Устройство для автоматического регулирования процессом осушки газа

 

Союз Советск их

Социалистическик

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (II) 747507 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 03.05.78 (21) 2611439/23-26 (5I)M. Кл.

В 01 0 53/26

6 05 D 27/00 с присоединением заявкн,% (всударстввннмй комитет

СССР (23)приоритетОпубликовано 16,07.80„Бюллетень М 26

Дата опубликования описания 18.07.80 ио делам изобретений и открытий (5Д) УДК 66.012

-52 (088. 8) (?2) А втор изобретения

В. Ф. Тараненко

Специальное проектно-конструкторское бюро

Промавтоматика" (?! ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО

РЕГУЛИРОВАНИЯ HPOUECCOM ССУШКИ

ГАЗА

Изобретение относится к устройствам для автоматического управления и регулирования технологических процессов и может быть использовано в газодобывающей промышленности на газовых

5 месторождениях, оснашенных абсорбционными установками осушки газа.

Известно устройство для автоматического регулирования процессом осушки газа, состоящее из регулятора расхода абсорбента, подаваемого в абсорбер, и регулятора температуры регенерированного абсорбента, воздействуюшего на исполнительный механизм, установленный на линии подачи теплоносителя в десорбер (1).

Недостатками известного устройства является то, что поддержание постоянного (максимального) значения расхода абсорбента приводит к увеличению энергозатрат на его регенерацию.

Кроме того, при глубоких изменениях расхода газа и условий массопередачи поддержание постоянной концентрации (температуры) регенерированного раствора не обеспечивает заданной степени осушки газа и возникает необходимость в корректировке заданного значения концентрации (температуры) регенерированного абсорбента. Эта операция осушествляется вручную и, как правило, с опозданием, что приводит к ухудшению качества подготовки газа, т.е. к понижению функциональной надежности устройства.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для автоматического регулирования процессом осушки . газа, содержащее датчики расхода газа и абсорбента, подключенные к регулятору соотношения, выход ,которого соединен с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи абсорбента в абсорбер, регулятор влажности газа, датчик которого установлен на выходе газа из абсорбера, и ре гулятор температуры (концентрации) регенерированного абсорбента, к первому и второму входам которого подключены pегенерированного абсорбепта чегн.- уо лодильник 4 в абсорбер 1. На линии 13 установлен также дат ик 23 температуры, подключенный к регулятору 24 температуры флегмы, выход которого соединен с исполнительным механизмом 25, установленным на линии 26 подачи хладагента в дефлегматор 6, Абсорбер 1 связан с десорбером 2 линией 27, 10 Устройство работает следующим об-. разом.

Подлежащий осушке газ после предварительной сепарации поступает снизу и абсорбер 1„в котором контактирует с

15 регенерированным абсорбентом„ поступающим в абсорбер 1 сверху по линии 22 через холодильник 4, датчик 20 расхода, исполнительный механизм 21, насос 3,. теплообменник 5 иэ десороера 2. В ре20 эультате массообмена пары влаги из газа переходят в абсорбент. Насыщенный парами влаги абсорбент (например диэтиленгликоль) из абсорбера 1 подается через теплообменник 5 по линии 27 в десорбер 2, в котором продвигается сверху вниз. В нижнюю часть десорбера

2 по линии 18 через исполнительный механизм 17 вводится теплоноситель. В результате кипения из абсорбенra удаляются пары волы, которые, поднимаясь снизу вверх, нагревают движущийся абсорбент и дополнительно его регенерируют, Из десорбера 2 пары волы поступают в дефлегматор 6, в котором концентрируются за счет хладоцосителя, поступающего в дефлегматор 6 по линии 26 через исполнительный механизм 25.

Сконденсировавшаяся влага (флегма) по линии 13 поступает в сборник (на чер40 теже не показан), из которого одна часть через датчик 12 сбрасывается в канализацию, а вторая часть — в десорбер 2. Регенерированный абсорбент из десорбера

2 снова подается на абсорбер l,Öèênïå4s ремещешы абсорбента замкнутый. Termoобменник 5 служит для охлаждения регенерированного и нагрева насыщенного абсорбента, холодильник 4 — для охлаждения регенерированного абсорбента, Перемещение абсорбента из десорбера 2 в абсорбер осуществляется насосом 3, обратное перемещение осуществляется за счет давления газа в абсорбере 1. Температура флегмы в линии 13 поддерживается постоянной автоматическим регу- лятором 24 температуры, воспринимающим текущее значение температуры м флегмы, измеренное датчиком 23 температуры, и воздействующим на испол3 74 соответственно датчик теМпературы и регулятор влажности, а выход соединен с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи теплоносителя в десорбер (2) .

Недостатком известного устройства является его низкая надежность, обусловленная использованием регулятора влажности, Цель изобретения — повышение функциональной надежности устройства.

11ель достигается тем, что устройство содержит датчики давления и температуры газа, установленные на входе газа в абсорбер, датчик, эадатчик и регулятор расхода флегмы, амплитудный ограничитель, при этом к первому и второму входам регулятора расхода флегмы подключены соответственно датчик и задатчик расхода флегмы, а выход регулятора расхода флегмы подключен через амплитудный ограничитель ко второму входу регулятора температуры регенерированного абсорбента, при этом датчики расхода, давления и температуры газа подключены ко входам задатчика расхода флегмы.

