RU2781221C1 - Method for checking the operability of membrane separation units - Google Patents
Method for checking the operability of membrane separation units Download PDFInfo
- Publication number
- RU2781221C1 RU2781221C1 RU2021130714A RU2021130714A RU2781221C1 RU 2781221 C1 RU2781221 C1 RU 2781221C1 RU 2021130714 A RU2021130714 A RU 2021130714A RU 2021130714 A RU2021130714 A RU 2021130714A RU 2781221 C1 RU2781221 C1 RU 2781221C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- membrane
- gas separation
- gas
- helium
- permeate
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 216
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims abstract description 171
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 186
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 96
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 96
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium(0) Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 92
- 239000012466 permeate Substances 0.000 claims description 87
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 28
- 238000001931 thermography Methods 0.000 claims description 25
- NNEUCPRHEGXIDG-UHFFFAOYSA-N helium;methane Chemical compound [He].C NNEUCPRHEGXIDG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 101700002015 ABCB1 Proteins 0.000 description 36
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 10
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 5
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 4
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 4
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000149 penetrating Effects 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 101700067865 MBR1 Proteins 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000004059 degradation Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000011158 quantitative evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к процессу мембранного газоразделения.The invention relates to the gas industry, in particular to the process of membrane gas separation.
Известен способ, близкий техническим решением к заявляемому изобретению - «Автоматическое управление множеством устройств процесса разделения и детектирования для количественного анализа проб», включающий количественную оценку различных составов проб, сбор информационный о пробах анализ проб, регистрация проб и сохранение данных (патент РФ №2587098, G01N 30/24, опубликовано 10.06.2016).A method is known that is close to the technical solution of the claimed invention - "Automatic control of a plurality of devices for the separation and detection process for quantitative analysis of samples", including the quantitative evaluation of various sample compositions, the collection of information about samples, sample analysis, sample registration and data storage (RF patent No. 2587098, G01N 30/24, published 06/10/2016).
Недостатками известного технического решения является невозможность выявления в ходе эксплуатации установки мембранного выделения гелиевого концентрата, вышедшего из строя единичного устройства процесса разделения (мембранных элементов), а позволяет выявить группу мембранных элементов, среди которых есть неработающий элемент (элемент, работающий со сниженными газоразделительными характеристиками) и не позволяет выявить единичный мембранный элемент со сниженными характеристиками. Вывод из эксплуатации группы устройств газоразделения негативно повлияет на качество очистки природного газа от гелия, снижая эффективность работы всей установки; неэффективность их раздельного использования в процессе выявления неработающих мембранных элементов в составе установки мембранного выделения гелиевого концентрата, так как анализ проб газа по выходу из мембранных модулей на поточном газовом хроматографе не позволяет выявить единичный мембранный элемент, вышедший из строя.The disadvantages of the known technical solution is the impossibility of detecting during the operation of the installation of the membrane separation of helium concentrate, the failed single device of the separation process (membrane elements), and allows you to identify a group of membrane elements, among which there is a non-working element (an element operating with reduced gas separation characteristics) and does not allow to identify a single membrane element with reduced characteristics. The decommissioning of a group of gas separation devices will negatively affect the quality of natural gas purification from helium, reducing the efficiency of the entire plant; the inefficiency of their separate use in the process of identifying non-working membrane elements as part of the membrane separation of helium concentrate, since the analysis of gas samples at the outlet of the membrane modules on a flow gas chromatograph does not allow us to identify a single membrane element that has failed.
Известен «Способ анализа результатов активного теплового неразрушающего контроля изделий из полимерных композиционных материалов», включающий проведение тепловизионного обследования, измерение заданных параметров, получение данных о заданных параметрах, вычисление заданных параметров (патент РФ № 2649247, G01N 25/72, G01J 5/60, опубликовано 30.03.2018).Known "Method for analyzing the results of active thermal non-destructive testing of products made of polymer composite materials", including conducting a thermal imaging survey, measuring the specified parameters, obtaining data on the specified parameters, calculating the specified parameters (RF patent No. 2649247, G01N 25/72, G01J 5/60, published on 03/30/2018).
Недостатком вышеуказанного технического решения является необходимость проведения тепловизионной съемки поверхности мембранного элемента под внешней стимуляцией, что невыполнимо в процессе эксплуатации установки мембранного выделения гелиевого концентрата без извлечения из нее тестируемых мембранных элементов; неэффективность их раздельного использования в процессе выявления неработающих мембранных элементов в составе установки мембранного выделения гелиевого концентрата, анализ проб газа по выходу из мембранных модулей на поточном газовом хроматографе не позволяет выявить единичный мембранный элемент, вышедший из строя, так как использование тепловизионного контроля за состоянием мембранных модулей также не целесообразно выполнять без данных по техническим параметрам работы мембранных модулей ввиду больших трудозатрат и ограниченной штатной численности обслуживающего установки мембранного выделения гелиевого концентрата.The disadvantage of the above technical solution is the need for thermal imaging of the surface of the membrane element under external stimulation, which is not feasible during the operation of the installation of membrane separation of helium concentrate without extracting the tested membrane elements from it; the inefficiency of their separate use in the process of identifying inoperative membrane elements as part of the membrane separation of helium concentrate, the analysis of gas samples at the outlet of the membrane modules on a flow gas chromatograph does not allow us to identify a single membrane element that has failed, since the use of thermal imaging control over the state of membrane modules it is also not advisable to perform without data on the technical parameters of the operation of the membrane modules due to the large labor costs and the limited staffing of the helium concentrate membrane separation unit.
Известен Способ проверки работоспособности мембран, включающий размещение мембранного элемента в герметичном корпусе с возможностью прохождения в нем рабочей среды, измерение заданных газоразделительных характеристик, определение заданных параметров (Патент РФ №2024845, G01N 15/08, опубликовано 15.12.1994 г.) взятый в качестве ближайшего аналога (прототип).Known Method for testing the performance of membranes, including the placement of the membrane element in a sealed housing with the possibility of passing the working medium in it, measuring the specified gas separation characteristics, determining the specified parameters (RF Patent No. closest analogue (prototype).
Недостатками ближайшего аналога являются невозможность проверить технические характеристики без вывода из работы части мембранных модулей, что приведет к снижению подготавливаемой продукции, также требуется использование эталонного элемента и жидкости для проверки физических характеристик, что в разы увеличивает трудозатраты и простой мембранного модуля, при этом эталонную жидкость необходимо периодически обновлять, а отработанную утилизировать, что потребует дополнительные материальные ресурсы, существуют высокие риски механического повреждения мембранных элементов, при монтаже или демонтаже из мембранного модуля, для проведения исследования по определению соответствия их характеристик паспортным данным.The disadvantages of the closest analogue are the inability to check the technical characteristics without removing part of the membrane modules from operation, which will lead to a decrease in the prepared products, it also requires the use of a reference element and a liquid to check the physical characteristics, which significantly increases labor costs and a simple membrane module, while the reference liquid is necessary periodically renew, and utilize the used one, which will require additional material resources, there are high risks of mechanical damage to the membrane elements during installation or dismantling from the membrane module, in order to conduct a study to determine whether their characteristics correspond to passport data.
Предлагаемое техническое решение устраняет вышеперечисленные недостатки, и направлено на определение работоспособности установки мембранного газоразделения по причине массового выхода мембранных элементов из строя и, тем самым, минимизировать риски снижения качества подготовленного газа путем выявления блока или блоков мембранного разделениям со сниженными газоразделительными характеристиками, такими как фактор разделения по паре гелий/метан и доля отбора газа в пермеат, эксплуатируемых в составе Установки мембранного газоразделения без остановки или вывода из работы блока или блоков мембранного разделения, содержащих ряды мембранных модулей, каждый из которых выполнен в виде герметичного корпуса с мембранными элементами.The proposed technical solution eliminates the above disadvantages and is aimed at determining the operability of the membrane gas separation unit due to the mass failure of membrane elements and, thereby, minimizing the risks of reducing the quality of the prepared gas by identifying a membrane separation unit or units with reduced gas separation characteristics, such as the separation factor for a helium/methane pair and the proportion of gas extraction into permeate operated as part of the Membrane Gas Separation Unit without stopping or decommissioning the membrane separation unit or units containing rows of membrane modules, each of which is made in the form of a sealed housing with membrane elements.
