Система автоматического управления абсорбционной установкой подготовки газа

О П И С А Н И Е (11753450ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскииСоциалистическихРеспублик(53) 66.012- -52 (088.8) по делам иэобретеиий и открытий(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ АБСОРБЦИОННОй УСТАНОВКОЛ ПОДГОТОВКИ ГАЗАИзобретение 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 11.Газопромысловые установки комплексной подготовки газа (УКПГ) содержат, как правило, не один, а несколько параллельно работающих абсорберов, насыщенный абсор 2бент 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 1 о между ними оказывается случайным. Этоприводит 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 регулятор температуры регенерированного абсорбента, выводит температуру последнего на максимально допустимое значение, однако влажность осушенного газа не дости 2 о гает заданной величины, т.е, функциональная надежность системы оказывается низкой.К качеству подготовки газа предъявляютвысокие требования, Особое значение повышение 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 выполняетэтого 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 под.ключен ко второму входу каждого регулятора расхода газа, и-дозирующих устройств, установленных на линиях подачи абсорбента в абсорбер, регулятор температуры регенерированного абсорбента, вход которогосоединен с датчиком температуры, установленным на линии выхода регенерированногоабсорбента 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 достиженые 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 п-блоков перемножения сигналов, ко второму входу которых подключен выход регулятора давления, а выход которых связан со вторым входомсоответствующего 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 работающие1 е абсорберы 2, линии 3 выхода газа, газосборный коллектор 4, холодильники 5, емкостинасыщенного 6 и регенерированного 7 абсорбента, теплообменник 8, регенератора 9,линию 10 выхода регенерированного абсорбента, линию 11 паров, дефлегматор 12, емкость 13 флегмы, вакуум-насос 14, насос 15флегмы, линию 16 сброса флегмы, линию 17подачи теплоносителя, выкидную линию 18вакуум-насоса 18, линию 19 подачи флегмы,а также и-регуляторов 20 расхода газа, пери вый вход которых соединен с соответствующим датчиком 21 расхода газа, установленным на линии 3 выхода газа из абсорбера2, а выход с исполнительным механизмом22, регулятор 23 давления газа, установленный на газосборном коллекторе 4, п-устнроиств 24 дозирования абсорбента, регулятор 25 температуры регенерированного абсорбента, вход которого соединен с датчиком26 температуры, установленным на линии 10выхода регенерированного абсорбента из рез генератора 9, а выход - с исполнительныммеханизмом 27, установленным на линии 7подачи теплоносителя в регенератор 9, регулятор 28 вакуума, вход которого соединенс датчиком 29 вакуума, установленным налинии 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 па 4 ров, а выход - с исполнительным механизмом 33, установленным на линии 19 подачифлегмы в регенератор 9,Устройство содержит также вычислительный блок 34, датчик 35 расхода флегмы,установленный на линии 16 сброса флегмы4 и блок 36 перемножения двух сигналов, приэтом к входу вычислительного блока 34 подсоединены и-датчиков 21 расхода газа, датчик 35 расхода флегмы и выход регулятора 23 давления газа, причем выход вычислительного блока 34 связан с первым входоми-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 регулятораы расхода газа 20.Система работает следующим образом.Влажный газ из входного коллекторапоступает в параллельно работающие аб 753450сорберы 2, орошаемые регенерированны)м абсорбентом (например, диэтилен гл и ко. см ), подаваемым в абсорберы 2 дозируюшимц 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 о последний по линии 17 подается также теп - лоноситель (например, 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 1 О подается в теплообменник 8 и далее через емкость 7, дозируюшие устройства 24 и холодильники 5 в абсорберы 2. Таким образом, цикл подачи абсорбента замыкается. 2 ВВ 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, дефлегматоре 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 1 г) 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. 