества выходящих потоков увеличивается для уменьшения этого изменения давления в узле соединения. Подобным образом, если давление в месте объединения уменьшается, для изменения величины дисбаланса массового расхода составляющую смещения регулируют так, чтобы массовый расход входящего потока увеличивался, и/или массовый расход выходящего потока уменьшался для подавления этого изменения давления в узле соединения.

Таким образом, если в узле соединения существует дисбаланс массового расхода, смещенная величина дисбаланса массового расхода будет не равной нулю, поскольку измеренное давление в узле соединения и, следовательно, компонента смещения изменится, причем необязательно вместе с величиной дисбаланса массового расхода. Не равная нулю смещенная величина дисбаланса массового расхода будет обуславливать регулирование расхода, по меньшей мере, одного из входящих и выходящих потоков (по отношению к узлу соединения) для изменения смещенной величины дисбаланса массового расхода к нулевому значению с тем, чтобы уменьшить дисбаланс массового расхода в узле соединения. Эти стадии могут быть повторены до тех пор, пока величина смещенного дисбаланса массового расхода не будет равной нулю, свидетельствуя о том, что баланс массового расхода в месте объединения достигнут. Любое дальнейшее изменение расхода одного или большего числа входящих и выходящих потоков может привести к новому дисбалансу массового расхода в узле соединения, что приведет к изменению суммы входящих и выходящих расходов, соответствующему изменению измеренной величины давления в узле соединения. В результате такого изменения смещенная величина дисбаланса массового расхода становится не равной нулю. После этого способ и устройство будут здесь действовать для восстановления баланса массы в узле соединения.

Специалисту в данной области техники будет понятно, что измерение давления в узле соединения не требует фактического измерения давления газа в узле соединения -это может быть любым типом измерения любой величины, которая является показателем давления в узле соединения, такой, например, как давление газа в ответвлении, которое сообщается по давлению с узлом соединения.

Будет также понятно, что не является необходимым иметь отдельный показатель для дисбаланса массового расхода, такого как описан выше. Достаточной должна быть смещенная величина дисбаланса массового расхода, поскольку корректировки расхода регулируют, главным образом, для того, чтобы изменить смещенную величину дисбаланса массового расхода в направлении нулевого значения.

Кроме того, специалисту в данной области техники будет понятно, что измерение расхода не является необходимым. Определение расходов может быть также осуществлено с использованием расчета. В качестве примера, один способ расчета расхода газа, поступающего от производителя (потока газов), заключается в том, что если производитель работает при известной производительности, например, при полной, равной половине или нулевой производительности, то расход можно определить путем расчета, используя величины расхода, соответствующие техническим требованиям, или экспериментально полученные величины для конкретного производителя.

Кроме того, специалисту в данной области техники будет понятно, что не является необходимым определять расход каждого из входящих потоков или выходящих потоков. Достаточным может быть определять, например, расходы только таких потоков, которые могут заметно изменяться, чтобы создать проблему. Не измеренные расходы становятся частью составляющей смещения. Таким образом, описанные здесь способы регулирования и устройство для регулирования могут быть осуществлены посредством определения только подмножества расходов входящих потоков и ни одного из расходов выходящих потоков, или наоборот, или подмножества расходов входящих и выходящих потоков. Однако преимущество большей гибкости можно обеспечить в том случае, если определять расход каждого входящего потока и/или расход каждого выходящего потока.

На фиг.1 представлена система регулирования расхода газа для двух входящих потоков 12, 14 и трех выходящих потоков 16, 18, 20, осуществляемого при помощи узла соединения 22. Настоящее изобретение не ограничивается указанным числом входящих и выходящих потоков, или относительной величиной или относительным числом входящих и выходящих потоков.

Для настоящего изобретения узлом соединения может быть любая подходящая связь, соединительная муфта, вставка, объем или зона для связи одного или большего числа входящих потоков и одного или большего числа выходящих потоков. Одним примером узла соединения является распределитель потоков или коллектор, представляющий собой место соединения, который может быть больше, чем поперечное сечение трубопроводов, транспортирующих один или большее число входящих потоков или один или большее число выходящих потоков, и который способен обеспечить объем для приема одного или большего числа входящих потоков и их последующего разделения или распределения с образованием одного или большего числа выходящих потоков.

По усмотрению, узел соединения может также обеспечить объем или место, способное временно содержать в себе и накапливать объем газа между входящим потоком (потоками) и выходящим потоком (потоками).

Кроме того, по усмотрению, узел соединения обеспечивает, по меньшей мере, некоторое перемешивание двух или большего числа входящих потоков перед формированием определенного или каждого выходящего потока.

Узлом соединения может быть также связь или соединение между одним входящим потоком и одним выходящим потоком, одним входящим потоком и, по меньшей мере, двумя выходящими потоками или, по меньшей мере, двумя входящими потоками и одним выходящим потоком. Такие узлы соединения включают отрезок трубопровода или Т-образный элемент или другой простой объединитель потоков или делитель потоков, известный в уровне техники.

Настоящее изобретение не ограничено размером, особенностями, конструкцией или типом узла соединения.

Газом, образующим входящий поток (потоки) и выходящий поток (потоки), может быть любой газ, способный протекать вдоль по трубопроводной линии, содержащий вещества, которые являются газообразными, только находясь в сверхкритическом состоянии, и газы, содержащие одну или большее число других фаз в незначительных количествах, например сочетание газ/жидкость.

В одном воплощении газ определенного или каждого из входящих потоков представляет собой один или более газов, выбранных из группы, включающей водяной пар, горючий газ, один или большее число углеводородов, азот и водород. Один или большее число углеводородов включают метан, этан, пропан, бутаны, пентаны и тяжелые углеводороды, и любую их комбинацию.

Одним из примеров является природный газ, добываемый из месторождений природного газа или нефти. В качестве альтернативы поток природного газа может быть, кроме того, получен из другого источника, включающего также искусственный источник, такой как процесс Фишера-Тропша.

Определенный или каждый входящий поток может быть получен с помощью одного или большего числа производителей (источников) газообразного потока, обозначенных на фиг.1 в целом позицией «8». Два или большее число входящих потоков может быть получено с помощью одного и того же производителя газообразного потока непосредственно или опосредованно. Два или большее число входящих потоков могут обеспечить один и тот же газ, но при различных физических параметрах, таких как температура и давление, и/или различные молярные соотношения или соотношения компонент, и/или различные свойства (такие, как теплотворная способность горючего газа). Узел соединения для таких потоков обеспечивает, по меньшей мере, некоторое выравнивание указанных различий, имеющих место перед формированием выходных потоков.

