RU2819129C1 - Способ снижения потребления топливного газа параллельно работающими газоперекачивающими агрегатами дожимной компрессорной станции - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области управления параллельно работающими газоперекачивающими агрегатами (ГПА) с газотурбинным приводом (ГГПА) газокомпрессорного цеха (ГКЦ) дожимной компрессорной станции (ДКС) газового промысла (ГП) нефтегазоконденсатного месторождения (НГКМ) Крайнего Севера, обеспечивающей механизированную добычу природного газа. Способ снижения потребления топливного газа параллельно работающими газоперекачивающими агрегатами с газотурбинным приводом одной очереди дожимной компрессорной станции, повышающей давление на входе установки комплексной подготовки газа (УКПГ) до уровня, обеспечивающего поступление сырого газа на ее вход в объеме, достаточном для выполнения плана подачи осушенного газа

Description

Изобретение относится к области управления параллельно работающими газоперекачивающими агрегатами (ГПА) с газотурбинным приводом (ГГПА) газокомпрессорного цеха (ГКЦ) дожимной компрессорной станции (ДКС) газового промысла (ГП) нефтегазоконденсатного месторождения (НГКМ) Крайнего Севера, обеспечивающей механизированную добычу природного газа.

Известен способ управления работой комплекса агрегатов ГКЦ [Патент РФ №2181854], включающий измерение давления и температуры транспортируемого газа на входе и выходе нагнетателей, частоты вращения ротора каждого нагнетателя, значения давления или расхода газа, которое сравнивают с заданной величиной давления или расхода, и формируют управляющее воздействие на системы подачи топлива приводов ГГПА, входящих в состав ГКЦ. Определяют необходимую величину частоты вращения ротора каждого нагнетателя с использованием статических функций. При этом по давлению технологического газа на входе и выходе параллельно работающих нагнетателей, температуре на входах и выходах нагнетателей и частотам вращения роторов нагнетателей определяют объемную производительность, политропический коэффициент полезного действия и требуемую для обеспечения заданного давления на выходе политропическую мощность сжатия ГКЦ. Так же определяют механическую мощность на валу привода каждого нагнетателя, по которой рассчитывают расход топливного газа приводов и общий расход топливного газа ГКЦ. Путем неоднократного повторения этих действий с перебором значений частот вращения роторов нагнетателей в рамках их допустимых значений, при условии сохранения постоянной политропической мощности сжатия ГКЦ, получают ряд значений частот вращения роторов нагнетателей, который удовлетворяет критерию минимума расхода топливного газа. Полученный ряд считают оптимальным значением задания на этом шаге и подают в системы управления ГГПА в качестве управляющего воздействия. При этом функциональные параметрические зависимости для каждого нагнетателя непрерывно настраивают с использованием величин давления транспортируемого газа на входе и выходе нагнетателя, температуры транспортируемого газа на входе и выходе нагнетателя и расхода топливного газа, получаемых прямыми или косвенными измерениями в процессе работы агрегата.

Недостатком данного способа является то, что контроль за расходом топливного газа осуществляют не в реальном режиме работы комплекса агрегатов ГКЦ, а требуется использование статических функций с их подстройкой по реально измеряемым параметрам ГГПА, что снижает эффективность использования способа и приводит к существенным ошибкам из-за запаздывания в связи с длительным процессом обработки большого объема косвенных данных. По этим же причинам способ практически не применим для ДКС, т.к. давление перекачиваемого газа на ее входе непрерывно меняется по мере извлечения природного газа из недр, т.е. этот способ можно реализовать только на компрессорных станциях магистральных газопроводов (МГП).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ регулирования ГКЦ [Патент РФ №RU 2591984], включающий контроль расхода топливного газа по отношению к мощности, отдаваемой цехом в газопровод, при котором поочередно изменяют нагрузки групп ГГПА, работающих в трассу, для чего двум ГГПА группы одновременно меняют частоты вращения роторов турбин низкого давления в противоположных направлениях на одинаковую величину. Для нейтрализации влияния шумов на измерение коэффициента полезного действия (КПД) применяют программные фильтры с большими постоянными времени. Измерение измененного КПД производят после выдержки времени, превышающей не менее чем в 3...5 раз наибольшую постоянную времени фильтров. Направление каждого шага изменения частот вращения роторов турбин низкого давления определяют по знаку приращения КПД, полученного на предыдущем шаге, при этом окончанием оптимизации группы считают малое приращение КПД, либо приближение рабочей точки ГГПА к технологическому ограничению, что позволяет снизить расход топливного газа и повышать КПД ГКЦ.

