СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДДЕРЖАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА НА УСТАНОВКАХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА С АППАРАТАМИ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ НА КРАЙНЕМ СЕВЕРЕ РФ
METHOD FOR AUTOMATIC MAINTENANCE OF THE TEMPERATURE CONDITION ON LOW-TEMPERATURE GAS SEPARATION INSTALLATIONS WITH AIR COOLING APPARATUS IN THE EXTREME NORTH OF THE RUSSIAN FEDERATION

Изобретение относится к области добычи и подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту, в частности, к автоматическому поддержанию температурного режима технологических процессов установки низкотемпературной сепарации газа (далее установка), с применением аппаратов воздушного охлаждения (АВО), работающей в условиях Крайнего Севера РФ.
Известен способ автоматизации установки низкотемпературной сепарации газа [см., например, стр. 406, Р.Я. Исакович, В.И. Логинов, В.Е. Попадько. Автоматизация производственных процессов нефтяной и газовой промышленности. Учебник для вузов, М, Недра, 1983, 424 с.], который обеспечивает поддержание температуры сепарации на установке с помощью клапана-регулятора (КР), изменяющего расход холодного газа, отводимого от низкотемпературного сепаратора через теплообменник.
Недостатком данного способа является то, что поддержание температурного режима на установке регулируется количеством проходящего газа через теплообменник, что вызывает колебания температуры газа, подаваемого в магистральный газопровод (МГП). Соответственно, отсутствует контроль и поддержание необходимой температуры осушенного газа и нестабильного газового конденсата (НГК), подаваемых в МГП и магистральный конденсатопровод (МКП) с целью защиты вечномерзлых грунтов от размораживания при подземной прокладке трубопроводов на Крайнем Севере РФ [см. например, стр. 33-34, Ананенков А.Г., Ставкин Г.П., Андреев О.П., Арабский А.К., Салихов З.С., Талыбов Э.Г. АСУ ТП газопромысловых объектов. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003. - 343 с.: ил.; стр. 19; Дмитриев В.М., Ганджа Т.В. и др. Интеллектуализация управления технологическими процессами на углеводородных месторождениях. Томск: В-Спектр, 2012. - 212 с.].
Известен способ автоматизации установки низкотемпературной сепарации газа [см., например, стр. 112, Б.Ф. Тараненко, В.Т. Герман. Автоматическое управление газопромысловыми объектами. М., "Недра", 1976 г., 213 с.], который обеспечивает автоматическое поддержание заданного значения температуры сепарации на установке управляя перепадом давления на КР, играющем роль штуцера, установленного на входе в низкотемпературный сепаратор. Управление осуществляют путем коррекции давления на выходе первой ступени редуцирования установки.
Недостатком данного способа является то, что поддержание температурного режима на установке осуществляется путем регулирования перепада давления на редуцирующем КР, установленном на входе в низкотемпературный сепаратор установки. Это в свою очередь, накладывает ограничения на входное давление и расход газа по установке. Так же этот способ не предусматривает контроль и поддержание необходимой температуры осушенного газа/НГК, подаваемых в МГП/МКП, с целью защиты вечномерзлых грунтов от размораживания при подземной прокладке трубопроводов на Крайнем Севере РФ.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ автоматического поддержания температурного режима технологических процессов установки низкотемпературной сепарации газа с применением АВО в условиях Крайнего Севера [см., патент №2685460 РФ], включающий в себя предварительную очистку добытой газоконденсатной смеси от механических примесей и частичное отделение НГК и водного раствора ингибитора (ВРИ) в сепараторе первой ступени сепарации, охлаждения ее в АВО и разделение на газ и смесь НГК с ВРИ в низкотемпературном сепараторе второй ступени сепарации. По мере накопленная смеси НГК и ВРИ в кубовой части сепараторов первой и второй ступени сепарации ее отводят в разделитель жидкостей (РЖ) для разделения на фракции и их дегазации. Далее НГК из РЖ подают насосом в МКП, поток выделенного газа - газ выветривания (ГВ) из РЖ транспортируют для утилизации или компримируют и подают в МГП, а ВРИ отправляют в цех регенерации ингибитора установки. Для оптимального охлаждения газоконденсатной смеси в АВО ими управляет отдельная система автоматического управления (САУ) АВО, которая вместе с автоматизированной системой управления технологическими процессами (АСУ ТП) обеспечивают необходимое понижение температуры газоконденсатной смеси на выходе АВО до заданных технологическим регламентом значений, если температура наружного воздуха гарантирует реализацию такого режима. После выхода из АВО охлажденную газоконденсатную смесь разделяют на два потока и подают для дополнительного охлаждения на вход первой секции рекуперативного теплообменника, далее ТО, «газ-газ» и на вход первой секции ТО «газ-конденсат» через КР расхода газоконденсатной смеси. Этот КР, регулируя расход газоконденсатной смеси, проходящей через него, обеспечивает поддержание заданной температуры НГК на выходе второй секции ТО «газ-конденсат». Далее потоки газоконденсатной смеси с выходов первых секций этих ТО объединяют и через КР, выполняющий роль управляемого редуктора, подают в низкотемпературный сепаратор, оснащенный датчиком температуры. В этом сепараторе газоконденсатную смесь окончательно разделяют на осушенный холодный газ и смесь НГК и ВРИ. Эту смесь подают на вход второй секции ТО «газ-конденсат» и далее в РЖ для разделения на компоненты. Холодный газ, выходящий из низкотемпературного сепаратора, разделяют на два потока, один из которых подают на вход второй секции ТО «газ-газ», а второй - на байпас этой секции, оснащенный КР расхода газа, который изменяет соотношение проходящих потоков газа через ТО и байпас, обеспечивая в реальном масштабе времени коррекцию температуры газа, необходимую для подачи его в МГП.
