Диплом. Автоматизация процесса осушки газа на установке комплексной подг. Реферат дипломный проект 104 с., 24 рисунка, 17 таблиц, 11 использованных источников, 1 приложение
 Скачать 7.56 Mb.
|
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» Кафедра автоматизации технологических процессов и производств Дипломный проект Автоматизация процесса осушки газа на установке комплексной подготовки газа № 9 Уренгойского газоконденсатного месторождения Студент гр. АГ 07-01Д.В. Бережной Руководитель канд. техн. наук, доц.Э.А. Шаловников Консультанты: по технологическому, техническому и специальному разделам канд. техн. наук, доц.Э.А. Шаловников Уфа РЕФЕРАТ Дипломный проект 104 с., 24 рисунка, 17 таблиц, 11 использованных источников, 1 приложение. УКПГ, АБСОРБЦИОННАЯ ОСУШКА ГАЗА, АБСОРБЕР, ДЭГ, РАСХОДОМЕР ПЕРЕМЕННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ, КОРИОЛИСОВЫЙ РАСХОДОМЕР, РАСХОД РДЭГ, ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ ОБЪЕКТА, ПАРАМЕТРЫ РЕГУЛЯТОРА Объектом исследования является кориолисовый расходомер для учета расхода РДЭГ в абсорбер. В процессе исследования рассмотрена технология осушки природного газа и существующие средства измерения расхода РДЭГ в абсорбер. Цель работы - усовершенствование существующей системы автоматизации абсорбционной установки осушки газа. В результате исследования произведен анализ и выбор средства измерения расхода РДЭГ в абсорбер и предложена замена основного расходомера переменного перепада давления (диафрагмы) на кориолисовый расходомер. Так же были рассчитаны коэффициенты передаточной функции регулятора расхода РДЭГ в абсорбер. Технико-экономические показатели подтверждают повышение экономических выгод от внедрения кориолисового расходомера. Внедрение отсутствует. Эффективность работы заключается в повышении точности определения расхода РДЭГ в абсорбер. СОДЕРЖАНИЕ Определения, сокращения и обозначения Введение . Технологический процесс на абсорбционной установке осушки газа… .1 Краткое описание технологических объектов УКПГ .2 Назначение цеха осушки газа .3 Сепарация газа от капельной жидкости и механических примесей .4 Осушка газа .5 Характеристика используемого абсорбента .6 Описание технологического процесса осушки газа . Патентная проработка .1 Выбор и обоснование предмета поиска .2 Регламент патентного поиска .3 Результаты поиска .4 Анализ результатов патентного поиска . Автоматизация абсорбционной установки осушки газа на УКПГ .1 Основные задачи автоматизации .2 Назначение и цели создания автоматизируемой системы управления технологическими процессами .3 Структура комплекса технических средств АСУТП .4 Информационное обеспечение системы управления .5 Структура программного обеспечения .6 Описание системы ПАЗ .7 Описание функциональной схемы автоматизации абсорбционной установки осушки газа .8 Приборы и средства автоматизации абсорбционной установки осушки газа . Анализ и выбор средства измерения расхода ДЭГ. Расчет коэффициентов передаточной функции регулятора расхода ДЭГ на линии подачи ДЭГ в абсорбер .1 Анализ возможных средств измерений расхода ДЭГ на абсорбционной установке осушки газа и рекомендации по их использованию .2 Кориолисовый расходомер Micro Motion СMF .3 Расчет коэффициентов передаточной функции по переходной кривой . Охрана труда и техника безопасности .1 Характеристика производственной среды и анализ потенциальных опасностей .2 Мероприятия по обеспечению безопасных и безвредных условий труда .3 Расчёт освещенности операторной . Оценка экономической эффективности применения кориолисовых расходомеров Micro Motion CMF .1 Методика расчета экономического эффекта .2 Технико-экономическая характеристика оборудования .3 Расчет экономической эффективности проекта .4 Формирование эксплуатационных затрат .5 Формирование выгод от проекта Заключение Список использованных источников автоматизация абсорбционный осушка газ ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ УКПГ - установка комплексной подготовки газа ГКМ - газоконденсатное месторождение ЗПА - здание переключающей аппаратуры ГИС- газоизмерительная станция ГСК - газосборный коллектор ЦОГ- цех осушки газа ДКС - дожимная компрессорная станция АВО - аппаратура воздушного охлаждения ДЭГ- диэтиленгликоль ГПА - газоперекачивающий агрегат АСУ - автоматизируемая система управления ТП- технологический процесс РСУ- распределенная система управления ПАЗ - противоаварийная защита ОПС - оперативно - производственная служба АРМ - автоматизированное рабочее место ПЛК- программируемый логический контроллер ФСА - функциональная схема автоматизации ВВЕДЕНИЕ Перспективы газовой промышленности России на ближайшие десятилетия связаны с дальнейшей эксплуатацией Уренгойского газоконденсатного месторождения Крайнего Севера. В этой связи анализ и обобщение опыта автоматизации процесса осушки газа на Уренгойском газоконденсатном месторождении представляется весьма актуальной задачей. Уренгойское месторождение природного газа - крупное газовое месторождение, третье в мире по величине пластовых запасов, которые превышают 10 триллионов кубических метров (10¹³ м³). Находится в Ямало-Ненецком АО Тюменской области России, немного южнее северного полярного круга. Состояние эксплуатационного фонда скважин Уренгойского месторождения составляет более 1300 скважин. Добычу на месторождении осуществляет компания ООО «Газпром добыча Уренгой» [1]. Основной технологический процесс подготовки газа осуществляется на установке комплексной подготовки газа (УКПГ). УКПГ представляет собой комплекс технологического оборудования и вспомогательных систем, обеспечивающих сбор и обработку природного газа и газового конденсата. Товарной продукцией УКПГ являются: сухой газ газовых месторождений, газовый конденсат. Процесс осушки газа на УКПГ № 9 Уренгойского газоконденсатного месторождения, осуществляется в цехе осушки газа, обеспечивающего подготовку товарного газа с определенными показателями качества для дальнейшего его транспорта потребителю. Одним из основных параметров, контролируемых на установке осушки газа, является расход газа и расход регенерированного ДЭГ, определяемых по показаниям расходомеров. Применение точных и современных типов расходомеров обеспечивает более точное вычисление расхода газа, что очень актуально при его учете. Цель данного дипломного проекта - усовершенствование существующей системы автоматизации процесса осушки газа на УКПГ. Задачами дипломного проекта являются: изучение технологии осушки газа на УКПГ; анализ и выбор средств измерения расхода РДЭГ на установке осушки газа; выбор типа расходомера, подходящего для измерения расхода РДЭГ на установке осушки газа. При работе над проектом были использованы материалы компании ООО «Газпром добыча Уренгой» (технологический регламент по эксплуатации УКПГ № 9). . ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС НА АБСОРБЦИОННОЙ УСТАНОВКЕ ОСУШКИ ГАЗА .1Краткое описание технологических объектов УКПГ Абсорбционная осушка - широко применяемый технологический процесс подготовки газа к транспорту на установке комплексной подготовки газа (УКПГ) №9 Уренгойского газоконденсатного месторождения (ГКМ). В состав основных технологических объектов УКПГ газа абсорбционным методом входят (рисунок 1.1): газопровод подключения УКПГ к промысловому газопроводу; здание переключающей аппаратуры (ЗПА); дожимная компрессорная станция (с цехом очистки газа) второй очереди; установка осушки газа; установка регенерации абсорбента; дожимная компрессорная станция первой очереди (на схеме не показана); газоизмерительная станция (ГИС). Сырой газ по газосборным коллекторам (ГСК) с определенным давлением и температурой поступает по шлейфам во входные линии ЗПА. В ЗПА происходит снижение и выравнивание давлении, переключение коллекторов на факел при продувке и на обводной коллектор при аварийной остановке УКПГ. Газ последовательно проходит кран с дистанционным управлением, регулирующий клапан и по коллектору подаётся в цех осушки газа (ЦОГ). Снижение давления при редуцировании газа может привести к образованию гидратов, поэтому для предупреждения гидратообразования в шлейфы ЗПА вводится ингибитор (метанол). Дожимная компрессорная станция первой очереди (ДКС-1) предназначена для поддержания постоянного давления на входе в ЦОГ с целью обеспечения его стабильной работы. ДКС-2 через крановые узлы подключается к действующему коллектору сырого газа, проложенному от ЗПА к технологическому корпусу.  