Существенным недостатком данного способа является значительная трудность в его практическом применении, так как для реализации способа требуется изменять частоту вращения ротора турбины низкого давления в каждой группе агрегатов для оптимизации ее работы, организовав непрерывный цикл перехода от одной группы агрегатов к другой после завершения оптимизации в предыдущей группе, а это может привести к отклонениям режима работы ДКС в целом, что крайне нежелательно. По этим же причинам способ практически не применим для ДКС, т.к. давление перекачиваемого газа на ее входе непрерывно меняется по мере извлечения природного газа из недр, т.е. этот способ можно реализовать только на компрессорных станциях МГП.

В процессе эксплуатации ГП происходит снижение давления газа на устье скважин и, следовательно, на входе в установки комплексной подготовки газа (УКПГ), что обуславливает необходимость ввода ДКС. Это позволяет поддерживать отборы газа на ГП в соответствии с проектом разработки [см., например, стр. 531, Бекиров Т.М., Ланчаков Г.А. Технология обработки газа и конденсата. М.: ООО «недра-Бизнесцентр», 1999. - 596 с].

Компрессорный период эксплуатации НГКМ, в зависимости от динамики снижения давления газа на входе УКПГ, характеризуется поэтапным вводом на ДКС очередей ГГПА. Первоначально ДКС имеет одну очередь параллельно работающих ГГПА. В процессе эксплуатации НГКМ. Давление на устьях добывающих скважин падает, и поэтому вводят в эксплуатацию на ДКС вторую, а затем и третью очередь ГГПА, и т.д., при соответствующем обосновании. Очереди ГГПА между собой соединены последовательно, да и в самих очередях ГГПА соединяются параллельно. При этом периодически (по мере надобности), производят замену проточных частей нагнетателей газа, изменяя их степень компримирования.

Однако ввод ДКС в эксплуатацию, осуществляющих компримирование природного газа на ГП, значительно увеличивает энергоемкость технологических процессов на газопромысловых объектах, а периодическая смена проточных частей нагнетателей приводит к существенному изменению энергоэффективности как ГГПА, так и, соответственно, ДКС. Действительно, эти ГГПА потребляют 80-85% общих затрат газа на собственные технологические нужды. В частности, затраты на топливный газ для ГГПА в период падающей добычи могут достигать 50% в общей структуре эксплуатационных затрат [см., например, М.А. Воронцов, Энергоэффективность компримирования природного газа на промысле при неравномерности показателей эксплуатации основного газоперекачивающего оборудования. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва 2012 [электронный ресурс, режим доступа: https://pandia.ru/text/79/534/57745.php (дата обращения 07.10.2021)].

Как правило, ДКС работают на нерасчетных режимах, вследствие различия проектных и фактических показателей разработки, несовпадения фактических характеристик оборудования и принятых при проектировании, неравномерности режимов работы (сезонной, суточной) и др. Все это не позволяет в полной мере реализовать потенциал эффективности проектных решений и приводит к перерасходу топливного газа (энергопотребления) относительно проектных значений, а также увеличивает углеродный след в добыче природного газа.

Кроме этого, размещение ДКС перед УКПГ, а именно этот вариант широко используется на большинстве НГКМ, расположенных в районах Крайнего Севера, например, на Ямбургском и Заполярном, позволяет поддерживать заданный гидравлический режим оборудования установки. Однако, такое размещение ДКС вызывает ряд негативных последствий, одним из которых является снижения эффективности работы ГГПА из-за:

- изменения режима работы скважин, приводящий к попаданию капельной жидкости, механических примесей и т.д. в добываемый природный газ;

- ухудшения условий эксплуатации скважин по причине образований гидратных и иных отложений в их стволах и в газосборных шлейфах и т.д.

Все перечисленные факторы влияют на работу ГГПА и ведут к значительным, зачастую случайным колебаниям их энергоэффективности.