Существенным недостатком данного способа является то, что изменение режима работы установки в случаях достижения расхода или температуры осушенного газа, поступающего в МГП, либо температуры НГК, подаваемого в МКП, а также температуры в низкотемпературном сепараторе своих предельных значений - верхнего либо нижнего, обозначенных в технологическом регламенте установки, осуществляет вручную оператор, что снижает качество управления технологическим процессом.
Целью изобретения является повышение качества управления технологическим процессом за счет автоматического удержания его контролируемых параметров в заданных границах с автоматическим переключением на другие режимы работы установки, использующей АВО, при работе в условиях Крайнего Севера РФ, с соблюдением норм и ограничений, предусмотренных ее технологическим регламентом, и снижением рисков, связанных с ролью человеческого фактора в управлении технологическим процессом установки.
Техническим результатом, достигаемым от реализации заявляемого способа, является повышение качества управления технологическим процессом установки с АВО в условиях Крайнего Севера РФ путем исключения рисков, связанных с человеческим фактором при принятии управленческих решений по управлению технологическим процессом с учетом норм и ограничений, предусмотренных ее технологическим регламентом для различных режимов работы. Для этого АСУ ТП обеспечивает контроль и поддержание:
- заданного давления газоконденсатной смеси на входе установки;
- заданного расхода НГК, подаваемого в МКП;
- контроль и поддержание заданной температуры осушенного газа/НГК, поступающих/подаваемых в МГП/МКП.
Эффективность работы установки низкотемпературной сепарации газа определяется значением перепада давления между ее входом и выходом -чем выше перепад давления, тем легче получить в результате дросселирования заданную (минусовую) температуру в низкотемпературном сепараторе установки. Очевидно, что на стадии жизненного цикла месторождений с нарастающей добычей газа, характеризуемой его высоким давлением на входе установки, заданный режим работы удается поддерживать за счет пластового давления (энергия пласта). На стадиях жизненного цикла месторождений с постоянной и падающей добычей газа, а таких на Крайнем Севере РФ в настоящее время достаточно много, перепад давления между входом и выходом установки падает из-за снижения пластового давления. В этом случае обеспечить заданный температурный режим в низкотемпературном сепараторе установки удается за счет привлечения дополнительного источника холода. В природно-климатических условиях Крайнего Севера РФ, учитывая то, что около восьми месяцев в году стоят устойчивые холода, в качестве дополнительного источника холода используют АВО. Управляя с помощью АВО температурой добываемой газоконденсатной смеси можно компенсировать недостающую часть холода, определяемую снижением перепада давления между входом и выходом установки. В результате достаточно длительное время удается поддерживать необходимый температурный режим работы установки за счет использования потенциала наружного воздуха как хладагента, снижая себестоимость добычи газа.
К тому же, как правило, на Крайнем Севере РФ используют подземную прокладку МГП и МКП в многолетнемерзлых грунтах, которые, в случае их оттаивания, становятся просадочными и могут разрушить МГП и МКП. Для исключения этого на установке предусматривается круглогодичное охлаждение газа и газоконденсата до температуры -2°С, что значительно увеличивает надежность эксплуатации МГП и МКП, и снижает вероятность возникновения аварийных ситуаций, способных привести к серьезным экологическим, людским и материальным потерям.
Установки, расположенные на Крайнем Севере РФ, в зависимости от складывающейся ситуации по подаче добываемой продукции потребителям, реализуют один из трех возможных видов их эксплуатации:
1. Поддерживает расход добываемой газоконденсатной смеси по установке, если нет пиковых нагрузок по осушенному газу или НГК;
2. Поддерживает расход осушенного газа по установке при пиковых нагрузках по осушенному газу, например, из-за наступления сильных холодов;
3. Поддерживает расход НГК по установке при появлении пиковых нагрузок по НГК, например, из-за аварий на других промыслах или из-за необходимости увеличения поставок потребителю.