Поставленная цель достигается тем, что Способ проверки работоспособности блоков мембранного газоразделения включает размещение мембранного элемента в герметичном корпусе с возможностью прохождения в нем рабочей среды, измерение заданных газоразделительных характеристик, определение заданных параметров, осуществляют последовательное выявление блока или блоков мембранного разделения со сниженными газоразделительными характеристиками, при этом каждый блок мембранного газоразделения состоит из рядов мембранных модулей в виде, по меньшей мере, одной ступени и расположен с возможностью отбора заданного количества проб на выходе из него, при этом отбор пробы осуществляют посредством открытия или закрытия, по меньшей мере, одного электромагнитного клапана, ряд мембранных модулей состоит из мембранных модулей, каждый из которых выполнен в виде герметичного корпуса, внутри которого размещают мембранный элемент и муляж мембранного элемента или два мембранного элемента, работающих параллельно, и муляж мембранного элемента, при этом герметичный корпус выполнен с возможностью прохождения в нем рабочей среды и с возможностью выхода их него трех потоков, представляющих собой объединенный поток, выходящих из 2-х мембранных элементов, и два потока, которые отводятся индивидуально из каждого мембранного элемента, осуществляют измерение технологических параметров работы блоков мембранного газоразделения, полученные значения фиксируют с возможностью вычисления газоразделительных характеристик и определения работоспособности блока мембранного газоразделения путем анализа вычисленных газоразделительных характеристик, сравнивая фактические значения с допустимым диапазоном значений газоразделительных характеристик, представляющих собой фактор разделения по паре гелий - метан и долю отбора газа в пермеат в отношении всех блоков мембранного разделениям с выявлением блока мембранного разделениям со сниженными газоразделительными характеристиками в виде максимальной степени снижения фактора разделения по паре гелий - метан и максимальной величины доли отбора газа в пермеат для первой ступени, в выявленном блоке мембранного разделения со сниженными газоразделительными характеристиками определяют работоспособность рядов мембранных модулей, осуществляя измерение заданных газоразделительных характеристик ряда мембранных модулей, фиксацию полученных значений и сравнение фактических значений с допустимым диапазоном значений газоразделительных характеристик, с выявлением ряда мембранных модулей со сниженными газоразделительными характеристиками, представляющих собой содержание гелия в подготовленном газе на выходе обследуемого ряда мембранных модулей первой ступени и содержание гелия в пермеате на выходе обследуемого ряда мембранных модулей последующей ступени, в выявленном ряду мембранных модулей со сниженной газоразделительной характеристикой в виде содержания гелия в подготовленном газе на выходе из каждого ряда мембранных модулей, определяют работоспособность мембранного модуля, осуществляя измерение заданной газоразделительной характеристикой мембранного модуля, фиксацию полученных значений и сравнение фактических значений с допустимым диапазоном значения газоразделительной характеристики в виде температурной депрессии, которую выявляют посредством тепловизионного обследования анализируемых заданных участков мембранных модулей ряда с выявленными нарушениями относительно остальных участков обследуемых мембранных модулей, с выявлением мембранного модуля со сниженной температурной депрессией, в выявленном мембранном модуле со сниженной температурной депрессией определяют работоспособность мембранных элементов со сниженной газоразделительной характеристикой, представляющей собой изменение содержания гелия в пермеате на выходе из каждого мембранного элемента проверяемого ряда, осуществляя измерение содержания гелия в пермеате, выходящего из мембранного элемента, фиксацию полученных значений с возможностью вычисления газоразделительной характеристики и сравнение фактических значений с допустимым диапазоном значения газоразделительной характеристики в виде содержания гелия в пермеате, выходящего из мембранного элемента, определяя мембранный элемент со сниженной газоразделительной характеристикой.This goal is achieved in that the Method for testing the performance of membrane gas separation units includes placing the membrane element in a sealed housing with the possibility of passing the working medium in it, measuring the specified gas separation characteristics, determining the specified parameters, sequentially detecting the membrane separation unit or units with reduced gas separation characteristics, with at the same time, each membrane gas separation unit consists of rows of membrane modules in the form of at least one stage and is located with the possibility of taking a given number of samples at its outlet, while sampling is carried out by opening or closing at least one solenoid valve, a number of membrane modules consists of membrane modules, each of which is made in the form of a sealed housing, inside which is placed a membrane element and a model of a membrane element or two membrane elements operating in parallel, and m membrane element coil, while the sealed housing is made with the possibility of passing the working medium in it and with the possibility of exiting three streams from it, which is a combined stream coming out of 2 membrane elements, and two streams that are discharged individually from each membrane element, measuring the technological parameters of the operation of the membrane gas separation units, the obtained values are recorded with the possibility of calculating the gas separation characteristics and determining the operability of the membrane gas separation unit by analyzing the calculated gas separation characteristics, comparing the actual values with the allowable range of values of the gas separation characteristics, which are the separation factor for the helium-methane pair and the fraction gas extraction into the permeate in relation to all membrane separation units with the identification of a membrane separation unit with reduced gas separation characteristics in the form of the maximum degree of reduction of the factor division by the helium-methane pair and the maximum value of the fraction of gas extraction into the permeate for the first stage, in the identified membrane separation unit with reduced gas separation characteristics, the efficiency of the rows of membrane modules is determined by measuring the specified gas separation characteristics of a number of membrane modules, fixing the obtained values and comparing the actual values with permissible range of values of gas separation characteristics, with the identification of a number of membrane modules with reduced gas separation characteristics, which are the content of helium in the prepared gas at the outlet of the examined row of membrane modules of the first stage and the content of helium in the permeate at the outlet of the examined row of membrane modules of the next stage, in the identified row of membrane modules with a reduced gas separation characteristic in the form of helium content in the prepared gas at the outlet of each row of membrane modules, determine the performance of the membrane module , by measuring the given gas separation characteristic of the membrane module, fixing the obtained values and comparing the actual values with the permissible range of the value of the gas separation characteristic in the form of temperature depression, which is detected by thermal imaging examination of the analyzed specified sections of the membrane modules of the series with identified violations relative to the remaining sections of the examined membrane modules, with the identification membrane module with a reduced temperature depression, in the identified membrane module with a reduced temperature depression, the performance of membrane elements with a reduced gas separation characteristic, which is a change in the helium content in the permeate at the outlet of each membrane element of the tested row, is determined by measuring the helium content in the permeate leaving the membrane element, fixing the obtained values with the possibility of calculating the gas separation characteristic and comparing actual values with the permissible range of the gas separation characteristic value in the form of helium content in the permeate leaving the membrane element, defining a membrane element with a reduced gas separation characteristic.
На фиг. 1 изображена принципиальная схема установки мембранного выделения гелиевого концентрата, на фиг. 2 изображена схема отбора проб подготовленного газа в мембранном блоке первой ступени установки мембранного выделения гелиевого концентрата, на фиг. 3 изображены участки термографирования при тепловизионном контроле мембранного модуля, на фиг.4 изображена схема отбора проб пермеата в мембранном блоке второй ступени установки мембранного выделения гелиевого концентрата, на фиг.5 изображена принципиальная схема газовых потоков мембранного модуля установки мембранного выделения гелиевого концентрата, оснащенного двумя мембранными элементами, на фиг. 6 изображен алгоритм проверки работоспособности блоков мембранного разделения первой ступени установки мембранного выделения гелиевого концентрата, на фиг. 7 изображен алгоритм проверки работоспособности блоков мембранного разделения второй ступени установки мембранного выделения гелиевого концентрата.In FIG. 1 shows a schematic diagram of a membrane separation unit for helium concentrate, FIG. Fig. 2 shows the scheme of sampling of the prepared gas in the membrane block of the first stage of the installation for the membrane separation of helium concentrate, Fig. 3 shows the areas of thermography during thermal imaging control of the membrane module; elements, in Fig. Fig. 6 shows the algorithm for checking the operability of the membrane separation units of the first stage of the installation for the membrane separation of helium concentrate, in Fig. Figure 7 shows the algorithm for checking the operability of the membrane separation units of the second stage of the membrane separation unit for helium concentrate.
