Система автоматического управления абсорбционной установкой подготовки газа

Система автоматического управления абсорбционной установкой подготовки газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е < >753450

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 27.09.78 (21) 2667217/23-26 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл,з

В 01 D 53/26

G 05 D 27/00

Гааудерстеелный комитет

СССР

Опубликовано 07.08.80. Бюллетень №29

Дата опубликования описания 15.08.80 (53) 66.012-52 (088.8) по делам иэабретений к открытей (72) А втор изобретения

Б. Ф. Тараненко

Специальное проектно-конструкторское бюро

«Промавтоматика» (71) Заявитель (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

АБСОРБЦИОННОй УСТАНОВКОЛ ПОДГОТОВКИ ГАЗА

Изобретение относится к устройствам для автоматического управления и регулирования технологических процессов и может быть использовано в газодобывающей промышленности на газовых месторождениях, оборудованных абсорбционными установками комплексной подготовки газа к транспорту.

Известна система автоматического управления абсорбционной установкой подготовки газа, состоящая из датчиков расхода газа и абсорбента, подключенных к регулятору соотношения, выход которого соединен с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи абсорбента в абсорбер, регулятора влажности газа, датчик которого установлен на выходе газа из абсорбера, и регулятора температуры регенерированного абсорбента, к первому и второму входам которого подключены, соответственно, датчик температуры и регулятор влажности газа, а выход соединен с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи теплоносителя в регенератор (1).

Газопромысловые установки комплексной подготовки газа (УКПГ) содержат, как правило, не один, а несколько параллельно работающих абсорберов, насыщенный абсор2 бент после которых поступает на один регенератор. Для таких УКПГ описанная система применима только тогда, когда регулятор влажности установлен на общем (суммарном) потоке осушенного газа. Праллельно работающие абсорберы в данном случае рассматриваются как один абсорбер большой производительности. Ввиду неизбежных отличий гидравлических сопротивлений параллельно работающих абсорберов распределение общей производительности УКПГ

1о между ними оказывается случайным. Это приводит к тому, что функциональные возможности УКПГ, в смысле повышения качества подготовки газа, уменьшаются, так как одни абсорберы оказываются перегруженными, а другие — недогруженными, и регулятор влажности, воздействуя на ре-. гулятор температуры регенерированного абсорбента, выводит температуру последнего на максимально допустимое значение, однако влажность осушенного газа не дости2о гает заданной величины, т.е. функциональная надежность системы оказывается низкой.

К качеству подготовки газа предъявляют высокие требования. Особое значение повы753450 шение качества подготовки газа имеет для газовых промыслов, расположенных в северных районах в зимний период времени.

Чем меньше влажности газа, тем выше надежность газоснабжения и меньше затраты на транспорт газа. Поэтому в зимний период времени на газовых месторождениях Севера стремятся извлечь из газа максимальное количество влаги. Описанная система в силу отмеченного недостатка не выполняет этого требования.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является система автоматического управления абсорбционной установкой подготовки газа, содержащей (по числу абсорберов) и-регуляторов расхода газа, к первому входу каждого из которых подключен датчик расхода газа, установленный на линии осушенного газа, а выход регулятора соединен с исполнительным механизмом, установленным на той же линии, регулятор давления газа, установленный на газосборном коллекторе, выход которого подключен ко второму входу каждого регулятора расхода газа, и-дозирующих устройств, установленных на линиях подачи абсорбента в абсорбер, регулятор температуры регенерированного абсорбента, вход которого соединен с датчиком температуры, установленным на линии выхода регенерированного абсорбента из регенератора, а выход — с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи теплоносителя в регенератор, регулятор вакуума, вход которого соединен с датчиком вакуума, установленным на линии паров, а выход — с исполнительным механизмом, установленным на выкидной линии вакуум-насоса, регулятор температуры верха регенератора, вход которого соединен с датчиком температуры, установленным на линии паров, а выход— с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи флегмы в регенератор (2).

Данная система обеспечивает наилучшую степень осушки газа (наименьшую влажность) при равномерном распределении производительности УКПГ между параллельно работающими абсорберами.

Однако в силу неизбежных отличий характеристик параллельно работающих абсорберов, равномерное распределение нагрузки не обеспечивает достижение минимально возможной влажности газа.

