Способ автоматического управления процессом осушки газа

ДМОЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК еЯ 1 В 53 53 27САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТ М; .,1;зависим метров держан газа. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (56) 1. Авторское свидетельство СССР 9 526376, кл. В 01 Р 53/26, 19742. Патент СССР 9 715010, кл. В 01 3 53/14, 1975.(54)(57) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОСУШКИГАЗА путем регулирования подачи газа и абсорбента в каждый абсорбер в зависимости от величины общей нагрузки установки подго" товки газа, влагосодержания осушенного газа после каждого абсорбера и концентрации абсорбента, по даваемого в каждый абсорбер, о тл и ч а Ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения технологических затрат путем оптимизацьи процесса, дополнительно измеряют содержание абсорбента в осушенном газе на вы" ходе каждого абсорбера, мощность привода каждого насоса подачи абсорбента, давление и температуру газа Ю каждом абсорбере и подачу газа и абсорбента регулируют вости от совокупности пара" с учетом заданного влагосоия общего потока осушенного0745772в зависимости от величины общей на,грузки установки подготовки газу,влагосодержания осушенйово газа .,йосле каждого абсорбера и концентрации абсорбента, подаваемого в5 каждый абсорбер, дополнительно измеряют содержание абсорбента в осу"щенном газе на выходе каждого абсор.бера, мощность привода каждого насоса подачи абсорбента, давление)0 и температуру ваза в каждом абсорбере и подачу газа и абсорбента регулируют в завиоимбсти от совокупности параметров с учетом заданного влагосодержания общего потокаосушенного газа.На чертеже показана схема автоматического управления для реализации способа.Способ осуществляется следукщимобразом.Сырой газ со скважин (не показаны) по трубопроводам 1 подают в абсорберы 2, в которых с помощью аб"с 9 рбента (например, диэтиленглико- ля) иэ газа извлекают воду. Абсорбентподают по трубопроводам 3 при помощинасосов 4. Осушенный газ по трубопроводам 5 подают в коллектор б, анасыщенный водой абсорбент отводятпо трубопроводам 7 на установку регеЗ 0 нерации (не показана).,В процессе эксплуатации абсорбе"ра 2 часть абсорбента уносится осушенным потоком газа в коллектор би безвозвратно теряется. При этом35 абсорбент уносится как в жидкой,так и в паровой фазах.удельный укос раствора абсорбента в жидкой фазе из верхней тарелки 1-го абсорбера можно определить40 по формуле где (, -60 Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированиютехнологических процессов и можетбыть использовано в газодобывающейпромышленности,Известен способ автоматическогоуправления абсорбционным процессомосушки газа путем изменения расхода абсорбента в зависимости от соотношения расчетной и фактической. величин влажности, причем расчет, ную величину определяютпо давлению и температуре газа перед компрессорной Станцией (,1,Недостатком этого способа управления является невозможность одновременного управления несколькимиабсорбентами с различными техникоэкономическими характеристиками воптимальном режиме.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является. способавтоматического управления процессом абсорбции путем изменения подачи абсорбента и газа в каждыйабсорбер в зависимости от величины общей нагрузки абсорберов,концентраЦии компонентов в подаваемом газе, растворителе и выходя,щем газе каждого абсорбера с учетом стоимостных показателей про цесса. При реализации способа достигается одновременное управленивнесколькими абсорберами с различной поглощающей способностью воптимальном режиме по критериюмаксимума выгоды от извлеченияразличных полезных компонентовиэ обрабатываемого газа. При осушке газа извлекаемым компонентомявляется вода, которую сбрасываютв промканалиэацию как беСполеэныйпродукт. Однако на извлечение водырасходуются ценные материальные иэнергетические ресурсы: абсорбент(например, диэтиленгликоль), который уносится потоком осушенного газа и безвозвратно теряется, и энергия (например, электрическая), которую затрачивают на подачу абсорбента в абсорберы 23.