Система и способ контроля и управления давлением природного газа внутри множества источников - RU2649157C2
Код документа: RU2649157C2
Чертежи
Описание
ПРИТЯЗАНИЕ НА ПРИОРИТЕТ
[0001] Эта заявка имеет приоритет перед предварительной заявкой США серийный номер 61/674 640, поданной 23 июля 2012 года, которая полностью включена сюда.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Безопасная и экономичная транспортировка и хранение жидких и газообразных углеводородов требует надлежащего управления компрессорами, связанными с производственными площадками нефтяных скважин, перерабатывающими установками и транспортными линиями. Например, резервуары для хранения жидких углеводородов обычно имеют внутреннее давление паров около 1,72 кПа (0,25 фунтов/кв. дюйм); однако невозможность надлежащего контроля за давлением в резервуарах или колоннах улавливания паров, связанных с резервуарами для хранения жидких углеводородов, может привести к выходу резервуара из строя и разрушению конструкции. В производственной установке или подогревателе-деэмульсаторе, часто связанном со скважиной природного газа, давление обычно поддерживается при около от 172,4 кПа до 206,8 кПа (от 25 до 30 фунтов/кв. дюйм). Чрезмерно низкие давления внутри этих установок могут приводить к неработоспособности систем по переносу и сбрасыванию жидкости.
[0003] Чтобы обеспечивать широкий диапазон условий работы в производственных, обрабатывающих и транспортировочных системах, промышленность использует несколько индивидуально управляемых компрессоров, причем каждый компрессор связан с его собственным программируемым логическим контроллером или ПЛК. Множество компрессоров увеличивают эксплуатационные расходы на буровых площадках и перерабатывающих установках. Таким образом, возможность уменьшить количество компрессоров, требуемых для управления обработкой и производством углеводородов, снизит затраты и уменьшит занимаемые площади, связанные с производственными установками.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] В одном варианте выполнения, настоящее изобретение обеспечивает систему, выполненную с возможностью контроля и управления давлением природного газа. Система настоящего изобретения содержит по меньшей мере один источник природного газа низкого давления и по меньшей мере один источник природного газа высокого давления. Линия высокого давления обеспечивает сообщение по текучей среде между источником высокого давления и T-образным соединением. Дополнительно, линия низкого давления обеспечивает сообщение по текучей среде между источником природного газа низкого давления и T-образным соединением. Другая линия обеспечивает сообщение по текучей среде между T-образным соединением и впускным отверстием компрессора. Система включает в себя два датчика давления. Один датчик давления контролирует давление газа во впускном отверстии компрессора. Другой датчик давления расположен дистанционно. Компрессор приводится в действие приводным механизмом, таким как, но не ограничиваясь им, двигатель внутреннего сгорания или электродвигатель. Управление приводным механизмом обеспечено программируемым логическим контроллером. Программируемый логический контроллер выполнен с возможностью приема входных данных от датчика давления, контролирующего давление газа во впускном отверстии, и выполнен с возможностью приема входных данных от дистанционного датчика давления. Дополнительно, программируемый логический контроллер выполнен с возможностью обеспечения выходных данных, подходящих для управления работой приводного механизма, таким образом управляя рабочей скоростью и производительностью компрессора.
[0005] Дополнительно, настоящее изобретение обеспечивает способ, используя единственный компрессор, для улавливания природного газа как из источников природного газа высокого давления, так и источников природного газа низкого давления. Способ настоящего изобретения содержит улавливание природного газа из по меньшей мере одного источника природного газа высокого давления и улавливание природного газа из по меньшей мере одного источника природного газа низкого давления. Дополнительно, способ включает в себя установление целевых давлений природного газа. Способ использует первый датчик давления для контроля упомянутого давления природного газа упомянутого источника природного газа низкого давления, таким образом вырабатывая сигнал, соответствующий упомянутому контролируемому давлению. Дополнительно, способ использует второй датчик давления для контроля упомянутого давления природного газа упомянутого источника природного газа высокого давления, таким образом вырабатывая сигнал, соответствующий упомянутому контролируемому давлению. Оба значения давления передаются в программируемый логический контроллер, выполнен с возможностью восприятия упомянутых контролируемых значений давления. Программируемый логический контроллер определяет соответствуют ли упомянутые контролируемые значения давления заданным целевым значениям. Если контролируемые значения давления не соответствуют заданным целевым значениям, тогда программируемый логический контроллер вырабатывает сигнал на увеличение или уменьшение производительности компрессора, вырабатывая сигнал для приводного механизма, приводящего в действие упомянутый компрессор, на увеличение или уменьшение его рабочей скорости. После установления целевого давления, программируемый логический контроллер вырабатывает сигнал для приводного механизма на сохранение скорости компрессора, до тех пор пока следующее отклонение от целевых значений не будет зарегистрировано.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0006] ФИГ. 1 и 2 изображают конфигурации настоящего изобретения с двумя источниками высокого давления и колонной улавливания паров, выступающей в качестве контролируемого источника углеводородного газа низкого давления.