45Производительность 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 работаюсцими абсорберами. Под оптимальным понимается такое распределение, при котором достигается минимальное влагосодержание общего выходного потока газа ц вылержнвд;отся ограничения, ндсЯгдсмые нд расОт Газа через кажлый Ябсорб)с).Заданная про.зволительцость ,К 1 Г сц .релелястся вели;ной Н 1 г,о.)ного с.гналд регулятора лаг:ец я 23. Если текущая произволцте 1 ьность УКПГ равна текущему отбору газа цз гдзосборного коллектора 4, лавленце Газа в не, не изменяется. Выходной сгнал -.лятора явления 23 при этом остается 111;: 1 м:-сл, бы преЛлагдемая система не солсрждлд )л,к;г перемножения 36 и сигнал от рег,.)я рд лдвленця 23 поступал оь на второй Вхол всех эсг, 1;:- торов расхода 20 непосредственно, то цо.- лелние поддержизяли бы олиндковьш расхол газа через кажлый абсорбер, но в сумме равный величине отбора газа. В этом случае распределение было Оы равномерным, но не лучшим в смысле лостцженця м)нцмальной влажности газа.Блоки перемцо.кения 36 предназначены лля умножения в 1 х)лного сигнала реулятора давления 23 на такие коэффц 1,центы, которые позволяот пог 5 1 цть нд В 1 холе б,и)- ков перемножения сцп 1 алы, пропорциональные оптимальным рдсхолд газа через соответствуюицй абсорбер. Сигналы, цропоо)шональные упомянутым коэффициентам (назовем их оптимальными коэффцицентдмц), формируются вычислительным блоком 34 цо алгоритму. привеленному ниже. Тдкм огрдзом, на второй вхол регуляторов ра хнля гдзд О поступают с:пиалы, про" оришм дл 1,цыс оптимальным залднным значениям расхода газа. Текугцие значения рдсхола газа через абсорберы измеряются л,)т ч,д ц расхоля газа 21. Сигналы этих лятч,1: оц поступают на первый вхол регуляторов рс)скол; газа 20. При отклонении текуц 1 его расула газа от заланного регуляторы расхода газа 20 воздействуют на свои исполнительные механизмы 22 ло тех пор, пока текущее значение не станет равным оптимальному заданному.При измене)шц отбора газа цз гдзосбор- НОГО коглскторд,4 лдвлеццс В це) Отслоня ется от заланного значения. Рсгул 51 тор лав;дснця 23 через Олокц цсрс)1 но)кения 36 изменяет залание рсгуляторам раскола 20 ло тех пор, пока послелнце не кочцсцсцруОт1возникший разбдланс соответствующим Изменением расхолд гдзд через дбсорс)еры.Рассмотрим алгоритм опрслслсцц 5 Оптимальных коэффцицентов.Известно,что ь обл)асти лоцустцмых тех- Е 1 ОЛОГИ ЧЕСКИ Х РЕ)СИ Х ОВ З)1 ВЦСЦ МОСГЬ ВЛД Ж- ности газа на выхоле 1-го аосорбсрд от расхола газа, выражается уравнениемЮ.= д)+ а ; 1) гле Х - расхол гязд через абсорбер;а 1;, а а -- коэффициенты, зависящие отмногцх параметров пронесся абсорбции.1 множив )А 1 на 1)дсхол газа получим коли. честВО Волы, кото 1)ОС Выносится цз досор.7753450 бера в газосборный коллектор в единицу времени вместе с осушенным газом. Оно равноу = Х (а ц+ аг; ХЙ (2) Просуммировав уц по числу абсорберов,получим общий расход воды, вносимой в газосборный коллектор5и луг =.х у 1 =,Х Х;. (а+ аг Х ) (3)Обозначим влажность. газа, поступающего на сушку через Юн, Тогда количество влаги, которое поступает на сушку в единицу времени, будетуз = 7 Х, = К Х (4) где Хо = Х Х - пройзводительность УКПГ.Вычтя уг из у получим количество воды в единицу времени, поглощаемой на УКПГ во всех параллельно работающих абсорберах. ницу времени, поглощаемой на УКПГ, т, е. эта та величина, которую необходимо максимизировать в соответствии с задачей (6) - (8). Для расчета коэффициентов а ;, аг используют известные алгоритмы адаптивной идентификации. В данном случае коэффициенты определяют по формулам аф.) Х (Хд+Хск) где л -У Х,з М . Хк(аЦк-ь ог,к-д 1 Х;)укХ - измеренный на к-ом шаге расходгаза через 1-ый абсорбер;У - измеренный на к-ом шаге расходфлегмы;20 2 - дисперсия расхода флегмы (определяется по данным эксплуатации).Первоначальные значения коэффициентов выбирают приближенными. Затем по измеренным значениям расходов газа черезкаждый абсорбер и по измеренному расходу флегмы вычислительный блок 34 на каждом шаге измерений осуществляет расчеткоэффициента а 1, а г.