Рисунок 1.1 - Структурная схема объектов газового промысла После компримирования газ поступает на установку охлаждения и далее снова подается в коллектор, проложенный от ЗПА к технологическому корпусу. Аппаратура воздушного охлаждения (АВО) необходима для снижения температуры газа, которая увеличивается на выходе компрессоров за счёт работы, совершаемой газоперекачивающими агрегатами при сжатии газа. Снижение температуры необходимо для улучшения процесса осушки газа, а также для снижения энергетических потерь при транспорте газа (при низких температурах газ занимает меньший объём). Очистка газа перед ДКС от капельной влаги и механических примесей производится на установке очистки газа, состоящей, как правило, из двух ступеней сепарации: грубая, предназначенная для отделения от газа основного количества конденсата, пластовой и конденсационной воды, и тонкая - для отделения от капельной влаги и мехпримесей. 1.2 Назначение цеха осушки газа Сырой газ, приходящий с кустов скважин на УКПГ, находится в условиях полного насыщения влагой (относительная влажность - 100%), таким образом, при снижении температуры возможно гидратообразование, и как следствие закупорка трубопровода. Образование гидратных пробок в трубопроводах газоконденсатных месторождений Крайнего Севера считается весьма серьезной аварией, ликвидация которой является чрезвычайно дорогим мероприятием. Технологические нитки осушки газа, расположенные в ЦОГ УКПГ, предназначены для очистки и осушки газа, что позволяет исключить гидратообразование и нарушение режима работы магистрального трубопровода. Качественным показателем товарного продукта - осушенного газа является его влагосодержание, которое измеряется по точке росы в градусах Цельсия. Так или иначе, этот показатель влияет на процесс перекачки газа и доставку его конечному потребителю, особенно это актуально в холодное время года, в связи с довольно низкими температурами окружающей среды. Таким образом, при понижении влагосодержания газа уменьшаются затраты на его перекачку и транспортировку по магистральному трубопроводу, а так же увеличивается его качественные показатели как товарного продукта, что повышает экономическую эффективность работы установки комплексной подготовки газа. .3 Сепарация газа от капельной жидкости и механических примесей На первом этапе осушки газа необходимо его тщательно очистить от твердых примесей и агрессивных компонентов (например, от минерализованной воды), так как они способствуют быстрому износу дорогостоящего технологического оборудования, вызывают нарушения в условиях нормальной эксплуатации установок. Поэтому сепарация природного газа является одним из важнейших технологических процессов на УКПГ. Физическая сущность сепарации в системах газ - жидкость, газ - твердая взвесь основана на применении принципа, определяемого действующими на сепарируемую частицу силами инерции, сопротивления, тяжести, диффузии, тепловые, электрические и другие силы, причем при изучении динамики частиц в сепараторах инерционные силы приравнивают к результирующей сил, действующих на сепарируемую частицу [2]:  = 0 , (1.1)где F - результирующая сила, действующая на сепарируемую частицу; - масса частиц;/dt - ускорение частиц (в поле свободного падения a = g). Для конкретных случаев сепарации из решения уравнения (1.1) можно определить скорость сепарации, габариты сепарационных устройств и т. д. В обычных условиях из потока сепарируют частицы диаметром 100 мкм и более. Для повышения эффективности сепарации жидкости из газового потока и предотвращения ее уноса с отсепарированным потоком газа сепараторы обычно оборудуют специальными кольцевыми сетчатыми отбойниками. Объемную суточную производительность (тыс. куб. м) сепаратора можно определить по формуле:  , (1.2)где d - внутренний диаметр сепаратора, м; ϑ - скорость газа в сепараторе, м/с;- коэффициент сжимаемости газа; Р и Т - соответственно рабочее давление (МПа) и температура (К) в сепараторе; Рст и Тст - соответственно стандартное давление и температура (Рст = 0,1 МПа и Тст = 273 К). Опыт сепарации природного газа на ГКМ Крайнего Севера показал, что одним из серьезных вопросов эксплуатации является выбор оптимальной производительности сепаратора, так как от нее сильно зависит качество сепарируемого газа. .4 Осушка газа Следующим в технологической цепи подготовки газа основным процессом при подготовке газа к транспорту является процесс его осушки, причем важность его определяется необходимостью осушки практически всего объема газа, добываемого в районах Крайнего Севера. Глубина осушки на УКПГ газа, подаваемого в магистральный газопровод для холодных климатических районов, определяется ОСТ 51.40-93 «Газы горючие природные, подаваемые в магистральные газопроводы» и техническими условиями, разработанными на его основе. Требования к осушенному газу приведены в таблице 1.1. Таблица 1.1 - Требования к осушенному газу