Способ проверки работоспособности блоков мембранного газоразделения включает в себя осуществление последовательного выявления блока или блоков мембранного разделениям со сниженными газоразделительными характеристиками.The method for checking the operability of the membrane gas separation units includes the sequential detection of a membrane separation unit or units with reduced gas separation characteristics.
Каждый блок мембранного газоразделения состоит из рядов мембранных модулей в виде, по меньшей мере, одной ступени и расположен с возможностью отбора заданного количества проб на выходе из него, при этом отбор пробы осуществляют посредством открытия или закрытия, по меньшей мере, одного электромагнитного клапана.Each membrane gas separation unit consists of rows of membrane modules in the form of at least one stage and is located with the possibility of taking a given number of samples at its outlet, while sampling is carried out by opening or closing at least one solenoid valve.
Ряд мембранных модулей состоит из мембранных модулей, каждый из которых выполнен в виде герметичного корпуса с возможностью прохождения в нем рабочей среды и с возможностью выхода их него трех потоков, представляющих собой объединенный поток, выходящих из 2-х мембранных элементов, и два потока, которые отводятся индивидуально из каждого мембранного элемента.A number of membrane modules consists of membrane modules, each of which is made in the form of a sealed housing with the possibility of passing a working medium in it and with the possibility of three flows coming out of it, representing a combined flow coming out of 2 membrane elements, and two flows, which are discharged individually from each membrane element.
Предварительно во внутрь мембранного модуля - герметичного корпуса размещают мембранный элемент и муляж мембранного элемента или два мембранных элемента, работающих параллельно, и муляж мембранного элемента.Preliminarily, a membrane element and a dummy of a membrane element or two membrane elements operating in parallel and a dummy of a membrane element are placed inside the membrane module - sealed housing.
Осуществляют измерение технологических параметров работы блоков мембранного газоразделения, а полученные значения фиксируют с возможностью вычисления газоразделительных характеристик, затем определяют работоспособность каждого блока мембранного газоразделения путем анализа вычисленных газоразделительных характеристик. Анализ осуществляют посредством сравнения фактических значений с допустимым диапазоном значений газоразделительных характеристик, представляющих собой фактор разделения по паре гелий - метан и долю отбора газа в пермеат в отношении всех блоков мембранного разделениям с выявлением блока мембранного разделениям со сниженными газоразделительными характеристиками в виде максимальной степени снижения фактора разделения по паре гелий - метан и максимальной величины доли отбора газа в пермеат для первой ступени, выявляя блок или блоки мембранного разделения со сниженными газоразделительными характеристиками.The technological parameters of operation of the membrane gas separation units are measured, and the obtained values are recorded with the possibility of calculating the gas separation characteristics, then the performance of each membrane gas separation unit is determined by analyzing the calculated gas separation characteristics. The analysis is carried out by comparing the actual values with the allowable range of values of gas separation characteristics, which are the separation factor for a pair of helium - methane and the proportion of gas extraction into permeate in relation to all membrane separation units with the identification of a membrane separation unit with reduced gas separation characteristics in the form of the maximum degree of separation factor reduction for a pair of helium - methane and the maximum value of the proportion of gas extraction into the permeate for the first stage, identifying a block or blocks of membrane separation with reduced gas separation characteristics.
В каждом выявленном блоке мембранного разделения со сниженными газоразделительными характеристиками определяют работоспособность рядов мембранных модулей, для чего измеряют заданные газоразделительные характеристики ряда мембранных модулей, после чего осуществляют регистрацию - фиксацию полученных значений с возможностью вычисления газоразделительных характеристик. Далее осуществляют сравнение фактических значений с допустимым диапазоном значений газоразделительных характеристик, представляющих собой содержание гелия в подготовленном газе на выходе обследуемого ряда мембранных модулей первой ступени и содержание гелия в пермеате на выходе обследуемого ряда мембранных модулей последующей ступени, выявляя ряд мембранных модулей со сниженными газоразделительными характеристиками.In each identified membrane separation unit with reduced gas separation characteristics, the performance of rows of membrane modules is determined, for which the specified gas separation characteristics of a number of membrane modules are measured, after which the obtained values are recorded - fixed with the possibility of calculating gas separation characteristics. Next, the actual values are compared with the allowable range of values of the gas separation characteristics, which are the helium content in the prepared gas at the outlet of the examined row of membrane modules of the first stage and the helium content in the permeate at the outlet of the surveyed row of membrane modules of the next stage, revealing a number of membrane modules with reduced gas separation characteristics.
В каждом выявленном ряду мембранных модулей со сниженной газоразделительной характеристикой в виде содержания гелия в подготовленном газе на выходе из него определяют работоспособность мембранного модуля, для этого измеряют заданную газоразделительную характеристику мембранного модуля, после чего фиксируют полученные значения с возможностью вычисления газоразделительной характеристики. Вычисленные фактические значения сравнивают с допустимым диапазоном значения газоразделительной характеристики в виде температурной депрессии. Температурную депрессию выявляют посредством тепловизионного обследования анализируемых заданных участков герметичного корпуса мембранных модулей ряда и определяют нарушения относительно остальных участков обследуемого мембранного модуля - герметичного корпуса в виде сниженной температурной депрессии, и тем самым выявляют мембранный модуль со сниженной температурной депрессией.In each identified row of membrane modules with a reduced gas separation characteristic in the form of helium content in the prepared gas at the exit from it, the operability of the membrane module is determined, for this, the specified gas separation characteristic of the membrane module is measured, after which the obtained values are recorded with the possibility of calculating the gas separation characteristic. The calculated actual values are compared with the allowable range of the gas separation characteristic value in the form of temperature depression. Temperature depression is detected by thermal imaging examination of the analyzed specified sections of the sealed housing of the membrane modules of the row and violations are determined relative to the remaining sections of the examined membrane module - the sealed housing in the form of a reduced temperature depression, and thereby a membrane module with a reduced temperature depression is detected.
В каждом выявленном мембранном модуле со сниженной температурной депрессией определяют работоспособность мембранных элементов со сниженной газоразделительной характеристикой, представляющей собой изменение содержания гелия в пермеате на выходе из каждого мембранного элемента проверяемого ряда, для чего осуществляют измерение содержания гелия в пермеате, выходящего из мембранного элемента, фиксацию полученных значений с возможностью вычисления газоразделительной характеристики и сравнение фактических значений с допустимым диапазоном значения содержания гелия в пермеате, выходящего из мембранного элемента, после чего выявляют мембранный элемент со сниженным содержанием гелия в пермеате, выходящего из мембранного элемента.In each identified membrane module with a reduced temperature depression, the performance of membrane elements with a reduced gas separation characteristic is determined, which is a change in the helium content in the permeate at the outlet of each membrane element of the tested series, for which purpose the helium content in the permeate leaving the membrane element is measured, the obtained values with the possibility of calculating the gas separation characteristic and comparing the actual values with the allowable range of the helium content in the permeate leaving the membrane element, after which the membrane element with a reduced helium content in the permeate leaving the membrane element is detected.
Заявляемый способ подробнее раскрыт на следующем примере реализации.The claimed method is described in more detail in the following implementation example.
Осуществляют определение работоспособности блоков мембранного разделения 1-ой и 2-ой ступени установки мембранного выделения гелиевого концентрата (далее по тексту - «УМВГК») на устройстве, выполненного с возможностью определения и анализа заданных технологических характеристик мембранных элементов, штатными известными средствами измерения, снабженного манометрами, термометрами, расходомерами, поточными хроматографами, обеспечивающих анализ газоразделительных характеристик блоков мембранного разделениям, рядов мембранных модулей и мембранных элементов.The operability of the membrane separation units of the 1st and 2nd stages of the helium concentrate membrane separation unit (hereinafter referred to as "UMVGK") is determined on a device capable of determining and analyzing the specified technological characteristics of membrane elements, standard known measuring instruments, equipped with pressure gauges , thermometers, flow meters, flow chromatographs, providing analysis of gas separation characteristics of membrane separation units, rows of membrane modules and membrane elements.