Однако известный способ, ориентированный на управление несколькими абсорберами с различной поглощающей способностью беэ учета различных технико-экономических характеристик этих абсорберов, не позволяет уменьшить технологическиезатраты на осушку газа.Цель изобретения - уменьшениетехнологических затрат путем оптимизации процесса.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу автоматического управления процессом осушкигаза путем регулирования подачи гаЗа и абсорбента в каждый абсорбер ф3,7где е - удельный унос жидкости (цоотношению к расходу газа), 45ш - линейная скоростьгаза в абсорбере, м/суК - коэффициент пропорциональности, зависящий от конструк-.50тивных размеров абсорбера,а также физических свойствгаза и абсорбента (кг/кг) /(м/с) з,чАбсолютный унос абсорбента с верхней тарелки .абсорбера в жидкой фазе абсолютный Унос абсорбейта с верхней тарелки в жидкой Фазе (в пересчете на 100- ную концентрацию), кг/чу массовый расход газа, кг/ч; концентрация раствораабсорбента,В.1074577Линейную скорость газа в абсор- где Рд, - упругость насиценного па"бенте определяют по известной Фор- ра абсорбента при задан"муле ной температуре, Паш,=6,. ЗьоОРг ; ), (3) х: - концентрация абсорбентагде ; - плотность газа, кг/м; в растворе, кмоль/кмоль.- площадь проходного сечения5 Связь между упругостью и темпеабсорбера, м,гратурой насыщенных паров описываетПлотнооть газа определяют по фор- ся уравнениеммуле Рс(, -.-.- 133,3" 10(11)р =оу; )ч;/(Рут;) ( (4) где г(Т ):В-А/(Т);где Р, - давление газа в абсорбере, 1 р А и В - коэФФициенты, зависящиеМПа; от химического составаТ;- температура газа в абсор- абсорбента (для диэтиленбере,К; гликоля, например, А=М)- молекулярная масса газа, 3035, В,270),Ю ЙТ)36 Р Ю.Р.6 . (%) где М,Мг - мо екулярная масса соответственно абсорбентаУносимая с верхней тарелки абсор- и воды кг/кмольбера жидкая фаза частично улавли- выражение (12) с учетом формулы (13)вается фильтром, установленным ли- д принимает видбо в абсорбере, либо после него.=133,3 10"1.С,/(Р,. (С +М.(100-С) Щ,Поэтому. потери абсорбента в жидг фкой фазе Учитывая, что% .в(к.С( то й Г./твГ.М.Р.)С, ., (7)в жидкой и паРовой Фазах опрадали"емые соответственно по Формулам (7)где Р;М;(1-1,н) - коэфФициент про- и (16), зависят от расхода, темпепорциональности. ратуры и давления газа в абсорбере,Потери абсорбента в паровой фазе 40 а также от концентрации абсорбента.определяют по формуле Общие потери абсорбента для 1 -гоу. (,(8)абсорберагде с),д,. - потери абсорбента в паровой фазе, кг/чг. а соДержание абсорбента в газе наУ,. -. содержание паров абсо -. выходе каждого абсорбера.11 45бЕНта В ПОТОКЕ ОСУШЕННО- )(1 = Ч т (" (18)го газа, к 1/кг. где )11- содержание абсорбента вСогласно закону Рауля мольную потоке осушенного газа,долю паров абсорбента в потокекг/кг,осущенного газа можно определитьПодставив в формулу (18) выраже 5 ние 17) с учетом выражений 7)и (1 б),получаем21 а 1где Уг; - содержание паров абсорбен- (11 Ч с)10 )1 1 /36.м.Р,) 6,+Из,Зм 10та в потоке газа, кмоль/кмоль 1Р ; - парциальное давление паров Коэффициент,пропорциональностиабсорбента в газе, Па. ф со временем изменяется. ДляВ свою очередь его определения используют выраРай" Р(а 1 х 1 410) жение (19), из которого получают4 ч(11-Ю,З М О .