[0007] ФИГ. 3-5 изображают конфигурации настоящего изобретения, имеющие единственный источник высокого давления и колонну улавливания паров, выступающую в качестве контролируемого источника углеводородного газа низкого давления.
[0008] ФИГ. 6 и 7 изображают конфигурации настоящего изобретения с двумя источниками высокого давления и резервуарный парк, выступающий в качестве контролируемого источника углеводородного газа низкого давления.
[0009] ФИГ. 8 и 9 изображают конфигурации настоящего изобретения, имеющие единственный источник высокого давления и резервуарный парк, выступающий в качестве контролируемого источника углеводородного газа низкого давления.
[0010] ФИГ. 10 изображает блок-схему для множества каскадно действующих ПИД-регуляторов, подходящих для использования в настоящем изобретении.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0011] Чтобы уменьшить количество компрессоров, требуемых для управления потоком и давлением газа в линии и устройстве, настоящее изобретение использует Программируемый Логический Контроллер (ПЛК), запрограммированный на управление как линией высокого, так и линией низкого давлений. Специалисты в данной области техники хорошо знакомы с использованием ПЛК. Дополнительно, специалист в данной области техники легко поймет, как запрограммировать традиционный ПЛК, связанный с компрессором, чтобы достичь цели настоящего изобретения, и специалист в данной области техники понимает вычисления ПИД-регуляторов, включенных в программы, связанные с программированием ПЛК. Примеры множества каскадно действующий ПИД-регуляторов, подходящих для использования в настоящем изобретении, приведены ниже.
[0012] В общем, контроль давления для данного источника требует точного контроля за работой компрессора. Как известно специалистам в данной области техники, изменение скорости приведет к изменению производительности компрессора. Дополнительно, изменение объема вытесненного газа повлияет на давление газа.
[0013] Как показано на фигурах, компрессор 10 имеет единственное впускное отверстие 12 для газа. Ближе по ходу впускного отверстия 12 для газа расположено T-образное соединение 14. T-образное соединение 14 объединяет газ из двух различных впускных линий 16, 18. Впускная линия 16 принимает газ из любого количества источников [A] высокого давления, и впускная линия 18 принимает газ из любого количества источников [B] низкого давления. Впускная линия 18 включает в себя клапан, такой как обратный клапан 19, подходящий для перекрывания потока газа высокого давления из источников [A] высокого давления в источники [B] низкого давления. ПЛК 11 обеспечивает оперативный контроль за компрессором 10 на основе данных, полученных от датчиков давления. ПЛК 11 обеспечивает гибкость раскрытой системе, поскольку она легко адаптируется к широкому спектру рабочих условий. ПЛК 11 подходит для использования либо с традиционным компрессором природного газа, приводимым в действие непосредственно электродвигателем с частотно-регулируемым приводом (ЧРП), либо компрессором природного газа, приводимым в действие двигателем внутреннего сгорания. ПЛК 11 будет запрограммирован под конкретный приводной блок, связанный с компрессором. Например, при управлении работой компрессора, приводимого в действие электродвигателем, ПЛК 11 может быть запрограммирован на контроль различных электрических переменных, таких как, но не ограничиваясь ими, сила тока. При управлении работой компрессора, приводимого в действие двигателем внутреннего сгорания, ПЛК 11 может быть запрограммирован на контроль различных систем двигателя, таких как, но не ограничиваясь ими, давление масла и содержание кислорода в выхлопе. Хотя последовательность операций остается той же для каждого случая, панель ПЛК, включая в себя контролирующее оборудование, будет изменяться в зависимости от типа компрессорной установки.