Работоспособность блоков мембранного разделения 1 и 2 ступеней УМВГК, в процессе эксплуатации снижается в результате:The performance of the membrane separation units of the 1st and 2nd stages of the UMVGK decreases during operation as a result of:
- нарушения механической прочности и целостности мембранных элементов (далее по тексту - «МЭ») и всех его составных частей;- violation of the mechanical strength and integrity of the membrane elements (hereinafter referred to as "ME") and all its components;
- загрязнения МЭ механическими примесями;- contamination of ME with mechanical impurities;
- загрязнения МЭ капельными частицами (углеводороды С5+, вода, метанол);- ME pollution with drop particles (C5+ hydrocarbons, water, methanol);
- изменения свойств мембраны под действием компонентов природного газа (деградация мембраны).- changes in membrane properties under the action of natural gas components (membrane degradation).
Основными характеристиками МЭ, определяющими его эффективность и эксплуатационные свойства, являются проницаемость и селективность.The main characteristics of ME, which determine its efficiency and operational properties, are permeability and selectivity.
Проницаемость МЭ по гелию пропорциональна производительности МЭ по пермеату (м3/ч), при которой обеспечиваются требуемые проектные показатели. Одним из основного проектного показателя Установки мембранного газоразделения является производительность МЭ по сырьевому газу, обеспечивающая проектное содержание гелия в подготовленном газе (на уровне 0,05% мольн.). Чем выше проницаемость мембраны по гелию, тем выше производительность МЭ.The ME permeability for helium is proportional to the permeate productivity of ME (m 3 /h), at which the required design indicators are provided. One of the main design indicators of the Membrane Gas Separation Unit is the ME capacity for feed gas, which provides the design content of helium in the prepared gas (at the level of 0.05% mol.). The higher the helium permeability of the membrane, the higher the ME productivity.
Селективность процесса выделения гелия из природного газа можно оценить по величине фактора разделения по паре гелий-метан и доле отбора в пермеат. Чем выше фактор разделения по паре гелий-метан, тем ниже доля отбора газа в пермеат. При увеличении концентрации гелия в пермеате увеличивается фактор разделения по паре гелий-метан и снижается доля отбора газа в пермеат, т.е. гелий и прочие газы менее интенсивно переходят через селективный слой мембраны в пермеат.The selectivity of the process of helium extraction from natural gas can be estimated by the value of the separation factor for the helium-methane pair and the fraction of selection to the permeate. The higher the separation factor for the helium-methane pair, the lower the proportion of gas extraction into the permeate. With an increase in the helium concentration in the permeate, the separation factor for the helium-methane pair increases and the fraction of gas extraction into the permeate decreases, i.e. helium and other gases less intensively pass through the selective layer of the membrane into the permeate.
Для повышения надежности эксплуатации большого количества мембранного оборудования, например, 1440 мембранных элементов, и сокращения возможных простоев Установки мембранного газоразделения в следствие выхода из строя мембранных элементов требуется решение задачи выявление мембранных элементов среди всего мембранного оборудования со сниженными газоразделительными характеристиками без останова (вывода из работы) блоков мембранного разделения и Установки мембранного газоразделения в целом. Отсутствие процедуры системного отслеживания и анализа газоразделительных характеристик блоков мембранного разделения может привести к постепенному выходу из строя единичных мембранных элементов. Достижение определенного суммарного числа вышедших из строя мембранных элементов может стать причиной снижения качества товарного газа (природного газа, очищенного от гелия до остаточного содержания 0,05% мольн.).To increase the reliability of operation of a large number of membrane equipment, for example, 1440 membrane elements, and reduce possible downtime of the Membrane Gas Separation Unit due to failure of membrane elements, it is necessary to solve the problem of identifying membrane elements among all membrane equipment with reduced gas separation characteristics without shutdown (out of operation) units of membrane separation and Membrane gas separation unit as a whole. The absence of a procedure for systematic monitoring and analysis of the gas separation characteristics of membrane separation units can lead to a gradual failure of individual membrane elements. Achieving a certain total number of failed membrane elements can cause a decrease in the quality of commercial gas (natural gas, purified from helium to a residual content of 0.05% mol.).
Заявляемое техническое решение предлагается использовать по алгоритмам контроля работоспособности блоков мембранного разделения 1-ой и 2-ой ступени, представленным в Фиг. 6 и Фиг. 7 соответственно.The proposed technical solution is proposed to be used according to the algorithms for monitoring the performance of the membrane separation units of the 1st and 2nd stages, presented in Fig. 6 and FIG. 7 respectively.
Проверка работоспособности блока мембранного разделения проводится в стабильном режиме работы Установки мембранного газоразделения, например, УМВГК, при содержании гелия в объединенном потоке подготовленного газа на уровне 0,050-0,053% мольн. (определяют по показаниям поточного хроматографа 1, при открытом электромагнитном клапане 2, фиг.2).Checking the performance of the membrane separation unit is carried out in a stable operating mode of the Membrane Gas Separation Unit, for example, UMVGK, with a helium content in the combined stream of prepared gas at the level of 0.050-0.053% mol. (determined by the readings of the
Для контроля содержания гелия в подготовленном газе на выходе из блока мембранного разделения 1-й ступени (далее по тексту - «БМР1») установлен поточный хроматографический комплекс 1. Схема отбора проб подготовленного газа представлена на фиг. 2. В БМР1 предусмотрено семь точек отбора проб подготовленного газа: одна точка (3) на общем коллекторе 4 объединенного потока подготовленного газа (переключение электромагнитным клапаном 2, и по одной точке отбора (5-10) подготовленного газа на каждом из шести рядов БМР1 (переключение электромагнитными клапанами 11-16.To control the helium content in the prepared gas, an in-line
Определение работоспособности БМР1 с выявлением МЭ со сниженными газоразделительными характеристиками в составе блока осуществляют следующим образом:Determination of the operability of BMR1 with the identification of ME with reduced gas separation characteristics in the unit is carried out as follows:
- Шаг 1. Устанавливают режим периодической проверки i-го БМР1, стабильный режиме работы Установки мембранного газоразделения, при содержании гелия в объединенном потоке подготовленного газа на уровне 0,050-0,053% мольн.-
- Шаг 2. Производят измерение и фиксация в специальном журнале основных технологических параметров работы i-го БМР1.-
- Шаг 3. Результаты измерений технологических параметров работы i-го БМ1, полученные в Шаге 2, фиксируют в расчетный файл (математический аппарат расчетного файла построен на теоретических принципах настоящей методики) для вычисления газоразделительных характеристик i-го БМР1, в т.ч.:-
- производительности БМР1 по сырьевому газу, обеспечивающая содержание гелия в подготовленном газе 0,050-0,053 % мольн;- performance of BMR1 in terms of raw gas, providing a helium content in the prepared gas of 0.050-0.053% mole;
- производительности БМ1 по пермеату;- productivity of BM1 permeate;
- фактора разделения по паре гелий-метан (
- доли отбора в пермеат по показаниям расходомеров;- proportion of withdrawal into the permeate according to the readings of flowmeters;
- доли отбора в пермеат по результатам хроматографического анализа.- proportion of selection in the permeate according to the results of chromatographic analysis.
- Шаг 4. С помощью расчетного файла выполняют определение работоспособности i-го БМ1 путем сравнения его фактических газоразделительных характеристик (производительность блока по сырьевому газу, фактор разделения по паре гелий - метан) с допустимым диапазоном. Недопустимым является увеличение доли отбора в пермеат более 6,2%.-
При этом, результаты первой после ввода в эксплуатацию проверки i-го БМ1 фиксируются как начальные характеристики блока. При каждой следующей проверке оценивается изменение текущих характеристик i-го БМ1 относительно начальных с учетом поправки на содержание легкопроникающих компонентов (гелий, диоксид углерода, водород) в сырьевом газе.At the same time, the results of the first check after the commissioning of the i-th BM1 are recorded as the initial characteristics of the block. At each subsequent check, the change in the current characteristics of the i-th BM1 relative to the initial ones is estimated, taking into account the correction for the content of easily penetrating components (helium, carbon dioxide, hydrogen) in the feed gas.