Целью изобретения является улучшение степени осушки за счет повышения точности поддержания минимально возможной влажности газа.

Эта цель достигается тем, что система содержит вычислительный блок, датчик расхода флегмы, установленный на линии сброса, и блок перемножения двух сигналов, при этом вход вычислительного блока соединен с п-датчиками расхода газа, датчиком расхода флегмы и регулятором давления, а выход — с первым входом и-блоков перемножения сигналов, ко второму входу которых подключен выход регулятора давления, а выход которых связан со вторым входом соответствующего регулятора расхода газа.

На чертеже дана принципиальная схема системы автоматического управления абсорбционной установкой подготовки газа.

Система включает абсорбционную установку подготовки газа, содержащую входной коллектор 1, параллельно работающие

1с абсорберы 2, линии 3 выхода газа, газосборный коллектор 4, холодильники 5, емкости насыщенного 6 и регенерированного 7 абсорбента, теплообменник 8, регенератора 9, линию 10 выхода регенерированного абсорбента, линию 11 паров, дефлегматор !2, емкость 13 флегмы, вакуум-насос 14, насос 15 флегмы, линию 16 сброса флегмы, линию !7 подачи теплоносителя, выкидную линию 18 вакуум-насоса 18, линию 19 подачи флегмы, а также и-регуляторов 20 расхода газа, перщ вый вход которых соединен с соответствующим датчиком 2! расхода газа, установленным на линии 3 выхода газа из абсорбера

2, а выход с исполнительным механизмом

22, регулятор 23 давления газа, установленный на газосборном коллекторе 4, п-устИ роиств 24 дозирования абсорбента, регулятор 25 температуры регенерированного абсорбента, вход которого соединен с датчиком

26 температуры, установленным на линии 10 выхода регенерированного абсорбента из рез генератора 9, а выход — с исполнительным механизмом 27, установленным на линии !7 подачи теплоносителя в регенератор 9, регулятор 28 вакуума, вход которого соединен с датчиком 29 вакуума, установленным на линии 11 паров, а выход — с исполнительз ным механизмом 30, установленным на выкидной линии 18 вакуум-насоса 14, регулятор 31 температуры верха регенератора 9, выход которого соединен с датчиком 32 температуры, установленным на линии 11 па4 ров, а выход — с исполнительным механизмом 33, установленным на линии 19 подачи флегмы в регенератор 9.

Устройство содержит также вычислительный блок 34, датчик 35 расхода флегмы, установленный на линии 16 сброса флегмы

4 и блок 36 перемножения двух сигналов, при этом к входу вычислительного блока 34 подсоединены и-датчиков 21 расхода газа, датчик 35 расхода флегмы и выход регулятора 23 давления газа, причем выход вычисли тельного блока 34 связан с первым входом и-блоков 36 перемножения сигналов, ко второму входу которых подключен выход регулятора давления газа 23, а выход блоков перемножения сигналов 36 подсоединен ко второму входу соответствующего регулятора

ss расхода газа 20.

Система работает следующим образом.

Влажный газ из входного коллектора поступает в параллельно работающие аб753450 сорберы 2, орошаемые регенерирован!1ь!.,! абсорбентом (например, диэтилен гл и Ko.! Ом ), подаваемым в абсорберы 2 дозируюшими устройствами 24 (например, дозирующими насосами) через холодильники 5. В абсорберах пары влаги, содержащиеся в газе, поглощаются абсорбентом. Осушенный газ по линиям 3 поступает в газосборный коллектор 4 и далее подается потребителю.

Насыщенный влагой абсорбент из абсорберов 2 поступает в емкость 6 и далее через теплообменник 8 в регенератор 9. В (В последний по линии 17 подается также теп— лоноситель (напри<мер, пар) . В результате подогрева из насыгценного абсорбента извлекается легколетучий компонент — вода, которая в виде пара по линии 11 поступает в дефлегматор 12, а регенерированный абсорбент по линии 10 подается в теплообменник 8 и далее через емкость 7, дозируюшие устройства 24 и холодильники 5 в абсорберы

2. Таким образом, цикл подачи абсорбента замыкается. 2Q

В дефлегматоре 12 происходит конденсация паров воды во флегму, которая поступает в емкость 13 и далее насосом 15 одна ее часть подается по линии 19 в регенератор 9, а вторая по линии сброса 16—

25 в промканализацию.