[0014] В данном контексте, источники высокого и низкого давления, [A] и [B] соответственно, являются относительными понятиями, определенными функциональными блоками, то есть источниками природного газа, которыми управляет компрессор 10 и ПЛК 11. Источник является источником [A] высокого давления при условии, что он имеет рабочее давление, превышающее давление внутри линии 18 низкого давления. Линия 16 высокого давления может принимать газ из множества источников. Каждый источник высокого давления может иметь отдельную выпускную линию, сообщающуюся по текучей среде с линией 16 высокого давления. Альтернативно, каждый источник высокого давления может сообщаться по текучей среде с коллектором (не показан). Коллектор обеспечивает сообщение по текучей среде между множеством источников высокого давления и линией 16 высокого давления. Аналогично, каждый источник [B] низкого давления может иметь отдельную выпускную линию, сообщающуюся по текучей среде с линией 18 низкого давления, или каждый источник [B] низкого давления может сообщаться по текучей среде с коллектором, который обеспечивает сообщение по текучей среде с линией 18 низкого давления.
[0015] С каждым источником [A] высокого давления связан клапан регулировки давления. Подходящие клапаны регулировки давления включают в себя регулятор 22 противодавления или контроллер 23 всасывания. Выбор между регулятором 22 противодавления или контроллером 23 всасывания будет зависеть от природы и условий эксплуатации источника высокого давления. Как известно специалистам в данной области техники, контроллеры 23 всасывания регулируют давление дальше по ходу [потока], при необходимости ограничивая поток газа из источника высокого давления, основываясь на параметрах расположенного дальше по ходу оборудования. Регулятор 22 противодавления или контроллер 23 всасывания может быть расположен либо между источником [A] высокого давления и коллектором, либо между источником [A] высокого давления и линией 16. Альтернативно, регулятор 22 противодавления или контроллер 23 всасывания может быть расположен непосредственно в T-образное соединение 14, соединяющей линию 16 высокого давления и линию 18 низкого давления с компрессором 10. Таким образом, по меньшей мере один регулятор 22 противодавления или контроллер 23 всасывания расположен между T-образным соединением 14 и источником(-ами) [A] высокого давления, таким образом обеспечивая управление каждым источником [A] высокого давления в соответствии с требованиями расположенного дальше по ходу оборудования. Соответственно, выбирают либо регулятор 22 противодавления или контроллер 23 всасывания, чтобы обеспечить надлежащее давление в линии для условий эксплуатации источника [A] высокого давления.
[0016] В большинстве вариантов выполнения, ПЛК 11 принимает входные данные о высоком давлении от датчика 24 давления, расположенного во впускном отверстии 12 компрессора. Одним подходящим датчиком давления является преобразователь давления. Альтернативно, дистанционный датчик 26 давления может быть связан с источником высокого давления. Когда источник высокого давления контролируется дистанционным датчиком 26, локальный датчик 24 во впускном отверстии 12 будет контролировать источник низкого давления. Например, когда источником высокого давления является нефтяной резервуарный парк, расположение датчика 26 давления на источнике высокого давления обеспечивает преимущество точного измерения и контроля давления внутри резервуаров, которые чрезвычайно чувствительны к давлению. Другие удаленные источники высокого давления, такие как устье скважины природного газа или затрубное давление газа, также могут контролироваться датчиком 26 давления. Продолжая рассматривать этот пример, когда резервуары являются источником высокого давления, источник низкого давления может быть использован компрессором, чтобы отвести попутный газ разрежением.
[0017] Когда дистанционный датчик 26 контролирует источник [B] низкого давления, датчик низкого давления может быть расположен в любом удобном месте, подходящем для контроля давления газа источника(-ов) низкого давления. Когда множество источников [B] низкого давления связаны с линией 18 низкого давления, тогда дистанционный датчик 26 давления, связанный с или установленный в этот компонент, считается наиболее важным для безопасной работы системы. Таким образом, в обычных рабочих условиях, ПЛК 11 принимает единственный входной сигнал низкого давления. Несмотря на то что множество дистанционных датчиков 26 давления могут быть системно связаны с различными источниками низкого давления, способ настоящего изобретения будет как правило контролировать только тот источник низкого давления, который считается важным для безопасной работы системы. Все другие источники низкого давления, если такие есть, будут сообщаться по текучей среде с важным источником низкого давления посредством коллектора.