Кроме этого, при внеплановой или плановой реконструкции и модернизации ГГПА, при смене проточных частей нагнетателей, требуется их адаптация к изменившимся условиям работы. Так как эти работы проводятся не одновременно на всех ГГПА, то они по своей энергоэффективности отличаются от друга. Те ГГПА, которые только что прошли реконструкцию или модернизацию, имеют лучшую энергоэффективность по сравнению с теми, которые еще не прошли эти процедуры.

Поэтому одной из главных задач в производственной деятельности ГДП, эксплуатирующих НГКМ на Крайнем Севере, является загрузка ГГПА с учетом их индивидуальной энергоэффективности в рамках заданных границ, регламентируемых технологическим регламентом ДКС. Для этого необходимо управлять их загрузкой так, чтобы максимально снизить потребление топливного газа ДКС, обеспечивая при этом подачу сырого газа на УКПГ в объеме, достаточном для выполнения плана подачи осушенного газа в МГП внешним потребителям и обеспечения осушенным газом своих внутренних потребителей, включая саму ДКС. При этом в каждой очереди ГГПА также необходимо перераспределять нагрузку между агрегатами, добиваясь максимально допустимого снижения потребления ею топливного газа на выполнение подачи требуемого объема сырого газа на вход УКПГ.

Под энергоэффективностью i-ого ГГПА подразумевается отношение объема газа - перекачиваемого i-ым ГГПА в единицу времени, на расход топливного газа - потребляемого i-ым ГГПА в единицу времени, т.е. энергоэффективность определяют по следующей формуле:

Целью заявляемого технического решения является снижение потребления топливного газа ДКС путем автоматического перераспределения нагрузки, т.е. объема перекачиваемого газа между ее, параллельно работающими ГГПА одной очереди, с учетом их энергоэффективности непосредственно в процессе эксплуатации.

Техническим результатом, достигаемым от реализации заявляемого способа, является автоматическое перераспределение объема перекачиваемого сырого газа между параллельно работающими ГГПА одной очереди ДКС в режиме реального времени при различных режимах эксплуатации с учетом их энергоэффективности.

Заявляемый способ обеспечивает в реальном режиме работы перераспределение объема перекачиваемого сырого газа между параллельно работающими ГГПА одной очереди ДКС с учетом их текущей энергоэффективности, что обеспечивает снижения себестоимости подготовки газа к дальнему транспорту на ГП и снижению значения его углеродного следа.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что способ снижения потребления топливного газа параллельно работающими газоперекачивающими агрегатами дожимной компрессорной станции, повышающей давление на входе УКПГ до уровня, обеспечивающего поступление сырого газа на ее вход в объеме, достаточном для выполнения плана подачи осушенного газа в магистральный газопровод (МГП) внешним потребителям, и обеспечения внутренних потребителей осушенного газа. Способ включает измерение средствами автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) и системы автоматического управления (САУ) каждого ГГПА следующих параметров: давление и температура перекачиваемого газа на входе и выходе нагнетателя; частота вращения ротора нагнетателя; значение давления и/или объема перекачиваемого им газа; расход топливного газа, потребляемого приводом ГПА; контроль энергоэффективности каждого i-ого ГГПА, вычисляемой как отношение объема сырого газа перекачиваемого i-ым ГГПА в единицу времени, на расход топливного газа потребляемого его приводом. Также АСУ ТП непрерывно контролирует соответствие значения фактического объема осушенного газа подаваемого УКПГ в МГП, плановому значению, заданного уставкой

Для этого АСУ ТП непрерывно управляет объемом подачи сырого газа на вход УКПГ/следующей очереди ГГПА ДКС с помощью группы ПИД-регуляторов, каждый из которых регулирует подачу топливного газа приводу своего ГГПА и имеет блок расчета коэффициента пропорциональности Этот блок расчета определяет значение в зависимости от направления отклонения текущего значения фактической подачи осушенного газа УКПГ в МГП от заданной планом подачи осушенного газа УКПГ в МГП. В своей работе блок расчета учитывает подаваемые АСУ ТП на его входы сигналы значений следующих параметров:

- минимальное значение коэффициента пропорциональности определяемое по паспортным данным i-ого ГГПА для режима минимально возможного объема газа, перекачиваемого этим ГГПА;

- максимальное значение коэффициента пропорциональности определяемое по паспортным данным i-ого ГГПА для режима максимально возможного объема газа, перекачиваемого этим ГГПА;

- рассчитанное АСУ ТП текущее значение фактической энергоэффективности ГГПА;

- уставки значения энергоэффективности которые определяют для каждого ГГПА экспериментально при вводе их в эксплуатацию, а также после каждого профилактического ремонта и периодически, по графику.

