Автоматическая система управленияустановками низкотемпературнойсепарации газа

Сова Советских Социалистических Респубпик(45) Дата опубликования описания 07.01.(54) АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКАМИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗАИзобретение относится к устройствам для автоматического управления и регулирования технологических процессов и может быть использовано в газодобывающей промышленности на газоконденсатных месторождениях, обустроенных установками низкотемпературной сепарации (НТС) газа.Известна система для автоматического управления установками низкотемпературной сепарации газа, содержащая установки низкотемпературной сепарации газа, которые соединены через исполнительные механизмы и трубопроводы со скважинами и подключены к газосборному коллектору, на котором установлен регулятор давления, регулятор расхода газа, выход которого связан с исполнительным механизмом, а один из входов - с датчиком расхода газа, амплитудные ограничители, выходы которых соединены со вторыми входами соответствующих регуляторов расхода, а входы - с регулятором давления 11.При изменении отбора газа с промысла, давление в газосборном коллекторе отклоняется от заданнога значения. Регулятор давления воспринимает это отклонение и через амплитудный ограничитель изменяет задание соответствующему регулятору расхода, Регуляторы расхода воздействуют на соответствующие исполнительные механизмы до тех пор, пока производительность соответствующей установки НТС не станет р авной з ада иному значению.Амплитудные ограничители предназначен ны для предотвращения перегрузок установок НТС. Они настроены таким образом, что сигнал проходит через них к регуляторам расхода без изменения только в том случае, когда величина этого сигнала не 10 превышает значения, соответствующегомаксимально допустимой производительности установки НТС. В другом случае на выходе соответствующего амплитудного ограничителя остается сигнал постоянного 15 значения, соответствующий максимальнодопустимой производительности установки НТС. Это значение и поддерживает автоматический регулятор расхода газа,Автоматическая система управления обе спечивает равномерное или заданное распределение отбора газа между установками НТС, а также защиту установок от перегрузок, но не позволяет оптимальным образом использовать пластовую энергию га за для извлечения из него углеводородногоконденсата, так как закон распределения суммарной производительности заранее предопределен настройкой.Наиболее близкой к изобретению по тех нической сущности является автоматиче5 10 15 0 25 30 3ская система управления, содержащая установки низкотемпературпой сепарации газа, которые соединены через исполнительные механизмы и трубопроводы со скважинами, и подключены через датчики расхода газа и конденсата к идентификаторам, регулятор расхода газа, выход которого связан с исполнительным механизмом, а один из входов - подключен к одному из выходов датчика расхода газа, при этом второй вход регулятора расхода газа подсоединен к выходам соответствующих амплитудных ограничителей. Кроме этого, система содержит датчик и регулятор удельного приращения расхода конденсата, причем датчик расхода конденсата подсоединен к первому входу идентификатора, ко второму входу которого подключен датчик расхода газа, связанный одновременно с первым входом датчика удельного приращения расхода конденсата, подсоединенного вторым входом к выходу идентификатора, при этом первый и второй входы регулятора удельного приращения расхода конденсата соединены соответственно с выходами регулятора давления газа и датчика удельного приращения расхода конденсата, а выход - со входом амплитудного ограничителя 2).Известная система обеспечивает оптимальное распределение суммарной производительности между установками Н 1 С.Однако, указанная система являегся сложной, а в связи с этим - значительная стоимость ее.Целью изобретения является упрощение системы.Цель достигается тем, что система снабжена нелинейным функциональным преооразователем, при этомнейного функционального преобразователя подключен к выходу идентификатора, второй вход - к выходу регулятора давления газа, а выход нелинейного функционального преобразователя подключен ко второму входу регулятора расхода газа. Принципиальная схема автомагической системы управления установками Н 1 С показана на чертеже.Система включает установки НТС 1, которые со стороны входа соединены труоопроводами 2 со скважинами 3, а трубопроводами 4 - с газосборным коллектором б, на котором установлен регулятор давления газа 6. На выходах из установок Н 1 С установлены датчики расхода газа 7, подключенные к первым входам соответствующих регуляторов расхода газа 8, связанных с исполнительными механизмами 9, установленными на входе в установки Н 1 С 1. На каждой установке Н 1 С 1 установлены также датчик расхода конденсата 10 и идентификатор 11, к первому и второму входам которого подсоединены соответственно,датчики 7 и 10 расхода газа и конденсата. 35 40 45 50 дд 60 65 4Автоматическая система также содержит установленный на каждой установке 11 ТС 1 нелинейный функциональный преобразователь 12, первый вход которого соединен с выходом идентификатора 11, второй - с регулятором давления б, а выход - со вторым входом регулятора расхода газа 8,Автоматическая система управления работает следующим образом.