При помощи вакуумнасоса 14 в емкости 13, дефлег<маторе 12 и регенератор 9 создается вакуум.

Заданный технологический режим процесса регенерации абсорбента поддерживает- и ся автоматическими регуляторами 28, 31, 25 вакуума, температуры «верха» и температуры регенерированного абсорбента. При этом с целью обеспечения наилучшей степени осушки газа заданную температуру регенерированного абсорбента устанавливают на максимально допустимом значении, принцип работы всех регуляторов одинаков.

Если текущие значения вакуума, температуры «верха» или температуры регенериро!

В ванного абсорбента, измеряемые, соответственно, датчиками 29, 32, 26, отклоняются от заданных значений, соответствующие регуляторы воздействуют на исполнительные механизмы 30, 33 и 27 до тех пор, пока отклонение не станет равным нулю. 45

Производительность дозируюших устройств 24 (например, дозирующих насосов или регуляторов расхода) установлена на максимальных значениях.

Благодаря этому достигается наилучшая степень осушки газа в каждом абсорбере.

Дальнейшее повышение степени осушки выходного потока товарного газа обеспечивается оптимальным распределением заданной производительности УКПГ между параллельно работаю1цими абсорберами. Под оптимальным понимается такое распределение, при котором достигается минимальное влагосодержание общего выходного потока газа и выдержива;отся ограничения, цалага(мые HB p3c o 1 газа через каждый абсор:)(ð.

Заданная производительность, > К1!Г о!ределястся Вели .иной н«1,oдного с.!гнала регулятора давле:::)я 23. Если reK(HLBH производите1ьность УКПГ равна TCKxIJLeму QTбору газа из газосборного коллектора 4, давление газа в не, не изменяется. Выходной с.:.гнал -. - ",. тора да лсния 23 при этом

Остает(Я (. ...,.: ыч. Есл: бы предлагаемая система не солсржала блоког перечножения 36 и сигнал от рег;.!я!< ра давления

23 поступал 0b! на второй вход Вссх эсг) l. :торов расхода 20 непосредственно, то поледние поддержи<зали бы одинаковьш расход газа через каждый абсорбер, но в сумме равный величине отбора газа. В этo(! случае распределение бы10 бы 1)3BHO»epHI i xi, но не лучшим в смысле достижения м1!Вимальной влажности газа.

Блоки перемно.ксHHR 36 предназначены для умножения в! !ходногo сигнала pt I xriÿтора давления 23 на такие коэф(!)иц!!Сит!,1, K0TOPblP ПОЗВОЛЯ!ОТ П0,1(Ч!1ТЬ Н3 В1!ХОДС О,!Оков псречножения сип1алы, пропорциональHhle оптимальным p3cxo)L3x! газа через соответствую!ций абсорбер. Сигналы, !!ропорц:!опальные упомянутым коэффициентам (назовем их оптимальными коэффициентами), формируются вычислительныч блоком 34 !io алгоритму. приведенному ниже. Таким ог р 130;l, на второй Вхо,1 регуляторов расх< да га«3

?О поступают c:1! H3лы, про 0 Hшч ал1,1!Bl( оптимальным заданным з:13чен: я, расхода г333. TeK(ц1ие зна !е!!ия ра< О ". r33;1 че рез абсорберы измеряются д;!т;:„! н пасxo)3 газа 21. Сигналы эт!1х латч

При измене!гии отбора газа из газосборного К0,1.1(.K"rop3 4 ДЗВ IPHII<." в неч ОТк, IÎHHется от заданного значения. Регулятор дав<1ен!1я 23 через блоки псрсчножения 36 !!зменяет задание регулятор xI расхода 20 10

Тех пор, пока последние не коч!! Ilcliph Ior

У возникший разбаланс соотвстствую!цим изменением р3сх0,13 I;1«3 через абсорс)еры.

Рассмотрим алгоритм Определснпя оптимальных коэффициентов.

Известно,что в об.-<асти допустимых техноЛОги ЧВCKliX pe)KH XI OB 31131!(11 мОС I ь B.I(I)Kности газа на вых(де l-го абсорб(.ра От расхода газа, выражается уравнением

Ю-„= <„+ ар; !1) где Х„. — расход газа через абсороер; а 1;, а „. — — коэффицие!!ты, зависящие оТ м ногlix параметров процесса абсорбции.