Так же АСУ ТП подает в блок расчета коэффициента пропорциональности сигнал разрешающий повысить объем перекачиваемого сырого газа ДКС, либо сигнал разрешающий понизить объем перекачиваемого сырого газа ДКС, которые определяют по какому из двух алгоритмов блок будет рассчитывать коэффициент пропорциональности

После получения и обработки всех этих данных каждый блок расчета формирует на своем выходе значение коэффициента пропорциональности и подает его на вход Кр своего ПИД-регулятора. Однако ПИД-регулятор включается в работу только при подаче АСУ ТП разрешающего сигнала на его вход start\stop. Включив в работу эти ПИД-регуляторы АСУ ТП распределяет необходимое в данный момент повышение/понижение объема перекачиваемого сырого газа между параллельно работающими ГГПА одной очереди ДКС в зависимости от текущего значения энергоэффективности каждого ГГПА. При этом, в случае увеличения объема перекачиваемого сырого газа, самое большое повышение нагрузки будет у самого энергоэффективного ГГПА, а в случае уменьшения объема перекачиваемого сырого газа - самое большое понижение нагрузки будет у самого не энергоэффективного ГПА. Благодаря этому реализуется итерационный подход к снижению потребления топливного газа параллельно работающими ГГПА одной очереди ДКС, суммарный объем которого определяется соотношением

Блок расчета определяет значение коэффициента пропорциональности для своего, i-ого ГГПА в зависимости от направления отклонения текущего значения фактической объема осушенного газа, подаваемого в МГП, от заданного уставкой запланированного объема подачи в МГП осушенного газа, используя хранящиеся в базе данных (БД) АСУ ТП уставки и рассчитываемые ею текущие значения контролируемых параметров с учетом следующих условий и по формулам:

если то:

Рассчитанные для сложившихся условий значения коэффициентов блоки расчета непрерывно подают на вход Кр своих ПИД-регуляторов. ПИД-регуляторы включаются в работу одновременно и только по поступлению из АСУ ТП разрешающей команды на их вход start\stop. Включившись в работу каждый из ПИД-регуляторов формирует на своем выходе CV управляющий сигнал на подачу необходимого объема топливного газа на привод i-ого ГГПА. В результате параллельно работающие ГГПА одной очереди обеспечивают подачу на вход УКПГ/следующей очереди ГГПА ДКС перекачиваемый сырой газ в объеме, необходимом для подготовки осушенного газа в объеме где - объем осушенного газа, потребляемый другими объектами ГП, снижая при этом составляющую этого соотношения - потребление топливного газа

На фиг.1 приведена структурная схема ГП в период компрессорной добычи газа. Для простоты изложения заявки в тексте кусты скважин, газосборные шлейфы не указаны и использована группа из n параллельно работающих ГГПА одной очереди ДКС. Каждый ГГПА группы имеет свой идентификационный номер i, где i = 1, … n. В этой схеме использованы следующие обозначения:

1 - коллектор сырого газа;

2 - АСУ ТП ДКС;

3_i - датчик расхода топливного газа i-ым ГГПА;

4_i - САУ i-го ГГПА;

5_i - i-ый ГГПА;

6_i - датчики измерения объема сырого газа перекачиваемого i-ым ГГПА;

7 - УКПГ;

8 - датчик измерения объема осушенного газа подаваемого УКПГ в МГП;

9 - МГП.