Давление газа в газосборном коллекторе 5 остается постоянным, если суммарный поток газа из установок НТС 1 равен отбору газа из этого коллектора, При изменении отбора газа давление в коллекторе 5 отклоняегся от заданного значения. Величину отклонения воспринимает регулятор давления газа б и преобразует ее в регулирующее воздействие Х, которое поступает на второй вход нелинейных функциональных преобразователей 12. На первый вход этих преобразователей поступает информация от идентификатора 11. Последние по измеренным значениям расхода газа и конденсата (датчики расхода 7 и 10) определяют коэффициенты В;, С 1 Э, математической модели -ой установки НТС. Нелинейные функциональные преобразователи, принимая значения л, ВС;, й; по формуле б, -; , - зй; Ф, - (.) д,=;Аопределяют оптимальную производительность с-ой установки 111 С. 11 ри этом, если су,)су то в качестве оптимальной принимается ф - ф и если дЧг, то ф Чг, где д и д;" - минимально и максимально допустимые производительности установок Н 1 С.Выходной сигнал нелинейных функциональных преобразователей 12, пропорциональный оптимальной производительности соответствующеи установки Н й., как задание, на вход регуляторов расхода газа 8. Последние сравнивают текущую производительность установки НТС, измеренную датчиком расхода газа 7, с заданной и воздействует на свои исполнительные механизмы 9 до тех пор, пока текущий расход газа не станет равным заданному, 11 ри этом отклонение давления в газосборном коллекторе уменьшается. Если величина отклонения давления не равна нулю, то регулятор давления газа б продолжает изменять регулирующее воздействие Х, в результате чего нелинейные функциональныепреобразователи 12 также изменяют по закону (1) задание регуляторам расхода газа 8.11 роцесс регулирования продолжается до тех пор, пока отклонение давления в газо- сборном коллекторе 5 (от заданного значения) не станет равным нулю, т, е. до тех пор, пока суммарная производительность установок НГС не сганет равной текущему отбору газа.Покажем, что реализация алгоритма управления (1) обеспечивает максимум добычи конденсата. Согласно описанию системы- прототипа суммарная добыча конденсата равна(А,+Вд+ СР,.+Ого,.).г=1Задача состоит в определении таких производительностей установок НТС д, из до пустимой области9; (г/г 4 Чг, (3)(2) при которых целевая функция (2) принимает максимальное значение и выполняется условие материального балансаЧг=б, (4)1=1где 6 - общий отбор газа из газосборногоколлектора.Целевая функция (2) выпукла. Поэтомузадача (2) - (4) может быть решена методом неопределенных множителей Лангрангка, согласно которому решение оптимально, еслидбг, дуга=Вг+2 Сгдг+ Зйгг 1 г=М - 1, и, (5)2дЧг дЧгт. е если производные от функции выхода 30конденсата по нагрузке каждой установкиНТС равны друг другу и равны неопределенному множителю Х, В предложенной системе также, как и в системе-прототипе,дуг,значение Х= формируется регулятодьром давления 6 до тех пор, пока не будетвыполнено условие (4). Поэтому в установившемся режиме значение Х известно. Коэффициенты В;, С;, .О; определяются идентификаторами 11 по измеренным значениям расхода газа и конденсата. При этомиспользуются алгоритмы, приведенные, например, в книге Растрыгин Л. А., Маджаров Н. Е. Введение в идентификацию объектов управления. Энергия, М 1977 г.Решая уравнение (5) относительно дгдлякаждой установки НТС получаем выражение (1). Таким образом, поддерживая производительность каждой установки НТС 50равной значению, определенному по (1),мы удовлетворяем условию (5) и, следовательно, максимизируем суммарную добычуконденсата. Если вычисленное по (1) значение г/г вышло за пределы (3), то в качестве оптимального принимаем соответствующее предельное значение производительности. Эту нелинейную операцию также вы 6полняет нелинейный функциональный преобразователь 121 ехнико-экономическое преимущество предложенной автоматической системы управления состоит в ее упрощении, достигнутом в результате исключения из системы амплитудного ограничителя, датчика и регулятора удельного приращения расхода конденсата, установленных в системе-прототипе на каждой установке НТС, Это позволяет уменьшить стоимость системы.Кроме того, исключение из системы управления промежуточных элементов, позволяет повысить качество процесса управления, уменьшить время регулирования, степень колебательности и т. д.Экономический эффект от использования предложенной системы может быть получен газодобывающим предприятием за счет уменьшения затрат на ее приобретение и эксплуатацию (ориентировочно на 5 "/о).Формула изобретенияАвтоматическая система управления установками низкотемпературной сепарации газа, включающая установки низкотемпера- турной сепарации, которые соединены через исполнительные механизмы и трубопроводы со скважинами и подключены через датчики расхода газа и конденсата к идентификаторам, регулятор расхода газа, выход которого связан с исполнительным механизмом, а один из входов - подключен к одному из выходов датчика расхода газа, другой выход которого подключен к газоотборному коллектору, на котором установлен регулятор давления газа, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью ее упрощения, она снабжена нелинейным функциональным преобразователем, при этом первый вход нелинейного функционального преобразователя подключен к выходу идентификатора, второй вход - к выходу регулятора давления газа, а выход нелинейного функционального преобразователя подключен ко второму входу регулятора расхода газа.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Тараненко Б. Ф. Автоматическое управление установками низкотемпературной сепарации газа, М., ВНИИЭГАЗПРОМ, 1973,2. Авторское свидетельство СССР по заявке Мо 2581092, кл, Е 21 В 43/00, 00511 27/00, 15.02.78.Составитель Г, Данилова Редактор В. Большакова Техред И. Пенчко Корректор Т, Трушкина Заказ 42/18 Изд. Мо 143 Тираж 634 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Типография. пр. Сапунова, 2