При выявлении изменений характеристик блока несоответствующих допустимым и/или доле отбора в пермеат более 6,2% выполняют переход к шагу 5 или переходят к проверке следующего БМР1.If changes in the characteristics of the block are detected that do not correspond to the permissible ones and / or the proportion of selection into the permeate is more than 6.2%, go to step 5 or proceed to check the next BMR1.
- Шаг 5. Выполняют проверку рядов мембранного модуля (далее по тексту - «ММ») в составе БМР1 (точки отбора 5 -10). Выдают команду на открытие клапана 11 для переключения на отбор проб подготовленного газа с ряда ММ точки отбора 5 в составе БМР1.- Step 5. The rows of the membrane module (hereinafter referred to as "MM") are checked as part of BMR1 (sampling points 5-10). A command is issued to open the
- Шаг 6. Определяют содержание гелия в подготовленном газе 
- Шаг 7. Выдается команда на открытие клапана 12 для переключения на отбор проб подготовленного газа с ряда ММ точки отбора 6 в составе БМР1.- Step 7. A command is issued to open
- Шаг 8. Определяют содержание гелия в подготовленном газе, 
- Шаг 9. Выдается команда на открытие клапана 13 для переключения на отбор проб подготовленного газа с ряда ММ точки отбора 7 в составе БМР1.-
- Шаг 10. Определяют содержание гелия в подготовленном газе 
- Шаг 11. Выдается команда на открытие клапана 14 для переключения на отбор проб подготовленного газа с ряда ММ точки отбора проб 8 в составе БМР1.-
- Шаг 12. Определяют содержание гелия в подготовленном газе 
- Шаг 13. Выдается команда на открытие клапана 15 для переключения на отбор проб подготовленного газа с ряда ММ точки отбора проб 9 в составе БМР1.-
- Шаг 14. Определяют содержание гелия в подготовленном газе
- Шаг 15. Выдается команда на открытие клапана 16 для переключения на отбор проб подготовленного газа с ряда ММ точки отбора проб 10 в составе БМР1.-
- Шаг 16. Определяют содержание гелия в подготовленном газе
- Шаг 18. Последовательно с помощью расчетного файла выполняют проверка содержания гелия в подготовленном газе на выходе из каждого ряда МБР 1 (CMMn-MMn+2) на соответствие допустимому диапазону:-
0 < 
где
- Шаг 19. Если
- Шаг 20. Если все обследуемые ряды i-го БМР1 соответствуют диапазону, указанному в шаге 18, проводят проверку корректности результатов измерений содержания гелия в подготовленном газе каждого ряда i-го БМР1. Необходимо проверять, чтобы все отборы на средства измерения, открыты или закрыты правильно; средства измерения поверены, исправны, срок поверки не истек; проверить условия проведения замеров; проверить условия эксплуатации средства измерения на соответствие паспортным требованиям.-
- Шаг 21. Если результаты определения газоразделительных характеристик рядов i-го БМР1 корректны, переходят к шагу 22. Если в результатах определения газоразделительных характеристик рядов i-го БМР1 выявлены ошибки, проводят повторную проверку каждого ряда i-го БМР1 по содержанию гелия в подготовленном газе.-
- Шаг 22. Проводят проверку корректности определения газоразделительных характеристик i-го БМР1 аналогично алгоритму, описанному в шаге 20. Если в результатах определения газоразделительных характеристик i-го БМР1 в режиме периодической проверки выявлены ошибки, проводят повторную проверку i-го БМР1. Если результаты определения газоразделительных характеристик i-го БМР1 корректны, переходят к проверке следующего i-го БМР1.-
- Шаг 23. Фиксируют все ряды MMn-MMn+2*и проводится их дальнейшее обследование согласно шагам 24-31.-
- Шаг 24. По итогам обследования рядов БМР1 проводят Термографирование в виде тепловизионного обследования ММ в рядах с отметкой о несоответствии значений газоразделительных характеристик.-
Термографирование проводят для всех трех ММ проблемного ряда в целях выявления проблемного (проблемных) МЭ в части перетоков газа и негерметичностей внутри МЭ. Для обследования ММ используют переносной тепловизор. Области термографирования 17 и 18 представлены на фиг. 3. Термографирование носит качественный характер. При осмотре областей, обозначенных на фиг. 3, определяют наличие участков с разницей температур 2°С и более, сравнивают полученные тепловые изображения мембранных модулей между собой.Thermography is carried out for all three MMs of the problem series in order to identify the problematic (problem) ME in terms of gas flows and leaks inside the ME. A portable thermal imager is used to examine the MM.
- Шаг 25. При обнаружении ММ с участками пониженной температуры (перепад температур 2°С и более), в журнале, ставится отметка для соответствующего МЭ (МЭ*), оператор переходит к шагу 27.-
- Шаг 26. Если участки с температурной депрессией более 2°С отсутствуют, проводится проверка корректности результатов тепловизионного обследования ММ в составе ряда MMn-MMn+2 (наличие и сроки поверки тепловизора, исправность тепловизора, соответствие условий эксплуатации тепловизора паспортным требованиям). Если в результатах обследования выявлены ошибки, проводят повторное тепловизионное обследование ММ в составе ряда MMn-MMn+2*. Если результаты тепловизионного обследования корректны, проводят проверку корректности результатов измерений содержания гелия в подготовленном газе каждого ряда i-го БМ в соответствии с шагом 20 и шагом 21.-
- Шаг 27. Фиксируют МЭ с отметкой (МЭ*). При выявлении несоответствий допустимым изменениям (наличие на поверхности ММ участков с температурной депрессией более 10°С) ставится отметка МЭ*к (критическое изменение), оператор переходит к шагу 29.-
- Шаг 28. Для ММ, включающих МЭ с отметкой (МЭ*) без критических изменений тепловизионное обследование проводят при каждом последующем мониторинге.-
- Шаг 29. На ряду MMn-MMn+2 с МЭк устанавливают шесть пробоотборников на пермеатные потоки, выходящие из каждого МЭ в MMn-MMn+2*.-
- Шаг 30. Определяют содержание гелия в пермеатных потоках шести МЭ ряда по данным хроматографа 1. Из полученной выборки исключают максимальное и минимальное значения, определяют среднее значение по формуле:-
где 
- Шаг 31. С помощью расчетного файла выполняют проверка допустимого изменения содержания гелия в пермеате Δ для каждого МЭ в составе ряда:-
где 
- Шаг 32. Если условие шага 31 не выполняется, т.е. изменение содержания гелия в пермеате на выходе из каждого МЭ проверяемого ряда i-го БМ1 не соответствует допустимому диапазону, оператор в Журнале (Приложение 3) ставит отметку «МЭх» и переходит к шагу 34.-
- Шаг 33. Если условие шага 31 выполняется, т.е. изменение содержания гелия в пермеате на выходе из каждого МЭ проверяемого ряда i-го БМР1 соответствует допустимому диапазону, проводят проверку корректности результатов тепловизионного обследования ММ в составе проверяемого (проблемного) ряда i-го БМР1, перейдя к шагу 26 методики.-
Шаг 34. МЭ с отметками по результатам хроматографической и тепловизионной проверки (МЭ*кх) извлекают из i-го БМР1 с целью последующего тестирования на опытном стенде и принятия решения о дальнейшей эксплуатации, регенерации или отбраковке МЭ.
Определение работоспособности БМР2 с выявлением МЭ со сниженными газоразделительными характеристиками в составе блока осуществляют следующим образом:Determining the operability of the BMR2 with the identification of ME with reduced gas separation characteristics in the unit is carried out as follows:
Для контроля содержания гелия в пермеате на выходе из БМР2 установлен поточный хроматографический комплекс 19. Схема отбора проб пермеата для хроматографического анализа в БМР2 представлена на фиг. 4.To control the helium content in the permeate at the outlet of BMR2, a flow chromatographic complex 19 was installed. The scheme for sampling permeate for chromatographic analysis in BMR2 is shown in Fig. four.
