Система автоматического управленияустановкой комплексной подготовкигаза

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДИТЕЛЬСТВУ (ii)850182

Союз Соеетскик

Социалистических рес уб (61 } Дополнительное к авт. свид-sy(51М". К>

В 01 0 53/14

Gr 05 1. } 27/ОО (22) 34лвлеио 28. 1 1. 79 (21) 2843381/23-.26

/ с нрисоедииеиием заявки М9вудеуазеай aolieir

СОВУ ю Йелам нэабратеняй и откритнй (23)ИриоритетОнубликовано30.07.81. бюллетень М 28 (53) УДК66.012-52(088.8) Дата опубликования описания 03.08.81 (?2} Автор изобретения

Б. Ф. Тараненко

Специальное проектно-конструкторское бюро

"Промавтоматика" (?1} Заявитель . с (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

УСТАНОВКОЙ КОМПЛЕКСНОЙ ПОДГОТОВКИ ГАЗА

Изобретение относится к устройствам для автоматического управления и регулирования технологических процессов и может быть использовано в газодобывающей промышленности Na газовых месторождениях, обусгроеннык абсорбцнонными уста-. новками комплектной подготовки газа (УКПГ).

Известна системе автоматического управнения, содержащая регулагар влажности раза, высей «eiaporo подключен к задаюпюму входу регулятора температуры регенерированного абсорбенга. При отнло» ненни влажноети Газа от эаданнжо значения регулятор влажности изменяет звдаwe регулятору температуры регенерированного абссрбента. Последний, воздействуя на исполнительный механизм,на линии подачи теплоносителя в регенератор, из меняет температуру кипения н, следовательно, концентрацию регенерированного абсорбента, В результате влажность товарного газа восстанавливается на заданном значении, Применение этой системы регу2 лирования влажности позволяет уменьшить технологические эатр&тьс (1)

Однако, в силу неизбежных отличий характеристик параллельно работающих УКПГ, равномерное распределение нагрузки и поддержание одинаковой влажности газа на всех УКПГ не нозвеляет достичь минимальных технологических затрат.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является система

М автоматического управления установкой подготовки газа, содержащая И (по числу абссрберов) регуляторов расхода газа, .первый вход которых соединен с датчиком расхода газа на выходной линия, а выходс исполнительным механизмом на той же линии, регулятор давления газа на газосборном коллекторе. И устройств дозирования абсорбента, регулятор температуры регенерярованного абсорбента, вход кото рого соединен с датчиком температуры на линии регенерированного абссрбента, а вы-. хоа - с дополнительным механизмом на линии подачи теплоносителя в генератор, вычислительный блок, датчик расхода флегмы на линии сброса и И блоков перемножения двух ситналов, йри этом вход вычислительного блока соединен с 6 датчиками расхода газа, датчиком расхода флегмы и регулятором давления газа, а его выход связан с первым входом д блоков перемножения сигналов, ко второму входу ! которых подключен выход регулятора давления газа, а выход блоков перемножения щ

; сигналов подсоединен. ко второму входу соответствующих регуляторов расхода газа (21

Ланная система обеспечивает такое распределение текущего отбора газа между абсорберами, при котором достигается минимум влажности товарного газа, причем в зимний период времени ее применение оправдано, а в летний — приводит к неоправданным технологическим затратам. 20

Бель изобретения — экономия технологических затрат на сушку газа за счет поддержания оптимальной проиэводит пьности УКПГ.

Указанная цель достигается тем, что 25 система снабжена датчиком и регулятором влажности на выходе газа из абсорберов, датчиками расхода топливного газа и абсорбента, суммирующим блоком и регулятором производительности, при агом пер- Зо вый вход регулятора влажности соединен с датчиком влажности, а его выход — с вторым входом регулятора температуры, датчики расхода газа подключены к входу суммирующего блока, выход которого соединен с первым входом регулятора производительности и вычислительным блоком, другие входы которого связаны с датчиками расхода топливного газа, абсорбента и влажности газа, его выход подключен ко вторым входам регуляторов производительности и влажности газа, а выход регуляторов производительности - ко вторым входам регуляторов расхода газа.

На чертеже дана принципиальная схема автоматической системы управления УКПГ.