На фиг.2 приведена структурная схема автоматического распределения перекачиваемого объема сырого газа между параллельно работающими ГГПА одной очереди ДКС в компрессорный период его добычи. В ней использованы следующие обозначения:

10_i - сигнал, поступающий с САУ ГГПА 4, на вход start/stop ГГМД-регулятора 21_i, разрешающий/запрещающий изменить объем сырого газа, перекачиваемый i-ым ГГПА;

11 - сигнал, разрешающий повысить объем подачи сырого газа ДКС на вход УКПГ (АСУ ТП 2 подает одновременно на вход I₁ всех блоков 20 расчета коэффициента пропорциональности для ПИД-регуляторов 21);

12 - сигнал, разрешающий понизить объем подачи сырого газа ДКС на вход УКПГ (АСУ ТП 2 подает одновременно на вход I₂ всех блоков 20 расчета коэффициента пропорциональности для ПИД-регуляторов 21);

13_i - сигнал минимального значения коэффициента пропорциональности - для ПИД-регулятора 21_i (АСУ ТП 2 подает на вход 1₃ блока 20_i расчета коэффициента пропорциональности для ПИД-регулятора 21_i);

14_i - сигнал максимального значения коэффициента пропорциональности - для ПИД-регулятора 21_i (АСУ ТП 2 подает на вход I₄ блока 20_i расчета коэффициента пропорциональности для ПИД-регулятора 21_i);

15_i - сигнал энергоэффективности E_i ГГПА 5_i (АСУ ТП 2 подает на вход I₅ блока 20_i расчета коэффициента пропорциональности ПИД-регулятора 21_i);

16_i - сигнал уставки - энергоэффективность ГГПА 5_i при его минимальной производительности (АСУ ТП 2 подает на вход I₆ блока 20_i расчета коэффициента пропорциональности для ПИД-регулятора 21_i);

17_i - сигнал уставки - энергоэффективность ГГПА 5_i при его максимальной производительности (АСУ ТП 2 подает на вход I₇ блока 20_i расчета коэффициента пропорциональности для ПИД-регулятора 21_i);

18 - сигнал уставки - план подачи осушенного газа УКПГ в МГП 9 внешним потребителям (АСУ ТП 2 подает одновременно на вход задания SP всех ПИД-регуляторов 21);

19 - сигнал - фактический объем осушенного газа, подаваемый УКПГ в МГП 9 внешним потребителям (АСУ ТП 2 подает одновременно на вход задания PV всех ПИД-регуляторов 21);

20_i - блок расчета коэффициента пропорциональности для ПИД регулятора 21_i;

21_i - ПИД-регулятор поддержания объема сырого газа, перекачиваемого ГГПА 5_i;

22_i - сигнал задания объема сырого газа, перекачиваемого ГГПА 5_i.

Блоки расчета коэффициента пропорциональности 20 и ПИД-регуляторы 21 реализованы на базе АСУ ТП 2 ДКС.

Способ снижения потребления топливного газа параллельно работающими ГГПА одной очереди ДКС (для упрощения понимания сути заявки рассмотрим ДКС с одной очередью ГГПА) реализуют следующим образом.

Сырой газ через коллектор сырого газа 1 подают на вход каждого из параллельно работающих ГГПА 5_i ДКС, которые компримируют его до давления Р_вход на выходе ДКС, обеспечивающего поступление на вход УКПГ 7 объема сырого газа, необходимого для выполнения плана Q_план по подготовке и подаче осушенного газа в МГП 9 внешним потребителям, а также обеспечения осушенным газом своих внутренних потребителей в необходимом им объеме. Поток сырого газа, выходящий из каждого ГГПА 5_i, контролируют его датчиком расхода 6_i. Далее эти потоки объединяют и компримированный газ подают на вход УКПГ 7, где он подвергается очистке и осушке в соответствии с требованиями и нормами СТО Газпром 089-2010. Основную часть осушенного газа направляют по трубопроводу, оснащенному датчиком расхода 8, измеряющим объем осушенного газа Q_факт, поступающего в МГП 9 и отправляемого внешним потребителям.

