способ автоматического управления процессом охлаждения сырого природного газа

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом охлаждения сырого природного газа в аппаратах воздушного охлаждения газа, заключающийся в измерении температуры стенок теплообменных трубок нижних рядов аппаратов воздушного охлаждения газа, измерении температуры окружающего воздуха, измерении температуры газа на входе и выходе аппаратов воздушного охлаждения газа, измерении расхода газа, отличающийся тем, что дополнительно измеряют давление и плотность газа, строят с учетом измеренных параметров равновесную кривую гидратообразования, при помощи которой с учетом измеренных параметров определяют минимальное значение температуры наружной поверхности стенок теплообменных трубок аппарата воздушного охлаждения газа, при котором гидратообразование минимально, определяют с учетом особенностей данного технологического процесса максимально допустимое значение температуры газа на выходе аппарата воздушного охлаждения, при помощи которого с учетом измеренных параметров определяют максимальное значение температуры наружной поверхности стенок теплообменных трубок аппарата воздушного охлаждения газа, сравнивают полученные минимальное и максимальное значения температуры наружной поверхности стенок теплообменных трубок аппарата воздушного охлаждения газа с температурой, измеренной на наружной поверхности стенок теплообменных трубок нижних рядов аппарата воздушного охлаждения газа, и по результатам сравнения температур вырабатывают соответствующий электрический сигнал, управляющий частотой и направлением вращения электродвигателей вентиляторов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологиям обеспечения оптимальных режимов функционирования аппаратов воздушного охлаждения (АВО) сырого природного газа, преимущественно на дожимных компрессорных станциях газовых промыслов Крайнего Севера, и предназначено для предотвращения гидратообразования в теплообменных трубках АВО газа.

Известны способы автоматического управления процессом охлаждения природного газа (см., например, Крюков Н.П. Аппараты воздушного охлаждения. - М.: Химия, 1983. - 168 с.), основанные на измерении температуры газа на выходном коллекторе АВО и не учитывающие образование гидратов углеводородных газов на внутренних поверхностях теплообменных трубок АВО газа.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ автоматического управления процессом охлаждения природного газа (Научно-технический сборник. Природный газ в качестве моторного топлива. Подготовка, переработка и использование газа. - М.: Ротапринт ИРЦ Газпром, 1997, №9, 10, стр.45-52), заключающийся в измерении температуры стенок теплообменных трубок нижних рядов АВО газа, измерении температуры окружающего воздуха, измерении температуры газа на входе и выходе АВО газа, измерении расхода газа, вычислении оптимального значения температуры стенок теплообменных трубок и поддержании его на неизменном уровне.

При практическом использовании выбранного в качестве прототипа способа автоматического управления процессом охлаждения природного газа возникают проблемы, обусловленные недостаточно высоким качеством регулирования, рассчитанного на поддержание одного фиксированного значения температуры стенок теплообменных трубок АВО газа.

Технический результат достигается тем, что в известном способе автоматического управления процессом охлаждения природного газа в АВО, в отличие от прототипа, дополнительно измеряют давление и плотность газа, строят с учетом измеренных параметров равновесную кривую гидратообразования, при помощи которой с учетом измеренных параметров определяют минимальное значение температуры наружной поверхности стенок теплообменных трубок АВО газа, при котором гидратообразование минимально, определяют с учетом особенностей данного технологического процесса максимально допустимое значение температуры газа на выходе АВО, при помощи которого с учетом измеренных параметров определяют максимальное значение температуры наружной поверхности стенок теплообменных трубок АВО газа, сравнивают полученные минимальное и максимальное значения температуры наружной поверхности стенок теплообменных трубок АВО газа с температурой, измеренной на наружной поверхности стенок теплообменных трубок нижних рядов АВО газа, и по результатам сравнения температур вырабатывают соответствующий электрический сигнал, управляющий частотой и направлением вращения электродвигателей вентиляторов.

