Разработка информационно-измерительной системы для оперативного контроля влажности природного газа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.16, кандидат технических наук Селезнев, Сергей Викторович

• Селезнев, Сергей Викторович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Селезнев, Сергей Викторович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Анализ методов определения качества товарного газа по показателям точек росы газа по влаге и углеводородам.

1.1. Технические требования к показателям качества газа.

1.2. Методы и средства измерения влажности и точек росы газа по водной фазе

1.3. Проблемы измерения точек росы газа сорбционными и конденсационными гигрометрами.

1.4. Научные и практические задачи, связанные с разработкой нового поколения конденсационных приборов.

ГЛАВА 2. Разработка информационно-измерительной системы одновременного измерения точек росы газа по влаге и углеводородам и её реализация в Анализаторе «КОНГ-Прима 4».

2.1. Недостатки существующих подходов к измерению точек росы газа конденсационными приборами.

2.2. Разработка физического метода фиксации конденсата на поверхности чувствительного элемента.

2.3. Разработка принципов работы интеллектуального измерительного преобразователя по определению точек росы газа.

2.4 Реализация разработанных алгоритмов в информационно-измерительной системе на базе Анализатора точек росы газа «КОНГ-Прима 4».

ГЛАВА 3. Испытания Анализатора «КОНГ-Прима-4» в лабораторных условиях и на промышленных объектах.

3.1.Испытания Анализатора «КОНГ-Прима-4» в лабораторных условиях.

3.2. Результаты промышленных испытаний Анализатора точек росы газа.

3.3. Результаты внедрения информационно-измерительной системы на базе Анализатора «КОНГ-Прима-4».

ГЛАВА 4. Направления технологического использования Анализатора точек росы природного газа.

4.1. Автоматическое управление адсорбционным процессом осушки газа.

4.2. Автоматическое управление абсорбционным процессом осушки газа.

4.3. Система контроля количества метанола в газе.

4.4. Система контроля уноса углеводородного конденсата в аэрозольном виде

4.5. Комплексная методика определения компонентного состава газа с использованием Анализатора точек росы газа и поточного хроматографа.

4.6. Система глобального мониторинга влажности природного газа.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка информационно-измерительной системы для оперативного контроля влажности природного газа»

Газодобывающие объекты, созданные на базе крупных месторождений Крайнего Севера (Медвежье, Уренгойское, Ямбургское, Заполярное), являются сложными и постоянно развивающимися комплексами, в которых важную роль играют информационно-измерительные и управляющие системы. Гигантские месторождения России, - Уренгойское и Ямбургское, - вступили в период падающей стадии разработки, а Медвежье, - в завершающую стадию. При этом существенно ухудшились условия для промысловой подготовки газа, что приводит к необходимости эффективного контроля показателей качества газа.

В последнее время вопросы контроля качества газа по содержанию влаги приобрели ещё большую актуальность в связи с расширяющимися экспортными поставками газа, когда предъявляются повышенные требования к качеству газа, поставляемого по контрактам, и применяются различные санкции и штрафы в случае их нарушения. Материалы заседания секции НТС ОАО «Газпром» «Транспорт и распределение газа», проходившее в феврале 1998г во ВНИИГазе, это наглядно подтверждают [45]. Размер штрафов, которые налагаются на ОАО «Газпром» из-за несоблюдения требования контрактов на поставку газа по показателям качества газа составляет десятки и сотни миллионов долларов [46].

Кроме того, коммерческую актуальность приобретает и показатель качества газа: "точка росы по углеводородам", так как импортеры российского газа стали вносить его в контракты на поставку и выдвигают всё более жесткие требования по этому параметру.

Следовательно, контроль товарных кондиций природного газа, поступающего в магистральные газопроводы, должен быть непрерывным, автоматическим, с регистрацией температур точек росы по влаге и углеводородам. В газовой промышленности разработаны технические требования по показателям качества природного газа в зависимости от его назначения. Важнейшими показателями являются температуры точек росы природного газа по влаге и углеводородам. Существует ряд методов и средств измерения точек росы газа, которые во многих случаях не отвечают современным требованиям. Анализ методов измерения влажности газа показывает, что предпочтительными являются прямые методы измерения, из которых наиболее перспективным является кон-денсационно-термометрический метод. Практический опыт свидетельствует о необходимости значительной модернизации конденсационно-термометрического метода измерения применительно к реальным условиям работы с учетом влияния на процесс измерения различных технологических примесей в среде сжатого природного газа.