Ум нож ив 4 ; Н3 P3cxo;L I аза Ilo 1 1 Hii » ко, lllчестВО Воды, котО()ое Вынос

И

$$

7 бера в газосборный коллектор в единицу времени вместе с осушенным газом. Оно равно у ii, — Xi (а hi+ аа Xi) (2)

Просуммировав у „по числу абсорберов, получим общий расход воды, вносимой в газосборный коллектор

S и уа = л; Qadi =,Х Х;- (a

Обозначим влажность. газа, поступающего на сушку через Юн. Тогда количество влаги, которое поступает на сушку в единицу времени, будет ($ = н„ Хо = нД Хь (4) где Хо = Х Х„вЂ” пройзводительность УКПГ.

Вычтя у из у$ получим количество воды в единицу времени, поглощаемой на УКПГ во всех параллельно работающих абсорберах.

1$

Оно равно

y = уз — yz = „Х Х; (а1„— аа; Х„) (5) где А ii = %н — а -„

Очевидно, что влажность осушенного газа будет тем меньше, чем больше количество воды будет извлечено из него. Из выра- 20 жения (5) следует, что количество извлекаемой из газа воды зависит от того, как суммарный „отбор газа .Kt Xi = Хо (6) расйределен между абсорберами. Отсюда вытекает задача оптимального распределения заданного отбора газа между абсорберами. Она формулируется следующим образом: в области налагаемых на производительность каждого абсорбера ограничений

Х1„- = XL Х; () 30 где Х(,, Х „— минимально и максимально допустимые расходы, найти такие значения

Х, расходов газа, чтобы количество абсорбированной влаги было максимальным у = макс.Х Х„(а «а $;Х„) (8) и чтобы выполнялось условие материального баланса (6).

В виду нели н ей ности целевой функции (8) задача (6) — (8) относится к классу задач нелинейного программирования. Для ее решения должны быть известны значения сум- ip марного отбора газа Хо, ограничений Х„, Х„и коэффициентов а1;, а ;.

Значения ограничений Х и Х, как правило, всегда известны. Они определены технологическим регламентом УКПГ. Значение

Х в предлагаемой системе определяется но величине выходного сигнала регулятора давления. Коэффициенты а ц, а q< определяют экспериментально или в процессе нормальной эксплуатации УКПГ. Значения этих коэффициентов зависят от многих факторов и процессе эксплуатации УКПГ могут изменяться («дрейфофать»), поэтому в предложенной системе они непрерывно уточняются. Для этого в систему включены датчик расхода флегмы 35 и вычислительный блок

34. Расчет коэффициентов осуществляется по измеренным значениям расхода флегмы и расходов газа через каждый абсорбер. Расход флегмы — это количество воды в единицу времени, поглощаемой на УКПГ, т, е. эта та величина, которую необходимо максимизировать в соответствии с задачей (6)— (8). Для расчета коэффициентов а ;, à а.„ используют известные алгоритмы адаптивной идентификации. В данном случае коэффициенты определяют по формулам а1ьк О14И) 5 п Л 4 Ъ (Y)Я ы+х„ „) „...;(,-,). ЬМ (а P). (х „ +хД) l-=t Ц =Z Х «(p sL(K,)-о„<„.,> x«)-p

Х к — измеренный на к-ом шаге расход газа через i-ый абсорбер;

Ук — измеренный на к-ом шаге расход флегмы; о — дисперсия расхода флегмы (определяется по данным эксплуатации) .

Первоначальные значения коэффициентов выбирают приближенными. Затем по измеренным значениям расходов газа через каждый абсорбер и по измеренному расходу флегмы вычислительный блок 34 на каждом шаге измерений осуществляет расчет коэффициента а 1„, а „.