Система включает М УКПГ 1, подключенных выходными линиями 2 к промысловому газосборному коллектору 3, вычислительный блок 4., к первому входу которого подключен регулятор 5 давления газа, установленный на газосборном коллекторе

3. Каждая УКПГ содержит И параллель но работающих абсорберов 6, емкости 7 и 8 насыщенного регенерированного абсор- .. бента, теплообменник 9, регенератор 10, дефлегматор 11, сборник 12 фпегмы, довирующих устройств 13, котельную 14, é. 4 выходные линии 15 газа, линию 16 регенерированного абсорбента, линию 17 топливного газа, линию 18 сброса флегмы, линию 19 подачи абсорбента, входную линию 20 газа, а также И регуляторов 21 расхода газа, первый вход которых соединен с соответствующим датчиком 22 рас-! хода на линии 15 выхода газа, а выходс исполнительным механизмом 23 на линии

15, регулятор 24 влажности газа, первый вход которого соединен с датчиком 25 влажности газана выходной линии 2, а вьь

xoa — со вторым входом регулятора 26 температуры, к первому входу которого подключен датчик 27 температуры на линии 16 регенерированного абсорбента, при этом выход регулятора 26 соединен с исполнительным механизмом 28 на линии 29 подачи теплоносителя в регенератор

10, датчик 30 расхода фпегмы на линии

18, регулятор 31 уровня на емкости 8 регенерированного абсорбента.

Система содержит также на каждой

УХДГ- датчики 32 расхода топливного га.за, датчик 22 расхода абсарбента, суммирующий блок 34 и регулятор 35 производительности, при этом датчики 22 расхода газа подключены ко входу суммиру ющего блока 34, а его выход — к первому входу регулятора 35 производительности и к вычислительному блоку 4, на вход которого подключены также датчики 32 и

33 расхода соответственно топливного газа и абсорбента, датчик 25 влажности газа, причем выход вычислительного блока 4 подключен ко вторым входам регуляторов

35 и 24 соответственно производительности и влажности газа, а выход регуляторов 35 производительности» ко вторым входам регуляторов 21 расхода газа.

Система работает следующим образом.

Влажный . грэ по входным линиям

20 поступает на УКПГ 1. На одном месторождении параллельно работают от 2 до

10 и более УКПГ. На УКПГ осуществляется осушка газа с целью обеспечения бесперебойности дальнейшего транспорта.

Осущенный .газ со всех УКПГ 1 по выходным пиниям поступает в промысловый газосборный коллектор 3 и далее .в магистральный газопровод и нотребитепю (йе показаны).

На «аждой УКПГ 1 газ поступает в параллельно работающие абсорберы 6, орошаемые при помощи дозирующих устройств

13 (например, насосов) регенерированным абсорбентом (например, диэтивенгликолем).

8501S2

В абсорберах 6 пары влаги, содержащиеся в газе, поглощаются абсорбентом. Осушейный газ по выходным линиям 15 и 2 пос тупает в газосборный коллектор 3, а насыщенный влагой абсорбент из абсорберов 5

6 поступает в емкость 7 и далее через теплообменник 9 в регенератор 10. В него же по линии 29 подается теплоноситель (например,rap )> вырабатываемый в котельной 14 в результате сжигания топливного 10 газа, подаваемого по линии 17. В некоторых случаях топливный газ подается и сжигается непосредственно в испарителе регенератора 10.

В результате подогрева из насышенноf5 го абсорбента извлекается легколетучий компонент — вода, которая в виде пара поступает в дефнег 11, а регенерированный абсорбент по линии 16 подается в теплообменник 9 и далее через емкость го

8 дозирующими устройствами 13 в абсорберы 6. Таким образом цикл подачи абсорбеыта замыкается.

Ф

В дефлегматоре 11 за счет охлажде25 ния происходит конденсация паров воды во флегму, которая поступает, в емкость

12 и далее одна ее часть насосом (не показан) подается в регенератор 10, а вторая - по линии 18 сброса - в промканализацию. В емкости 12, дефлегматоре.