Примеры производителей потоков газа включают один или более из группы, в которую входят котельные агрегаты, установки для утилизации теплоты отработавших газов, установки для переработки углеводородов, например технологические установки для переработки сырого газа или сырой нефти.

Например, если входящим потоком является водяной пар, он может быть получен непосредственно из котельного агрегата. Водяной пар может быть также получен из установки для утилизации теплоты отработанных газов, отводимых из любого подходящего устройства, установки или агрегата, являющегося источником отработанной тепловой энергии, например из турбины. Установка для переработки углеводородов, которая является производителем газа, может обеспечить в качестве входящего потока один или большее число углеводородов, например горючий газ.

Настоящее изобретение не ограничивается типом производителя (производителей) газа, многие из которых известны в уровне техники.

Определенный или каждый выходящий поток может быть направлен к одному или большему числу потребителей потоков газа, обозначенных в целом на фиг.1 позицией «10». Примеры потребителей потоков газа включают один или более, выбранный из группы, включающей котельные агрегаты, турбины и отгружаемый газ.

Например, подходящим потребителем выходящего потока водяного пара является паровая турбина. Подходящим пользователем выходящего потока, представляющего собой поток горючего газа, является котельный агрегат. Подходящим потребителем выходящего потока метана, обычно с определенными техническими требованиями, может быть трубопроводная линия для отгружаемого газа, подающий газопровод или газораспределительная сеть для газа, называемого здесь в целом «отгружаемый газ».

На фиг.1 показан первый входящий поток 12, поступающий от первого производителя Р1, и второй входящий поток 14, обеспечиваемый вторым производителем Р2. Первый и второй входящие потоки 12, 14 обеспечивают потоки газа, поступающие к узлу соединения 22, такому как коллектор или распределитель потоков 22, известные в уровне техники. Из узла 22 соединения направляют первый выходящий поток 16 к первому пользователю U1, второй выходящий поток 18 ко второму пользователю U2 и третий выходящий поток 20 к третьему пользователю U3. Предпочтительно, перед формированием первого, второго и третьего выходящих потоков 16, 18 и 20 происходит, по меньшей мере, некоторое выравнивание характеристик первого и второго входящих потоков 12, 14, если они отличаются (например, по составу, расходу и/или физическим параметрам).

Лишь в качестве примера, если производителями Р1 и Р2 первого и второго потоков газа являются установки для утилизации теплоты отходящих газов, и получаемым от них газом является водяной пар, узел соединения может затем установить равное или неравное распределение водяного пара, направляемого к потребителям U1, U2 и U3, а именно к первой, второй и третьей паровым турбинам. Неравное распределение может быть обусловлено тем, что один или большее число потребителей 10 потоков водяного пара требуют подвода к ним различного объемного расхода пара.

Настоящее изобретение включает измерение расхода (объемного расхода) каждого входящего потока 12, 14 для получения соответствующих данных измерения массового расхода входящих потоков. Непрерывный контроль расхода потока (объемного расхода) позволяет определить массовый расход. Массовый расход пропорционален расходу потока (объемному расходу) и может быть вычислен по измеренному расходу потока известным в уровне техники способом. Измерение расхода потока газа может быть осуществлено с помощью любого подходящего устройства, аппарата или прибора, например измерителя расхода, известного в уровне техники. Не ограничивающие примеры измерителей расхода включают измерительные диафрагмы, трубы Вентури, расходомерные сопла, расходомеры с переменным сечением, трубки полного и статического давлений, калориметрические измерители, турбинные расходомеры, расходомеры Кориолиса, ультразвуковые доплеровские и вихревые расходомеры.

На фиг.1 показан первый измеритель FP1 расхода, измеряющий расход первого входящего потока 12 для получения измеренной величины массового расхода FP1 первого входящего потока, которые могут быть направлены к контроллеру блока регулирования ХС. На фиг.1 показан также второй измеритель FP2 расхода, измеряющий расход второго входящего потока 14 для получения измеренной величины массового расхода FP2 второго входящего потока, направляемой к контроллеру ХС.

Подобным образом, на фиг.1 показаны также три измерителя FU1, FU2 и FU3 расхода трех выходящих потоков 16, 18 и 20 для получения результатов измерения трех соответствующих массовых расходов выходящих потоков, которые также направляют к контроллеру ХС. Фиг.1 иллюстрирует пять проводимых измерений массового расхода, данные которых направляют по линиям прохождения сигналов к контроллеру ХС, показанным штриховыми линиями.

Контроллер ХС способен суммировать результаты измерений массовых расходов всех входящих потоков 12, 14, суммировать результаты измерений массовых расходов всех выходящих потоков 16, 18 и 20 и сравнивать полученные результаты для определения величины дисбаланса массовых расходов в узле соединения 22.

Измеренную величину давления PC в узле соединения направляют к контроллеру ХС. В контроллер ХС вводят также заданную величину давления PSP в узле соединения. Указанная заданная величина давления PSP может быть введена в контроллер оператором. После этого контроллер ХС может вычислить изменение измеренной величины давления PC в узле соединения по отношению к заданной величине давления PSP.

Для настоящего изобретения величина дисбаланса массового расхода представляет собой разность между двумя суммарными величинами, например суммарная величина массового расхода входящих потоков минус суммарная величина массового расхода выходящих потоков.

Использование результатов измерения давления в узле соединения предпочтительно обеспечивает возможность расчета изменения давления газа в узле соединения 22 по времени. Измерение давления газа в узле соединения 22 потоков, в особенности, проводимое по времени, позволяет потребителю получить информацию об изменении массы газа в узле соединения, в частности, по отношению к заданной величине давления в месте объединения 22 и компенсировать любое изменение давления в узле соединения, в частности, по отношению к заданной величине давления в узле соединения посредством регулирования расхода одного или большего числа входящих и выходящих потоков. Такое регулирование осуществляют путем добавления к величине дисбаланса массового расхода составляющей смещения для получения смещенной величины дисбаланса массового расхода. Если измеренная величина давления в узле соединения изменяется по отношению к заданной величине давления в узле соединения, регулируют компоненту смещения с тем, чтобы уменьшить изменение давления или позволить, чтобы система перешла к другой заданной величине давления в узле соединения. Регулирование составляющей смещения изменяет смещенную величину дисбаланса массового расхода. Если смещенная величина дисбаланса массового расхода не равна нулю, будет осуществляться регулирование расхода, по меньшей мере, одного из входящих и выходящих потоков с целью изменения смещенной величины дисбаланса массового расхода в направления нулевой величины. Хотя изменения измеренного давления PC в узле соединения потоков происходят более медленно, чем изменения расхода, измерение давления является более точным путем оценки дисбаланса массового расхода.