(М.Р (С М (ЮО С.)/МИз выражения (20) следует, что обходимо измерять содержание абсордля определения коэффициента . не- б 5 5 ента в газе на выходе абсорбера,где50 55 60 давление и температуру газа, а также концентрацию абсорбента.Кроме потерь абсорбента в про цессе осушки газа имеют место затраты энергии на подачу абсорбента5йв /о В ( о о Р,)1/ . , /2//где Й; - затраты энергии (потребляемая мощность) квт;ч/ч;6; - расход абсорбента, м /с;91ьР, - давление, расходуемое напреодоление высоты столбажидкости и трения в нагие"тательном трубопроводе насоса, Па; 15КПД насоса.В первом приближении можно принять ЬР=ЬРо- ЬР;:АР=с 0/эф Значение ЬР определяют экспериментально.Для определения КПД насоса испольэуют выражение (21) м иэ которого получаютЪ; =10 6 .(Р +ЬР) /й; (22)Таким образом, для вычисленияКПД насоса по Формуле (22) необходимо измерять мощность, потребляемую приводом насоса, давление вабсорбере и расход (подачу) абсорбента,Технологические затраты на процесс осушки газа в е-ом абсорберес учетом цен. абсорбента и энергииследующие3;=Цоем,+Ц М (23)где 3; - технологические затраты,руб. /ч еЦ- цена абсорбента, руб/кгпвЦ - цена энергии, руб./квт,ч.Подставив. в выражение (23) выражение (17) с учетом Формул (7) и 40(16) и выражение (21) и просумми-ровав выражение (23) по числу абсорберов, получаем ещЕ О,к,А,+е .о,ео / , /ее 45 1:( где 3 - суммарные технологические затраты на процесс осушки газа, руб/ч; и - количество абсорберов; к//цйо/(/о Й,тэе о,м,о,1ке щ/ее,оцим,/оо//(м/Р,.(с.ем (/оо.о.(/м (1,7(Т)-ЭК,- (о Цэ(Р,+ЬР),Выражение (24) устанавливает взаимосвязь суммарных технологических затрат на процесс осушки газа от управляющих воздействий: подачи газа и абсорбента в каждый абсорбЕр. 65 При этом коэффициенты К К ои К31 зависят от Т;, Р С для определения коэффициентов р й е 1 необходи" мо измерять соответствейно содержание абсорбента в потоке осушенное// го газа и мОщность, потребляемую приводом насосов подачи абсорбвнта..Задача управления процессОМ осушки газа является обеспечением заданной общей нагрузки установки подготовки газа и заданного влагосодержания общего потока осушенного газа Ое - заданная общая нагрузкаустановки подготовки газа, кг/ч;% - заданное влагосодержаниеобщего потока осушенногогаза, г/кг;е/(/; - влагосодержание газа навыходе г-го абсорбера,.г/кг Вла госодержа нне га з а на выходе . 1 -го абсорбера определяют по форму- ле ое,с% -(о/,-В,(/-еео(-м, О,/о (1, (от где Ю, - нлагосодержание сырогогаза, к/кг;%го - равновесное влагосодержание газа, г/кг;дЕ; - коэффициент, характеризующий поглотительную способность абсорбента, кг/кг.Значения Ф,( и Ф; вычисляют по ФормуламШ 1 о,:10 РО,(749/Ро+Р) /Р/ / (28)%,=10 Р (749/(в/+а) Р / (29) где р; =68, 5 ехр (О, 00007 Т;0,0195 Т; )Р/,;=61 0, 38 еХр( О, 0735 Т -О, 00027 Т;) 1Роое=Рр хЖ ех;мМ 1 ф 100-С ) /М(100-С )+М С ) ет,:10 я;Е; г- (вх о/(1-х ) +и) (Т;+273) " ее,о - коэффициенты (для растворадиэтиленгликоля, например,О 3:0/0245/ = 0,137) ,еР( - давление в абсорбере, МПа;Т - температура в абсорбере, С;р, - плотность газа при нормальных условиях, кг/м .Из выражений (28) и (29) видно, что для определенля Ю; необходимо измерять Р и Тд , а для определения Юге Р 1, Т и С.Подставив выражение (27) в формулу (26), получаеми Для идентификации коэффициента 3 измеряют фактическое влагосодержание газа Ю; на выходе каждого абсорбера и из формулы (27) находят 10 30 Из выражений (24) и (30) следует,что суммарные технологические затра-.ты и влагосодержание общего потокагаза зависят от того, как общая нагрузка 6;, установки подготовки газараспределена между.