1 1 и регенераторе 10 вакуум-насосом (не показан) создается вакуум, Заданный технологический режим процесса регенерации поддерживается автоматическими регуляторами вакуума и тем— пературы верха регенератора (не показаны), а также регулятором 26 температуры.регенерированного абсорбента. Задание регулятору 26 устанавливает регулятор

24 влажность газа. Последний работает так: при отклонении текущей влажности осушенного газа (измеряемой датчиком

25), or заданного оптимального значения, устанавливаемого вычислительным блоком

4, регулятор 24 изменяет в соответствующем направлении задание регулятору 26 температуры. Зтот регулятор, воздействуя на исполнительный механизм 28, изменяет подачу теплоносителя в регенератор 10 до

rex пор, пока текущая температура регеыеративного абсорбента, измеряемая датчиком 27, не станет равной заданной. Поскольку эта температура однозначно определяет компенсацию регенерированного аб55 сорбента, то фактически регулятор 24 управляет этой концентрацией. В результате изменения концентрации регенерированного абсорбента, поступающего в абсорберы 6 отклонение влажности осушенного газа от заданного оптимального значения уменьшается и со временем приходит к нулю.

Таким образом, регуляторы 24 и 26 соответственно влажнести и температуры, обеспечивают поддержание заданной вычислительным блоком оптимальной влажности газа на выходе УКПГ 1.

Производительность каждой УКПГ 1 поддерживается на заданном оптимальном значении системой каскадного регулирования, построенной на базе регуляторов 35 и 21,производительности и расхода газа.

Регулятор 35 производительности УКПГ воспринимает отклонение текущей производительности УКПГ, измеренной датчиками расхода и суммирующим блоком 34, or заданной, устанавливаемой вычислительным блоком 4, и изменяет заданиерегуляторам

21 расхода газа до тех пор, пока последние, воздействуя на исполнительные механизмы 23, не установят суммарную производительность УКПГ, равную оптимальной заданной, Текущее значение расхода газа через каждый абсорбер 6 измеряется датчиком

22 расхода и вводится в регулятор 21.

Таким образом, регуляторы 35 и 21 обеспечивают по)щержание оптимальной производительности УКПГ.

Оптимальные заданные значения влажности и производительности каждой УКПГ определяет вычислительный блок 4 следующим образом.

Известно, что основными технологическими затратами на УКПГ являются расход абсорбента и топливного газа. Гопливный газ расходуется на регенерацию насыщенного абсорбента (ыа испарение иэ него поглощенной воды), а затраты абсорбента обусловлены его потерями при абсорбции и регенерации. При этом техно- логические затраты тем больше, чем больше количество воды, извлекаемой из газа.

В силу того, что влажность газа на входе в различные УКПГ различна, а также различны характеристики самих УКПГ, удельные технологические затраты на них отличаются друг or друга. Поэтому суммарные технологические затраты зависят от того, как текущий отбор газа распределен между УКПГ и какова степень осушки газа на каждой из них. Значения производительностей УКПГ и влажностей осушенного газа, обеспечивающие минимум суммарных технологических затрат, называют оп.тимальными. Зля их определения вычисли7 850182 8 тельный блок 4 решает задачу, которая личении степени осушки газа. Поэтому, в формулируется так: в области допустимых первом приближении зависимость удельных нагрузок УКПГ затрат от количества извлекаемой воды имеет вид

1 . 1 1 и возможных влажностей осушенного газа (2)

50 где Х», У - производительность УКПГ и влажность осушенною о газа.

Удельные затраты на УКПГ возрастают . с увеличением количества извлекаемой воды, что обусловлено необходимостью интенсификации регенерации абсорбенга при увенайти такие Х = Х11 и )1 =У при которых суммарные технологические затраты минимальны, т.е.

Ъ М1И Yi - (М $ ) . ()»5

1=-1

Х6Х 69 и выполняются условия — суммарный отбор и влажность товарного газа равны заданным значениям, т.е.

И

1 Х0 (4)

1=1 и O ."" )(1У1=У (5) 25

1 1 где Х Х .» - минимально и максималь11 но допустимые производительности УКПГ (опреде-, ляются геолого-технологи-,, ческой службой. газодобыва. ющего предприятия); — минимально допустимая

»

О1 влажность газа на УКПГ и влажность сырого газа;

)(у 0 — оптимальные производитео льности и влажность газа на выходе УКПГ (искомые величины);

)(Π— теку»иий (заданный) о 6ор,.о газа (производительность пр омысла ); — заданная влажность товар ного газа;

31 Х1 V;) функция затрат; — »»oMep УКПГ.