Если в узле измерения объединения получают постоянную величину измеренного давления, то в этом случае баланс массы для суммы входящих потоков и суммы выходящих потоков уже достигнут, т.е. смещенная величина дисбаланса массового расхода равна нулю. Таким образом, не существует необходимости определять абсолютную величину давления в узле объединения 22, а лишь необходимо определить, будет или не будет это давление изменяться.

Таким образом, изменение измеренной величины давления PC в узле соединения по отношению к заданной величине давления PSP в узле соединения будет приводить к изменению составляющей смещения, что, в свою очередь, будет приводить к изменению смещенной величины дисбаланса массового расхода. Если смещенная величина дисбаланса массового расхода не равна нулю, это будет приводить к изменению расхода, по меньшей мере, одного из потоков 12, 14, 16, 18 и 20, по мере того как контроллер ХС изменяет эту смещенную величину дисбаланса массового расхода в направлении нулевой величины.

При условии неизменности заданной величины давления PSP в узле соединения постоянство измеренного давления PC в узле соединения не будет приводить к изменению компоненты смещения, и смещенная величина дисбаланса массового расхода останется неизменной. Если смещенная величина дисбаланса массового расхода равна нулю, контроллер ХС определит, что система находится в состоянии равновесия или в условиях равновесия, так что регулирования расхода любого из входящих и выходящих потоков не требуется.

Любые ошибки при определении расходов потоков (объемных расходов), полученные путем измерения или расчета, могут привести к ошибкам в полученных по результатам измерений величинах массового расхода входящих и/или выходящих потоков, так что полученные величины массового расхода могут не соответствовать фактическим массовым расходам. Например, измеренная величина массового расхода может быть представлена как сочетание фактической измеренной величины массового расхода и соответствующей ошибки измерения. Такие ошибки в результатах измерения массового расхода компенсирует компонента смещения. Таким образом, равновесное состояние может иметь место даже в том случае, если величина дисбаланса массового расхода не равна нулю, поскольку составляющая смещения может учитывать любые ошибки измерения и регулировать смещенную величину дисбаланса массового расхода до получения нулевой величины.

Может иметь место также ситуация, в которой величина дисбаланса массового расхода равна нулю, что свидетельствует об установленном по результатам измерений равновесии массовых расходов, поскольку совокупность всех измеренных величин массовых расходов входящих потоков равна всем измеренным величинам массового расхода выходящих потоков, но результаты измерения давления PC в узле соединения по отношению к заданной величине давления PSP со временем изменяются. Для постоянной заданной величины давления PSP, это является показателем ситуации, в которой масса газа в узле соединения не является постоянной, и, следовательно, фактическое равновесие массы между входящими потоками 12, 14 и выходящими потоками 14, 16, 18 в узле соединения 22 не достигнуто. Изменения данных измерения давления PC в узле соединения по отношению к постоянным заданным значением давления PSP обуславливают регулирование величины компоненты смещения для того, чтобы уменьшить (подавить) изменение давления. Смещенная величина дисбаланса массового расхода, таким образом, не будет равной нулю, и поэтому осуществляется регулирование расхода, по меньшей мере, одного из потоков 12, 14, 16, 18, 20 до тех пор, пока не будет достигнут баланс массы, показателем которого является постоянные результаты измерения давления в узле соединения.

Если изменяется заданная величина давления PSP, то будет изменяться и отношение измеренной величины давления в узле соединения к заданной величине давления, т.е. разность между заданной величиной давления и измеренной величиной давления в месте объединения потоков. Это побуждает регулирование компоненты смещения. Изменение компоненты смещения будет приводить к регулированию расхода, по меньшей мере, одного из входящих и выходящих потоков, и система переходит к новой заданной величине давления в узле соединения.

Например, если заданную величину давления в узле соединения увеличивают, составляющая смещения будет регулироваться в ответ на указанное изменение, например увеличение, по разности между новой заданной величиной давления PSP в узле соединения и измеренной величиной давления PC в узле соединения. Результат регулирования компоненты смещения приведет к изменению смещенной величины дисбаланса массового расхода и к одному или обоим следствиям, включающим увеличение массового расхода одного или более из входящих потоков и уменьшение массового расхода одного или более из выходящих потоков с тем, чтобы смещенная величина дисбаланса массового расхода приближалась к нулевому значению, и в результате система переходит к новой более высокой заданной величине давления в узле соединения.

Подобным образом, если заданную величину давления в месте объединения уменьшают, компонента смещения будет отрегулирована под действием этого изменения, например уменьшения, даже до отрицательной величины, по разности между новой заданной величиной давления PSP в узле соединения и измеренной величиной давления PC в узле соединения. Результат регулирования компоненты смещения приведет к изменению смещенной величины дисбаланса массового расхода, и, как следствие, к одному или обоим результатам, включающим уменьшение массового расхода одного или более входящих потоков и увеличение массового расхода одного или более из входящих потоков для того, чтобы смещенная величина дисбаланса массового расхода приближалась к нулю, и в итоге система переходит к новой, более низкой заданной величине давления в узле соединения.

В одном воплощении задача заключается в том, чтобы поддерживать измеренную величину давления в узле соединения потоков постоянной в течение некоторого периода времени, предпочтительно, по меньшей мере, в течение 30 секунд, более предпочтительно, по меньшей мере, 30 минут, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 12 часов, и еще более предпочтительно, по меньшей мере, 3 дня. Это возможно, если постоянной является предварительно заданная величина давления PSP.

Фиг.1 иллюстрирует два не ограничивающих примера регулирования одного из входящих потоков и/или одного из выходящих потоков. В первом примере контроллер ХС приспособлен для регулирования расхода третьего выходящего потока 20 посредством управления подходящим устройством, производимого по линии 26 передачи сигнала, для регулирования скорости потока, таким как первый клапан 32, установленный на трубопроводе 20 для третьего выходящего потока.

