Устройство для сепарации газа

 

Союз Советских

Социалмстмческнк

Республик

О П

ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 723538

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 09 12 76 (21) 2434250/18-24 с присоединением заявки М— (28) Приоритет (51)M. Кл.

G 05 0 27/00

Е 21 В 43/00

Государстаанный комнтет

llo делам нэобретеннй и открытий

Опубликовано 25.03.80. Бюллетень М 11

Дата опубликования описания 25.03.80 (53) УДК 622.276..2 (088.8) (72) Автор изобретения

Б. Ф. Тараненко

Специальное проектно- конструкторское бюро "Промавтоматика" (7I ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕПАРАЦИИ ГАЗА

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию технологическими процессами и может быть использовано в газо добывающей промышленности на. промыслах, обустроенных установками низкотемпературной сепарации (НТС) газа.

Известно устройство для автоматического регулирования производительности установок низкотемпературной сепарации газа (1}, содержащее ряд автоматических регуляторов давления, отборные элементы которых подключены к газосборному, коллектору, а исполнительные механизмы установлены перед.низкотемпературными сепараторами и соединены с выходами автоматических регуляторов давления.

При изменении отбора газа с промысла давление в коллекторе отклоняется от заданного значения. Автоматические регуляторы воспри- нимают это отклонение давления и воздействуют на свои исполнительные механизмы, устанавливая такую суммарную производительность установок низкотемпературной сепарации, при которой давление в газосборном коллекторе становится равным заданному значению. При этом распределение суммарной производительности между установками может быть произвольным, что приводит к потере эффективности использования пластовой энергии для осу— ществления процессов НТС и ухудшению качества подготовки газа. Кроме этого, устройство не обеспечивает защиту установок низкотемпературной сепарации газа от перегрузок, так как при увеличении отбора газа с промысла регуляторы давления изменяют открытие регулирующих органов своих исполнительных механизмов до недопустимых значений. Одновременная перегрузка Одних установок и недогрузка других приводит к ухудшению качества подготовки газа, в чем состоит недостаток устройства.

Ближайшим по технической сущности является устройство для сепарации газа (2), содержащее, сепараторы, которые соединены трубопроводами с газосборным коллектором, на котором установлен датчик давления, соединенный с входом регулятора давления, установленные иа выходах сепараторов датчики расхода, выходы которых соединены с первыми входами

723538 соответствующих регуляторов расхода, подключенных к управляющим входам исполнительных механизмов, установленных на входах сепараторов, амллитудные ограничители, выходы которых соединены со вторыми входами соОтветствующих регуляторов расхода.

При изменении отбора газа с промысла давление в газосборном коллекторе отклоняется от эаданного значения. Регулятор давления воспринимает это отклонение и через амплитуд 10 ный ограничитель изменяет задание соответст1вующему регулятору расхода. Регуляторы расхода воздействуют на соответствующие исполнительные механизмы до тех пор, пока производительность соответствующей установки НТС не станет равной заданному значению. Амплитудные ограничители предназначены для предотвращения перегрузок установок низкотемпературной сепарации газа. Они настраиваются таким образом, что сигнал проходит через ампли- Ю тудные ограничители к регуляторам расхода без изменения только в том случае, когда величина этого сигнала не превышает значения, соответствующего максимально допустимой производительности установки НТС. В другом случае на выходе соответствующего амплитудного ограничения будет оставаться сигнал постоянного значения, соответствующий максимально допустимой производительности соответствующей установки НТС. Это значение производительности и будет поддерживать автоматический регулятор расхода. Устройство обеспечивает равномерное или заданное распределение производительности между установками НТС, а также защиту установок от перегрузок. 35

Однако устройство не позволяет оптимальным образом использовать пластовую энергию газа для его осушки и очистки, так как закон распределения суммарной производительности заранее предопределен настройкой.

Цель изобретения — повышение точности устройства.

Ъ

Цель достигается тем, что устройство содержит регуляторы удельного приращения эксергетической мощности и задатчики величины эксергии, входы которых соединены с выходами соответствующих датчиков расхода, а выходы— с первыми входами регуляторов удельного приращения эксергетической мощности, вторые вхо- 0 ды которых соединены с выходом регулятора давления, а выходы — с входами амплитудных ограничителей.