Определяют функции затрат.

Количество воды, извлекаемой на УКПГ в единицу, времени, равно

С)„=Х„(ЧО„-V„), (Ь) Ъ1 (>q 31)/ ф1 Ч +Ц ° С (7)

4.» т, 0 1 - коэффициент пропорциона- льности, определяемый в процессе нормального функционирования УКПГ по алгоритмам адаптивной идентификации.

Подставив (6) в (7) получают (У ) =)(. (Ч„„.У -O O-3-)++a aу . Х.— й1ЧО1 Х1Ч, ++g1Ч„Х (8) Выражение (8) — математическая модель УКПГ. В силу ее нелинейности, а также нелинейности ограничения (5),.оптимизационная задача (1)-(5) относится к классу задач нелинейного программирования. Методы решения таких задач известны.

Qns решения задачи (1) — (5) необходимо знать коэффициенты O11 g и

11» влажность сырого газа УО1 . Коэффициенты Д1 j 1 g„ зависят ог многих факто» ров и в процессе эксплуатации УКПГ могут изменяться (дрейфовать), поэтому в предлагаемой системе они периодически уточняются по измеренным значениям расхода топливного газа, абсорбента и количеству извлеченной воды (расходу флегмы сбрасываемой в промквнализацию).

Йля измерения этих параметров в систему включены датчики 32 и 33 соответственно расхода топливного газа и абсорбента, которые также как и датчик:; 30 расхода флегмы, подключены к вычислительному блоку 4.

Расход (потер и) абсорбента можно определять также по изменению уровня жидкости в емкости З. Ввиду того, чж в абсорберах 6, регенераторе 10 и емкости 7 поддерживается постоянный уровень жидкости (при помощи автоматических регуляторов уровня (не показаны) изменение уровня в емкости 8,характеризует потери абсорбенга в замкнутой системе абсорберы-регенератор.

Измеряют изменение уровня жидкости в емкости S за определенный ийтервал времени и по нему определяют потери абсорбента. Эти потери воспбпняют подачей

9 880182 свежего абсорбента в емкость 8. В этом случае регулятор 31 уровня кз системы исключается, а в качестве датчика расхода абсорбента используется датчик уровня в емкости 8.

С целью уменьшения погрешностей определения коэффкцкентовД„„, et 4 вычислительный блок 4 определяет среднее значение расходов топливного газа, абсорбента к флегмы на интервале времени Т (на- 10 пример, Т4-8 ч)по формулам

T тг1 т тГ1 ® > .(то

%ц,= T Jq (<)dt, (1o) л то

,. = — gy(+ddt, (i1)

"" „ „И), у И), q,И) расходы соответственно топлквного газа, абсорбента к фпегмы, измеренные датчк- 20 камк 32,33 к 30;

Ф

$- время.

Затем по формуле с

10 (13) (14) 40

4 где I1, 1l „- цена топливного газа к абсорбента, вычислительный блок определяет удельные технологкческке затраты по каж- 3О дой УКПГ к по кэвестным алгоритмам адаптквной идентификации вычисляет коэффкциенты 0 <, g >< математической моделя (8). В данном случае алгоритмы кмеют вкд 35

0 ° — измеренный на К-ом tuaf e

У1К расход флегмы на (-й УКПГ;.

- вычисленные на К-ом шаге

У1К удельные технологические затраты на 1 -ой УКПГ; б „ - дисперсия удельных затрат (определяется по данным эксплуатации).

Первоначальные значения коэффициент тов выбирают пр кблкженнымк. Затем по измеренным значениям расхода фпегмы иа каждой УКПГ и вычисленным по (12) удельным технологическим затратам вычкслктельный блок 4 на каждом К-ом шаге вычисляет по алгоритмам (13) к (14) коэффициенты + 4 Ogi

Влажность О4 сырого газа можно было бы измерять впагомером. Однако нередки случаи, когда вместе с парообраэной влагой в потоке газа содержится капельная жидкость. Ее количество не учитывается впагомером. Вместе с тем капельная жидкость попадает в абсорбер 6 к разбавляет абсорбент. На регенерацию этой жидкости расходуется топлквный гаэ.

