АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗА

Метод низкотемпературной сепарации (НТС) обеспечивает выде­ление из добываемого газа воды и конденсата, что необходимо для нормальной работы газосборных сетей и магистрального газопровода. Осушка и очистка газа достигается в результате его охлаждения и последующей сепарации сконденсировавшейся жидкости. Для по­лучения низких температур в установках используют пластовую энергию газа или искусственное охлаждение. В первом случае темпе­ратура понижается в результате адиабатического расширения (дрос­селированием) газа, во втором — использованием специальных машин и установок. В промышленности распространены технологиче­ские схемы с получением холода за счет дросселирования газа на штуцере. Для предупреждения образования кристаллогидратов в местах резкого снижения температур вводят ингибиторы гидратообразования методом ввода ингибиторов состоит в том, что последний поглощает из газа парообразную влагу и вместе со свободной водой, сконденсировавшейся в результате охлаждения газа, образует раст­вор. Упругость паров воды и точка росы снижаются. При этом по­нижается и равновесная температура гидратообразования. В качест­ве ингибиторов применяют метиловый спирт (метанол) и диэтиленгликоль (ДЭГ). Опыт показал, что наиболее надежным ингибитором является ДЭГ. Учитывая возможность его регенерации на промыш­ленной установке, применение ДЭГ, несмотря на высокую стоимость его, выгоднее, чем метанола.

Системой автоматического управления НТС должно быть обес­печено автоматическое регулирование производительности установок, температурного режима, расхода ингибитора гидратообразования, давления газа в аппаратах и газопроводах и уровня жидкости в ап­паратах.

Принципиальная схема автоматизации установки низкотемпера­турной сепарации приведена на рис. 21.4. Газ от скважины под дей­ствием устьевого давления поступает в сепаратор первой ступени С-1, где происходит сепарация жидкости, выделившейся из газа при дви­жении от забоя скважины. Жидкость сбрасывается в емкость Е-1, а газ направляется в теплообменник Т-1 типа «труба в трубе», где ох­лаждается газом, поступающим в межтрубное пространство из низко­температурного сепаратора С-2. Из теплообменника Г-1 газ поступа­ет через регулируемый штуцер Ш-2 в низкотемпературный сепаратор С-2. С помощью штуцера осуществляется регулирование давления газа. В результате совместного действия теплообменника Г-1 и шту­цера Ш-2 температура газа в сепараторе достигает 15—10 °С, в ре­зультате чего происходит выделение жидкости. Осушенный газ по­ступает в теплообменник Г-1, где охлаждает газ, поступающий из скважины, а затем направляется в газосборный коллектор группо­вого пункта.

В газовый поток перед входом в теплообменник Т-1 высокона­порным дозировочным насосом Н-1 впрыскивается через форсунки концентрированный раствор ДЭГ, который поглощает имеющуюся в газе влагу. В результате этого в нижней части низкотемператур­ного сепаратора собирается смесь конденсата и насыщенного ДЭГ, которая поступает в разделительную емкость Е-1. Разделение проис­ходит за счет разности плотностей растворов и имеющихся в емкости перегородок. Для улучшения разделения смеси сепаратор С-2 и раз­делительная емкость Е-1 снабжены змеевиковыми подогревателями, подогреваемыми частью газа высокого давления, который после се­паратора С-1 направляется в огневой подогреватель 077. При темпе­ратуре, примерно равной +150°С, газ поступает в змеевики подо­греваемых аппаратов, а затем возвращается в газовый поток перед теплообменником Т-1.

Конденсат из разделительной емкости Е-1 направляется в конденсатопровод, газ — в коллектор газосборного пункта, а насыщенный ДЭГ — через теплообменник Т-2 на установку регенерации УР. После предварительного подогрева в теплообменнике Т-2 насыщенный ДЭГ поступает в отпарную колонну установки регенерации. Пары воды отводятся через верхнюю часть колонны, а собирающийся в нижней части установки регенерированный ДЭГ перетекает в промежуточную емкость Е-2, подогревая по пути через теплообменник Т-2 поток на­сыщенного ДЭГ. С помощью дозировочного насоса Н-1 ДЭГ снова вводится в процесс. Установка регенерации и огневой подогрева­тель — общие для группового пункта.

При реализации систем регулирования основных технологических параметров в качестве измерительных устройств применяют глав­ным образом серийные приборы типа ГСП, а также пневматические регуляторы и вторичные приборы системы «Старт».