Заявляемый способ обеспечивает автоматический контроль и поддержание заданных температурных условий работы установок низкотемпературной сепарации газа с АВО, работающих в условиях Крайнего Севера РФ, включая поддержание необходимого расхода НГК по установке (третий вид эксплуатации), подаваемого в МКП, температуры осушенного газа/НГК, поступающего/подаваемого в МГП/МКП, а также температуры в низкотемпературном сепараторе при переключении технологического процесса на новый режим в случае возникновения такой потребности. В результате повышается надежность эксплуатации установки и эффективность процесса подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что способ автоматического поддержания температурного режима на установках низкотемпературной сепарации газа с АВО на Крайнем Севере РФ, включающий предварительную очистку добытой газоконденсатной смеси от механических примесей и частичное отделение смеси НГК и ВРИ в сепараторе первой ступени сепарации. Эту смесь НГК и ВРИ из кубовой части сепаратора отводят в РЖ, а газоконденсатную смесь с выхода сепаратора первой ступени сепарации подают на вход АВО, который АСУ ТП включает в работу при достижении заданного перепада температур между газоконденсатной смесью и воздухом атмосферы. Для этого АСУ ТП подает соответствующий сигнал на вход САУ АВО, которая управляет работой АВО, обеспечивая понижение температуры газоконденсатной смеси на его выходе до заданных значений, необходимых для поддержания требуемой температуры в низкотемпературном сепараторе. Далее, предварительно охлажденную в АВО газоконденсатную смесь разделяют на два потока. Первый из этих потоков направляют в трубное пространство первой секции ТО «газ-газ», где его охлаждают встречным потоком осушенного газа, поступающего из низкотемпературного сепаратора и проходящего через вторую секцию ТО «газ-газ». Второй поток газоконденсатной смеси через КР подают в трубное пространство первой секции ТО «газ-конденсат», где его охлаждают встречным потоком смеси НГК и ВРИ, отводимой из кубовой части низкотемпературного сепаратора и проходящей через вторую секцию ТО «газ-конденсат». При этом расход газоконденсатной смеси по этим потокам распределяет АСУ ТП с помощью КР, установленного на входе первой секции ТО «газ-конденсат», таким образом, чтобы температура НГК, поступающего в МКП, находилась в заданном технологическим регламентом диапазоне. Эти два потока газоконденсатной смеси, после их выхода из первых секций ТО «газ-газ» и ТО «газ-конденсат», объединяют и подают на вход КР, выполняющий роль управляемого редуктора. На этом редукторе осуществляют адиабатическое расширение газоконденсатной смеси и направляют ее в оснащенный датчиком температуры низкотемпературный сепаратор, в котором производят окончательное разделение газоконденсатной смеси на осушенный холодный газ и смесь НГК с ВРИ. Смесь НГК с ВРИ из кубовой части низкотемпературного сепаратора подают на вход второй секции ТО «газ-конденсат» и далее, в РЖ, в котором выделяют НГК, ВРИ и ГВ. Отделенный НГК с помощью насосного агрегата подают в МКП. ВРИ направляют в цех регенерации ингибитора установки. ГВ отправляют на утилизацию или закачку в МГП.
Холодный осушенный газ, выходящий из низкотемпературного сепаратора, разделяют на два потока, один из которых подают на вход второй секции ТО «газ-газ», а второй - на байпас этой секции, оснащенный КР расхода газа. С помощью этого КР АСУ ТП регулирует соотношение потоков осушенного газа, проходящих через вторую секцию ТО «газ-газ» и байпас, обеспечивая в реальном масштабе времени коррекцию температуры осушенного газа до заданных значений, требуемых технологическим регламентом установки при подаче газа в МГП.
вх
ВХ
min
mах
ВХ
вх
вх
const
При этом АСУ ТП в тандеме с САУ АВО с момента запуска установки в эксплуатацию обеспечивают заданный расход НГК, подаваемого в МКП. Для этого АСУ ТП использует первоначально заданные значения уставок контролируемых параметров и границы их допустимых отклонений от значения уставок. Но как только АСУ ТП обнаружит выход одного из контролируемых параметров за пределы установленных границ, нарушающий технологический регламент работы установки, АСУ ТП изменяет на один шаг значение уставки давления Р газоконденсатной смеси на входе установки на величину ДР в интервале, определяемом неравенством  где P минимально допустимое, а Рмаксимально допустимое значение уставки давления газоконденсатной смеси на входе установки. Величину ΔР. назначают из соотношения  где n - число разрешенных шагов изменения уставки Р, и это изменение уставки АСУ ТП осуществляет в направлении, которое позволяет купировать возникшее нарушение. Одновременно АСУ ТП следит за тем, чтобы рабочий орган КР, управляющий давлением на входе установки, находился в рамках допустимых границ его перемещения. Изменив значение уставки Р АСУ ТП удерживает режим управления технологическими процессами установки с ее новым значением уставки в течение интервала времени не менее τ, являющегося индивидуальной характеристикой установки, определяемой экспериментально. И если остальные контролируемые параметры технологического процесса за это время вернутся в пределы установленных для них границ, то АСУ ТП фиксирует это значение как новую уставку заданного расхода НГК, подаваемого в МКП, и генерирует сообщение оператору об автоматической смене режима работы установки и его новых характеристиках. Далее АСУ ТП в тандеме с САУ АВО реализуют этот режим эксплуатации установки. Но если хотя бы один из контролируемых параметров не вернулся в установленные для него границы, то АСУ ТП изменяет значение уставки еще на один шаг в том же направлении.