[0018] Как отмечалось выше, регулятор 22 противодавления управляет давлением внутри линий от источника [A] высокого давления до либо коллектора, либо линии 16 высокого давления. Если давление источника [A] высокого давления опускается ниже заданного значения для регулятора 22 противодавления, клапан сам или управляемый регулятором 22 противодавления закроется, перекрывая обратный поток к источнику [A] высокого давления. Таким образом, регулятор 22 противодавления открывается, только когда давление источника [A] высокого давления превышает заданный наименьший предел. Контроллер 23 всасывания выступает в качестве дроссельного вентиля, который управляет давлением на выходе источника [A] высокого давления. Контроллер 23 всасывания полностью открывается, когда давление на выходе опускается ниже заданного предела.
[0019] Датчики 24 и 26 давления непрерывно обеспечивают передачу данных на ПЛК, таким образом позволяя ПЛК 11 управлять компрессором 10 таким образом, чтобы гарантировать поддерживание целевых высокого и низкого давлений для каждого участка системы сбора природного газа. В настоящем варианте выполнения изобретения, датчики 24 и 26 давления обеспечивают аналоговый входной сигнал на ПЛК 11.
[0020] Таким образом, конфигурация системы обеспечивает эффективное управление множеством источников высокого и низкого давлений, обычно применяемых на буровых площадках и перерабатывающих установках. В описанной системе, ПЛК 11 управляет скоростями компрессора посредством аналогового выходного сигнала. Как известно специалистам в данной области техники, ПЛК могут быть выполнены с возможностью использования с компрессорами, приводимыми в действие двигателями внутреннего сгорания, или с компрессорами, приводимыми в действие электродвигателями. Для компрессоров, приводимым в действие двигателями внутреннего сгорания, ПЛК 11 отправляет сигнал на регулятор, который управляет скоростью двигателя. Выходной сигнал ПЛК 11 на регулятор двигателя будет лежать в диапазоне от 0 до 10 вольт. Для компрессоров, приводимых в действие, электродвигателями, скорость электродвигателя управляется частотно-регулируемым приводом (ЧРП). В этой конфигурации, ПЛК 11 выполнен с возможностью обеспечения выходного сигнала между 4 и 20 миллиамперами. Как понятно специалистам в данной области техники, тип аналогового выходного сигнала может различаться, чтобы соответствовать различным компонентам, используемым в компрессорной установке.
[0021] Как будет описано более подробно ниже в отношении множества конкретных вариантов выполнения, способ настоящего изобретения использует ПЛК 11 для управления изменениями скорости и производительности компрессора 10. ПЛК 11 регулирует работу компрессора, чтобы сохранить заданные пользователем целевые давления, как для источников [A] высокого давления, так и для источников [B] низкого давления. Если источник [A] высокого давления отклоняется от требуемого целевого значения, ПЛК 11 примет сигнал от датчика 24 давления, показывающий отклонение вверх или вниз. Затем ПЛК 11 передаст сигнал механизму регулирования скорости (регулятору или ЧРП), управляющему приводным механизмом, связанным с компрессором. Двигатель или электродвигатель при необходимости будут изменять скорость, увеличивая или уменьшая скорость и производительность компрессора 10 и, таким образом, возвращая контролируемый источник [A] высокого давления к целевому значению.
[0022] Как отмечалось выше, дистанционный датчик 26 давления в целом будет связан с одной или более источников [B] низкого давления. Дистанционный датчик 26 давления в общем контролирует только важный источник низкого давления. Как и в случае сигнала о несоответствии от датчика 24, ПЛК 11 принимает сигнал о несоответствии от дистанционного датчика 26 давления и передает сигнал механизму регулирования скорости, управляющему приводным механизмом, связанным с компрессором, при необходимости отрегулировать скорость и производительность компрессора, чтобы вернуть контролируемый источник низкого давления к целевому значению. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает возможность управления давлением линии как для источников [A] высокого давления, так и источников [B] низкого давления, используя единственный компрессор. Дополнительно, система обеспечивает управление давлением для множества источников природного газа каждого типа, используя единственный компрессор.