В БМР2 для отбора проб пермеата на хроматографический анализ предусмотрено заданное количество точек:The BMR2 provides a predetermined number of points for sampling permeate for chromatographic analysis:
- первая точка отбора 20 на общем коллекторе 21 объединенного потока пермеата, переключение электромагнитным клапаном 22;- the
- двенадцать точек точек на каждом ряду БМР2 (6 точек с каждой стороны ряда), переключение электромагнитными клапанами 23-34;- twelve dots on each row BMR2 (6 dots on each side of the row), switching by solenoid valves 23-34;
- тридцать шесть точек отбора проб на выходе из каждого МЭ, переключение электромагнитными клапанами 35-70.- thirty-six sampling points at the outlet of each ME, switching by electromagnetic valves 35-70.
- Шаг 1. Устанавливают режим периодической проверки i-го БМР2 в соответствии режимом работы первой ступени установки мембранного газоразделения.-
- Шаг 2. Производят измерение и фиксация в специальном журнале основных технологических параметров работы основных технологических параметров работы i-го БМР2.-
- Шаг 3. Результаты измерений технологических параметров работы i-го БМР2, полученные в Шаге 2, вносят в расчетный файл (математический аппарат расчетного файла построен на теоретических принципах, настоящей методики) для вычисления газоразделительных характеристик i-го БМР2-
- Шаг 4. С помощью расчетного файла выполняют определение работоспособности i-го БМР2 путем сравнения его фактических показателей проницаемости и селективности. Недопустимым является увеличение доли отбора в пермеат более 30%.-
При этом, результаты первой после ввода в эксплуатацию проверки i-го БМР2 фиксируют как начальные характеристики БМР2. При каждой следующей проверке оценивают изменение текущих характеристик i-го БМР2 относительно начальных с учетом поправки на содержание легкопроникающих компонентов (гелий, диоксид углерода, водород) в сырьевом газе.At the same time, the results of the first test after commissioning of the i-th BMR2 are recorded as the initial characteristics of the BMR2. At each subsequent check, the change in the current characteristics of the i-th BMR2 relative to the initial ones is evaluated, taking into account the correction for the content of easily penetrating components (helium, carbon dioxide, hydrogen) in the feed gas.
При выявлении изменений характеристик блока несоответствующих допустимым и/или доле отбора в пермеат более 30% выполняется переход к шагу 5, в противном случае переходят к проверке следующего i-го БМР2.If changes in the characteristics of the block are detected that do not correspond to the permissible ones and/or the proportion of selection into the permeate is more than 30%, the transition to step 5 is performed, otherwise, the next i-th BMR2 is checked.
- Шаг 5. Для каждого ряда БМР2 проводят последовательный анализ содержания гелия сначала в потоке пермеата, выходящего из трех первых МЭ (например, МЭ 71, МЭ 72, МЭ 73), а затем из трех вторых МЭ (МЭ 89, МЭ 90, МЭ 91 и т.д.) одного ряда, для чего выдается команда на открытие соответствующего клапана, например, сначала клапана 35, а затем 36 и так далее.- Step 5. For each row of BMR2, a sequential analysis of the helium content is carried out first in the permeate flow leaving the first three ME (for example, ME 71, ME 72, ME 73), and then from the three second ME (ME 89, ME 90, ME 91, etc.) of one row, for which a command is issued to open the corresponding valve, for example,
- Шаг 6. Последовательно определяют содержание гелия в пермеатном потоке, выходящем из трех МЭ с одной стороны каждого ряда (например, для группы МЭ 71, МЭ 72, МЭ 73 определяют величину 
где 
- Шаг 7. Выполняют проверку допустимого изменения содержания гелия в пермеатном потоке, выходящем из трех МЭ с одной стороны из каждого ряда:- Step 7. Check the allowable change in the helium content in the permeate flow leaving the three MEs on one side of each row:
/
- Шаг 8. Если условие шага 7 выполняется, в журнале ряду присваивается отметка (*) и осуществляется переход к шагу 11. -
- Шаг 9. Если по результатам проверки содержания гелия в пермеатных потоках (шаг 7) рядов с отметкой не выявлено, проводят определение корректности результатов проверки допустимого изменения содержания гелия в пермеате на каждом ряду i-го БМ2. Необходимо проверить, что все отборы на средства измерения, открыты/закрыты правильно; средства измерения поверены, исправны, срок поверки не истек; проверить условия проведения замеров; проверить условия эксплуатации средства измерения на соответствие паспортным требованиям. При выявлении ошибок проводят повторную проверу содержания гелия в пермеатных потоках, выходящей с одной стороны каждого ряда i-го БМ2, в соответствии с шагами 5-7. Если результаты проверки допустимого изменения содержания гелия в пермеате на каждом ряду i-го БМ2 корректны, осуществляют переход на шаг 10.-
- Шаг 10. Проводят проверку корректности определения газоразделительных характеристик i-го БМР2 аналогично алгоритму, описанному в шаге 9. Если в результатах определения газоразделительных характеристик i-го БМР2 в режиме периодической проверки выявлены ошибки, проводят повторную проверку i-го БМР2. Если результаты определения газоразделительных характеристик i-го БМР2 корректны, переходят к проверке следующего i-го БМР2.-
- Шаг 11. По итогам обследования рядов БМР2 проводят тепловизионное обследование ММ в рядах с отметкой в соответствии с шагом 23. При обнаружении ММ с участками пониженной температуры (перепад температур 2-10°С), в журнале ставится отметка для соответствующего МЭ (МЭт). При обнаружении ММ с участками пониженной температуры с перепадом температур более 10°С, ставится отметка МЭкр. Оператор переходит к шагу 12.-
- Шаг 12. Для обследованного тепловизором ряда с отметкой проводят определение содержания гелия в потоке пермеата на выходе из каждого индивидуального МЭ, для чего выдается команда на открытие соответствующего клапана (например, для анализа пермеата из МЭ 71 открывается клапан 35). Определяют содержание гелия в пермеатном потоке (например, для МЭ 71 определяется СМЭ1.1). -
- Шаг 13. Выполняют проверку допустимого изменения содержания гелия в пермеате каждого МЭ проверяемого ряда с отметкой1:-
/
где
- Шаг 14. Если условие шага 13 выполняется, оператор ставит отметку о несоответствии изменения содержания гелия в пермеате анализируемого МЭ ряда допустимым изменениям в Журнале (МЭх), в противном случае отметка не ставится. Если по результатам проверки содержания гелия в потоке пермеата на выходе из каждого индивидуального МЭ с отметкой не выявлено, проводят определение корректности результатов анализа пермеатных потоков на выходе из каждого индивидуального МЭ аналогично описанной в шаге 8. Если результаты корректны, осуществляется переход к проверке корректности результатов измерений содержания гелия в пермеатных потоках рядов i-го БМР2 в соответствии с шагом 9. Если в результатах определения газоразделительных характеристик МЭ ряда с отметкой выявлены ошибки, проводят повторную проверку каждого МЭ ряда с отметкой тепловизором и по содержанию гелия в пермеате.-
- Шаг 15. Определяют МЭ с отметками, поставленными по результатам тепловизионного обследования (МЭкр, шаг 11) и проверяют содержания гелия в пермеате (МЭх, шаг 12 - шаг 14).-
- Шаг 16. МЭ с отметками по результатам хроматографической и тепловизионной проверки (МЭ*кх) извлекают из i-го БМ2 с целью последующего тестирования на опытном стенде и принятия решения принятия решения о дальнейшей эксплуатации, регенерации или отбраковке МЭ.-
Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.