Поэтому необходимо определять полную влажность сырого газа. В предлагаемой системе эту функцию также выполняет вычкслктельный блок 4. Зля этого на его вход подключены датчики 30 к .25 расхода флегмы к влажности осушенного газа, а также суммирующий блок 34. Из равснства (6) следует, что

Щ (1 Х, 3е) . (1 5)

Это выражение положено в основу вычисления уо4 по измеренным значениям

С „(датчика 30 расхода .флегмы), (датчика 25 влажности газа к )(. )(сум1 мкруюшего блока ЗЗ).

Зля решения задачи (1)-(5) должны быть известны также заданная влажность товарного газа р к текущий. отбор газа с промысла Х о. Значение Ур устанавлквается стандартом на качество подготовки газа, оно известно. Текущкй отбор .газа — величина переменная, изменение которой оценивают по отклонению давле ния в коллекторе 3 от заданного значения.

Прк уменьшении давления необходимо увеличкть подачу газа, прк увелкченки-уменьшить. Эту функцию в системе выполняет регулятор 5 давления. Выходной сигнал регулятора 5 пропорционален требуемому расходу газа, r.е. он характеризует заданное значение производительности ИО промысла. Регулятор 5 давпенкя таким обра- зом реагирует на изменение гаэопотреблення к устанавлквает вычислительному бло- ку 4 задание Хо на поддержание требуемой суммарной производительности УКПГ.

Вычкслктельиый блок 4 решает задачу (1)-(5) к устанавлквает оптнмальные задания регуляторам 35 к 24 прокзводктельности к влажностк, поддерживают этк эначенкя. В результате такого распределения производительности промысла к степени осушки газа между УКПГ достигается минкмум технологических затрат (3} на суш-ку газа к удовлетвцзаются все огранкченкя.

11 850182 аким образом, включение в состав .

1 системы датчиков 33 и 32 расхода абсор бенга и теплоносителя, а также суммиру- э кйцего блека 34 и регулятора 35 производительности и их подключение к вычислительному блоку 4 позволяет уменьшить технологические затраты на осушку газа.

Предлагаемая система обеспечивает такое распределение текущей производительности промысла и заданной степени >0 осушки газа между УКПГ, при котором достигается минимум технологических затраг на подготовку газа.

Экономический эффект or использования данной системы может быть получен га- и зодобывающим предприятием за счет уменьшения затрат топливного газа и абсорбента ориентировочно на 2-4%.

12 линиях выхода газа из абсорберов, î r— л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью кономии технологических затрат на осушку газа за счет поддержания оптимальной производительности установки, она снабжеа датчиком и регулятором влажности на выходе газа из абсорберов, датчиками расхода топливного газа и абсорбента, суммирующим блоком и регулятором производительности, при этом первый вход регулягора влажности соединен с датчиком влажности, а его выход — с вторым входом регулятора температуры, датчики pacxolla газа подключены к входу суммирующего блока, выход которого соединен с первым входом регулятора производительности и вычислительным блоком, другие входы которого связаны с датчиками расхода топливного газа, абсорбента и влажности газа, его выход подключен ко вторым входам регуляторов производительности и влажности газа, а выход регуляторов производительности ко вторым входам,регуляторов расхода газа.

25

1. Истомин... В. И. Исследование процесса регулирования осушки газа. Канд. дис., И., с. 102-109.

ЗО . Авторское свидетельство СССР по заявке No. 2667217/26, кл. В 01 D

53/14, 30.03.79.

Формула изобретения

Система автоматического управления установкой комплексной подготовки газа, содержащая регулятор давления газа на газосборном коллекторе и датчик расхо« да флегмы на линии сброса, соединенные. с одними из входов вычислительного блока, датчик температуры, соединенный с первым входом регулятора температуры регенерированного абсарбента, связанного с исполнительным механизмом на линии подачи теплоносителя в регенерагар, датчики расхода, соединенные с первыми входами регуляторов pacxolla газа, связанных с исполнительными механизмами на

Источники информации, принятые во внимание Ьри экспертизе