[0023] Изменение скорости компрессора, требуемое для возврата источника давления к заданному пользователем целевому давлению, устанавливается при помощи алгоритма ПИД-регулятора. Как известно специалистам в данной области техники, алгоритмы ПИД-регуляторов являются встроенными функциями ПЛК. Каждый источник имеет целевое значение, и вычисление ПИД-регулятора каждого целевого значения задает интерпретированные требования к быстродействию, или управляющее воздействие, то есть результат вычисления ПИД-регулятора. Затем последовательность логики ПЛК, выбирает какое интерпретированное требование к быстродействию целевого значения будет использоваться, путем сравнения управляющего воздействия каждого (из них) и передачи самого большого значения из всех управляющих воздействий ПИД-регуляторов в запоминающее устройство, создавая плавный переход между управлением одним целевым значением к другому в любой заданный момент времени. Другими словами, все целевые значения устанавливают предлагаемую скорость, основанную на соответствующем измерении давления. Затем ПЛК сравнивает все эти предлагаемые скорости и затем устанавливает самое большое значение сравниваемых скоростей вместо меньших значений, так что целевое давление, требующее наибольшую выходную скорость в любой данный момент времени, будет являться целевым давлением, используемым для регулировки скорости компрессора. Дополнительно, этот метод программирования используется для предотвращения отключения, вследствие чрезмерного давления нагнетания или, где это применимо, чрезмерного тока двигателя, то есть нагрузки на двигатель. Каждый из этих ограничивающих факторов является заданными пользователем целевыми значениями и имеет вычисления ПИД-регулятора. Для того чтобы замедлить падение давления нагнетания компрессора или тока двигателя, эти ПИД-регуляторы устанавливают выходную скорость, которая сравнима с вышеупомянутыми ПИД-регуляторами давления, связанными с источниками высокого и низкого давлений. Самое малое управляющее воздействие, полученное в результате этого сравнения, является установленной выходной скоростью. Другими словами, если ограничивающие факторы не достигнуты, их соответствующие ПИД-регуляторы зададут полную скорость, но ПИД-регуляторы давления источника газа могут не задать полную скорость, и таким образом будут являться определяющими факторами. Если ограничивающие факторы достигаются, их соответствующие ПИД-регуляторы зададут снижение скорости, и если ПИД-регуляторы источника газа зададут большее открытие дросселя, ПИД-регуляторы ограничивающего фактора скорректируют выходную скорость в результате сравнения, как изложено на блок-схеме с ФИГ. 10.
[0024] Таким образом, вышеприведенная логика выполнения реализует множество каскадно действующих ПИД-регуляторов для управления скоростью компрессора. ФИГ. 10 обеспечивает блок-схему логики выполнения, изображающую вышеприведенную последовательность этапов. Как описано выше, скорость компрессора регулируется путем управления скоростью либо двигателя, либо электродвигателя, таким образом в свою очередь регулируя производительность компрессора. Вычисления ПИД-регулятора проводятся при каждом цикле сканирования программы ПЛК (множество раз в секунду), и выбор интерпретированного требования к быстродействию происходит при каждом цикле сканирования, таким образом обеспечивая при необходимости непрерывное изменение управления для любого источника давления, который может не соответствовать целевому давлению, как измерено датчиком для этого источника.