Во втором примере контроллер ХС способен регулировать расход второго входящего потока 14 путем производимого по линии 28 передачи сигнала управления функционированием подходящего регулирующего устройства, такого как второй клапан 34, установленный на указанном трубопроводе 14.

В одном воплощении регулирование с целью уменьшения смещенной величины дисбаланса массового расхода может быть осуществлено только по одному выходящему потоку, предпочтительно по выходящему потоку, расход которого легче может быть изменен и/или легче регулируется по сравнению с расходом других выходящих потоков.

Например, потребителю потока газа, такому как турбина, для нормальной работы может быть необходим минимальный расход газа, и поэтому расход газа в турбине не должен быть изменен ниже этого минимума, или для поддерживания непрерывного функционирования турбины расход необходимо сохранять в пределах определенного диапазона. Следует отметить, что регулирование расхода водяного пара или горючего газа, подводимого к такой турбине в направлении движения вытекающего потока, может не быть предпочтительным решением, по сравнению, например, с регулированием расхода метана при отгрузке этого газа.

Предложен способ, который может обеспечить уменьшение до нуля разность суммы массовых расходов всех входящих потоков и суммы массовых расходов всех потоков, выходящих из узла соединения 22, и составляющую смещения, за счет учета изменения измеренной величины давления PC в узле соединения по отношению к заданной величине давления PSP, для совокупности одного или большего числа входящих потоков 12, 14 газа и/или совокупности одного или большего числа выходящих потоков 16, 18, 20 газа.

Изменение расходов газа может происходить по многим причинам, обычно вследствие изменений в функционировании одного или большего числа производителей 8 потоков газа и/или потребителей 10 потоков газа. Примером может служить установка для утилизации теплоты, снабжение которой потоком газа в виде водяного пара может изменяться в соответствии с количеством теплоты, выделяемой аппаратом, установкой или агрегатом, связанным с указанной установкой для утилизации теплоты. В качестве другого примера можно привести снабжение потоком углеводородов, например природного газа, поступающим из одного или более резервуаров для хранения, скважин или устьевого оборудования скважин.

Предпочтительно, чтобы путем измерения расхода определенного или каждого входящего потока и расхода определенного или каждого выходящего потока при помощи узла соединения 22 можно было осуществить быстрое, почти мгновенное регулирование для согласования расходов газа. Это обеспечивает способ согласования массы газа, протекающего через узел соединения 22, и может, таким образом, обеспечить также способ согласования производства газа для определенного из каждого производителя газа, и потребления определенным или каждым из потребителей газа.

Также как и регулирование незначительных колебаний или изменений расхода газа одного или большего числа входящих потоков и/или выходящих потоков, возможно быстрое регулирование и ослабление значительных колебаний или изменений расхода газа для одного или большего числа входящих потоков и/или выходящих потоков.

Например, если происходят аварийные отключения котельного агрегата или иные быстрые отклонения или остановки в его работе, или происходит другое значительное нарушение функционирования, то может происходить быстрое уменьшение расхода газа, например, первого входящего потока 12. Это может быть тотчас же установлено по изменению измеренной величины расхода входящего потока 12, полученной от первого измерителя FP1 расхода, и контроллер ХС может без промедления регулировать один или большее число расходов определенного или каждого выходящего потока для изменения в направлении нулевого значения смещенной величины дисбаланса расхода, создавшегося в узле соединения 22 вследствие падения расхода первого входящего потока 12.

Подобным образом, может потребоваться, чтобы один или большее количество выходящих потоков 16, 18, 20 были в значительной степени уменьшены и/или остановлены, и изменение их расходов, соответственно, влияет на сумму измеренных величин расходов выходящих потоков. Для уменьшения смещенной величины дисбаланса расхода до нуля контроллер ХС может без промедления осуществлять регулирование расхода каждого другого выходящего потока и/или одного или большего числа входящих потоков.

Специалисту известны варианты, возможные при регулировании расходов одного или большего числа входящих потоков и/или одного или большего числа выходящих потоков. Фиг.1 иллюстрирует средства 32, 34, 36 регулирования расхода, такие как клапаны, установленные на пути протекания каждого из входящих потоков 12, 14 и каждого выходящего потока 16, 18, 20, которые обеспечивают раздельное и/или согласованное или относительное регулирование расхода каждого из входящих потоков и выходящих потоков с помощью контроллера ХС.

Измеряют также давление в узле соединения, и оно оказывает влияние на вычисления, производимые при регулировании расхода, по меньшей мере, одного из входящих и выходящих потоков 12, 14, 16, 18, 20 для уменьшения смещенной величины дисбаланса массового расхода до нулевого значения. Фиг.1 иллюстрирует измерение давления газа в узле соединения 22 с помощью измерителя давления PC для получения измеренной величины давления в узле соединения, которая может быть направлена к контроллеру ХС.

Проведение измерения давления в узле соединения выгодным образом позволяет вычислять изменение давления газа в узле соединения 22 по времени, и для постоянного заданного давления использовать изменения измеренного давления в узле соединения 22 для регулирования компоненты смещения с целью уменьшения (подавления) изменений давления. Регулирование составляющей смещения может изменить смещенную величину дисбаланса массового расхода, что может привести к изменению расхода одного или большего числа входящих и выходящих потоков по времени в сочетании с более быстрым регулированием на основе изменений измеренного расхода так, как это описано выше.

Большая часть газов, если не все газы, может быть легко сжата, если эти газы находятся при низком давлении, в особенности, в большем объеме, что позволяет увеличить массу газа в пределах такого объема без воздействия, по меньшей мере, значительного, на расход газа одного или большего числа входящих потоков, или отвод одного или большего числа выходящих потоков. Для постоянной заданной величины давления измерение давления газа в узле соединения 22, в особенности, по времени, позволяет пользователю воспринимать и просчитывать изменение массы газа в узле соединения 22, и компенсировать любое изменение давления в узле соединения путем регулирования расхода одного или большего числа входящих и выходящих потоков посредством изменения составляющей смещения в смещенной величине дисбаланса массового расхода.

Таким образом, используемый здесь способ является подходящим для проверки возможности регулирования расхода одного или большего числа входящих и выходящих потоков 12, 14, 16, 18, 20 на основе как быстрых измерений расхода, так и обычно более медленных измерений давления по времени, чтобы получить значительно более точный баланс массы потока газа, проходящего через узел соединения 22. Когда измерения ведут при постоянном давлении в узле соединения, между совокупностью входящих и выходящих потоков газа достигается баланс массы, т.е. смещенная величина дисбаланса массового расхода равна нулю.