На чертеже показана принципиальная схема устройства для автоматического регулирования процесса осушки газа.

Устройство включает абсорбер 1, десорбер 2, насос 3, холодильник 4, теплообменник 5, дефлегматор 6, а также установленные на входе газа в абсорбер

1 датчики температуры 7 и давления 8„ подключенные совместно с датчиком расхода газа 9 к задатчику 10. Выход эадатчика 10 подключен ко второму входу регулятора расхода фпегмы 11., к первому входу которого подключен датчик расхода флегмы 12, установленный после дефлегматора 6 на линии 13.

Выход регулятора 11 расхода флегмы через амплитудный ограничитель 14 подключен ко второму входу регулятора

15 температуры. К первому входу регулятора 15 температуры подключен датчик 16 температуры, установленный на выходе регенерированного абсорбента из десорбера 2. Выход регулятора 15 температуры связан с исполнительным механизмом 17, установленным. на линии 18 подачи теплоносителя в десорбер2. датчик 9 расхода газа подключен также к первому входу регулятора 1 соотношения, связанному вторым входом с датчиком 20 расхода абсорбента, а выходом - с исполнительным механизмо .

21, установленным на линии 22 подачи

7507 ф (47507 где

По формуле (2) или по .другой аналогич ,ной формуле задатчик 10 вычисляет требуемый расход флегмы. Выходной сигнал задатчика 10, пропорциональный требуемому значению расхода флегмы, поступает на второй вход регулятора 11 расхода флегмы и сравнивается с сигналом, пропорциональным текущему значению расхода флегмы, поступающим на первый вход регулятора 11 от датчика 12 расхода. Если величина рассогласования этих сигналов не равна нулю (что говорит . о нарушении материального баланса по влаге); то регулятор 11 расхода флегмы отрабатывает корректирующее воздействие, которое через амплитудный . ограничитель 14 поступает как задание на второй вход регулятора 15 температуры. Регулятор 15 температуры, сравнивая текущее значение температуры, определяемое при помаши датчика 16 температуры, с заданным, отрабатывает регулирующее воздействие на исполнительный механизм

17. Последний изменяет расход теплоносителя в десорбере 2 до тех пор, пока температура регенерированного абсорбента не станет равной заданной. С изменением расхода теплоносителя изменяется количество паров воды, десорбируемых иэ абсорбента и превращаемых во флегму после их конденсации в дефлегматоре 6, Если новый расход флегмы стал равным заданному значению, на выходе регулятора 11 расхода флегмы остается постоянный сигнал, величина которого характеризует заданное значение температуры регенерированного абсорбента. Это значение температуры поддерживается регулятором 15. Если расход флегмы не равен заданному значению, процесс нительный механизм 25 Влажность осушенного газа зависит от расхода газа через абсорбер 1. Чтобы предотвратить возможное изменение влажности газа, обусловленное малыми изменениями его расхода, в устройстве предусмотрен регулятор 19-. соотношения, При изменении заданного соотношения расход газа- расход абсорбента" регулятор

19 соотношения воздействует на исполнительный механизм 21 до тех пор, пока не будет достигнуто требуемое соотношение расходов газа и абсорбента, измеряемых датчиками 9 и 20.

При глубоких изменениях расхода газа, !ю а также при наличии других возмущающих воздействий регулятор 19 соотношения не обеспечивает поддержания заданной влажности осушенного газа, Эту задачу решает автоматическая система регули- 20 рования, построенная на основе регуляторов 11 расхода флегмы и температуры

15 регенерированного абсорбента. Работа этой системы основана на следующем принципе. 25

Если задана требуемая влажность газа на выходе нз абсорбера 1 и известны влажность газа Hà его входе, а также расход газа через абсорбер 1, то легко .определить количество влаги, кото- З0 рое необходимо извлечь в единицу времени, чтобы обеспечить заданную влажкость газа. Поглощенная в абсорбере 1 парообразная влага регенерируется в десорбере 2 и выводится иэ него после дефлегматора 5 в виде жидкости (флегмы).

Содержание абсорбента во флегме пренебрежительно мало (меньше 1%), поэтому расход флегмы должен быть равен количеству влаги, поглощенной в абсорбере 1. Если это условие материального баланса соблюдается, то влаж. ность ос„лпенного газа равна заданной.

В данном устройстве количество влаги, подлежащее извлечению из газа в 4 единицу времени, определяется задатчиком 10 по измеренным значениям температуры, давления и расхода газа, Для измерения этих величин предназначены датчики 7, 8 и 9. На газовых место рождениях газ на входе в абсорбер 1 находится в насыщенном парами воды состоянии. Поэтому его влагосодержание однозначно определяется по температуре и давлению. Так, влаго-. содержание можно определить по формуле

Ю=4ЫР exp(735 О2Q-27 104 Q2}+

+ 4,<$ <о ЕКР(6,4 <0 2Д 2 10-4Ц2} (1) 6

m влагосодержание газа г/мм о

I Ф

Q — температура„С;

P — давление, кгс/см .