[0025] Продолжая ссылаться на фигуры, способ настоящего изобретения контролирует источники [A] и [B] высокого давления и низкого давления. ПЛК 11 запрограммирован заданным и регулируемым пользователем целевым значением для каждого контролируемого давления. Если контролируемое давление любого из источников поднимается выше целевого диапазона, тогда ПЛК 11 вырабатывает сигнал на увеличение скорости компрессора, таким образом регулируя отбор газа, до тех пор пока давления не вернется к целевому значению. Если контролируемое давление обоих источников опускается ниже их соответствующих целевых значений, тогда ПЛК 11 вырабатывает сигнал на уменьшение скорости компрессора, таким образом регулируя отбор газа, до тех пор пока по меньшей мере один из датчиков не покажет возвращение к целевому значению давления. Как только давление вернулось обратно к целевому значению, ПЛК 11 вырабатывает сигнал на сохранение скорости компрессора, до тех пор пока давление не отклонится от требуемого целевого значения. Некоторые модели компрессоров включают в себя средства управления производительностью, которые в дополнение к отклонению скорости дополнительно увеличивают диапазон регулирования компрессора. Например, некоторые компрессорные установки могут использовать множество перепускных клапанов, выполненных с возможностью управления производительностью компрессора. Таким образом, при работе с компрессором, имеющим перепускные клапаны, ПЛК 11 также будет обеспечивать оперативный контроль за управлением перепускными клапанами.
[0026] Продолжая со ссылкой на ФИГ. 10, ФИГ. 10 обеспечивает один пример блок-схемы для множества каскадно действующих ПИД-регуляторов, подходящих для использования в настоящем изобретении. Специалисты в данной области техники знакомы с программированием, связанным с использованием ПЛК 11. Как изображено на ФИГ. 10, датчик 24 высокого давления и датчик 26 низкого давления обеспечивают входной сигнал на ПЛК 11. В канале 110 обеспечено заданное пользователем входное значение 112 высокого давления. Значение с датчика 24 сравнивается на этапе 114 с заданным пользователем входным значением 112, и вырабатывается управляющее воздействие 116, отражающее регулировку скорости компрессора, необходимую для обеспечения требуемого заданного пользователем входного значения 112. Аналогично в канале 120 обеспечено заданное пользователем входное значение 122 для значения низкого давления, такого как значение давления в резервуаре. Контролируемое давление на датчике 26 низкого давления сравнивается на этапе 124 с заданным пользователем значением 122, и вырабатывается управляющее воздействие 126, отражающее регулировку скорости компрессора, необходимую для сохранения требуемого значения 122 низкого давления. Канал 120 используется с датчиком 26 давления паров, связанным с колонной 32 улавливания паров, как изображено на ФИГ. 1-5, или с датчиком 26 давления паров, связанным только с резервуаром, как изображено на ФИГ. 6-9. Аналогично в канале 130, заданное пользователем значение 132 наибольшего тока двигателя обеспечено для сравнения с измеренным током двигателя, как обеспечено источником тока двигателя (не показан), связанным с электродвигателем, приводящим в действие компрессор. На этапе 134, измеренное значение тока двигателя сравнивается с заданным пользователем значением 132, и вырабатывается управляющее воздействие 136, отражающее регулировку, необходимую для управления электродвигателем, чтобы сохранить нагрузку, которая равна или меньше требуемого наибольшего тока двигателя. Отметим: аналогичные значения будут обеспечены посредством контроля рабочих параметров двигателя внутреннего сгорания вместо электродвигателя. Наконец, канал 140 относится к управлению давлением нагнетания компрессора 10, заданное пользователем наибольшее целевое значение 142 давления нагнетания компрессора будет обеспечено для сравнения с контролируемым давлением нагнетания. На этапе 144, контролируемое давление нагнетания компрессора 10 сравнивается с заданным пользователем значением 142, и вырабатывается управляющее воздействие 146, отражающее регулировку скорости компрессора, необходимую для сохранения требуемого значения 142 давления нагнетания. Логическая последовательность, заданная в ПЛК 11, использует управляющие воздействия для создания образцовой скорости 152. Образцовая скорость сравнивается со средней скоростью 153 электродвигателя или двигателя на этапе 154, чтобы выработать управляющее воздействие 156. Как известно специалистам в данной области техники, скорость электродвигателя или двигателя может контролироваться датчиком (не показан), подходящим для обеспечения входного сигнала по скорости, необходимого для определения средней скорости двигателя/электродвигателя. На этапе 158 управляющее воздействие 156 обеспечено в качестве входного сигнала для устройства управления, используемого для управления скоростью электродвигателя (контроллер 160 с частотно-регулируемым приводом) или двигателя внутреннего сгорания (регулятор 160). Таким образом, ПЛК 11 обеспечивает автоматическое управление системой. Дополнительно, каналы 140 и 130 обеспечивают улучшенные динамические признаки, то есть корректирующие функции, поскольку значение в любом из каналов, превышающее заданное значение, выработает сигнал ПЛК на уменьшение производительности, таким образом исключая использование отключений для высокого давления нагнетания или высокой нагрузки.