На чертеже показано устройство для сепарации газа. 55

Оно состоит из регулятора давления 1, с датчиком давления на входе (на чертеже не показан) подключенного входом к газосборному коллектору 2, а выходом — к первому входу регуляторов удельного приращения эксергетической мощности 3, задатчиков величины эксергии 4, датчиков расхода 5, регуляторов расхода 6, амплитудных ограничителей 7, исполнительных механизмов 8, сепараторов установок.низкотемпературной сепарации 9, скважин 10 и входных коллекторов 11. Ко второму входу регуляторов удельного приращения эксергетической мощности 3 подключены соответствующие эадатчики величины эксергии 4, соединенные своим входом с соответствующим датчиком расхода 5, подключенного выходом к первому входу соответствующего регулятора расхода 6, ко второму входу которого через соответствующий амплитудный ограничитель 7 подключен регулятор приращения эксергетической мощности 3. Выход регулятора 6 подключен к исполнительному механизму 8, установленному на установке НТС 9, на которую со скважины 10 через входной коллектор 11 поступает поток газа.

Устройство работает следующим образом, Давление при изменении отбора газа на газосборном коллекторе 2 отклоняется от заданного значения. Регулятор давления 1 воспринимает это отклонение и вырабатывает регулирующее воздействие, которое поступает на первый вход всех регуляторов удельного прира-. щения эксергетической мощности 3. Текущее значение удельного приращения эксергетической мощности задается посредством задатчиков величины экеергии 4 по расходу газа через установку НТС. С этой целью соответствующий датчик расхода 5 подключен к задатчику величины эксергии 4. Сигнал, пропорциональный текущему значению удельного приращения эксергетической мощности, поступает от задатчика величины эксергии 4 на второй вход регулятора удельного приращения эксергетической мощности 3. При отклонении текущего значения удельного приращения эксергетической мощности от заданного, установленного регулятором давления 1 для всех регуляторов 3, последние, через амплитудные ограничители 7, изменяют задание регуляторам расхода 6. При отклонении текущего значения расхода газа, измеряемого датчиками расхода 5 от заданного, регуляторы расхода 6 воздействуют на исполнительные механизмы 8 до тех пор,.пока эти отклонения не станут равными нулю. Наличие амплитудного ограничителя 7 между регуляторами расхода 6 и удельного приращения эксергетической мощности 3 обеспечивает защиту установок НТС от перегрузки. Так как. один и тот же сигнал от регулятора давления 1 поступает параллельно на входы всех регуляторов эксергетической мощности 3, то производительность каждой установки будет такой, при которой удельное приращение эксергетической

723538

50 (4) мощности потоков газа на входах в установки

НТС будут одинаковыми. Равенство удельных приращений эксергетической мощности потоков газа на входе в установки НТС свидетельствует о том, что такое распределение суммарной производительности между установками НТС обеспечивает максимум суммарной эксергетической мощности входных потоков газа и, следовательно, наиболее глубокое их охлаждение и наилучшее качество подготовки газа.

Эксергетическая мощность потока газа на входе в установку HTC характеризует ту часть пластовой энергии, которая пригодна для технического использования на установке. Эта часть пластовой энергии определяется разностью давлений газа на входе и выходе из установки

iHTC и называется эксергией давления. Именно эксергия давления преобразуется на установке

НТС в эксергию, связаннуюс охлаждением и понижением температуры газа. Эксергия давления потока, выраженная в Дж/кг, определяется по известной формуле.

Р, = 7 One (>) где Р, Ро — давление до и После установки 25

НТС;

Те — температура газа после установки

НТС, К;

g — газовая постоянная, цж/кгК, а эксергетическая мощность в 1п по формуле

Р

N=ч. =9AToIL1 р (2)

Общая эксергетическая мощность потока газа, проходящего через и установок НТС, равная сумме эксергетических мощностей потоков 35

tl n P.

Н=Х М,,=от. > e. (3) о где 1 = 1, 2,... и — номер установки НТС. 40

Чем больше будет суммарная эксергетическая мощность потоков газа, тем больше будет суммарная холодопроизводительность установок НТС и лучше качество подготовки газа.