вх
min
mах
нгк
НС
ОГ
НГК
Перед запуском установки в эксплуатацию обслуживающий персонал вводит в базу данных (БД) АСУ ТП значение уставки давления Р перед сепаратором первой ступени сепарации и границы интервала ее допустимых изменений от P до Р. Вводит значение уставки расхода НГК по установке, поступающего на вход МКП, и границы интервала допустимых отклонений фактического расхода Q НГК от нее, заданных неравенством  Вводит значения: уставки температуры в низкотемпературном сепараторе и границы интервала допустимых отклонений фактической температуры Т от нее, заданных неравенством  уставки температуры осушенного газа, поступающего в МГП, и границы интервала допустимых отклонений фактической температуры Т от нее, заданных неравенством  уставки температуры НГК, подаваемого в МКП, и границы интервала допустимых отклонений фактической температуры Г от нее, заданных неравенством
КР2
KP16
Устанавливают границы допустимого перемещения S рабочего органа КР, поддерживающего давление добытой газоконденсатной смеси на входе установки, от значения  - минимально открыт и до полностью открыт. Устанавливают границы предельно допустимого перемещения Sрабочего органа КР, поддерживающего расход НГК, подаваемого в МКП, и выполняющего роль управляемого редуктора, от значения  - минимально открыт и до полностью открыт. После введения значений указанных параметров осуществляют запуск установки в эксплуатацию, технологические процессы в которой ведет АСУ ТП. Для этого она использует пять ПИД-регуляторов, построенных на ее базе. Четыре из них, согласно заданному каждому из них алгоритму, с помощью подсоединенного к нему КР управляют своими параметрами. Пятый ПИД-регулятор формирует оперативное значения уставки температуры для САУ АВО, до которой она должна охлаждать газоконденсатную смесь в АВО в данный момент с учетом динамики изменения параметров окружающей среды и технологических процессов.
вх
АСУ ТП формирует сообщение оператору установки для принятия решения по изменению режима работы кустов газодобывающих скважин, либо режима работы установки с подключением турбодетандерных агрегатов, если в режиме коррекции уставки Р с помощью КР, установленного на входе установки и управляющего давлением добытой газоконденсатной смеси на ее входе, если будет выявлено что его рабочий орган перешел в состояние полностью открыт или достиг минимально допустимого положения
На фиг. 1 приведена принципиальная технологическая схема установки. В ней использованы следующие обозначения:
1 - входная линия установки;
2 - КР, поддерживающий давление добытой газоконденсатной смеси на входе установки;
3 - датчик давления газоконденсатной смеси, установленный перед сепаратором первой ступени сепарации 4;
4 - сепаратор первой ступени сепарации;
5 - датчик температуры газоконденсатной смеси на входе АВО;
6 - датчик температуры наружного воздуха;
7 - САУ АВО; 8-АВО;
9 - датчик температуры газоконденсатной смеси на выходе АВО;
10 - КР расхода газоконденсатной смеси, проходящей через ТО «газ-конденсат» 13;
11 - АСУ ТП установки;
12 - ТО «газ-газ»;
13 - ТО «газ-конденсат»;
14 - КР расхода осушенного газа, проходящего по байпасу второй секции ТО «газ-газ» 12;
15 - РЖ;
16 - редуцирующий КР газоконденсатной смеси, проходящей через установку;
17 - датчик температуры осушенного газа, поступающего в МГП;
18 - низкотемпературный сепаратор;
19 - датчик температуры, установленный в низкотемпературном сепараторе 18;
20 - насосный агрегат подачи НГК в МКП;
21 - датчик расхода НГК, подаваемого в МГП;
22 - датчик температуры НГК, подаваемого в МКП;
На фиг. 2 приведена структурная схема автоматического управления температурой технологических процессов установки. В ней использованы следующие обозначения:
23 - сигнал с датчика расхода 21 НГК, подаваемого в МКП, поступающий на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 33;
24 - сигнал уставки расхода НГК, подаваемого в МКП, поступающий на вход задания SP ПИД-регулятора 33;
25 - сигнал с датчика температуры 17 осушенного газа, направляемого в МГП, поступающий на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 34;
26 - сигнал уставки температуры осушенного газа, поступающего в МГП, поступающий на вход задания SP ПИД-регулятора 34;
27 - сигнал с датчика температуры 22 НГК, подаваемого в МКП, поступающий на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 35;
28 - сигнал уставки температуры НГК, подаваемого в МКП, поступающий на вход задания SP ПИД-регулятора 35;
29 - сигнал с датчика температуры 19, установленного в низкотемпературном сепараторе 18, поступающий на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 36;
30 - сигнал уставки температуры в низкотемпературном сепараторе 18, поступающий на вход задания SP ПИД-регулятора 36;
31 - сигнал с датчика давления 3, установленного перед сепаратором 4, поступающий на вход обратной связи PV ПИД-регулятора 37;
32 - сигнал уставки давления перед сепаратором 4, поступающий на вход задания SP ПИД-регулятора 37;
33 - ПИД-регулятор поддержания расхода НГК, подаваемого в МГП;
34 - ПИД-регулятор поддержания температуры осушенного газа, поступающего в МГП;
35 - ПИД-регулятор поддержания температуры НГК, подаваемого в МКП;
36 - ПИД-регулятор поддержания температуры в низкотемпературном сепараторе 19;
37 - ПИД-регулятор поддержания давления на входе установки;
38 - сигнал управления КР 16;
39 - сигнал управления КР 14;
40- сигнал управления КР 10;
41 - сигнал уставки для САУ АВО 7;
42 - сигнал управления КР 2.