В качестве топливного газа для ГГПА используют осушенный газ, который отбирают с выхода УКПГ 7 до точки установки датчика 8, и по трубопроводам, оснащенным датчиками расхода 3_i, подают как топливо в ГГПА 5_i для работы газотурбинной установки. Кроме этого, на ГП работают: цех регенерации ингибитора, цех регенерации осушителя, котельные и т.д., постоянно потребляющие осушенный газ - газ на собственные нужды в объеме Их потребность в осушенном газе удовлетворяется полностью, т.к. в противном случае ГП просто остановится. Но эти потребители могут включать и отключать отбор газа на собственные нужды, либо менять его потребление достаточно случайным образом. Естественно, все это не должно сказывается на объеме подачи осушенного газа Q_факт в МГП. Таким образом ГП в каждую единицу времени обеспечивает валовую подготовку осушенного газа в объеме, определяемом соотношением: со строгим соблюдением условия

Для этого АСУ ТП 2 непрерывно контролирует разность значений между планом подачи Q_план осушенного газа по УКПГ 7 в МГП 9 и его фактическим значением Q_факт. Если в результате сравнения выясниться, что то АСУ ТП 2 установит на входе I₁ блоков расчета коэффициента пропорциональности 20 сигнал 11 логическая «единица». Это означает необходимость увеличить объем подачи сырого газа на вход УКПГ 7. Если то АСУ ТП УКПГ 2 установит на входе I₂ блоков расчета коэффициента пропорциональности 20 сигнал 12 логическая «единица». Это означает необходимость уменьшить объем подачи сырого газа на вход УКПГ 7.

Блок расчета 20, определяет значение коэффициента пропорциональности для ПИД-регулятора 22_i, управляющего производительностью ГГПА 5_i в зависимости от направления отклонения текущего значения фактического объема подачи осушенного газа Q_факт в МГП 9, от заданного планом Q_план по следующим формулам:

если то:

Значение вычисляют для каждого ПИД-регулятора 21_i на основе паспортных данных оборудования ГГПА 5_i и вводят в БД АСУ ТП 2 перед запуском системы в работу. При этом значение определяют для режима максимально возможного объема перекачиваемого газа ГГПА 5, с допустимым значением перерегулирования, а значение - для режима минимально возможного объема перекачиваемого газа ГГПА 5_i, с учетом технологических норм и ограничений, предусмотренных техническим паспортом ГГПА.

Значения определяют для каждого ГГПА 5_i экспериментально при вводе их в эксплуатацию, при смене проточных частей нагнетателя, а также после каждого профилактического ремонта и периодически, по графику на максимальной и минимальной производительности каждого агрегата соответственно (объектно-ориентированный подход).

Значение текущей энергоэффективности ГГПА 5_i АСУ ТП 2 определяет непрерывно в реальном режиме времени по формуле (1).

Изменение и подержание объема подготовки осушенного газа по промыслу АСУ ТП 2 производит с помощью всей группы ПИД-регуляторов 21, поддерживающих подачу необходимого для этого объема сырого газа всеми ГГПА 5 на вход УКПГ 7. Для этого АСУ ТП 2 на вход задания SP всех ПИД-регуляторов 21 подает сигнал 18 - план подачи осушенного газа Q_план по УКПГ 7 в МГП 9. Одновременно с этим АСУ ТП 2 на вход обратной связи PV всех ПИД-регуляторов 21 подает сигнал 19 - фактический объем осушенного газа Q_факт по УКПГ 7, подаваемый в МГП 9. Также, одновременно с этим, на входы каждого блока расчета коэффициента пропорциональности 20_i для ПИД-регулятора 21_i АСУ ТП 2 подает следующие сигналы: 13_i - минимальное значение коэффициента пропорциональности 14_i - максимальное значение коэффициента пропорциональности 15_i - рассчитанное текущее значение энергоэффективности 16_i - уставка значения энергоэффективности ГГПА 5_i при его минимальной производительности; 17_i - уставка значения энергоэффективности ГГПА 5_i при его максимальной производительности. Так же АСУ ТП 2 подает либо сигнал 11, разрешающий повысить объем подачи сырого газа ДКС на вход УКПГ 7, либо сигнал 12, разрешающий понизить объем подачи сырого газа ДКС на вход УКПГ 7. Получив эти сигналы каждый блок расчета коэффициента пропорциональности 20_i производит расчет коэффициента пропорциональности либо по формуле (2), либо по формуле (3) и подает его значение на вход Кр своего ПИД-регулятора 21_i. И как только на вход start\stop ПИД-регулятора 21_i поступит разрешающий сигнал 10_i, который формирует САУ ГГПА 4_i, при условии отсутствия технологических ограничений, поступающих из САУ ГГПА, на разрешение изменить объем сырого газа, перекачиваемого ГГПА 5_i, то ПИД-регулятор 21_i на своем выходе CV формирует управляющий сигнал, который в качестве задания объема подачи сырого газа подает на управляемый им ГГПА.