[0027] Следующие неограничивающие примеры будут описывать различные конфигурации источников [A] и [B] высокого давления и низкого давления, представленных на фигурах. В качестве примеров, обычно источники [A] высокого давления включают в себя: сепараторы очистки, многофазные сепараторы, насосно-компрессорную колонну газовой скважины, связанную с системами подъема плунжера, подогреватели-эмульгаторы, связанные с производственными установками, и газовые скважины непрерывного потока. Обычные источники [B] низкого давления включают в себя: нефтяной резервуарный парк с или без колонн улавливания паров, затрубный газ, производства попутного газа, вспомогательный компрессор магистральной линии. Как описано выше, источники [B] низкого давления определены относительно источника высокого давления, управляемого настоящим способом и системой. Таким образом, в одной конфигурации источник может является источником низкого давления; при этом, в другой конфигурации, тот же источник может рассматриваться в качестве источника высокого давления.
[0028] Пример 1: В этом примере, источник природного газа высокого давления включает в себя сепаратор [A1] очистки с клапаном 22 для регулирования противодавления, выставленный на 30 фунтов/кв. дюйм, и плунжерный подъемник газовой скважины [A2] с контроллером 23 всасывания, выставленный на ограничение давления на входе компрессора до около 40 фунтов/кв. дюйм. Как изображено, датчик 24, связанный с впускным отверстием компрессора, контролирует источники высокого давления. В этом примере, целевое давление, связанное с локальным датчиком 24 выставлено на 5 фунтов/кв. дюйм; однако, целевое высокое давление может иметь любое определенное пользователем значение, обусловленное рабочими условиями. Источник [B] природного газа низкого давления является резервуарным парком, связанным с колонной 32 улавливания паров. Поскольку положительное внутреннее давление внутри резервуаров важно для структурной целостности резервуара и уменьшения кислорода, давление на стороне низкого давления будет контролироваться на колонне 32 улавливания паров дистанционным датчиком 26 давления. Целевое давление в этом примере, которое связано с дистанционным датчиком 26 давления, выставлено на 0,25 фунтов/кв. дюйм. Отметим: сепаратор очистки также включает в себя линию 28 для текучей среды, переносящую жидкости с увлеченным природным газом в колонну 32 улавливания паров (VRT). Поскольку эта жидкостная линия, датчик давления не требуется для контроля этой линии.
[0029] Таким образом, в условиях эксплуатации, ПЛК 11 контролирует локальный датчик 24 во впускном отверстии компрессора и дистанционный датчик 26 давления для управления работой компрессора. Если давление во впускном отверстии 12 превышает 5 фунтов/кв. дюйм, тогда ПЛК 11 вырабатывает сигнал на увеличение скорости компрессора. Аналогично, если давление датчика 26 на VRT превышает 0,25 фунтов/кв. дюйм, тогда ПЛК 11 вырабатывает сигнал на увеличение скорости компрессора. Дополнительно, если оба датчика 24 и 26 показывают давления ниже целевых значений 5 фунтов/кв. дюйм и 0,25 фунтов/кв. дюйм, тогда ПЛК 11 вырабатывает сигнал на уменьшение скорости компрессора.
[0030] Помимо вырабатывания сигнала или задания изменения в работе компрессора, достаточного для возврата измеренного давления к целевому значению, ПЛК 11 предпочтительно включает в себя программирование на управление характером или скоростью, с которой компрессор работает при возврате измеренного давления к требуемому целевому значению. Управляемый возврат к целевому значению позволяет системе достичь целевого давления без перерегулирования. Таким образом, система исключает повторяющиеся коррекции для достижения целевого давления.