ПИД-регуляторы 33, 34, 35,36 и 37 реализованы на базе АСУ ТП 11.
Способ автоматического поддержания температурного режима на установках низкотемпературной сепарации газа с АВО на Крайнем Севере РФ реализуют следующим образом.
Добываемая газоконденсатная смесь по входной линии 1 установки поступает на вход сепаратора 4 первой ступени сепарации. Эта линия оснащена КР 2, поддерживающим давление добытой газоконденсатной смеси на входе установки и датчиком давления 3. В сепараторе 4 происходит первичное очищение добытой газоконденсатной смеси от механических примесей и частичное отделение смеси НГК и ВРИ. По мере накопления этой смеси в нижней части сепаратора 4 ее отводят в РЖ 15. Частично очищенная от капельной влаги и пластовой жидкости газоконденсатная смесь с выхода сепаратора 4 по трубопроводу поступает на вход АВО 8, где происходит ее предварительное охлаждение за счет теплообмена с наружным воздухом. Очевидно, что такой режим работы установки актуален только тогда, когда температура наружного воздуха ниже температуры газоконденсатной смеси на входе в АВО. Для реализации этого режима указанные параметры измеряет и контролирует разницу между ними САУ АВО 7, используя датчики температуры 5 и 6. Минимально допустимое значение разности этих температур задают при настройке САУ АВО 7 с учетом паспортных данных АВО 8 перед запуском установки в работу. Газоконденсатную смесь с выхода АВО 8 разделяют на два потока и подают их для дальнейшего охлаждения на входы первых секций ТО 12 «газ-газ» и ТО 13 «газ-конденсат». При этом на вход ТО 13 «газ-конденсат» газоконденсатная смесь поступает через КР 10, который путем изменения ее расхода поддерживает заданную температуру НГК, подаваемого в МКП. Далее потоки газоконденсатной смеси, выходящие из первых секций ТО 12 и ТО 13, объединяют и подают на КР 16, который выполняет роль управляемого редуктора. В результате редуцирования происходит адиабатическое охлаждение газоконденсатной смеси, после чего ее подают в низкотемпературный сепаратор 18, оснащенный датчиком температуры 19. В этом сепараторе происходит окончательное отделение газа от НГК и ВРИ с примесями, смесь которых, по мере ее накопления в нижней части сепаратора, отводят через вторую секцию ТО 13 «газ-конденсат» в РЖ 15. Осушенный и охлажденный газ с выхода низкотемпературного сепаратора 18 разделяют на два потока, один из которых подают на вход второй секции ТО 12 «газ-газ», а второй направляют через ее байпас, который оснащен КР 14. Этот КР 14 регулирует поток газа через байпас, изменяя его расход через вторую секцию ТО 12 «газ-газ», и обеспечивает поддержку заданной температуры осушенного газа, поступающего в МГП, который оснащен датчиком температуры 18. Отводимую из сепараторов 4 и 18 смесь НГК с ВРИ подают в РЖ 15, где она подвергается разделению на фракции и дегазации. Поток выделенного газа (ГВ) из РЖ 15 отправляют на утилизацию или компримируют и подают в МГП. Поток НГК при помощи насосного агрегата 20 подают либо на склад, либо в МКП, который оснащен датчиками расхода 21 и температуры 22. Поток ВРИ направляют на регенерацию в цех регенерации ингибитора.
Реализуя данный способ АСУ ТП 11 в тандеме с САУ АВО 7 решает следующие задачи:
ок.воздух
вх.АВО
а) Производит оценку возможности использования АВО 8 для обеспечения заданной температуры в низкотемпературном сепараторе 18, в соответствии с технологическим регламентом установки. Для этого САУ АВО 7 в реальном масштабе времени с заданной дискретностью во времени измеряет температуру окружающего воздуха Т датчиком 6, а датчиком 5 температуру Т газоконденсатной смеси, поступающей на вход АВО 8, и передает эти значения в АСУ ТП 11. Используя результаты этих измерений АСУ ТП 11 следит за соблюдением условия:
доп.
доп.
где ΔT- разность температур, начиная с которой можно использовать АВО 8 для поддержания температурного режима технологических процессов, реализуемых на установке. Значение ΔTзадают на основе паспортных данных АВО 8.
В случае нарушения указанного неравенства АСУ ТП 11 установки формирует сообщение оператору о достижении граничного значения использования АВО 8 и необходимости принятия решения об изменении режима работы установки (переход на турбодетандерный режим охлаждения, изменение режима работы кустов газодобывающих скважин и т.д.).