Поэтому в настоящее время актуальной задачей является разработка современных информационно-измерительных систем для автоматического определения, анализа и обработки данных по одновременному определению точек росы по влаге и углеводородам и удовлетворяющих жестким условиям их функционирования (широкий диапазон давлений - от 1,5 - 2,0 МПа на УКПГ до 25 - 30 МПа на АГНКС; наличие механических и конденсируемых примесей - метанола, гликолей, компрессорного масла; необходимость корректного измерения точки росы газа по влаге в присутствии ранее конденсируемых углеводородов, выпадение твердой фазы - гидратов/льда и др.).

Цель работы

Цель работы - разработка информационно-измерительной системы для определения температур точек росы газа по влаге и углеводородам в автоматическом режиме и внедрение системы в нефтегазодобывающую промышленность.

Основные задачи исследования

1. Анализ проблем контроля показателей качества газа применительно к осложненным условиям работы информационно-измерительных систем при добыче, подготовке и транспорте природного газа.

2. Разработка новых способов измерения точки росы по влаге и принципов построения чувствительного элемента приборов конденсационного типа.

3. Разработка информационно-измерительной системы, реализующей новый способ измерения при дифференциации точек росы газа по влаге и углеводородам.

4. Проведение лабораторных и промышленных испытаний информационно-измерительной системы в разнообразных условиях эксплуатации.

5. Внедрение информационно-измерительной системы в серийно выпускаемые приборы, предназначенные для контроля температур точек росы природных газов по влаге и углеводородам.

6. Обоснование возможностей применения информационно-измерительной системы в технологических процессах подготовки, транспортировки и использования газа.

Научная новизна

1. Разработан новый способ измерения температуры точек росы, обладающий высокой чувствительностью к конденсации влаги и углеводородов и основанный на принципе нарушения полного внутреннего отражения света.

2. Разработана информационно-измерительная система с алгоритмом определения температуры точки росы по влаге в присутствии ранее конденсирующихся углеводородов, основанным на анализе кривой конденсации -испарения влаги и углеводородов, полученной в результате охлаждения и нагрева чувствительного элемента с высокой скоростью (~1°С/с).

3. Разработан и реализован в информационно-измерительной системе обобщенный алгоритм одновременного измерения точек росы по влаге и углеводородам, основанный на особенностях физической картины их конденсации.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Информационно-измерительная система для оперативного контроля влажности природного газа, включающая:

• новый чувствительный элемент, основанный на оптоволоконных технологиях обладающий высокой чувствительностью к конденсирующимся флюидам;

• комплекс алгоритмов измерения точек росы по влаге и углеводородам в автоматическом режиме.

2. Результаты лабораторных и промышленных испытаний информационно-измерительной системы, подтвердившие стабильность метрологических характеристик и показавшие эффективность функционирования разработанных алгоритмов в разнообразных условиях (в широком диапазоне температур и давлений рабочей среды - природного и попутного нефтяного газов и при наличии технологических примесей, - метанола, гликолей, компрессорного масла).

3. Комплекс апробированных технических предложений по практическому использованию информационно-измерительной системы, как для контроля влажности газа, так и для автоматизации технологических процессов в газовой промышленности.

Практическая ценность

1. Повышение достоверности контроля показателей качества природного газа по точкам росы в сложных условиях эксплуатации (СПХГ, газовые и газо-конденсатные промыслы, попутный нефтяной газ). Обеспечение контроля качества природного газа одновременно по двум параметрам: точкам росы газа по водной фазе и по углеводородам.