При известных значениях Хо, Х „, Х;,, а „, а $,„вычислительный блок решает задачу (6) — (8) . Результатом решения этой задачи являются оптимальные расходы газа через каждый абсорбер Х, . По вычисленному значению Х вычислительный блок определяет оптимальные коэффициенты

ei = Х /Хо, на которые необходимо умножить текущий отбор газа Хо, чтобы получить оптимальные значения заданного расхода газа через каждый абсорбер. Выходные сигналы вычислительного блока, пропорциональные этим коэффициентам, подаются на первые входы блоков перемножения 36. Последние, перемножая сигнал от регулятора давления 23 (пропорциональный X о) на сигнал от вычислительного блока, выдают оптимальный сигнал-задание регуляторам 20 расхода газа, которые поддерживают. оптимальные расходы газа через каждый абсорбер.

Процесс вычислений осуществляется с наперед заданной периодичностью. Поэтому при изменении отбора газа или коэффициентов целевой функции (8) вычислительный блок 34 через блоки перемножения 36 корректирует распределение отбора газа между абсорберами 2 в сторону максимального извлечения влаги из газа. Благодаря этому повышается точность поддержания минимально возможной влажности осушенного газа.

753450

Технико-экономическое преимущество предложенной системы состоит в том, что она обеспечивает наилучшее качество подготовки газа в пределах допустимых режи мов УКПГ. Благодаря этому повышается на должность работы магистральных газопроводов (особенно в зимний период времени) я уменьшаются затраты на его эксплуатацию.

3кономический эффект от использования данной системы может быть получен газодобывающим и газотранспортным предприя тиями. На газодобывающем предприятии ос. новным источником эффективности является повышение объема добычи газа ориентировочно на 1О/О в связи с увеличением пропускной способности магистрального газопро 1 вода, достигаемой за счет улучшения качества подготовки газа.

На газотранспортном предприятии основным источником эффективности является снижение затрат энергии на компримиро.вание газа и расхода ингибитора гидратообразования на предотвращение гидратообразования и разрушение образовавшихся в газопроводах кристаллогидратов.

Снижение энергозатрат на компримирование достигается благодаря уменьшению гидравлического сопротивления газопровода при улучшении качества подготовки газа. По этой же причине уменьшаются затраты на ингибитор гидратообразования. Ориен. тировочно экономия обоих видов затрат может составить от.1 до 5 /о.

Формула изобретения

Система автоматического управления абсорбционной установкой подготовки газа, 35 содержащая по числу абсорберов п-регуляторов расхода газа, первый вход которых— соединен с соответствующим датчиком расхо. да газа, установленным на линии выхода га

:за из абсорбера, а выход — с исполнитель 4р ным механизмом, установленным на той же линии, регулятор давления газа, установленный на газосборном коллекторе, и-устройств позирования абсорбента, регулятор температуры регенерированного абсорбента, вход которого соединен с датчиком температуры, установленным на линии выхода регенери: рованного абсорбента из регенератора, а выход — с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи теплоносителя в регенератс1р, регулятор вакуума, вход которого соединен с датчиком вакуума, установленным на линии паров, а выход — с исполнительным механизмом, установленным на выходной линии вакуум-насоса, регулятор температуры верха регенератора, вход которого соединен с датчиком температуры, установленным на линии паров, а выход — с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи флегмы в регенератор, отличающаяся тем, что, с целью улучшения степени осушки газа за счет повышения точности поддержания минимально возможной влажности газа, она снабжена вычислительным блоком, датчиком расхода, установленным на линии сброса флегмы, и и-блоками перемножения двух сигналов, при этом вход вычислительного блока соединен с и-датчиками расхода газа, датчиком расхода флегмы и регулятором давления газа, а его выход связан с первым входом п-блоков перемножения сигналов, ко второму входу которых подключен выход регулятора давления газа, а выход блоков перемножения сигналов подсоединен ко второму входу соответствующих регуляторов расхода газа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе !. Истомин В. И. Исследование процесса регулирования сушки природного газа. ДисСертация, М., с; 108 — !09.

2. Тараненко Б. Ф. и др. Автоматичес кое управление газопромысловыми объек тами. M., «Недра>, 1976,,с..133, 135.

753450

Редактор Л. Курасова

Заказ 4795/4

Составитель Т. Чулкова

Техред К. Шуфрнч Корректор О. Ковинская

Тираж 809 floa««csoe

БНИИПИ Государственного «омнтета СССР по делам изобретений и открмтнй

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская иаб., a. 4/5

Филиал ППП «Патентэ, г. Ужгород, ул. Проектная, 4