б) Поддерживает заданное значение температуры в низкотемпературном сепараторе 18 регулируя степень охлаждения газоконденсатной смеси, проходящей через АВО 8. Для этого САУ АВО 7 измеряет температуру этой смеси на выходе АВО 8 с помощью датчика 9 и сравнивает ее с заданием, поступающем в виде оперативного значения уставки температуры, до которой необходимо охлаждать газоконденсатную смесь в АВО с учетом динамики изменения параметров окружающей среды и технологических процессов и управляет тепловой производительностью АВО 8. САУ АВО 7 реализует это управление путем изменения частоты вращения колес, угла наклона лопастей, изменяя порядок включения вентиляторов, меняя положение шторок жалюзи, количество и порядок задействованных секций вентиляторов. Указанные действия система реализует в соответствии с алгоритмом, который задают при ее проектировании с учетом производительности АВО 8 и климатических условий месторасположения установки. Одновременно САУ АВО 7 обеспечивает защиту АВО 8 в случаях возникновения аварийных ситуаций.
Для поддержания заданного расхода НГК, подаваемого в МГП, АСУ ТП 11 использует ПИД-регулятор 33. Для этого АСУ ТП 11 на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подает сигнал 23, получаемый ею с датчика расхода 21, измеряющего фактический расход НГК. Одновременно АСУ ТП 11 на вход задания SP этого же ПИД-регулятора подает сигнал 24 - уставка расхода НГК, подаваемого в МКП. Ее величину устанавливает диспетчерская служба газодобывающего Предприятия. Сравнивая эти два сигнала ПИД-регулятор 33 на своем выходе CV формирует сигнал 38, который управляет степенью открытия/закрытия КР 16, поддерживая установленный заданием расход НГК, подаваемого в МГП.
Для поддержания температуры осушенного газа, поступающего в МГП, АСУ ТП 11 использует ПИД-регулятор 34. Для этого АСУ ТП 11 на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подает сигнал 25 - значение фактической температуры осушенного газа, измеряемое датчиком 17, установленным на входе в МГП. Одновременно АСУ ТП 11 на вход задания SP этого же ПИД-регулятора подает сигнал 26 - значение уставки температуры осушенного газа, поступающего в МГП, заданной в соответствие с технологическим регламентом установки. В результате обработки этих сигналов ПИД-регулятор 34 на своем выходе CV формирует сигнал 39, управляющий степенью открытия/закрытия КР 14, поддерживая температуру осушенного газа, поступающего в МГП путем регулирования его расхода через байпас второй секции ТО 12 «газ-газ».
Для поддержания температуры НГК, подаваемого в МКП, АСУ ТП 11 использует ПИД-регулятор 35. Для этого АСУ ТП 11 на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подает сигнал 27 - значение фактической температуры НГК, измеряемой датчиком 22, установленным на входе в МКП. Одновременно АСУ ТП 11 на вход задания SP этого же ПИД-регулятора подает сигнал 28 - значение уставки температуры НГК, подаваемого в МКП, заданной в соответствие с технологическим регламентом установки. В результате их обработки ПИД-регулятор 35 на своем выходе CV формирует сигнал 40, управляющий степенью открытия/закрытия КР 10, поддерживая температуру НГК, поступающего в МКП, путем регулирования расходом добываемой газоконденсатной смеси, проходящей через первую секцию ТО 13 «газ-конденсат».
Для поддержания температуры газоконденсатной смеси в низкотемпературном сепараторе 18 АСУ ТП 11 использует ПИД-регулятор 36. Для этого АСУ ТП 11 на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подает сигнал 29 - значение фактической температуры в низкотемпературном сепараторе 18, измеряемое датчиком 19, установленным в нем. Одновременно АСУ ТП 11 на вход задания SP этого же ПИД-регулятора подает сигнал 30 - значение уставки температуры в низкотемпературном сепараторе 18, заданной в соответствие с технологическим регламентом установки. В результате их обработки ПИД-регулятор 36 на своем выходе CV формирует сигнал 41, задающий значение температуры газоконденсатной смеси на выходе АВО 8, который в виде оперативного значения уставки этой температуры подает на вход САУ АВО 7, которая использует его и контролируемые ею параметры для управления тепловой производительностью АВО 8.
вх
Для поддержания давления газоконденсатной смеси на входе в сепаратор 4 АСУ ТП 11 использует ПИД-регулятор 37. Для этого АСУ ТП 11 на вход обратной связи PV этого ПИД-регулятора подает сигнал 31 - значение фактического давления, измеряемое датчиком 3, установленным на входе сепаратора 4. Одновременно АСУ ТП 11 на вход задания SP этого же ПИД-регулятора подает сигнал 32 - значение уставки давления Р на входе установки, т.е. перед сепаратором 4 первой ступени сепарации. Ее значение задают в соответствие с технологическим регламентом установки. В результате их обработки ПИД-регулятор 37 на своем выходе CV формирует сигнал 42, управляющий степенью открытия/закрытия КР 2.
вх
вх.
min
тах
вх.