Например, если один производитель 8 газа становится недействующим, его доля нагрузки по газу, необходимая потребителям 10 газообразного потока, может быть немедленно воспринята остальными производителями (производителем) 8 газа. Это может быть нагрузка, соответствующая полной нагрузке конкретного производителя 8 потока газа, или постепенно возрастающая нагрузка, если этот производитель 8 потока газа выведен из каскада производителей. Такое регулирование осуществляют на основе индивидуальных измерений расхода и регулирования расхода, которое по своей сущности является более быстрым и, следовательно, более точным, чем только измерение общего давления и регулирование общего давления.

Использование измерения давления в дополнение к индивидуальному регулированию расхода обеспечивает механизм обратной связи, способствующий точности воспроизведения расходов и регулирования потоков согласно используемому здесь способу.

Устройства для измерения расхода, такие как устройство FP1, обеспечивают непосредственное измерение расхода газа, по меньшей мере, одного из входящих потоков 12, 14. Измеренный (объемный) расход газа может быть затем использован для вычисления массового расхода и суммирован по всем входящим потокам для получения измеренной величины массового расхода входящего потока.

Дополнительно и/или в качестве альтернативы можно измерять расход одного или большего числа входящих потоков, поступающих от производителя 8 газа, путем измерения расхода текучей среды, подводимой к производителю 8 газа.

Например, если производителем Р2 газа является котел, измерение расхода топлива по топливному трубопроводу 24, подводимого к указанному производителю Р2 газа, может быть произведено с помощью подходящего измерителя FP3 расхода топлива. Измерение этого расхода позволяет получить взаимосвязанные данные измерений, направляемые к контроллеру ХС, которые могут быть использованы для определения или расчета эквивалентного расхода газа, поступающего от производителя Р2 газа (например, на основе его теплопроизводительности), и таким образом для расчета или определения ожидаемого результата измерения массового расхода газа, транспортируемого по второму трубопроводу 14 для входящего потока от производителя Р2, на основе вычисления расхода топлива через топливный трубопровод 24.

Фиг.1 иллюстрирует другое воплощение, в котором контроллер ХС может регулировать расход в топливном трубопроводе 24 с помощью сигнала, поступающего по линии 30 передачи сигнала к подходящему клапану 38, регулирование которым расхода топлива будет регулировать соответствующий расход второго входящего потока 14, поступающего от источника Р2 газа, и тем самым обеспечивается система для управления расходом газа второго входящего потока 14 путем опосредованного регулирования расхода входящего потока.

Это, в особенности, может быть выгодным, если, например, прекращение работы парового котла может, в некоторых условиях, привести к кратковременному увеличению измеренной паропроизводительности котла перед указанным прекращением его работы. Такое кратковременное увеличение может привести к видимому увеличению измеренного расхода газа (хотя данные измерений количества топлива, загружаемого в котел, будут показывать ожидаемое уменьшение расхода газа). Это обусловлено тем, что более низкое давление в паровом барабане парового котла приводит к увеличению генерирования пара в течение короткого периода времени, пока паровой барабан не вернется к равновесному состоянию. Использование результатов измерения расхода входящего потока, поступающего из парового котла, может, таким образом, обеспечить завышение величины входящего потока, что затем может привести к нежелательному регулированию одного или большего числа входящих и/или выходящих потоков. Таким образом, выгодно дополнительно и/или в качестве альтернативы измерять расход потока жидкости, поступающей в паровой котел (что будет свидетельствовать о необходимости уменьшения подводимого газообразного топлива, и, следовательно, о будущем уменьшении расхода пара, протекающего по входной трубопроводной линии к узлу соединения 22), в качестве измерения для корректировки расхода, результаты которого должны быть затем восприняты контроллером ХС.

На фиг.1 представлены различные воплощения, подходящие для контроля массового баланса расхода газа, протекающего через узел соединения от одного или большего числа входящих потоков к одному или большему числу выходящих потоков.

Фиг.2 иллюстрирует различные схемы регулирования потока газов в соответствии со вторым воплощением.

На фиг.2 первый производитель FG1 потока газа обеспечивает первый входящий поток 42 газообразного топлива, например метана, расход которого может быть измерен первым измерителем FFG1 расхода, который может регулироваться с помощью первого клапана 42а.

На фиг.2 показан второй производитель FG2 потока газа, который служит вторым источником газообразного топлива FG2, транспортируемого в направлении второго входящего потока 44, расход которого может регулироваться посредством второго клапана 44а может быть измерен с помощью второго измерителя FFG2 расхода.

Входящие потоки 42, 44 сосредотачиваются в узле соединения 22, например, в коллекторе газообразного топлива, известном в уровне техники, для обеспечения газообразным топливом трех выходящих потоков 46, 48, 50, которые транспортируют газообразное топливо, например, к первому паровому котлу В1, второму паровому котлу В2 и первой газовой турбине Т1 соответственно. Узел соединения 22 обеспечивает также подачу газообразного топлива в четвертый выходящий поток 52 для обеспечения отгружаемого газа, обозначенного на фиг.2, как «EG».

На фиг.2 показаны измерители FFG1, FFG2, FB1, FB2, FT1 и FEG расхода и соответствующие клапаны 42а, 44а, 46а, 48а, 50а и 52а, установленные на пути движения соответствующих входящих потоков 42, 44 и выходящих потоков 46, 48, 50 и 52. Измерители расхода обеспечивают измерения расхода для каждого из потоков, поступающие к контроллеру ХС описанным выше образом (по линии передачи сигнала, не показанной на фиг.2 лишь в целях большей ясности схемы), и контроллер ХС может регулировать каждый из клапанов в отдельности, или согласованно, нераздельно и/или в зависимости друг от друга.

На фиг.2 показаны также измерители давления PC, предназначенные для измерения давления газа в узле соединения 22, которые могут передавать результаты измерения давления контроллеру ХС. В контроллер также может быть введен ряд заданных величин давления РСР.