2. Реализация предложенных технических решений и алгоритмов в промышленном серийно-выпускаемом приборе (Анализаторе КОНГ-Прима 4), который успешно эксплуатируется на объектах газовой, нефтеперерабатывающей и химической отраслей в России, странах СНГ и Западной Европы. В настоящий момент эксплуатируются около 140 информационно измерительных систем на базе Анализатора КОНГ-Прима-4.

3. Практическое использование информационно-измерительной системы для комплексной автоматизации технологических процессов подготовки и переработки природного газа, включая и автоматический контроль очень низких температур точек росы газа по водной фазе (до минус 50 °С) при давлении газовой среды до 25.30МПа (применительно к АГНКС и газопроводу «Голубой поток»).

Разработанный комплекс научно-технических решений защищен патентами Российской Федерации (№2085925 от 27.07.97 г.) и Европейского сообщества (№ PCT/RU96/00192 от 16.07.96/Р14313ЕР).

Апробация работы Результаты работы докладывались и обсуждались на российской конференции "Газовые Гидраты в Экосистеме Земли 2003" (Новосибирск, 2003г), на международном семинаре по соединениям включения в Польше (Варшава, Попово, Сентябрь, 2001г), на международной конференции по газовым гидратам в Японии (Йокогама, май 2002г), на международной конференции и выставке по технологии природного газа в США (Флорида, Орландо, сентябрь-октябрь 2002г), а также на научно-технических совещаниях ОАО Газпром «Об основных мероприятиях по реализации Концепции по управлению контролем качества газа» (Москва 2001 г.), отраслевом экспертном совете по автоматизации ОАО Газпром (Москва 2001 г.), на научных семинарах во ВНИИГазе и в Российском институте нефти и газа им. И.М. Губкина. Разработка экспонировалась на выставках «Нефтегаз 2001 - 2005 гг».

Заключение диссертации по теме «Информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям)», Селезнев, Сергей Викторович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам проведенных исследований по разработке новой информационно-измерительной системы контроля показателей качества газа можно сделать следующие выводы.

1. Разработан новый чувствительный элемент конденсационного гигрометра, оптическая схема которого построена по принципу нарушения полного внутреннего отражения.

2. Предложен новый подход к методике измерения точки росы по влаге в присутствии в газе ранее конденсируемых примесей (углеводородов), основанный на быстром охлаждении зеркала с последующей математической обработкой полученной конденсационной кривой.

3. Разработан алгоритм измерения точек росы, позволяющий дифференцировать влагу, лед (гидраты) и ранее конденсируемые примеси (углеводороды).

4. Разработана информационно измерительная система, реализующая разработанную методику и алгоритм измерения и дифференциации точек росы по влаге и углеводородам.

5. Информационно измерительная система реализована в серийно выпускаемом приборе: Анализаторе точки росы по влаге и углеводородам «КОНГ-Прима-4». Заложенные в Анализатор алгоритмы работы способны адаптироваться к различным условиям эксплуатации и изменениям параметров измеряемой газовой среды.

6. Проведены лабораторные и промышленные испытания в разнообразных условиях, которые подтвердили метрологические характеристики Анализатора и адаптивность алгоритма измерения к различным газовым средам (при наличии технологических примесей) в широком диапазоне измеряемых параметров.

7. Исследованы методы технологического применения Анализатора, как для контроля различных технологических параметров, так и в качестве элемента систем автоматизации технологических процессов. Разработана глобальная система мониторинга влажности природного газа на базе Анализатора, которая может быть использована для контроля и наблюдения за работой установок подготовки газа и систем их автоматизации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Селезнев, Сергей Викторович, 2006 год

1. Бекиров Т.М. Основные положения отраслевого стандарта. - Газовая промышленность, 1994, №7, с. 24-26,

2. Берлинер М.А., Измерение влажности, М., Энергия, 1973, 400 с.

3. Смирнов А.Н., Шиманская Л.В. Методы и средства измерения влажности газов и воздуха, М., ВНИИЭГазпром, 1973, 32 с.

4. Зайцев В.А., Ледохович А.А., Никандрова Г.Т., Влажность воздуха и ее измерение, Л., 1974,112 с.

