АВТОМАТИЗАЦИЯ АБСОРБЦИОННОГО ПРОЦЕССА ОСУШКИ ГАЗА

Процесс абсорбционной осушки газа основан на избирательном поглощении влаги раствором диэтиленгликоля в тарельчатых ко­лоннах, особенностью которых является ступенчатый характер про­водимого в них процесса. Газ и жидкость последовательно соприка­саются на отдельных ступенях (тарелках) аппарата. Поверхность соприкосновения фаз развивается потоком газа, распределяющимся в жидкости в виде пузырьков и струек. Среды движутся по аппарату по принципу противотока: сверху вниз движется абсорбент, а снизу вверх—осушаемый газ. В результате контакта фаз происходит массообмен: пары воды из газа переходят в раствор абсорбента. Степень осушки газа на абсорбционных установках определяется главным образом концентрацией подаваемого в абсорбер раствора, а концентрация раствора, в свою очередь, зависит от используемого на установке метода регенерации отработанного абсорбента. Для глубокой регенерации раствора и получения низких (от —20 до +30 °С) точек росы осушенного газа регенерацию ДЭГ проводят под вакуумом.

В промысловых условиях абсорбционные установки осушки под­вержены различным внешним воздействиям, что и вызывает необхо­димость управления ими. Основная задача управления состоит в обеспечении заданной степени осушки газа при минимальных энер­гетических и материальных затратах и удовлетворении ограничений на технологические параметры процесса.

Процесс осушки газа на газовых промыслах осуществляют, как правило, в нескольких параллельно работающих абсорберах, входы и выходы которых подключены к коллекторам. Опыт эксплуатации их показывает, что, несмотря на одинаковые конструктивные харак­теристики аппаратов, их гидравлическое сопротивление различно. Это приводит к неравномерной нагрузке аппаратов и уменьшению общей эффективности их работы. Поэтому задача автоматического управления заключается не только в поддержании требуемой точки росы осушенного газа, но и в обеспечении равномерного распределе­ния потоков газа между абсорберами. Эта задача решается каскадной автоматической системой (рис. 21.9), построенной по схеме, изображенной на рис. 21.2, из которой исключены блоки 1е, 1д и 1в, а регулирующий штуцер 1л устанавливают после абсорбера. Изменение расхода и влагосодержания осушаемого газа, а также условий массообмена (температуры контакта фаз, давления и др.) приводит к изменению влагосодержания осушенного газа. Для поддержания постоянного влагосодержания осушенного газа изменяют либо расход абсорбента, либо его концентрацию, либо то и другое одно­временно.

Если абсорбер работает в переменном (по расходу газа) режиме, то система автоматического управления строится по принципу регу­лирования соотношения расход газа — расход абсорбента с коррек­цией соотношения по отклонению влажности газа от заданного значения. Система функционирует следующим образом (рис. 21.9). Текущее значение влажности газа, воспринимаемое датчиком la, при помощи электропневматического преобразователя 1б преобра­зуется в пневматический унифицированный сигнал, который подается на вход ПИ-регулятора влажности 1в с вторичным прибором 1г системы «Старт» (РП3.21). От ручного задатчика вторичного при­бора 1г (тип ПВ 17.1Э) на вход этого регулятора подается пневма­тический сигнал, пропорциональный заданному значению влажности. При отклонении текущего значения влажности газа от заданного регулятор по пропорционально-интегральному закону выдает коррек­тирующий пневматический сигнал, который подается на вход регу­лятора соотношения 1ж с вторичным прибором 1и (рис. ПР3.24). Последний, действуя на исполнительный механизм 1к, изменяет расход адсорбента до тех пор, пока текущее значение влажности не станет равным заданному.

При изменении расхода газа нарушается величина соотношения расход газа—расход абсорбента и регулятор 1ж по сигналу от датчиков расхода газа 5а и 56 изменяет расход абсорбента. Ввод в контур регулирования сигнала от датчика расхода газа обеспечи­вает повышение динамической точности регулирования влажности.

В системе управления используют в основном пневматические приборы ГСП. Вторичный прибор 1и типа ПВ10.1Э предназначен для регистрации расхода абсорбента и дистанционного управления исполнительным механизмом 1д при переходе на ручное дистанцион­ное управление. В качестве исполнительного механизма используют регулятор расхода жидкости типа РРЖ (см. рис. 21.6).

Заданная нагрузка абсорбера поддерживается при помощи систе­мы автоматического регулирования, в состав которой входят: камер­ная диафрагма 5а, дифманометр 56, регулятор 5в, вторичный прибор 5г, регулирующий штуцер 5д. Заданное значение нагрузки устанав­ливается центральным регулятором давления (ЦРД).