Обозначив требуемое влагосодержание осушенного газа через ю (г/мм ) и умножив разность (foal - fAo ) на расход газа 9 (нм / ч), получают коли5 чество влаги с, которое, должно извлекаться из газа для получения требуемого влагосодержания про осушенного газа.

С учетом формулы (1) оно равно

С =Я(4,Ь7Р ЕхР(,35-40 9-2УЮ Q )+4,i8.

40 ЕХР(5,4 О Q-2 iO д2} п } (2) регулирования продолжается, т,е. регулятор 11 расхода флегмы корректирует заданное значение температуры до тех пор, пока текущий расход флегмы не станет равным заданному, В состоянии равновесия условие материального баланса соблюдается, что говорит об извлечении из газа требуемого количества влаги и, следовательно, о поддержании заданной влажности осушенного газа, В данном устройстве не используются малонадежные датчики и регулятор вчажности газа. Вместо них применены регулятор 11 расхода флегмы, задатчик 10 и подключенные к ним датчики 9 и 12 расхода, температуры 7 и давления 8.

Надежность этих устройств выше надежности датчика и регулят ора влажности газа, вследствие чего и повьпиается надежность устройства в целом.

Для исключе>щя перегрева абсорбепта в устройство введен амплитудный ограничитель 14. Сигнал оТ регулятора 11 расхода флегмы поступает без изменений па вход регулятора 15 температуры реI генерпроваппого абсорбепта только в том слу- ае, когда его величина не превышает значения, соответствующего максимапь- Зй но допустчпюй температуре. В противном случае на выходе амплитудного ограничителя 1 1 остается сшнал, пропорциональпый максимально допустимой температуре. Это значение температуры и поддер>к>твает регулятор 1 >.

Таким образом, вследствие включения в устройство амн ограпичителч 14 предотвращается "перегрев и возмо ное разложение абсорбента. Эт о также TIoDhflUQeò функциональную надежность устройства.

Технико-зкономическое преимущество jc> t>oéñòDà состоит в том, что оно обсспечивает более высокуто надежпость под- 45 держания заданной влажности осу>щенного газа. Из-за этого умепьшается интегральный расход теплоносителя и повышаегся качество подготовки газа, что приводит к спижецию затрат на транспорт gQ газа.

Экономический эффект от использования данного устройства может. бьггь получен газодобывающим и т азотранспортпым предприятиями. На газодобывающем предприятии основньгм источником эффективности является снижение затрат на теплоноситель. Экономия этих затрат достигается вследствие того, что за счет

О7 8 повьпиения надежности устройства уменьшается время, в течение которого управление процессом осуществляется вручную.

При ручном управлении расход теплоносителя увеличивается с целью обеспечения жесткого требования на подставку газа с качеством осушки не хуже заданного, Экономия расхода теплоносителя составляет 5.-8%, На газотранспортном предприятии основным источником эффективности является сии>кение затрат энергии на компримирование газа и ингибитора на предотвращение гидратообразования и разрушения образовавшихся в газопроводах кристаллогидратов.

Сии>кение энергозатрат на компримирование достигается вследствие уменьшения гидравлического сопротивления газопровода при улучшении качества подготовки газа. По этой >ке причине уменьшаюгся затраты на ингибптор гидратообразования. Ориентировочно зкономия обоих видов затрат составляет от 3

10%

Формула изобретения устройство для автоматического регулирования процессом осушки газа, соnep>«auiee датчики расхода газа и абсорбента, подключенные ко входам регулятора соотношения, связанного выходом и исполнтггельным механизмом, установлетпгым на гппши подачи абсорбента и в =GcopGep„регулятор температуры флегмы, ко входу которого полключен датчик температуры, установленный на выходе флегмы из дсфлегматора, а к выходу исполпительньп- механизм, усгановленный на линии подачи хладагента в дсфлегматор, регулятор температуры регенерированпого абсорбепта, связанный первым входом с датчиком температуры, а выходом - с исполнительным механизмом, установленным па линии подачи теплоносителя в десорбер, о т и и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью повьппения функщюнальпой надежности устройства, опо дополнительно содержит датчики давления и температуры газа, установленные на входе газа в абсорбер, датчик, задатчик и регулятор расхода флегмы на выходе дефлегматора, амплитудный ограничитель, при этом дат чик и задатчик расхода флегмы подключены к первому и второму входам регулятора расхода флегмы соответственно, а выход регу9 7475 лятора расхода флегмы подключен через амплитудный ограничитель ко второму входу регулятора температуры регенерированного абсорбента, а датчики расхода, давления и температуры газа подключены ко входам задатчика расхода флегмы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

07 10

1. Тараненко Б. Ф. и др. Автомати,ческое управление газопромысловыми объектами, M., "Недра", 1976, с. 133.

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

Составитель Т. Чулкова

Редактор IO, Петрушко Техрод М. Петко Корректор Г. Решетннк

Заказ 4302/2 Тираж 809 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4