абсорберами и 20какова подача абсорбента в каждыйабсорбер. Отсюда вытекает задачаопределения оптимальных расходов газа и абсорбента, подаваемых в каждый абсорбер, Ее Формулируют следукщим образом: в области налагаемых на подачу газа й абсорбентаограничений161 а 1 0(Мнайти такие б;=О Ор,=бфчтобытехнологические затраты, ойределяемыепо Формуле (24) были минимальны, а 35общая нагрузка установки подготовкигаза и влагосодержание общего потока осушенного газа были равны задан"ным значениям, т.е. чтобы соблюдались условия (25)и(30).В ограничениях (32) и (33)переменной с одним штрихом соответствует минимально допустимое значение,а переменной с двумя штрихами - максимально возможное значение.В силу нелинейности целевой функции (24) и ограничения (30) оптимизационная задача.(24, (25), (30),(32, (33) относится к классу задачнелинейного программированияДляее решения должны быть известны коэффициенты, входящие в выражения(24) и (30) и определяемые по измеренным значениям,Измерение осуществляют датчиками8 содержания абсорбента в газ на выходе абсорберов 2, измерение й;датчиками 9 мощности, приводов насосов 4, измерение Р - датчиками 10 60.давления газа в абсорберах 2, измерение Т; - датчиками 11 температуры газа в абсорберах 2, измерениеС. - концентратомерами 12 абсорбента на линиях 3 подачи последнего в 65 абсорберы 2, измерение Ф;- влагомерами 13 на трубопроводах 5 осушенного газа измерение Ц; - датчиками 14 расхода газа на трубопроводах 5 осушенного газа, измерение 6;- датчиками 15 расхода абсорбента на линиях 3 подачи последнего в абсорберы 2.Информацию от всех датчиков вводят в вычислительное управляющее устройство 16, при помощи которого с наперед заданной периодичностью по приведенным выше формулам вычисляют коэффициенты выражений (24) и (30).При помощи устройства 17 ввода информации в вычислительное управлякщее устройство 16 вводят заданные значения общей нагрузки установки подготовки газа и влагосодержания общего потока осушенного газа, а также значения 6 6," 6 р,., О," ., 1 1, и значенйя других условно-постоянных величин.Задачу минимизации целевой функции (24) при условиях (25), (30) (32), (33) решают при помощи вычислительного управляю его устройства 16 с наперед заданной периодичностью,а также каждый раэ, когда изменяют исходные данные, вводимые при помощи устройства. 17 ввода информации, Для решения задачи оптимизации используют один из известных алгоритмов решения задач нелинейного программирования, например один иэ алгоритмов метода случайного поиска.В результате решения задачи получают оптимальные значения расходов газа и абсорбента, которые подают на эадакщие входы регуляторов 18 расхода газа и регуляторов 19 расхода абсорбента. И те и другие, воздействуя на исполнительные механизмы 20 и 21, поддерживают заданные оптимальные расходы газа и абсорбента. Величины оптимальных значений расходов газа и абсорбента, подаваемых в каждый абсорбер, зависят от заданного влагосодержания общего потока осушенного газа, коэффициентов целевой функции (24) и ограничения (30). Значения коэффициентов в свою очередь зависят от содержания абсорбента в .газе на выходе каждого абсорбера, мощности, потребляемой приводом каждого насоса подачи абсорбента, давления и температуры газа в каждом абсорбере, поэтому при предлагаемом способе эти величины необходимо дополнительно измерять и в зависимости от них изменять подачу газа и абсорбента в каждый абсорбер..1а М Вщ акаэ 42 Тираж 682 ВПИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 13035, Москва, -35, Раушская наб., дПодпис 4 5 филиал ППППатент, г. Ужгород, ул. Проектная Использование предлагаемого способа автоматического управления процессом осушки гаэ а поэ воля-ет уменьшить суммарные технологические эатраты примерно на 3-5.