Система автоматического регулирования дебита скважины. Дебит измеряют с помощью диафрагмы 1А и дифманометра 16. Для регулирования дебита скважины выходной пневмати­ческий сигнал этого дифманометра, пропорциональный текущему зна­чению дебита, поступает на вход изодромного регулятора 1в и од­новременно на вторичный прибор 1г. От задатчика, помещенного во вторичном приборе 1г, пневматический сигнал, пропорциональный заданному значению дебита, поступает во вторую камеру изодромно­го регулятора 1в. Выходной сигнал регулятора поступает на регули­руемый штуцер Ш-2 (1Д) и одновременно на вторичный прибор 1г. Таким образом, на вторичном приборе 1г сведены значения трех параметров: текущего и заданного значений дебита и давления в линии исполнительного механизма.

Все элементы этой системы, за исключением исполнительного механизма Ш-1, могут быть реализованы с помощью серийно выпу­скаемых общепромышленных средств автоматизации. В качестве ис­полнительного механизма можно использовать регулируемый штуцер с пневмоприводом типа ШРП-1, При изменении выходного сигнала регулятора пневматический мембранный привод этого штуцера пере­мещает заслонку регулирующего органа, изменяя площадь его про­ходного сечения. Таким образом, при изменении расхода газа через диафрагму 1А система регулирования будет восстанавливать задан­ное значение расхода изменением площади проходного сечения шту­цера Ш-2. Однако во время перемещения заслонки штуцера, кроме стабилизации расхода, исполнительный орган может оказать воз­мущающее действие по отношению к давлению в сепараторе С-1.

Отборное устройство давления ЗА расположено после теплооб­менника Т-1. Давление измеряется вторичным прибором 3б. В случае рассогласования между текущим значением давления на входе мано­метра 3б и заданным значением, поступающим от задатчика вторич­ного прибора 3г, регулятор 3в изменит проходное сечение исполни­тельного механизма Ш-1 (3д), восстанавливая заданное значение давления в сепараторе С-1.

Система автоматического регулирования расхо­да ДЭГ. Непрерывный ввод ДЭГ в газовый поток в заданном коли­честве — необходимое условие нормальной работы установки НТС. Расход ингибитора должен соответствовать дебиту газа, поступающе­го из скважины. При изменении дебита газа система регулирования расхода ингибитора должна перестраиваться на другое значение. Указанное условие может быть реализовано с помощью системы свя­занного регулирования, показанной на рис. 21.4. Она состоит из дат­чика расхода ингибитора 4А, дифманометра 4б, регулятора соотноше­ния двух параметров 4в, вторичного прибора 4г и исполнительного механизма 4Д.

Приборы переменного перепада давления для измерения расхода не могут быть применены в качестве датчиков расхода ингибитора вследствие пульсирующего характера потока на выкиде плунжерного дозировочного насоса Н-1, небольшого значения расхода, существен­ного изменения вязкости ДЭГ, а также большого статического дав­ления.

На рис. 21.5 приведена схема датчика расхода ингибитора ДР-22.

Устройство состоит из собственно датчика и дифманометра. Датчик имеет приемник-камеру 1 переменного уровня и дроссель 3, располо­женный в корпусе 8. Корпус одновременно является уравнительным сосудом, в который заливается жидкость. Благодаря переливной трубке 2 в уравнительном сосуде устанавливается постоянный уро­вень жидкости. Приемная камера 1 при необходимости может обо­греваться паром, подаваемым в кожух 7. В верхней части 6 приемни­ка расположен штуцер 5, через который жидкость разбрызгивается и стекает по стенке, чем достигается сглаживание пульсирующего потока. При помощи трубки 4 выравниваются давления в газовом пространстве приемника и трубопроводе, поэтому истечение ингиби­тора через диафрагму 3 происходит только под действием столба жидкости в приемной камере. Каждому установившемуся значению

притока жидкости в приемник соответствует определенный уровень. Уровень и расход связаны отношением

где Q—расход ингибитора; F—площадь отверстия диафрагмы; α — коэффициент расхода.

Уровень измеряется диафманометром типа ДС-П с пневматиче­ским выходным сигналом. Датчик расхода ДР-22 рассчитан на рабо­чее давление 32 МПа и диапазоны расхода 0-0,007; 0—01; 0—0,02 и 0—0,3 кг/с.