При известных значениях Хо, Х, Х,30 а, агвычислительный блок решает задачу (6) - (8) . Результатом решения этойзадачи являются оптимальные расходы газачерез каждый абсорбер Х,. По вычисленному значению Х вычислительный блок определяет оптимальные коэффициенты(г = Хф/Хо,на которые необходимо умножить текущийотбор газа Хо, чтобы получить оптимальныезначения заданного расхода газа через каждый абсорбер. Выходные сигналы вычисли 40 тельного блока, пропорциональные этим коэффициентам, подаются на первые входыблоков перемножения 36. Последние, перемножая сигнал от регулятора давления 23(пропорциональный Х О) на сигнал от выИчислительного блока, выдают оптимальныйсигнал-задание регуляторам 20 расхода газа, которые поддерживают. оптимальные расходы газа через каждый абсорбер.Процесс вычислений осуществляется с0 наперед заданной периодичностью. Поэтомупри изменении отбора газа или коэффициентов целевой функции (8) вычислительныйблок 34 через блоки перемножения 36 корректирует распределение отбора газа междуабсорберами 2 в сторону максимального из 5влечения влаги из газа. Благодаря этомуповышается точность поддержания минимально возможной влажности осушенногогаза. Оно равноу = у - уг = Х Х; (а 1 - аг; Х) (5)где А = Юн - аОчевидно, что влажность осушенногогаза будет тем меньше, чем больше количество воды будет извлечено из него. Из выражения (5) следует, что количество извлекаемой из газа воды зависит от того, как суммарный отбор газа.Е Х= Хо (6)расйределен между абсорберами. Отсюдавытекает задача оптимального распределения заданного отбора газа между абсорберами, Она формулируется следующим образом: в области налагаемых на производительность каждого абсорбера ограниченийХ= Х (7)где Х, Х - минимально и максимально допустимые расходы, найти такие значенияХ, расходов газа, чтобы количество абсорбированной влаги было максимальныму = макс,Х,Х(а - аг;Х) (8)и чтобы выполнялось условие материального баланса (6),Ввиду нелинейности целевой функции (8)задача (6) - (8) относится к классу задачнелинейного программирования. Для ее решения должны быть известны значения суммарного отбора газа Хо, ограничений Х,Х и коэффициентов а 1;, аг,.Значения ограничений Х и Х, как правило, всегда известны. Они определены технологическим регламентом УКПГ, ЗначениеХ в предлагаемой системе определяетсяпо величине выходного сигнала регуляторадавления. Коэффициенты а ц, а г 1 определяют экспериментально или в процессе нормальной эксплуатации УКПГ. Значения этихкоэффициентов зависят от многих факторови процессе эксплуатации УКПГ могут изменяться (дрейфофать), поэтому в предложенной системе они непрерывно уточняются, Для этого в систему включены датчикрасхода флегмы 35 и вычислительный блок34. Расчет коэффициентов осуществляетсяпо измеренным значениям расхода флегмыи расходов газа через каждый абсорбер. Расход флегмы - это количество воды в еди%1 й = жи)(,),Я к+Х)Технико-экономическое преимущество предложенной системы состоит в том, что она обеспечивает наилучшее качество под. готовки газа в пределах допустимых режи ,иов УКПГ. Благодаря этому повышается на должность работы магистральных газопроводов (особенно в зимний период времени) я уменьшаются затраты на его эксплуатацию,Экономический эффект от использования данной системы может быть получен газо- добывающим и газотранспортным предприя в тиями. На газодобывающем предприятии ос новным источником эффективности являет. ся повышение объема добычи газа ориен. тировочио на 1 О/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 снижениезатрат энергии на компримиро,вание газа и расхода ингибитора гидратооб- фф разования 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 изобретенияСистема автоматического управления абсорбционной установкой подготовки газа,33 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 4 р ным механизмом, установленным на той же линии, регулятор давления газа, установленный на газосборном коллекторе, и-устройств цозирования абсорбента, 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 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 снабже. на вычислительным блоком, датчиком расхода, установленным на линии сброса флегмы, и и-блоками перемножения двух сигналов, при этом вход вычислительного блока соединен с п-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. М., Недрами, 1976 с 133, 35.Релактор Л. Курасов Заказ 4795/4 Ковинская Составитель Т. Чулковаа Техред К. ШуфрнчТираж 809ИНИИПИ Государственного фкомнтетапо делам изобретений и открмт13035, Москва, Ж - 35, Раушская иалиал ППП Патента, г. Ужгород, ул. П Корректор ОПодписноеСССРнй