Давление газа на входе в установку НТС 4 зависит от ее производительности. Чем больше расход газа, тем меньше давление. Эта зависимость при подключении к установке НТС одной скважины описывается известным уравнением где а1; bi, ci — коэффициенты, рассчитываемые по приведенным в литературе формулам, или определяемые экспериментально.

При подключении к установке НТС нескольких скважин, структура зависимости Р; от и остается такой же.

Подставив выражение (4) в уравнение (3) получим и Il - " д " v,- -.Л >

Из уравнения (5) видно, что суммарная эксергетическая мощность зависит от того, как общий отбор газа из газосборного коллектора распределен между установками ТНС. На производительность установок НТС наложены ограничения

0< о.(q. (6) где q — максимально-допустимая произ max водительность установки НТС.

Задача состоит в том, чтобы определить такие qi из допустимой области (6), чтобы выполнялось условие

t1

X.9 сь Ф (7)

1=1 где G — общий отбор газа иэ газосборного коллектора, н целевая функция (5) принимала максимальное значение и и А

Й= п о,х.Е Й.= п ах РТ r. q,ctrl(q

ei О114 О а,бq, о, (8)

Эксергетическая характеристика для каждой установки НТС представляет собой выпук лую функцию от производительности.

Известно, что в этом случае решение задачи (6) — (3) распределения суммарной производительности между установками может производитьсг по принципу равенства производных от эксергетической мощности входного потока газа каждой установки НТС по производительности, т.е. суммарную производительность надо распределить так, чтобы

Ай, дна . АИ4 дй. (9)

АЧ., дЧ. " Ая; " Ая„

Именно этот принций реализуется предложенной системой автоматического регулированчя. Для

i-й установки HTC дN, (10) еличину д g для сокращения наименова ния называют удельным приращением эксергети% ческой мощности, так как это название в определенной мере отражает физическую сущность вт этой величины и ее размерность — —.. кг/с

Значение удельного приращения эксергетической мощности входного потока газа каждой установки НТС при известных значениях RÄ TqÄ

Ро, ар b, c-, зависит только от производительности q.. Для его определения предназначен

1 задатчик величины эксергии 4, который в соот38

7.,у ; ...; . / 7 35 ветствии с формулой .(10).;"пре бра уеу, ы ной сигнал датчика расхода в сигнал п порцйN ональный значению 9

Предложенная система, обеспечивая подцержанне одинаковых значений удельных приращений эксергетической мощности входных потоков газа на каждой установке НТС и защиту установок от перегрузки,реализует принцип оптимального распределения нагрузки и обесйечн- 10 вает достижение максимума суммарной эксерге тической мощности. Таким образом, устройство автоматически устанавливает такие производи тельности для установок НТС„при которых до стигается максимальная суммарная холодопро 15 изводительность и наилучшее качество подготовки газа.

Расчеты показали,что оптимизация распределения суммарной производительности между установками НТС позволяет улучпппь качество 20 подготовки газа, понизив температуру точки ро сы осушенного газа на 3 — 5 К. На газоконденсатных месторождениях внедрение этой системы позволит также увеличить добычу углеводородного конденсата. 25

Формула изобретения

Устройство для сепарации газа, содержащее сепараторы, которые соединены трубопроводами, за с газосборным коллектором, на котором установлен датчик давления, соединенный с входом регулятора давления, установленные на выходах . сепараторов датчики расхода, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих регуляторов расхода, подключенных к управляницим входам исполнительных механизмов, установленных на входах сепараторов, амплитудные ограничители, выходы которых соединены со вторыми входами соответствующих регуляторов расхода, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит регуляторы удельного приращения эксергетической мощности и задатчики величины эксергии, входы которых соединены с выходами соответствующих датчиков расхода, а выходы — с первыми входами регуляторов удельного приращения эксергетической мощносзи, вторые входы которых соединены с выходом регулятора давления, а выходы — с входами амплитудных ограничителей.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе .

1. Водяник П. Ф. Автоматизация управления процессами добычи газа. М.„Недра", 1974, с. 66 — 74.

2. Тараненков Б. Ф. Автоматическое управление установками низкотемпературной сепарации газа. ВНИИГазпром, М., 1973; с. 32 — 35, ЦНИИПИ Заказ 926/13 Тираж 956 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4