Схема для практической реализации предлагаемого способа автоматического управления процессом охлаждения природного газа приведена на чертеже. На чертеже обозначено:

1 - секция аппарата воздушного охлаждения газа (например, для АВО типа 2АВГ-75С - это пучок из 528 поперечнооребренных биметаллических трубок, расположенных в шахматном порядке, снабженных входным и выходным коллекторами и охлаждаемых при помощи вентиляторов 2 и 3, которые работают от асинхронных электродвигателей);

4 - датчик давления газа в технологическом трубопроводе;

5 - электронный блок измерителя давления газа, преобразующий с помощью интерфейса RS-485 измеренное значение давления газа в сигнал, удобный для обработки в вычислительном устройстве;

6 - датчик температуры газа на входе АВО;

7 - электронный блок измерителя температуры газа на входе АВО, преобразующий с помощью интерфейса RS-485 измеренное значение температуры газа на входе АВО в сигнал, удобный для обработки в вычислительном устройстве;

8 - датчик измерителя расхода газа в технологическом трубопроводе;

9 - электронный блок измерителя расхода газа, преобразующий с помощью интерфейса RS-485 измеренное значение расхода газа в сигнал, удобный для обработки в вычислительном устройстве;

10 - датчик измерителя плотности газа;

11 - электронный блок измерителя плотности газа, преобразующий с помощью интерфейса RS-485 измеренное значение плотности газа в сигнал, удобный для обработки в вычислительном устройстве;

12 - датчик температуры окружающего воздуха;

13 - электронный блок измерителя температуры окружающего воздуха, преобразующий с помощью интерфейса RS-485 измеренное значение температуры окружающего воздуха в сигнал, удобный для обработки в вычислительном устройстве;

14 - датчик температуры газа на выходе АВО;

15 - электронный блок измерителя температуры газа на выходе АВО, преобразующий с помощью интерфейса RS-485 измеренное значение температуры газа на выходе АВО в сигнал, удобный для обработки в вычислительном устройстве;

16 -18 - датчики температуры стенок теплообменных трубок АВО газа;

19 - электронный блок датчиков температуры стенок теплообменных трубок АВО газа, преобразующий с помощью интерфейса RS-485 измеренные значения температуры стенок теплообменных трубок АВО газа в сигнал, удобный для обработки в вычислительном устройстве;

20 - вычислительное устройство, управляющее системой автоматического управления АВО газа;

21 - частотно регулируемый привод, предназначенный для плавного пуска и управления частотой и направлением вращения электродвигателей вентиляторов 2 и 3 по сигналу вычислительного устройства.

После измерения параметров и дополнительных параметров строят равновесную кривую гидратообразования (зависимость давления газа от его температуры при постоянной плотности газа). По кривой гидратообразования, по измеренному значению давления газа определяют температуру начала гидратообразования.

Минимально допустимое значение температуры наружной поверхности стенок теплообменных трубок нижних рядов АВО газа определяют по измеренным значениям расхода газа и температуры газа на входе и выходе АВО газа по формуле:

и условию выпадения гидратов на внутренней поверхности теплообменной трубки АВО газа:

В формулах (1), (2) обозначено: К - коэффициент, зависящий от типа АВО (например, для АВО типа 2АВГ-75С К=1,4·10 ^-6); G_г - расход газа через АВО, м³ /с; _г - плотность газа, кг/м³; с _г - удельная теплоемкость газа, Дж/(кг·К); t_г1 и t_г2 - соответственно температуры газа на входе и выходе АВО, °С; и - соответственно температуры наружной и внутренней стенок теплообменных трубок АВО газа, °С; N - число включенных секций АВО газа; t_гидр - температура начала гидратообразования, °С.

Максимально допустимое значение температуры наружной поверхности стенок теплообменных трубок нижних рядов АВО газа определяют по измеренным значениям температуры окружающего воздуха и расхода газа и заданному максимальному значению температуры газа на выходе АВО по формулам:

и по формуле (1). В формулах (3), (4) обозначено: t_в - температура окружающего воздуха, °С; k - коэффициент теплопередачи, Вт/м²·К; _г - коэффициент теплоотдачи со стороны газа, Вт/м²·К; - коэффициент увеличения поверхности аппарата.

Повышение качества регулирования достигается вследствие того, что температура начала гидратообразования корректируется в зависимости от изменения давления газа в АВО. В связи с этим корректируется и диапазон температур, в рамках которого должна лежать температура наружной стенки теплообменных трубок нижних рядов АВО газа. Поддержание указанной температуры в данном диапазоне обеспечит недопущение гидратообразования в теплообменных трубках АВО газа и требования технологического процесса. Таким образом поддерживается оптимальный режим работы аппаратов воздушного охлаждения сырого природного газа.