Характерной особенностью, отраженной на фиг.2, является регулирование расхода выходящего потока 52 отгружаемого газа для изменения смещенной величины дисбаланса массового расхода в направлении нулевого значения. Таким путем можно устранить колебания расхода газообразного топлива, транспортируемого выходящими потоками 46, 48 и 50, или, по меньшей мере, можно их минимизировать (за исключением случаев, когда их устранение требуется в обязательном порядке), с тем, чтобы поддерживать по возможности постоянный расход газообразного топлива, поступающего в первый и второй паровые котлы В1, В2 и к первой паровой турбине Т1, при постоянной величине заданного давления PSP. Производительность первого и второго котла В1, В2 и первой паровой турбины Т1, могут, таким образом, поддерживаться постоянными настолько, насколько это возможно, в то же время любые колебания расходов первого входящего потока 42 и/или второго входящего потока 44 газообразного топлива могут быть скомпенсированы путем регулирования расхода отгружаемого газа EG, для которого поддерживание или постоянство расхода, по меньшей мере, в рассматриваемом примере, не являются столь необходимыми, по сравнению с требованиями к расходу для первого и второго паровых котлов B1, B2 и первой паровой турбины T1.

Кроме того, если производительность одного или большего числа агрегатов из указанных первого и второго парового котла B1, B2 и первой паровой турбины T1 уменьшается и/или падает до нуля, например, следуя за уменьшением требуемой мощности оборудования, размещенного ниже по потоку, быстрое и легкое согласование непрерывных расходов газа, подводимого посредством первого и второго входящих потоков 42, 44, может быть произведено путем регулирования расхода четвертого выходящего потока 52 посредством управления клапаном 52а с помощью линии 54 передачи сигнала от контроллера ХС.

Таким образом, дополнительное преимущество заключается в том, что описанные здесь способ и устройство обеспечивают гибкость при любом колебании расхода газа за счет уравновешивания массы газа в узле соединения, независимо от типа газа и степени изменения или колебания расхода газа в одном или большем количестве входящих и выходящих потоков.

Другое преимущество описанных здесь способа и устройства состоит в том, что колебание в одном или большем числе входящих и/или выходящих потоков может быть основано на желательном или контролируемом колебании, происходящем в одном или большем числе производителей потока газа и потребителей потока газа. Например, если желательно осуществить техническое обслуживание одного или большего числа производителей газовых потоков и/или потребителей газовых потоков, колебание расхода газа, протекающего через узел соединения 22, может регулироваться с тем, чтобы учесть отсутствие и/или уменьшение расхода газа от или к одному из потребителей потока газа и/или производителей потока газа.

Подобным образом, если осуществляют ввод в действие одного или большего числа производителей газовых потоков и потребителей газовых потоков, включение расхода входящего потока и/или расхода газа, направляемого к потребителю, может быть согласовано посредством регулирования других входящих и/или выходящих потоков.

Проведение измерений и обеспечение сигналов между измерителями расхода и регуляторами расхода, такими как клапаны, известно специалисту в данной области техники и может быть осуществлено с помощью или без использования центрального контроллера, такого как контроллер ХС, показанный на фиг.1 и фиг.2.

На фиг.3 представлена система регулирования расхода газа в соответствии с третьим воплощением.

Источником потока углеводородов, такого как природный газ, показанным на фиг.3, является устье 62 скважины, производящее входящий поток 64. Входящий поток 64 проходит через узел соединения 22, которым в данном воплощении, иллюстрируемом на фиг.3, может быть отрезок трубопровода, транспортирующего поток углеводородов между устьем 62 скважины и соответствующим потребителем потока углеводородов, например, комплексом 70 для переработки углеводородов.

Подходящий комплекс (технологическое оборудование) 70 для переработки углеводородов может представлять собой одну или большее число технологических установок или один или более аппаратов, обычно предназначенных для изменения характеристик потока углеводородов. Такое изменение характеристик может предусматривать проведение одной или большего числа операций по обработке потока углеводородов, например удаление кислого газа в аппарате для удаления кислого газа (АУКГ), при этом поток углеводородов охлаждают, предпочтительно сжижают, например, в установке для сжижения природного газа, и/или поток углеводородов используют для получения потока тяжелого продукта, например, в установке для превращения газа в жидкость (получения синтетического жидкого топлива).

Комплекс 70 для переработки углеводородов может быть расположен близко к устью 62 скважины, но обычно на некотором расстоянии от него, так что колебание расхода потока 64 углеводородов в узле соединения или вблизи устья 62 скважины не может быть таким же, что и колебание расхода газа в узле соединения или вблизи комплекса 70 для переработки углеводородов. Устье 62 скважины и комплекс 70 для переработки углеводородов могут находиться на суше и на шельфе, как это известно в уровне техники.

В соответствии с настоящим изобретением расход входящего потока 64 может быть измерен с помощью измерителя FHC1 в устье 62 скважины или вблизи него для того, чтобы получить данные измерения первого расхода, поступающие по линии 72 передачи первого сигнала к контроллеру ХС. При этом расход выходящего потока 68 в комплексе 70 для переработки углеводородов или вблизи него может быть измерен с помощью второго измерителя FHC2 расхода, который может обеспечить передачу результатов измерения расхода к контроллеру ХС по второй линии 74 передачи сигнала. Кроме того, может быть также измерено давление потока углеводородов в узле соединения 66 с помощью измерителя PC давления газа для передачи измеренной величины давления в узле соединения по линии 67. Заданная величина давления PSP в узле соединения может быть передана контроллеру ХС.

В контроллере ХС производится сравнение измеренного значения расхода входящего потока, полученного от измерителя FHC1, с величиной расхода выходящего потока, полученной с помощью измерителя FHC2, для получения величины дисбаланса массового расхода. К величине дисбаланса массового расхода добавляют составляющую смещения для получения смещенной величины дисбаланса массового расхода. Составляющую смещения регулируют в соответствии с изменениями результатов измерения давления PC в узле соединения относительно заданной величины давления PSP для того, чтобы уменьшить такие изменения давления. В том случае, когда смещенная величина дисбаланса массового расхода больше или меньше нуля, регулирование расхода входящего потока 64 или выходящего потока 68 может быть осуществлено путем управления первым клапаном 78, установленным на трубопроводной линии входящего потока 64, и/или вторым клапаном 80, установленным на трубопроводной линии выходящего потока, по усмотрению с использованием сигналов, полученных при помощи первого и второго измерителей FHC1 и FHC2 соответственно.