вх
вх
КР2
const
АСУ ТП с момента запуска установки в эксплуатацию реализует третий вид ее эксплуатации - поддержание заданного расхода НГК, пдаваемого в МКП. Для этого АСУ ТП использует заданные значения уставок контролируемых параметров и границы допустимых отклонений значения этих параметров от их уставок в процессе эксплуатации установки. И как только АСУ ТП обнаружит выход одного из контролируемых параметров за пределы установленных ему границ, нарушающий технологический регламент работы установки, АСУ ТП изменяет на один шаг значение уставки давления Р добываемой газоконденсатной смеси на входе установки на величину ΔР Изменение этой уставки происходит в интервале, определяемом неравенством  где P - минимально допустимое, а Р - максимально допустимое значение уставки давления газоконденсатной смеси на входе установки. Саму величину ΔРназначают из соотношения  где n - число разрешенных шагов изменения уставки Р. Изменение уставки Р АСУ ТП осуществляет в направлении, которое позволяет устранить возникшее нарушение, и при этом АСУ ТП одновременно следит за тем, чтобы положение S рабочего органа КР 2, управляющего давлением на входе установки, находилось в рамках допустимых границ его перемещения. Изменив значение уставки на один шаг АСУ ТП удерживает режим управления технологическими процессами установки с новым значением уставки в течение интервала времени не менее τ, являющегося индивидуальной характеристикой установки, определяемой экспериментально. И если все остальные контролируемые параметры технологического процесса за это время вернутся в пределы установленных для них границ, то АСУ ТП фиксирует в своей БД это значение как новую уставку давления добываемой газоконденсатной смеси на входе в установку для поддержании заданного расхода НГК, подаваемого в МКП.
Одновременно АСУ ТП генерирует сообщение оператору об автоматической смене режима работы установки и его новых характеристиках, и далее АСУ ТП реализует этот режим эксплуатации установки. В противном случае АСУ ТП изменяет значение уставки еще на один шаг в том же направлении.
вх
min
mах
КР
2
Перед запуском установки в эксплуатацию обслуживающий персонал вводит в БД АСУ ТП 11 заданные значения ряда необходимых для ее работы параметров. Прежде всего это уставка давления Р добываемой газоконденсатной смеси на входе установки и границы интервала ее допустимых изменений от P до Р. Одновременно вводят ограничения на возможные перемещения рабочего органа КР 2, положение которого 5должно находиться в границах: полностью отрыт - прикрыт до строго заданного, нижнего значения  Границы его допустимых перемещений задают неравенством
вх
АСУ ТП 11 осуществляет управление пошаговым изменением уставки Р только в случае необходимости (выход одного из контролируемых параметров за пределы установленных для него ограничений) соблюдая требования, представленные системой двух неравенств
НГК
min
max
КР16
Вводят уставку заданного расхода НГК по установке и границы допустимых вариаций фактического расхода Q НГК от его уставки, заданных неравенством  где Q - минимально допустимое значение, a Q - максимально допустимое значение расхода НГК, подаваемого в МКП. Одновременно с ней вводят ограничения на возможные перемещения рабочего органа КР 16, положение которого Sдолжно находиться в границах: полностью отрыт - прикрыт до строго заданного, нижнего значения  Границы его допустимых перемещений задают неравенством
Управление расходом НГК с помощью КР 16, АСУ ТП 11 осуществляет с учетом требования соответствия системе двух неравенств
НС
Так же в БД АСУ ТП вводят значение уставки температуры в низкотемпературном сепараторе и границы интервала допустимых отклонений фактической температуры Т°С от нее, которые задают неравенством  где  - минимально допустимое значение, а  - максимально допустимое значение температуры в низкотемпературном сепараторе.
Вводят уставку температуры осушенного газа, поступающего в МГП, и границы, в которых должна находиться фактическая температура  осушенного газа, которые задают неравенством
mах_НГК
где  минимально допустимое, а Т°С максимально допустимое значение температуры осушенного газа.
Вводят уставку температуры НГК, поступающего в МКП и границы, в которых должна находиться фактическая температураНГК, которые задают неравенством
mах_НГК
где  минимально допустимое, а Т°С максимально допустимое значение температуры НГК.
В процессе эксплуатации установки, положение рабочих органов КР 10 и КР 14, в отличие от положения КР 2 и КР 16, может изменяться от полностью открыт до полностью закрыт.
С момента запуска установки в работу АСУ ТП 11 в реальном режиме времени осуществляет контроль положения рабочих органов КР 2, КР 10, КР 14 и КР 16, а также расход НГК, подаваемого в МКП, с помощью датчика расхода 21, температуры в низкотемпературном сепараторе 18 с помощью датчика 19, температуры осушенного газа/НГК, поступающих/подаваемых в МГП/МКП, с помощью датчиков 17 и 22, соответственно.
Контролируя указанные параметры АСУ ТП 11 ведет управление технологическим процессом с учетом указанных выше ограничений и поддерживает стабильным заданный расход НГК по установке - третий вид эксплуатации. Если в процессе работы не удается удержать в установленных рамках заданный расход НГК, подаваемого в МКП или заданную температуру в низкотемпературном сепараторе 18 или заданную температуру осушенного газа/НГК, поступающего/подаваемого в МГП/МКП, либо рабочий орган КР 10 или КР 14 или КР 16 перейдет в одно из своих крайних положений, то АСУ ТП 11 автоматически переводит установку на новый режим работы, предусматривающий управление значением давления газоконденсатной смеси на входе установки в рамках допустимых вариаций. Этот режим АСУ ТП 11 реализует с помощью ПИД-регулятора 37 и управляемого им КР 2 в рамках ограничений, установленных системой неравенств (1), изменив значение первоначально заданной уставки по давлению на один шаг. Одновременно АСУ ТП 11 формирует сообщение оператору установки об автоматическом переводе установки на новый режим работы.