Способ проверки работоспособности блоков мембранного газоразделения был осуществлен для УМВГК, расположенной на Чаяндинском НГКМ (реализованная в УМВГК двухступенчатая схема извлечения гелия, и содержащей блоки мембранного разделения 1-й и 2-й ступени газоразделения, в состав блока мембранного разделения (далее по тексту - «БМР») входят восемнадцать мембранных модулей (далее по тексту - «ММ»), расположенные на металлоконструкции, фильтр-сепаратор перед входом на ММ, трубопроводы с необходимой ЗРА и КИП и А (фиг. 2). В каждом ММ размещены два мембранных элемента (фиг. 3). Общее количество мембранного оборудования для шести технологических линий УМВГК - 33 БМР в первой ступени и 7 БМР во второй ступениA method for testing the performance of membrane gas separation units was carried out for the UMVGK located at the Chayandinskoye oil and gas condensate field (a two-stage helium extraction scheme implemented in the UMVGK, and containing membrane separation units of the 1st and 2nd stages of gas separation, as part of a membrane separation unit (hereinafter referred to as " BMR") includes eighteen membrane modules (hereinafter referred to as "MM") located on a metal structure, a filter-separator before entering the MM, pipelines with the necessary ZRA and instrumentation and A (Fig. 2). Each MM contains two membrane elements (Fig. 3) The total number of membrane equipment for six UMVGK production lines is 33 BMR in the first stage and 7 BMR in the second stage
108, дожимную компрессорную станцию 109 (далее по тексту - «ДКС»),108, booster compressor station 109 (hereinafter referred to as "BCS"),
предназначенную для сжатия газообразного потока пермеата второй ступени 108 до 16,6designed to compress the gaseous permeate flow of the second stage 108 to 16.6
МПа (изб) с целью последующей закачки в пласт на долгосрочное хранение, межступенчатую компрессорную станцию 110, предназначенную для сжатия газообразного потока пермеата первой ступени 104 до 10,0 МПа и подачи на вход второй ступени 108 мембранного разделения, при этом пермеат первой ступени – это пермеат, выходящий из БМР1 при давлении 0,1 МПа (изб), содержащий 8-10 % мольн. гелия, пермеат второй ступени - это пермеат, выходящий из БМР2 при давлении 0,2 МПа (изб.), содержащий 27- 30 % мольн. гелия.MPa (g) for the purpose of subsequent injection into the reservoir for long-term storage, an
Предварительно во внутрь ММ (фиг. 5) размещают МЭ 111 и муляж МЭ 112, при этом ММ представляет собой герметичный корпус, который выполнен с возможностью прохождения внутри него рабочей среды в виде сырьевого газа и с возможностью выхода их него потоков.Beforehand, ME 111 and ME 112 model are placed inside the MM (Fig. 5), while the MM is a sealed housing, which is made with the possibility of passing the working medium inside it in the form of raw gas and with the possibility of exiting its flows.
БМР представляет собой ряды ММ и расположен с возможностью отбора заданного количества проб на выходе из него, при этом отбор проб осуществляют посредством открытия или закрытия электромагнитных клапанов.The BMR is a series of MM and is located with the possibility of taking a given number of samples at its outlet, while sampling is carried out by opening or closing the electromagnetic valves.
Проверку работоспособности БМР проводили в стабильном режиме работыThe performance of the BMR was tested in a stable mode of operation.
УМВГК, при содержании гелия в объединенном потоке подготовленного газа на уровнеUMVGK, when the helium content in the combined stream of prepared gas is at the level
0,050-0,053 % мольн., который определяют по показаниям поточного хроматографа 1, установленный на выходе из БМР, при этом электромагнитный клапан 2 был открыт (фиг.2).0.050-0.053% mol., which is determined by the readings of the
Посредством поточного хроматографического комплекса 1 осуществлялся контроль за содержанием гелия в подготовленном газе на выходе из БМР 1, при этом отбор пробы подготовленного газа осуществлялся согласно схемы (фиг. 2). В БМР 1 было предусмотрено семь точек отбора проб подготовленного газа: одна точка на общем коллекторе объединенного потока подготовленного газа, переключение осуществлялось посредством электромагнитного клапана, и по одной точке отбора подготовленного газа на каждом из шести рядов БМР 1.By means of a
Работоспособность БМР 1 определялась с выявлением МЭ со сниженными газоразделительными характеристиками в составе БМР 1 посредством измерения газоразделительных характеристик, фиксацию полученных значений и вычисления значения газоразделительных характеристик:The operability of the
- производительности БМР1 по сырьевому газу, обеспечивающая содержание гелия в подготовленном газе 0,050-0,053% мольн;- productivity BMR1 for raw gas, providing a helium content in the prepared gas of 0.050-0.053% mole;
- производительности БМР1 по пермеату;- permeate productivity of BMR1;
- фактора разделения по паре гелий-метан (
- доли отбора в пермеат по показаниям расходомеров;- proportion of withdrawal into the permeate according to the readings of flowmeters;
- доли отбора в пермеат по результатам хроматографического анализа.- proportion of selection in the permeate according to the results of chromatographic analysis.
Полученные значения анализировали, и при выявлении изменений характеристик блока несоответствующих допустимым и/или доле отбора в пермеат более 6,2% выполняют проверку следующего БМР1.The obtained values were analyzed, and if changes in the characteristics of the block were detected that did not correspond to the allowable and/or the proportion of selection into the permeate of more than 6.2%, the next BMR1 was checked.
В процессе работы БМР1-А-2 было выявлено снижение его производительности.During the operation of the BMR1-A-2, a decrease in its performance was revealed.
Состав сырьевого газа по легкопроникающим компонентам (гелий, водород, углекислый газ) в соответствии с данными поточного хроматографа существенно не изменялся. Ранее в процессе планового периодического обследования БМР1-А-2 сделана отметка для МЭ 13.1* в ряду ММ13-ММ15 по результатам тепловизионного обследования. Проведено внеплановое тепловизионное обследование ряда ММ13-ММ15 БМ1-А-2, на поверхности корпуса ММ13 отмечено наличие участков с температурной депрессией 10-11°С.The composition of the feed gas in terms of easily penetrating components (helium, hydrogen, carbon dioxide), in accordance with the data of the flow chromatograph, did not change significantly. Earlier, in the course of the planned periodic survey BMR1-A-2, a mark was made for ME 13.1 * in the series MM13-MM15 based on the results of a thermal imaging survey. An unscheduled thermal imaging survey of a number of MM13-MM15 BM1-A-2 was carried out; on the surface of the MM13 hull, the presence of areas with a temperature depression of 10-11°C was noted.
Для подтверждения снижения газоразделительной эффективности ММ были установлены пробоотборники на пермеатные потоки, выходящие из 6 МЭ ряда, получены следующие результаты:To confirm the decrease in the gas separation efficiency of MM, samplers were installed on permeate flows leaving the 6th ME series, the following results were obtained:
Из полученной выборки исключили минимальное и максимальное значения (
Определили допустимое изменение содержания гелия в пермеате для МЭ обследуемого ряда Δ:We determined the permissible change in the helium content in the permeate for the ME of the examined series Δ:
Выполнили проверку допустимого изменения содержания гелия в пермеате для каждого МЭ в составе ряда в сравнении с усредненным значением по ряду
С учетом результатов тепловизионного обследования было обнаружено, что изменения являются критическими, было рекомендовано извлечение МЭ 13.1 из БМ1-А-2 с последующей заменой новым МЭ.Taking into account the results of the thermal imaging survey, it was found that the changes are critical, it was recommended to remove ME 13.1 from BM1-A-2, followed by replacement with a new ME.
Получение технического результата от использования заявляемого технического решения возможно в условиях стабильного технологического режима УМВГК:Obtaining a technical result from the use of the proposed technical solution is possible under the conditions of a stable technological regime of UMVGK:
1. Для обследуемых блоков мембранного разделения 1-ой ступени установки:1. For the examined units of the membrane separation of the 1st stage of the installation:
- Давление сырьевого газа на входе в блок 9,8-10,2 МПа (абс);- Raw gas pressure at the unit inlet 9.8-10.2 MPa (abs);
- Давление пермеата на выходе из блока 0,19-0,21 МПа (абс);- Permeate pressure at the outlet of the block 0.19-0.21 MPa (abs);
- Температура сырьевого газа на входе в блок 48-52°С;- The temperature of the feed gas at the inlet to the block 48-52°C;
- Производительность блока, обеспечивающая содержание гелия в подготовленном газе на уровне 0,050-0,053% мольн.;- Productivity of the block, providing the content of helium in the prepared gas at the level of 0.050-0.053% mole;
- Содержание гелия в подготовленном газе на выходе из блока 0,050-0,053% мольн.- The content of helium in the prepared gas at the outlet of the unit is 0.050-0.053% mol.