На рис. 21.6 показана схема регулятора расхода жидкости РРЖ-1, представляющая собой регулируемый дроссель, совмещенный с ре­гулятором перепада давления. Регулятор обеспечиват постоянный расход ингибитора гидратообразования при колебаниях давления жидкости на его входе и выходе.

Ингибитор от насоса поступает по каналу 1 через отверстие 4 в камеру А регулятора, затем в камеры В и Б, далее через щель 5 в камеру 7 и на выход. На отверстии 4 осуществляется редуцирование входного давления р_вх до р_рег. Площадь отверстия 4 изменяется при перемещении поршня 3. При этом изменяется р_рег, которое действует на мембрану 2 и сжимает пружину 6. По усилению пружины опреде­ляют перепад давления на щели 5 .

Под действием пневматического сигнала, поступающего от регу­лятора соотношения под мембрану пневмопривода 8, плунжер 7 бу­дет изменять проходное сечение щели 5, устанавливая необходимое значение расхода ингибитора.

Возможные колебания давлений на входе р_вх и выходе р_вых ре­гулятора могут привести к изменению расхода ингибитора через щель 5. В этих условиях заданный расход ингибитора при постоян­ном сечении щели обеспечивается регулятором перепада давления. Например, с увеличением входного давления р_вх растет и давление р_рег. Мембрана 2, преодолевая упругость пружины 6, перемещается вправо. Поршень 3 уменьшает площадь проходного сечения отвер­стия 4, восстанавливая давление р_рег, а следовательно, и перепад давления на щели 5 и расход через нее до прежних значений. С уменьшением давления на входе р_вх, а также при изменении давления на выходе р_вых регулятор действует аналогично.

Регулятор РРЖ-1 рассчитан на рабочее давление 32 МПа, расход жидкости 3—90 л/ч и ее температуру 10—30 °С.

В целом система связанного регулирования расхода ингибитора работает следующим образом. На регулятор соотношения 4в (см. рис. 21.4) поступает пневматический сигнал от дифманометра 46, пропорциональный текущему значению расхода ингибитора и пнев­матический сигнал, пропорциональный заданному значению дебита скважины, определяемому центральным регулятором давления в промысловом газосборном коллекторе. В случае постоянного задания регулятору дебита скважины 1в задание регулятору соотношения 4в также не меняется, и регулятор 4в, воздействуя на исполнительный механизм 4Д (РРД-1), устанавливает соответствующее значение рас­хода ингибитора. Возможные отклонения расхода устраняются регулятором перепада давления блока РРЖ-1. При изменении задания регулятору дебита 1в заданное значение регулятору 4в также изме­няется, и в соответствии с установленным коэффициентом соотноше­ния его выходной сигнал с помощью пневмопривода блока РРЖ-1 устанавливает новый расход ингибитора.

Система автоматического регулирования темпе­ратурного режима. Такая система может быть реализована с помощью серийно выпускаемых средств автоматизации общепро­мышленного назначения. На рис. 21.4 показана система автоматиче­ского регулирования сепаратора С-2, состоящая из термобаллона 2А манометрического термометра, манометра 26 с пневмовыходом, изодромного регулятора 2в, вторичного прибора 2г с задатчиком ис­полнительного механизма 2Д. При отклонении текущего значения температуры от заданного регулятор 2в с помощью исполнительного механизма 2Д изменит количество холодного газа на входе в тепло­обменник Г-1, который служит для охлаждения потока сырого газа перед сепаратором С-2.

Подогрев газа в огневом подогревателе ОП происходит следую­щим образом. При сгорании топливного газа тепло передается от жаровой трубы к теплообменнику, по которому проходит холодный газ, через нитратнитритную смесь, постоянно циркулирующую меж­ду ними. Автоматизация огневого подогревателя сводится к стабили­зации температуры смеси с помощью элементов 6А — 6Д путем из­менения количества сжигаемого газа. Аналогично построена и си­стема автоматического регулирования температуры в нижней части установки регенерации УР. Температура поддерживается с по­мощью элементов 5А—ЬЦ, путем изменения количества сжигаемого газа.

Огневой подогреватель и уста­новка регенерации, кроме регули­рующих устройств, оснащены сред­ствами защитной автоматики.