Повышение и понижение объема перекачиваемого сырого газа производится следующим образом:

- если фактический объем осушенного газа Q_факт, подаваемый УКПГ в МГП 9, необходимо повысить, т.е. то АСУ ТП 2 распределяет это повышение на объем подачи в УКПГ сырого газа в зависимости от текущего значения энергоэффективности каждого ГГПА 4_i. Это распределение базируется на значениях вычисленного по формуле (2) коэффициента пропорциональности для каждого ГГПА 4_i. Тот ГГПА 4_i, у которого будет ближе к является самым энергоэффективным, т.е. его значение энергоэффективности E_i будет ближе к Соответственно у него приращение объема подачи сырого газа будет самым большим, т.е. самое большое повышение нагрузки будет у самого энергоэффективного ГГПА 4_i.

- если фактический объем осушенного газа Q_фaкт, подаваемого УКПГ в МГП 9, необходимо понизить, т.е. когда то АСУ ТП распределяет это понижение на объем подачи в УКПГ сырого газа в зависимости от текущего значения энергоэффективности каждого ГГПА 4_i. Это распределение базируется на значениях вычисленного по формуле (3) коэффициента пропорциональности для каждого ГГПА 4_i. Тот ГГПА 4_i, у которого будет ближе к является наименее энергоэффективным, т.е. его значение будет ближе к Соответственно у него будет самое большое уменьшение задания на объем подачи сырого газа, т.е. самое большое понижение нагрузки будет у самого не энергоэффективного ГГПА 4_i.

В итоге заданный объем подачи сырого газа на вход УКПГ, необходимый для подготовки осушенного газа в объеме, требуемом всеми потребителям, будут поддерживать все ГГПА вместе. При этом, по факту, организован непрерывный итерационный процесс, связанный с индивидуальной фактической энергоэффективностью каждого ГГПА (объектно-ориентированный подход), приводящий к снижению затрат топливного газа на компримирование сырого газа, поступающего на вход ДКС. Таким образом обеспечивается потребность в осушенном газе внутренних потребителей ГП и выполнение плана Q_план подачи осушенного газа в МГП 9 с одновременной минимизацией затрат топливного газа на компримирование сырого газа. В итоге это автоматически ведет к снижению углеродного следа в процессе добычи газа.

Настройку используемых ПИД-регуляторов проводит обслуживающий персонал в момент запуска системы в работу под конкретный режим работы установки согласно методу, изложенному, например, в «Энциклопедии АСУ ТП», п. 5.5, ПИД-регулятор, ресурс: http://www.bookasutp.ru/Chapter5_5.aspx#HandTuning.

Способ снижения потребления топливного газа параллельно работающими ГГПА ДКС реализован в ПАО «Газпром» ООО «Газпром добыча Ямбург» на Заполярном НГКМ на УКПГ 1С, УКПГ 2С и УКПГ ЗС. Результаты эксплуатации показали его высокую эффективность. Заявляемое изобретение может широко использоваться и на других действующих и вновь осваиваемых газоконденсатных месторождениях, расположенных в районах Крайнего РФ.

Применение данного способа позволяет автоматически распределять объем сырого газа между параллельно работающими ГГПА одной очереди ДКС, подаваемый на вход УКПГ или на вход следующей очереди ГГПА ДКС, в режиме реального времени при различных режимах эксплуатации с учетом их энергоэффективности.

Claims (5)