Данные измерений давления, полученные от измерителя PC давления, обеспечивают индикацию любого изменения давления в узле соединения 66, которое распространяется вдоль трубопровода, транспортирующего поток углеводородов между входящим потоком 64 и выходящим потоком 68, что обеспечивает индикацию любой тенденции в изменении по времени давления вдоль трубопровода. Когда давление со временем изменяется, смещенная величина дисбаланса массового расхода также будет изменяться, поскольку в ответ на изменения измеренного давления в узле соединения относительно заданной величины давления PSP регулируют составляющую смещения для того, чтобы уменьшить эти изменения. Это будет приводить к изменению смещенной величины дисбаланса массового расхода. Расходы одного или обоих из входящего и выходящего потоков можно регулировать в зависимости от изменений смещенной величины дисбаланса массового расхода до тех пор, пока в узле соединения не будет достигнута постоянная величина измеренного давления, свидетельствующая о равновесии текущего суммарного расхода входящего и выходящего потоков.

Если трубопровод выполнен длинным или очень длинным, например длиной в несколько километров, любые изменения в измеренном давлении в узле соединения могут служить показателем утечек газа, небольшой течи или блокирования потока газа, которые не могут быть определены в ином случае, когда расходы входящего потока 64 и выходящего потока 68, полученные с помощью соответствующих измерителей FHC1 и FHC2 расхода, являются постоянными или сохраняемыми.

По усмотрению, входящий поток 64 может быть объединен с одним или большим числом других входящих потоков 64а и 64b, поступающих из одного или большего числа устьев скважин или других источников углеводородов. Все такие входящие потоки и/или источники перед измерением расхода могут быть объединены в виде единственного входящего потока и/или могут быть организованы в виде ряда входящих потоков, каждый из которых характеризуется своими собственными измеренными величинами расходов.

В одном примере воплощения описанных выше способа и устройства была использована определенная оценка расхода некоторых из входящих потоков, а не текущие фактические измеренные величины, поскольку, как оказалось, имеющиеся в распоряжении результаты измерения расхода не являются надежными. Согласно этой оценке предполагалось, что расход равен нулю в случае остановки работы производителя газа, а максимальный расход имеет место в том случае, если производитель работает в обычном режиме. Однако определение расхода входящего потока, основанное на оценке, подобной указанной выше, обеспечивает наибольшую выгоду, когда происходит внезапное отключение оборудования, создающего поток газа, поступающий к узлу соединения. Например, предполагалось, что конкретный производитель в виде парового котла «А» при нормальной работе производит 80 т/ч водяного пара и нулевое количество пара в случае остановки его работы. Если происходит остановка парового котла, то контроллер ХС в ответ может произвести регулирование входящих потоков, поступающих от других производителей, с тем, чтобы добавить 80 т/ч к общему расходу входящих потоков. Если же на момент остановки котел «А» фактически производил 91 т/ч, это будет означать, что первым ответным действием контроллера не будет регулирование расходов с добавлением достаточного расхода другим входящим потокам, а лишь с добавлением приблизительно 90% от расхода, который необходимо добавить для уравновешивания расходов входящих и выходящих потоков. Давление в узле соединения может после этого медленно уменьшаться по отношению к заданной величине давления, побуждая контроллер регулировать величину смещения (что приводит к дальнейшему регулированию расходов в результате перемещения от нулевого значения смещенной величины дисбаланса массового расхода за счет регулирования величины смещения) для минимизации ошибки, введенной вследствие неточности указанной оценки.

Специалисту в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение может быть осуществлено многими различными путями без выхода за пределы объема приложенных пунктов формулы изобретения.

1. Способ регулирования потока газа между одним или большим количеством входящих потоков (12, 14) и одним или большим количеством выходящих потоков (16, 18, 20) с помощью узла соединения (22), включающий, по меньшей мере, стадии:
(a) определения массового расхода, по меньшей мере, одного входящего потока (12, 14) для получения одной или большего числа соответствующих измеренных величин массового расхода входящих потоков (потока);
(b) определения массового расхода, по меньшей мере, одного выходящего потока (16, 18, 20) для получения одной или большего числа соответствующих измеренных величин массового расхода выходящих потоков (потока);
(c) определение смещенной величины дисбаланса массового расхода путем сравнения совокупности данных всех измеренных величин массового расхода входящих потоков на стадии (а) с совокупностью данных всех измеренных величин массового расхода выходящих потоков стадии (b) и добавление составляющей смещения для получения смещенной величины дисбаланса массового расхода;
(d) измерения количественного показателя давления газа в узле соединения (22) для получения данных измерения давления (PC) в месте соединения;
(e) регулирование расхода, по меньшей мере, одного из входящих и выходящих потоков (12, 14, 16, 18, 20) для изменения смещенной величины дисбаланса массового расхода к нулевому значению; и
(f) регулирование составляющей смещения смещенной величины дисбаланса массового расхода в ответ на изменение результатов измерения давления (PC) в узле соединения относительно заданной величины давления (PSP) для уменьшения указанного изменения измеренного давления (PC) в узле соединения относительно предварительно заданной величины давления (PSP).

2. Способ по п.1, в котором смещенная величина дисбаланса массового расхода представляет собой:
сумму всех измеренных величин или величины массового расхода входящих потоков минус сумма всех измеренных величин или величины массового расхода выходящих потоков плюс составляющая смещения.

3. Способ по п.1, в котором определенный или каждый входящий поток (12, 14) представляет собой один или большее число потоков, выбранных из группы, включающей: водяной пар, газообразное топливо, один или большее число углеводородов, азот и водород.

4. Способ по п.1, включающий, по меньшей мере, два входящих потока (12, 14).

5. Способ по п.1, включающий, по меньшей мере, два выходящих потока (16, 18, 20).

6. Способ по п.4 или 5, в котором указанный узел соединения представляет собой коллектор.

7. Способ по п.1, в котором определенный или каждый входящий поток (12, 14) поступает от соответствующего производителя (8) потока газов, а определенный или каждый выходящий поток (14, 16, 18) подают к потребителю (10) потока газов.

8. Способ по п.7, в котором, по меньшей мере, один из входящих потоков обеспечивается производителем (8) потока газов, которым является один или больше число производителей, выбранных из группы, включающей: паровые котлы (В1), теплоутилизаторы, источники углеводородов, технологические установки для нефтепереработки.

9. Способ по п.7, в котором, по меньшей мере, один из выходящих потоков направляют к потребителю (10) потока газов, которым является один или большее число потребителей, выбранных из группы, включающей: паровые котлы (В1), турбины (Т1), отгружаемый газ (EG) и технологические установки для нефтепереработки (НРС).