2. Для обследуемых блоков мембранного разделения 2-ой ступени установки:2. For the examined units of the membrane separation of the 2nd stage of the installation:
- Давление сырьевого газа на входе в блок 10,12-10,15 МПа (абс);- Raw gas pressure at the unit inlet 10.12-10.15 MPa (abs);
- Давление пермеата на выходе из блока 0,29-0,31 МПа (абс);- Permeate pressure at the outlet of the block 0.29-0.31 MPa (abs);
- Температура сырьевого газа на входе в блок 48-52°С;- The temperature of the feed gas at the inlet to the block 48-52°C;
- Производительность блока, обеспечивающая содержание гелия в подготовленном газе на уровне 0,050-0,053% мольн.;- Productivity of the block, providing the content of helium in the prepared gas at the level of 0.050-0.053% mole;
- Содержание гелия в подготовленном газе на выходе из блока 0,050-0,053% мольн.- The content of helium in the prepared gas at the outlet of the unit is 0.050-0.053% mol.
Предлагаемые, в заявляемом техническом решении, к анализу технологические параметры работы мембранного оборудования УМВГК, позволяют сделать вывод о работоспособности блоков мембранного разделения:Proposed, in the claimed technical solution, to the analysis of the technological parameters of the operation of the UMVGK membrane equipment, allow us to conclude that the membrane separation units are operable:
- Давление сырьевого газа, МПа (изб);- Raw gas pressure, MPa (g);
- Давление пермеата, МПа (изб);- Permeate pressure, MPa (g);
- Температура сырьевого газа, °С;- Raw gas temperature, °С;
- Температура пермеата, °С;- Permeate temperature, °С;
- Расход сырьевого газа (производительность БМР1 по сырьевому газу), ст. м3/ч;- Feed gas consumption (BMR1 feed gas capacity), st. m 3 /h;
- Расход пермеата (производительность БМР1 по пермеату), ст. м3/ч;- Permeate consumption (BMR1 permeate capacity), st. m 3 /h;
- Компонентный состав сырьевого газа;- Component composition of raw gas;
- Компонентный состав подготовленного газа;- Component composition of prepared gas;
- Компонентный состав пермеата;- Component composition of the permeate;
- Перепад давления (гидравлическое сопротивление), МПа.- Pressure drop (hydraulic resistance), MPa.
МЭ со сниженным газоразделительными характеристиками, извлекаются из БМР1 и БМР2 и повторно проходят процедуру контроля на устройстве.ME with reduced gas separation characteristics are removed from BMR1 and BMR2 and re-pass the control procedure on the device.
Заявляемое техническое решение позволяет повысить качество подготовленного газа за счет повышении качества определения работоспособности Установки мембранного газоразделения по причине возможного массового выхода мембранных газоразделительных элементов из строя без остановки или вывода из работы блока или блоков мембранного газоразделения и тем самым минимизировать риски снижения качества подготовленного газа.The proposed technical solution allows to improve the quality of the prepared gas by improving the quality of determining the operability of the Membrane Gas Separation Unit due to the possible mass failure of the membrane gas separation elements without stopping or decommissioning the unit or units of the membrane gas separation and thereby minimize the risks of reducing the quality of the prepared gas.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2781221C1 true RU2781221C1 (en) | 2022-10-07 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2024845C1 (en) * | 1992-08-04 | 1994-12-15 | Михаил Ярославович Алферов | Method of measuring sizes of pores of membranes |
| RU2128524C1 (en) * | 1996-06-19 | 1999-04-10 | Научно-техническое объединение "Био-Нова" | Device for formation of hypoxic gas mixtures |
| RU2272228C1 (en) * | 2005-03-30 | 2006-03-20 | Анатолий Васильевич Наумейко | Universal gas separation and liquefaction method (variants) and device |
| WO2006107900A2 (en) * | 2005-04-01 | 2006-10-12 | Visyx Technologies, Inc. | Monitoring by means of an on-line sensor and fluidic operations involving unit separation and reaction operations |
| RU2645140C1 (en) * | 2016-10-10 | 2018-02-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Тегас" | Method of membrane gas separation and plant for its implementation |
| RU181318U1 (en) * | 2017-03-13 | 2018-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕКОН МЕМБРАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ" | Membrane gas separation module |
| RU189768U1 (en) * | 2018-11-12 | 2019-06-03 | Акционерное Общество "Грасис" | UNIVERSAL MODULAR ASSEMBLY FOR INSTALLATIONS OF MEMBRANE GAS DIVIDE |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2024845C1 (en) * | 1992-08-04 | 1994-12-15 | Михаил Ярославович Алферов | Method of measuring sizes of pores of membranes |
| RU2128524C1 (en) * | 1996-06-19 | 1999-04-10 | Научно-техническое объединение "Био-Нова" | Device for formation of hypoxic gas mixtures |
| RU2272228C1 (en) * | 2005-03-30 | 2006-03-20 | Анатолий Васильевич Наумейко | Universal gas separation and liquefaction method (variants) and device |
| WO2006107900A2 (en) * | 2005-04-01 | 2006-10-12 | Visyx Technologies, Inc. | Monitoring by means of an on-line sensor and fluidic operations involving unit separation and reaction operations |
| RU2645140C1 (en) * | 2016-10-10 | 2018-02-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Тегас" | Method of membrane gas separation and plant for its implementation |
| RU181318U1 (en) * | 2017-03-13 | 2018-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕКОН МЕМБРАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ" | Membrane gas separation module |
| RU189768U1 (en) * | 2018-11-12 | 2019-06-03 | Акционерное Общество "Грасис" | UNIVERSAL MODULAR ASSEMBLY FOR INSTALLATIONS OF MEMBRANE GAS DIVIDE |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2667031B1 (en) | Exhaust gas analyzing system | |
| CN104849068B (en) | The quick on-board emission test method of heavy-duty car | |
| CN109323821B (en) | Multi-station gas detector verification instrument and verification method | |
| US11320335B2 (en) | Systems and methods for testing gas leak detectors | |
| EP2856146A1 (en) | Measuring apparatus and method for detecting the hydrocarbon fraction in gases while taking into account cross-sensitivities | |
| CN107192791A (en) | A kind of gas analyzing apparatus and method | |
| CN105973954A (en) | Oxygen content calibration gas sampling device and online oxygen content calibration method | |
| CN106053387A (en) | Exhaled air detection method and device | |
| CN106680211A (en) | Method for evaluating online synchronous comparing on accuracy of online monitoring device for dissolved gas in transformer oil | |
| CN102721791A (en) | Verifying method and verifying device for flue gas emission continuous monitoring system | |
| CN107748149B (en) | Online oily sewage detection device and detection method based on ultraviolet fluorescence method | |
| RU2781221C1 (en) | Method for checking the operability of membrane separation units | |
| RU2502974C1 (en) | Method to determine residual resource of technical facilities | |
| JP2018132428A (en) | Sample collection system | |
| CN205749278U (en) | A kind of exhaled gas detection device | |
| RU2770236C1 (en) | Method of input control of membrane elements | |
| CN112735615B (en) | Inspection device and inspection method for online sip leakage test equipment | |
| CN219349644U (en) | Maintenance teaching experiment bench integrating various pH meters | |
| CN213544508U (en) | Laboratory is with automatic gas system that marks | |
| RU2773451C1 (en) | Heat exchanger tightness control method | |
| CN219456091U (en) | System for be used for greenhouse gas steam correction test | |
| CN217007099U (en) | Online hydrogen conductivity meter hydrogen exchange column additional error inspection system | |
| CN106653119A (en) | Device and method for diagnosing abnormity of positive conductivity index of nuclear power plant condensate system | |
| Toi et al. | Use of a microcomputer with a gas permeation apparatus | |
| CN212432703U (en) | Nuclear island exhaust gas system temporary storage case oxyhydrogen sample analysis device |