1. Способ снижения потребления топливного газа параллельно работающими газоперекачивающими агрегатами - ГПА с газотурбинным приводом - ГГПА одной очереди дожимной компрессорной станции - ДКС, повышающей давление Р_вход на входе установки комплексной подготовки газа - УКПГ до уровня, обеспечивающего поступление сырого газа на ее вход в объеме, достаточном для выполнения плана подачи осушенного газа Q_план в магистральный газопровод - МГП внешним потребителям, и обеспечения внутренних потребителей осушенного газа, включающий измерение средствами автоматизированной системы управления технологическими процессами - АСУ ТП и системы автоматического управления - САУ каждого ГГПА следующих параметров: давление и температура перекачиваемого газа на входе и выходе нагнетателя, частота вращения ротора нагнетателя, значение давления и/или объема перекачиваемого им газа, расход топливного газа, потребляемого приводом ГПА, контроль энергоэффективности каждого i-ого ГГПА, вычисляемой как отношение объема сырого газа перекачиваемого i-ым ГГПА в единицу времени, на расход топливного газа потребляемого его приводом, а также АСУ ТП непрерывно контролирует соответствие значения фактического объема осушенного газа Q_факт, подаваемого УКПГ в МГП, плановому значению, заданного уставкой Q_план, отличающийся тем, что АСУ ТП непрерывно управляет объемом подачи сырого газа на вход УКПГ/следующей очереди ГГПА ДКС с помощью группы ПИД-регуляторов, каждый из которых регулирует подачу топливного газа приводу своего ГГПА и имеет блок расчета коэффициента пропорциональности который определяет в зависимости от направления отклонения текущего значения фактической подачи осушенного газа Q_фaкт УКПГ в МГП от заданной планом подачи осушенного газа Q_план УКПГ в МГП с учетом подаваемых АСУ ТП на его входы сигналов значений следующих параметров: минимальное значение коэффициента пропорциональности определяемое по паспортным данным i-ого ГГПА для режима минимально возможного объема газа, перекачиваемого этим ГГПА; максимальное значение коэффициента пропорциональности определяемое по паспортным данным i-ого ГГПА для режима максимально возможного объема газа, перекачиваемого этим ГГПА; рассчитанное АСУ ТП текущее значение фактической энергоэффективности ГГПА; уставки значения энергоэффективности , которые определяют для каждого ГГПА экспериментально при вводе их в эксплуатацию, а также после каждого профилактического ремонта и периодически, по графику, а так же АСУ ТП подает в блок расчета коэффициента пропорциональности сигнал разрешающий повысить объем перекачиваемого сырого газа ДКС, либо сигнал разрешающий понизить объем перекачиваемого сырого газа ДКС, которые определяют по какому алгоритму блок будет рассчитывать коэффициент пропорциональности и после получения и обработки этих данных каждый блок расчета формирует на своем выходе значение коэффициента пропорциональности и подает его на вход Кр своего ПИД-регулятора, который включается в работу только при подаче АСУ ТП разрешающего сигнала на его вход start/stop, в результате чего АСУ ТП распределяет необходимое в данный момент повышение/понижение объема перекачиваемого сырого газа между параллельно работающими ГГПА одной очереди ДКС в зависимости от текущего значения энергоэффективности каждого ГГПА, при этом в случае увеличения объема перекачиваемого сырого газа самое большое повышение нагрузки будет у самого энергоэффективного ГГПА, а в случае уменьшения объема перекачиваемого сырого газа самое большое понижение нагрузки будет у самого не энергоэффективного ГГПА, реализуя тем самым итерационный подход к снижению потребления топливного газа параллельно работающими ГГПА одной очереди ДКС, суммарный объем которого определяется соотношением

2. Способ по П. 1, отличающийся тем, что блок расчета определяет значение коэффициента пропорциональности для i-ого ГГПА в зависимости от направления отклонения текущего значения фактического объема Q_факт осушенного газа, подаваемого УКПГ в МГП, от заданного уставкой Q_план запланированного объема подачи в МГП осушенного газа, используя хранящиеся в базе данных - БД АСУ ТП уставки и рассчитываемые ею текущие значения контролируемых параметров с учетом следующих условий и по формулам:

если (Q_план - Q_факт) > 0, то:

и непрерывно подает соответствующее текущей ситуации сигнал значения на вход Кр своего ПИД-регулятора, который включается в работу только по поступлению из АСУ ТП разрешающей команды на его вход start\stop, после чего он формирует на своем выходе CV управляющий сигнал на подачу необходимого объема топливного газа на привод i-ого ГГПА, обеспечивая в результате подачу на вход УКПГ/следующей очереди ГГПА ДКС перекачиваемый сырой газ в объеме, необходимом для подготовки осушенного газа в объеме где - объем осушенного газа, потребляемый другими объектами ГП, снижая при этом составляющую этого соотношения - потребление топливного газа ДКС

Images