[0031] Управляемый возврат к целевому давлению будет адаптироваться под отдельные установки, связанные с системой улавливания природного газа. В общем, каждый источник будет иметь различную оптимальную настройку отклика компрессора для достижения целевого давления на основе величины отклонения. Дополнительно, если источник высокого давления течет со скоростью, достаточной для закрытия обратного клапана 19, тогда датчик 26 вероятно продолжит выдавать показания выше целевого значения, отслеживая возврат датчика 24 к целевому значению. По существу, ПЛК 11 продолжит управлять работой компрессора на восстановление давления на датчике 26 до требуемого целевого значения, следуя управлению процессом, описанному выше. Таким образом, аналогично тому, как система поддержания скорости управляет скоростью автомобиля на холмистой местности, ПЛК использует вычисления ПИД-регуляторов для предотвращения падения существенно ниже целевого значения внутри источников низкого давления.
[0032] Последующие ФИГ. 2-9 изображают конфигурации, в которых единственный компрессор 10 и ПЛК 11 управляют и контролируют давление природного газа в соответствии с непрерывными сигналами, получаемыми от датчиков 24 и 26 давления. Как изображено на фигурах, источники высокого давления обозначены буквой [A], и источники низкого давления обозначены буквой [B].
[0033] В примере, изображенном на ФИГ. 2, источник [A2] высокого давления плунжерного подъемника газовой скважины был заменен на затрубный попутный газ, причем добываемый газ проходит через регулятор 22 противодавления. Все другие рабочие характеристики на ФИГ. 2 соответствуют описанному к ФИГ. 1.
[0034] ФИГ. 3-5 изображают другие варианты с единственным источником высокого давления, протекающим либо через контроллер 23 всасывания, либо через регулятор 22 противодавления.
[0035] В примере, изображенном на ФИГ. 6, колонна улавливания паров, изображенная на ФИГ. 1, была удалена. В этой конфигурации, резервуарный парк является источником [B] низкого давления. Когда источником [В] низкого давления является два или более резервуаров, датчик 26 давления будет предпочтительно расположен либо на непроточной линии, обеспечивающей выравнивание давления между всеми резервуарами, либо на расположенном в центре резервуаре, сообщающимся по текучей среде со всеми резервуарами. Как изображено на ФИГ. 6, датчик 26 давления расположен в канале 27 выравнивания давления, обеспечивающем сообщение по текучей среде между двумя резервуарами. Однако, намеренно, канал 27 не обеспечен для обычной транспортировки газа в или из резервуаров. Как на ФИГ. 1, линия 28 является жидкостной линией, обеспечивающей сообщение по текучей среде между сепаратором очистки и резервуарами. Жидкость, проходящая к резервуарам, включает в себя увлеченный природный газ, который в конечном счете будет отделен от жидкости после нахождения некоторое время в резервуарах. В процессе работы ПЛК 11 на ФИГ. 6 будет поддерживать целевое давление, аналогично тому, как описано в отношении ФИГ. 1.
[0036] ФИГ. 7 в процессе работы соответствует ФИГ. 2; однако колонна улавливания паров была удалена из системы, приводя к перемещению дистанционного датчика 26 в канал 27 выравнивания (давления).
[0037] ФИГ. 8 в процессе работы соответствует ФИГ. 3; однако колонна улавливания паров была удалена из системы, приводя к перемещению дистанционного датчика 26 в канал 27 выравнивания (давления).
[0038] ФИГ. 9 в процессе работы соответствует ФИГ. 5; однако колонна улавливания паров была удалена из системы, приводя к перемещению дистанционного датчика 26 в канал 27 выравнивания (давления).
[0039] Другие варианты выполнения настоящего изобретения будут понятны специалистам в данной области техники при рассмотрении этого описания или осуществлении изобретения, раскрытого здесь. Таким образом, вышеизложенное описание рассматривается только в качестве примера настоящего изобретения, причем истинный объем и сущность изобретения определены следующей формулой изобретения.
Реферат
Группа изобретений относится к системе сбора природного газа, использующей единственный компрессор для управления сбором природного газа как из источников высокого давления, так и из источников низкого давления. Впускное отверстие компрессора соединено Т-образным соединением с линией высокого давления и с линией низкого давления. Работа единственного компрессора управляется программируемым логическим контроллером, выполненным с возможностью приема данных о давлении от датчиков и управления скоростью компрессора, для того чтобы сохранить давление природного газа на заданных пользователем целевых значениях. 6 н. и 26 з.п. ф-лы, 10 ил.