Данный режим АСУ ТП 11 реализует, увеличив/уменьшив значение уставки давления газоконденсатной смеси на входе установки, в зависимости от сложившейся ситуации в ту или иную сторону, до значения
Это новое значение уставки АСУ ТП 11 подает в виде сигнала 32 на вход SP ПИД-регулятора 37. Сравнивая ее значение с фактическим давлением на входе установки, поступающим от датчика 3, ПИД-регулятор 37 на своем выходе CV формирует управляющий сигнал 42 и задает соответствующее значение степени открытия/закрытия КР 2. Это ведет к изменению давления добываемой газоконденсатной смеси на входе в установку, что вызывает изменение перепада давления на редуцирующем КР 16. Благодаря этому произойдет, повышение/понижение температуры в низкотемпературном сепараторе 18, что, в свою очередь, приведет к устранению возникшего отклонения - повышению/понижению расхода НГК, подаваемого в МГП или температуры газа/НГК, поступающих в МГП/МКП.
вх
вх
const
const
Корректировку значения уставки давления на входе установки Р АСУ ТП 11 производит пошагово, в зависимости от направления возникшего нарушения и с учетом инерционности технологических процессов установки. Количество шагов n, перекрывающих весь интервал допустимых вариаций изменения уставки давления на входе установки Р, как правило, назначают равным 10, по 5 шагов в каждую сторону от первоначально заданного значения. При этом на каждом шаге АСУ ТП 11 реализует режим управления технологическими процессами установки с новым значением уставки в течение интервала времени не менее τ, являющегося индивидуальной характеристикой установки, определяемой экспериментально. В частности, для установок Заполярного нефтегазоконденсатного месторождения требуется время τ для завершения переходных процессов порядка 10 минут. Если при реализации первого шага удается устранить возникшее нарушение в ходе технологического процесса - восстановить заданный расход НГК, подаваемого в МКП, или заданную температуру в низкотемпературном сепараторе 18, или заданную температуру осушенного газа/НГК, поступающего/подаваемого в МГП/МКП, либо вернуть рабочий орган КР 10 или КР 14 или КР 16 в его рабочий диапазон положений, то АСУ ТП 11 продолжает работать с этим новым значением уставки, зафиксировав ее значение в своей БД в качестве задания. В противном случае АСУ ТП 11 продолжит поиск, изменив значение уставки еще на один шаг.
вх
Такой режим коррекции уставки Р с помощью КР 2 в следствии изменения параметров состояния наружного воздуха и иных причин позволяет АСУ ТП 11 многократно возвращаться к ранее реализованным режимам работы, в том числе и к первоначальному.
вх
mах
min
min_КР2
Если в режиме коррекции уставки Р с помощью КР 2 будет достигнута одна из границ допустимых вариаций давления на входе установки Р или P, либо рабочий орган КР 2 перейдет в состояние полностью открыт или S, но расход НГК, подаваемого в МГП или температура осушенного газа/НГК, поступающего/подаваемого в МГП/МКП, или температура в низкотемпературном сепараторе не войдет в рамки заданных ограничений, АСУ ТП 11 формирует об этом сообщение оператору установки для принятия решения по изменению режима работы кустов газодобывающих скважин, либо перехода на режим работы установки с подключением турбодетандерных агрегатов.
Настройку используемых ПИД-регуляторов проводит обслуживающий персонал в момент запуска системы в работу под конкретный режим работы установки согласно методу, изложенному, например, в «Энциклопедии АСУ ТП», п. 5.5, ПИД-регулятор, ресурс:
http://www.bookasutp.ru/Chapter5_5.aspx#HandTuning.
Способ автоматического поддержания температурного режима на установках низкотемпературной сепарации газа с АВО на Крайнем Севере РФ реализован в ПАО «Газпром» ООО «Газпром добыча Ямбург» на Заполярном нефтегазоконденсатном газоконденсатном месторождении на УКПГ 1 В и УКПГ 2 В. Результаты эксплуатации показали его высокую эффективность. Заявляемое изобретение может широко использоваться и на других действующих и вновь осваиваемых нефтегазоконденсатных месторождениях, расположенных в районах Крайнего Севера РФ. Применение данного способа позволяет автоматически поддерживать температурный режим на установках в рамках технологических норм и ограничений, предусмотренных их технологическими регламентами, благодаря чему появляется возможность:
- удерживать в установленных рамках в автоматическом режиме ход технологических процессов установки, обеспечивая ее эффективную работу с учетом динамики текущих значений внешних и внутренних параметров;
- осуществлять контроль и поддержание заданного расхода НГК, подаваемого в МКП, а также температуры осушенного газа/НГК, поступающих/подаваемых в МГП/МКП, с целью защиты вечномерзлых грунтов от размораживания при подземной прокладке газо- и конденсатопроводов на Крайнем Севере РФ.