5. Ткаченко М.Ф., Плехотин В.П., Бондаревский А.А. Приборы для определения качества подготовки газа,- Измерительная техника, 1982, №10, с.69-70.

6. Плотников В.В., Подрешетников В.А. Контроль состава и качества природного газа, Л., Недра, 1983, 345 с.

7. Мухитдинов B.C., Мусаев Э.С. Оптические методы и устройства контроля влажности, М., Энергоаттомиздат. 1986, 96 с.

8. Соков И.А. Метрологическое обеспечение гигрометрии, М., Госстандарт СССР, 1987, 56с. (Обз. инф. Госстандарта СССР, вып.1).

9. Рогожинский Д.Л., Гангнус Ю.С., Малоземов Ю.А. Михайлин Ю.А., Москалев И.Н. Конверсия и новые возможности измерения влажности в трубопроводах, Газовая промышленность, №10, 1991, с.16-17.

10. Schmidt Т., Rennemann D., Shulz Т. Natural Gas Treatment: Simultaneous Water and Hydrocarbon-Dew Point Control,- Wissenschaft&Technic, Bd. 46, Heft10. 1993, s. 366-374.

11. Истомин В.А. Проблема обеспечения показателей качества природного газа и равновесия углеводородных систем с водными фазами, М., ИРЦ Газпром, 1999, 68с, (Обз. информ. Сер. 21 Век).

12. Истомин В.А. Какую же температуру точки росы газа должны определять влагомеры конденсационного типа при наличии в природном газе паров метанола, в сб.: «Газификация. Природный газ в качестве моторного топлива.

13. Подготовка, переработка и использование газа. Энергосбережение» 2000, - №12. с.39-46.

14. Истомин В.А. Влагомеры конденсационного типа ж Газовая промышленность 2000, №12, с. 39-41.

15. Елистратов А.В., Елистратов М.В., Истомин В.А. Определение точки росы газа контактным методом, в сб. ИРЦГазпрома: «Газификация. Природный газ в качестве моторного топлива. Подготовка, переработка и использование газа» 2001, - № 1, - с. 36-44.

16. Соков И.А., Вапняр Г.Д. Метрологическое обеспечение гигрометрии: Обзорная информ. М., 1982 - (Сер. «Метрологическое обеспечение измерений; вып.5/ВНИИКИ);

17. Халиф А.Л., Туревский Е.И., Сайкин В.В., Сахаров В.Е., Бахметьев П.И. Приборы для определения влажности газа. Обз. информ. Сер. Подготовка, переработка и использование газа. М.: ИРЦ Газпром, 1995, 45с;

18. ОСТ 51.40 93 «Газ горючий, природный, подаваемый и транспортируемый по магистральным газопроводам. Технические условия»

19. ГОСТ 5542-87 «Физико-химические показатели природных горючих газов промышленного и коммунально-бытового назначения»

20. ГОСТ 27577-2000 Газ природный топливный компримированный для двигателей внутреннего сгорания. Технические условия

21. ГОСТ 17142-78 «Гигрометры кулонометрические. Общие технические условия».

22. ГОСТ 20060-83 «Газы горючие природные. Методы определения содержания водяных паров и точки росы влаги»

23. ГОСТ 20061-84 «Газы горючие природные. Метод определения температуры точки росы углеводородов»

24. Мурин В.И., Клишин Г.С., Бахметьев П.И., Перетрухин С.Ф., Парасына А.С. Метрологическое обеспечение влажности природного газа. Обз. Информ.

25. Сер.: Подготовка и переработка газа и газового конденсата.- М.: ИРЦ Газпром, 1998, 24с.

26. Деревягин A.M., Селезнёв С.В., Степанов А.Р. Анализатор точки росы по влаге и углеводородам «КОНГ-Прима-4». // Наука и техника в газовой промышленности, 2002.- №1 С. 15-22.

27. Москалев И.Н., Битюков B.C. и др. Влагометрия природного газа: состояние и проблемы. Обз. Информ. Сер.: Подготовка и переработка газа и газового конденсата.- М.: ИРЦ Газпром, 1999, 36с.