В ГКМ Крайнего Севера для осушки природных газов широко применяются установки, использующие абсорбционный процесс осушки газа. Абсорбционный процесс осушки газа представляет собой разделение бинарных или многокомпонентных газовых смесей, осуществляемое путем избирательного поглощения отдельных компонентов смеси жидким поглотителем - абсорбентом в результате контакта неравновесных потоков газа и абсорбента. В процессе абсорбции участвуют две фазы - жидкая и газовая, происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую, т.е. этот процесс является одним из процессов массопередачи. Процесс абсорбции характеризуется статикой и кинетикой. Статика абсорбции, т.е. равновесие между жидкой и газовой фазами, определяет состояние, которое устанавливается при весьма продолжительном соприкосновении фаз. Равновесие между фазами определяется термодинамическими свойствами газа и поглотителя и зависит от состава одной из фаз, температуры и давления. Кинетика абсорбции, т.е. скорость процесса массообмена, определяется движущей силой процесса (т.е. степенью отклонения систем от равновесного состояния), свойствами поглотителя, газа и способом соприкосновения фаз (устройством абсорбера и гидродинамическим режимом его работы) [3]. Физическая сущность процесса абсорбции заключается в том, что упругость паров поглощаемого вещества над абсорбентом меньше, чем парциальное давление этого вещества в газе. Благодаря этому поглощаемое вещество и влага из газа переходят в поглотитель. Компоненты газовой смеси и влаги абсорбируются до тех пор, пока парциальное давление поглощаемого компонента в газе не достигнет величины равновесной упругости поглощаемого компонента над жидкостью. Абсорбция газов и влаги происходит в результате их растворения в поверхностном слое за счет неуравновешенности молекулярных сил на границе жидкость - газ и последующей их диффузии внутрь жидкости. Эксплуатационные показатели установок осушки газа зависят от многих факторов, таких как рабочие давления и температуры в установке, состав газа при входе на установки, концентрация регенерированного абсорбента и т.д. Исходя из вышесказанного, в промысловых условиях для эффективной организации процесса осушки газа целесообразно его провести при максимальном давлении и минимальной температуре. При этом нельзя упускать из виду, что температура поступающего в аппарат абсорбента не должна превышать температуру газа больше, чем на 6 - 8 °С, так как это приводит к увеличению его потерь, и не должна быть ниже температуры газа, так как это может привести к вспениванию абсорбера и, как следствие, к захлебыванию тарелок, увеличению перепада давления в колонне [4]. .5 Характеристика используемого абсорбента В качестве абсорбента на установках осушки газа используется диэтиленгликоль (ДЭГ), который нашел широкое применение при подготовке газа на ГКМ Крайнего Севера благодаря следующим своим свойствам: высокая поглощающая способность в достаточно большом диапазоне температур, давлений и концентрций, обеспечивающая эффективность процесса осушки; низкое давление насыщенных паров, обеспечивающее минимум потерь при испарении во время эксплуатации; большая разница между температурами кипения ДЭГ и воды (более чем в два раза), что позволяет осуществлять его регенерацию в промысловых условиях достаточно простым способом; низкая вязкость в условиях эксплуатации, что обеспечивает хороший контакт с газом в тарелках абсорбера; нейтральность, позволяющая ему не вступать в химическую реакцию с метанолом, который используется в качестве ингибитора для предупреждения процесса гидратообразования; высокая устойчивость против окисления и термического разложения, обеспечивающая низкую скорость старения, и т.д. [5]. Основные характеристики ДЭГ, приведены в таблице 1.2. Таблица 1.2 - Характеристика ДЭГ
Использование растворов ДЭГ с концентрацией 98,0 - 99,0% мас. позволяет осушать сырой газ до необходимой точки росы для дальнейшего транспорта по магистральным газопроводам в условиях Крайнего Севера. .6 Описание технологического процесса осушки газа Сырой газ из общего коллектора поступает на 8 технологических ниток осушки, расположенных в ЦОГ. Каждая технологическая нитка состоит из одного многофункционального абсорбера А-201. На УКПГ-9 эксплуатируются многофункциональные аппараты типа ГП 502 проектной производительностью 5 млн. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||