Температурный режим абсорбера автоматически стабилизируется при помощи двух систем регулирования: температуры газа и тем­пературы абсорбента на входе в абсорбер. Первая система состоит из манометрического термометра с пневмовыхедом 2а, Пи-регулятора 26 и регулирующего клапана 2в. Вторая представляет собой термометр сопротивления 3а и двухпозиционное регулирующее устройство 36, включающее или отключающее вентилятор Зв. В качестве двухпозиционного регулирующего устройства используется серийный электронный мост с двухпозиционным регулятором.

Уровень жидкости в абсорбере регулируется системой, состоящей из датчика уровня 4а типа УБ-П, пропорционального регулятора 46 типа ПР1.5 и регулирующего клапана 4в типа УКН.

Для обеспечения надежной осушки газа при переменном его по­ступлении необходимо поддерживать максимальный расход ДЭГ, постоянную его концентрацию, а также постоянную температуру контакта фаз. (Под максимальным понимается такой расход абсор­бента, который при максимальной нагрузке аппарата по газу и по­стоянной концентрации гликоля обеспечивает заданную степень осушки газа.) Такая система управления обеспечивает инвариант­ность влажности газа по отношению к его расходу.

Система автоматического управления процес­сом регенерации абсорбента. Основная задача системы автоматического управления процессом регенерации абсорбента состоит в стабилизации концентрации регенерированного раствора диэтиленгликоля.

При постоянном вакууме в испарителе и колонне концентрация регенерированного раствора однозначно определяется температурой кипения. Чем больше концентрация ДЭГ в растворе, тем выше тем­пература его кипения при одном и том же давлении (вакууме). При поддержании постоянных значений температуры и вакуума в испа­рителе обеспечивается постоянная концентрация регенерированного раствора.

Система автоматического управления, построенная на таком принципе, показана на рис. 21.10. Стабилизация температуры раст­вора осуществляется системой автоматического регулирования, со­стоящей из датчика температуры 1а, ПИ-регулятрра 16 и регули­рующего клапана 1в. При отклонении температуры от заданного значения регулятор, действуя на регулирующий клапан, изменяет подачу пара в испаритель до тех пор, пока рассогласование не станет равным нулю. В качестве датчика и регулятора используются термометр сопротивления и электронный автоматический мост с регулирующим устройством. Могут быть применены также мано­метрические термометры с пневматическим выходным сигналом и регуляторы системы «Старт» типов ПР3.21 или ПР3.22. В качестве исполнительных механизмов используют мембранные регулирующие клапаны.

Стабилизация вакуума обеспечивается системой автоматического управления, состоящей из датчика вакуума 2а, ПИ-регулятора 26 и клапана 2в. Вакуум измеряется вакуумметром типа ВС-П1, пневмосигнал которого поступает на регулятор ПР3.21, который уста­навливается на вторичном самопишущем приборе ПВ40.1Э. При отклонении текущего значения вакуума от заданного регулятор воз­действует на мембранный регулирующий клапан 2в, установленный после вакуум-насоса, поддерживая рассогласование равным нулю. Для уменьшения потерь диэтиленгликоля, содержащегося в парах воды, предусматривается автоматическая стабилизация температуры верха колонны. Система регулирования включает датчик темпера­туры 3а, ПИ-регулятор 36 и мембранный клапан 3в.

Уровни жидкости в испарителе и емкости флегмы автоматически поддерживаются пропорциональными регуляторами 4а, 5а, изменяю­щими проходное сечение регулирующих клапанов 46 и 56, установ­ленных после насоса на трубопроводах отвода жидкости из аппара­тов. Для регулирования уровня применяют регуляторы системы «Старт» типа ПР2.5 в комплекте с пневматическими датчиками уровня 2Б-П.

Температура флегмы на выходе воздушного холодильника-конден­сатора регулируется включением одного или нескольких вентилято­ров 6в, управляемых двухпозиционным регулятором температуры 66. Текущее значение температуры измеряется термометром сопротив­ления 6а.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные задачи автоматизации газовых и газоконденсатных про­мыслов.

2. Объясните основные принципы управления добычей газового промысла.

3. Объясните принцип работы системы автоматического регулирования деби­та скважины.

4. Объясните устройство регулирующего штуцера.

5. Объясните принцип работы системы автоматического регулирования про­цессом низкотемпературной сепарации газа.

6. Как устроен датчик расхода ингибитора типа ДР-22?

7. Как устроен регулятор расхода жидкости РРЖ-1?

8. Объясните устройство автоматического регулятора уровня для горизонталь­ных и вертикальных емкостей.

9. Объясните схему автоматизации абсорбционного процесса осушки газа.

Глава 22