Автоматическое регули­рование уровня жидкости. Наличие кристаллогидратов и абра­зивных частиц в потоках жидкости на установках НТС и незначитель­ный приток жидкости в емкость при значительных перепадах давле­ния на регулирующем органе при­вели к необходимости создания спе­циальных регуляторов для отвода жидкости из технологических емко­стей. На рис. 21.7 показана схема автоматического регулирования уровня в горизонтальной емкости. Чувствительным элементом регуля­тора является буек 1, подвешенный на пружине 2 и помещенный в защитную трубу 19. К буйку прикреплена штанга 3, на свободном конце которой закреплены постоянные магниты 5, изолированные от наруж­ной среды разделительной трубкой 6. В средней части штанги закреп­лен стакан 4, при помощи которого образуется масляный гидрозатвор. Последний препятствует проникновению природного газа из конденсатосборника в разделительную трубку 6, внутренняя полость кото­рой защищена от образования кристаллогидратов, что повышает на­дежность работы регулятора. Изменение уровня жидкости приводит к перемещению магнитов 5 в разделительной трубке 6, изготовлен­ной из немагнитного материала. При этом постоянный магнит 13, закрепленный на коромысле, уравновешенном пружиной 9, переме­щает заслонку 14 относительно сопел 10 и 15. К соплам через фильтр 7 и дроссели 11 и 16 подается сжатый воздух, давление ко­торого контролируется по манометру 8. Линия сопла 10 соединена с камерой Б трехмембранного реле 12, а линия сопла 16 — с каме­рой В того же реле. По достижении верхнего предельного уровня жидкостью заслонка 14 закрывает сопло 10, давление, в камере Б возрастает, и под его действием реле 12 переходит в крайнее ниж­нее положение. Давление питания проходит через камеру А реле на исполнительный механизм 21 и открывает его. Жидкость сбрасыва­ется из емкости через фильтр 20. По достижении нижнего предель­ного уровня закрывается сопло 15, увеличивается давление в каме­ре 5 и реле 12 переходит в крайнее верхнее положение. Линия пита­ния при этом перекрывается, а воздух из линии исполнительного механизма 21 поступает в атмосферу. Линия слива жидкости пере­крывается.

Число сливов жидкости контролируется счетчиком 17 при помо­щи пневмопривода 18. Регуляторы уровня РУЖ рассчитаны на ра­бочее давление до 32 МПа.

На рис. 21.8 показана схема регулирования уровня жидкости в вертикальном аппарате с помощью регулятора Р-2Д с пневмодатчиком ДУЖП-200. Система состоит из объекта регулирования I, датчиков верхнего II и нижнего III уровней регулятора IV и испол­нительного механизма (клапана) V.

Чувствительный элемент—поплавок 1—по достижении уровнем крайнего положения поднимается, и расположенный на противопо­ложном конце рычага сердечник 2 опускается. При этом постоянный магнит 3 поднимается и заслонка 4 прикрывает сопло 5, питание к которому подается от регулятора IV через фильтр и постоянный дроссель 11.

Рассмотрим работу системы. Если давление в мембранном при­воде клапана 1 отсутствует, он закрыт и уровень в емкости повы­шается. По достижении уровня в емкости до поплавка верхнего дат­чика II он срабатывает и перекидной клапан 10 подключает давле­ние питания ко второй (снизу) камере реле 6. При этом мембранный блок реле 6 перемещается вниз и линия IV под высоким давлением через среднюю камеру и сопло реле 6 соединяется со второй (снизу) камерой реле 9. Мембранный блок этого реле перемещается вниз, соединяя линию питания с запорным клапаном V и перекидным клапаном 10. Клапан V открывается, и жидкость выбрасывается из емкости.

Понижение уровня жидкости приводит к обратному действию верхнего датчика. Давление в линии его сопла снижается, однако реле находится в прежнем положении, так как перекидной клапан 10 под действием выходного давления реле 9 подключает это давление ко второй (снизу) камере реле 6.

При срабатывании нижнего датчика давление в линии его сопла и в средней камере 6 снижается. При этом снижается давление во второй (снизу) камере реле 9, и под действием пружины мембран­ный блок перемещается вверх. Сопло мембранного блока перекры­вается заслонкой и отсекает подачу управляющего воздуха на кла­пан. Реле 9 сообщается с атмосферой, клапан V при этом закрыва­ется, и схема возвращается в исходное положение,

Число циклов слива жидкости определяют по счетчику 7 с пневмоприводом 8. Давление пневмопитания и в линии клапана контро­лируется манометрами 12. В качестве исполнительных механизмов применяют клапаны КЗП, ОМК5М или К43П. Датчики выпускают на давление 20 МПа.