10. Способ по п.1, в котором определение массового расхода включает непосредственное измерение (FP1, FP2) расхода газа, по меньшей мере, для одного из входящих потоков (12, 14).

11. Способ по п.1, в котором определение массового расхода включает косвенное измерение (FP1, FP2) расхода газа, по меньшей мере, для одного из входящих потоков (12, 14).

12. Способ по п.11, в котором определение массового расхода включает измерение расхода (FP3) потока (24) текучей среды, направляемой, по меньшей мере, к одному производителю (8) потока газов для проведения измерения расхода, по меньшей мере, одного входящего потока, поступающего от производителя (8) потока газов.

13. Способ по п.1, включающий прямое непосредственное регулирование расхода, по меньшей мере, одного выходящего потока (20).

14. Способ по п.1, включающий косвенное опосредованное регулирование расхода, по меньшей мере, одного входящего потока (14).

15. Способ по п.1, в котором входящий поток (64) обеспечивается устьем скважины (62), и, по меньшей мере, один выходящий поток (68) направляют к комплексу (70) для нефтепереработки.

16. Устройство для регулирования расхода газа между одним или большим числом входящих потоков (12, 14) и одним или большим числом выходящих потоков (16, 18, 20) с помощью узла соединения, по меньшей мере, содержащее:
один или большее количество измерителей (FP1, FP2) расхода входящих потоков, каждый из которых может обеспечить получение одной или большего количества соответствующих измеренных величин массового расхода входящих потоков, представляющих расход одного из соответствующих выходящих потоков (12, 14);
один или большее количество измерителей (FU1, FU2, FU3) расхода выходящих потоков, каждый из которых может обеспечить получение одной или большего количества соответствующих измеренных величин массового расхода выходящих потоков, представляющих расход одного соответствующего выходящего потока (16, 18, 20);
один или большее количество измерителей (PC) давления, способных измерять количественный показатель давления газа в узле соединения (22), для измерения давления в узле соединения;
один или большее число регуляторов (32, 34, 36, 38) расхода для регулирования расхода, по меньшей мере, одного из входящих и выходящих потоков (12, 14, 16, 18, 20);
контроллер, предназначенный для: определения смещенной величины дисбаланса массового расхода путем сравнения суммы измеренных величин массового расхода входящих потоков (потока), полученных с помощью измерителей (FP1, FP2) расхода входящих потоков (потока), с суммой всех измеренных величин массового расхода выходящих потоков, полученных с помощью измерителей (FU1, FU2, FU3) расхода выходящих потоков, и добавления к указанной величине составляющей смещения для получения смещенной величины дисбаланса массового расхода; получения данных измерения давления в узле соединения; подача команды одному или большему числу регуляторов (32, 34, 36, 38) на регулирование расхода, по меньшей мере, одного или большего числа входящих и выходящих потоков (12, 14, 16, 18, 20) для перемещения смещенной величины дисбаланса массового расхода к нулю; и регулирования составляющей смещения смещенной величины дисбаланса массового расхода в ответ на изменение данных измерения давления (PC) в узле соединения по отношению к предварительно заданному давлению (PSP), с целью уменьшения изменения измеренного давления в узле соединения (PC) относительно заданной величины давления (PSP).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для получения синтез-газа. .

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение для смешивания различных материалов. .

Изобретение относится к средствам автоматизации технологических процессов и может быть использовано для дозирования флотационных реагентов на обогатительных фабриках при обогащении руд цветных металлов.

Изобретение относится к устройствам для регулирования концентрации озона в газовой смеси, образованной в озонаторе с помощью барьерного разряда, и может быть использовано в биологии, медицине, пищевой и химической промышленности.

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в двигательных установках внутреннего сгорания для управления их работой. .

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в цветной металлургии для дозирования реагентов, а также в других отраслях промышленности. .

Изобретение относится к области автоматики, в частности к устройствам для дозирования жидкости, и обеспечивает расширение функциональных возможностей и сокращение материальных затрат.

Изобретение относится к способу получения серы из кислого газа. .

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано при регулировании пористости изоляции проводов. .

Изобретение относится к установке (30) для непрерывного изготовления жидкого продукта (Р)

Группа изобретений относится к средствам управления системой дозирования и смешивания продукта. Технический результат заключается в обеспечении режима работы системы управления дозированием и смешиванием продукта, улучшающего однородность смеси компонентов продукта, получаемого на выходе смесителя. Для этого предложена система, содержащая первый насос, подающий первый компонент в смеситель, и второй насос, подающий второй компонент в смеситель. Направление движения поршня каждого насоса может быть изменено на обратное с направления всасывания и вытеснения на направление вытеснения компонента и наоборот. С каждым насосом связан детектор движения, соединенный с контроллером, запрограммированным на инициирование изменения направления работы насоса на обратное после того, как определено, что объем компонента, остающийся в насосе, недостаточен для обеспечения заданного дозированного соотношения. Контроллер запрограммирован на обеспечение непрерывной подачи первого компонента в смеситель на протяжении работы системы и периодической подачи второго компонента в смеситель с целью выполнении циклов дозированной подачи второго компонента в смеситель. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области управления или регулирования соотношений компонентов в смесях, а именно в нескольких потоках текучих сред с использованием электрических средств, и может быть использовано в качестве автоматического дозирующего устройства в системе одоризации природного газа. Система одоризации газа содержит основную 1 и контрольную 2 емкости с одорантом, дозирующее устройство 3, соединенный с источником электропитания 10 блок управления 8 с подключенным к нему расходомером 6 магистрального газопровода 13. Согласно решению дозирующее устройство представляет собой рабочую камеру 14, в которой размещены, по крайней мере, три высоковольтных электрода 15, 16, 19 с регулируемым зазором, один из которых 19 заземлен, а остальные подключены к блоку управления, впускной клапан 11, соединенный с основной емкостью, выпускной клапан 12, соединенный с магистральным газопроводом. Система одоризации также содержит подключенные к блоку управления датчик 4 давления внутри рабочей камеры, датчик 5 давления в магистральном газопроводе перед расходомером по направлению движения газа. Технический результат - повышение быстродействия корректировки дозы и, следовательно, точности поддержания концентрации одоранта в природном газе при эксплуатации снижение расхода одоранта и повышение безопасности. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх