CC BY
28
УДК 622.279.8
Интеграция расчетных программ комплексного моделирования в систему управления технологических процессов газового промысла
А.В. Кононов1, О.Ю. Манихин1*, Д.А. Ожерельев1
1 ООО «Газпром добыча Ноябрьск», Российская Федерация, 629806, Ямало-Ненецкий автономный округ, г. Ноябрьск, ул. Республики, д. 20 * E-mail: manihin.oyu@noyabrsk-dobycha.gazprom.ru
Ключевые слова: Тезисы. На газовых месторождениях ООО «Газпром добыча Ноябрьск» наиболее ответственным подготовка газа и технологически сложным этапом подготовки сырого природного газа к транспортировке по систе-
к транспорту, ме магистральных газопроводов является абсорбционная осушка компримированного газа до тре-
моделирование бований, предъявляемых СТО Газпром 089-2010 к качеству товарного газа. (В качестве абсорбен-
технологических та применятся 98,2...99,3%-ный триэтиленгликоль.) Несмотря на высокий уровень автоматизации процессов, и эффективность технологического процесса, существуют риски несоблюдения нормативов каче-
абсорбционная ства готовой продукции. Это связано с резким изменением термобарического режима эксплуата-
осушка газа. ции технологического оборудования, что требует принятия оперативных решений от обслуживаю-
щего персонала.
С целью предупреждения и недопущения указанных рисков, а также оптимизации технологического процесса подготовки природного газа и повышения степени обоснованности оперативных решений, влияющих на эффективность работы установки комплексной подготовки газа (УКПГ), разработаны и внедрены в систему управления процессами газовых промыслов в режиме реального времени автоматизированные модели технологических процессов подготовки газа на базе программного продукта GIBBS. Модели способны выявлять некорректность показаний контрольно-измерительных приборов и прогнозировать параметры работы оборудования без негативного влияния на текущий технологический процесс.
Интеграция GIBBS в PI System позволила повысить энергоэффективность процесса подготовки природного газа на газовом промысле за счет выбора обоснованного технологического режима эксплуатации УКПГ с учетом воздействия внешних факторов. Как следствие, оптимизировано рабочее место инженера-технолога, выполняющего расчет технологических режимов эксплуатации.
Модели позволяют наиболее точно описать свойства подготавливаемого сырья, рассчитать материально-тепловой баланс производства, массовые и объемные выходы, состав продуктов, их соответствие действующим стандартам. На их основе: оптимизируется количество регенерированного триэтиленгликоля, подаваемого на абсорбционное оборудование; выявлены закономерности и оценивается эффективность работы сепарационного и абсорбционного оборудования, в том числе определены коэффициенты эффективности работы абсорбционного оборудования, зависящие от фактического состояния его внутренних элементов.
Подготовка сырого природного газа к транспортировке по системе магистральных газопроводов на газовых месторождениях ООО «Газпром добыча Ноябрьск» происходит на установках комплексной подготовки газа (УКПГ) и подразумевает следующие основные технологические этапы: предварительную сепарацию сырого газа, компримирование и последующее охлаждение газа, абсорбционную осушку компримированного газа до требований, предъявляемых СТО Газпром 089-20101 к качеству товарного газа [1]. Наиболее ответственным и технологически сложным является последний этап - гликолевая осушка природного газа в абсорбционном оборудовании, где в качестве абсорбента применятся 98,2...99,3%-ный триэтиленгликоль (ТЭГ).
Абсорбер представляет собой многофункциональный аппарат, состоящий из се-парационной, контактной (массообменной) секции и секции улавливания ТЭГа (фильтрующей). Входная сепарационная секция, служащая для предотвращения уноса капельной жидкости с газом, состоит из сетчатого отбойника, установленного на входе
1 См. СТО Газпром 089-2010. Газ горючий природный, поставляемый и транспортируемый по магистральным газопроводам. Технические условия.
газа, и сепарационной тарелки с центробежными элементами. В сепарационной секции абсорбера сырой газ за счет снижения скорости и изменения направления потока освобождается от механических примесей, газового конденсата и воды (с растворенным в них метанолом). Жидкость стекает в кубовую часть аппарата. В кубовой части абсорбера предусмотрен змеевик подогрева.
Массообменная секция состоит из полуглухой тарелки и контактно-сепарационных тарелок с регулярной насадкой. В массо-обменной секции газ осушается, контактируя со встречным потоком регенерированного ТЭГа. Над массообменной секцией установлены фильтры-барабаны для дополнительного отделения ТЭГа.
Секция улавливания ТЭГа (фильтрующая) состоит из тарелки с коагулирующими фильтр-патронами, в секции происходит окончательная очистка газа от капель ТЭГа2.
С целью достижения высоких показателей энергоэффективности после поглощения из газа влаги насыщенный абсорбент, пройдя дегазацию, фильтрацию и цепочку рекуперативных теплообменных аппаратов, подается в цех огневой регенерации гликоля для восстановления своих первоначальных свойств и вновь возвращается в систему. Осушенный газ после арматурных блоков по общему коллектору через пункт измерения расхода направляется в единую газотранспортную систему.
Кроме того, все этапы подготовки природного газа подключены к автоматизированной системе управления технологических процессов, данные с которой выводятся на главный щит управления УКПГ, а также в информационную сеть закрытого доступа PI System для удаленного доступа к данным телеметрии.
Несмотря на высокий уровень автоматизации и эффективность технологического процесса подготовки газа, существуют риски несоблюдения требований, предъявляемых к качеству готовой продукции. Это связано с резкими изменениями термобарического режима эксплуатации технологического оборудования, что требует принятия оперативных решений от обслуживающего персонала.
Технологическая сложность системы абсорбционной осушки газа и регенерации ТЭГа,
а также физико-химические процессы, происходящие при поглощении паровой влаги из газа с последующим ее выделением из гликоля посредством огневой регенерации, обусловливают инертность данной системы. Опытным путем установлено, что время отклика системы после изменений, произошедших в технологическом режиме, составляет не менее 3...4 ч. Следовательно, в случае принятия ошибочного решения сменный персонал узнает об этом лишь спустя некоторое время благодаря средствам телеметрии, что влечет за собой риск поставки нетоварного газа в магистральный газопровод. В масштабах работы газового промысла это значительный объем газа, измеряемый в миллионах стандартных кубических метров в час. С другой стороны, для снижения риска несоблюдения требований, предъявляемых к качеству товарного газа по параметру «температура точки росы» (ТТРв), сменный персонал УКПГ поддерживает технологический режим, на котором «переосушивает» товарный газ на 3.4 °С, что влечет за собой перерасход энергоресурсов [2].
В целях предупреждения и недопущения вышеуказанных рисков, а также оптимизации технологического процесса подготовки природного газа специалистами ООО «Газпром добыча Ноябрьск» разработаны и внедрены в систему управления процессов газовых промыслов в режиме реального времени автоматизированные модели технологических процессов систем подготовки газа на базе программного продукта GIBBS. Данные модели способны выявлять некорректность показаний контрольно-измерительных приборов и прогнозировать параметры работы технологического оборудования на перспективных режимах работы без оказания негативного влияния на текущий технологический процесс. Это снижает риски и повышает степень обоснованности предлагаемых оперативных решений, влияющих на эффективность работы УКПГ.
GIBBS - отечественное программное обеспечение моделирования процессов и оборудования переработки жидкого и газообразного углеводородного сырья3. Широкий перечень термодинамических моделей, современная модель данных, возможности пользовательского программирования позволили специалистам
См. Технологических регламент на эксплуатацию
Комсомольского газового промысла. Ч. 1. - Тюмень: ТюменНИИгипрогаз, 2013. - 151 с.
См. Российская система технологического моделирования GIBBS для нефтегазовой отрасли [электронный ресурс]. - http://www.gibbsim.ru
О -19,5
и
=L
£
-20,0 -20,5 -21,0 -21,5 -22,0 -22,5 -23,0
А
j \
к / \ • Л
S, у 7 \ л К
V V Jj / , j О \ \ п < \ Л х-
N у \ № Л \ \ N < И ч /
7 \ 7 \ с к у
/ 1 \ N. -J 1
V \
_ GIBBS — ВГПУ - - критический уровень -
'—'—'—'—'—'—'—'—(N (N (N (N
оооооооо^ чч:мм
Диаграмма качества подготовки природного газа (в суточном интервале4) при зимнем режиме эксплуатации газового промысла
ООО «Газпром добыча Ноябрьск» разработать систему интеграции, которая поддерживает автоматизированную работу моделирующего комплекса GIBBS с предоставлением результатов этой работы в удобном виде на любое рабочее место, подключенное к локальной сети, без установки дополнительного программного обеспечения.
Интеграция GIBBS в PI System позволила повысить энергоэффективность процесса подготовки природного газа на газовых промыслах за счет выбора обоснованного технологического режима эксплуатации УКПГ, учитывающего воздействие внешних факторов на процесс подготовки газа. Как следствие, оптимизировано рабочее место инженера-технолога, выполняющего расчет технологических режимов эксплуатации.
С 2016 г. и по настоящее время в программном комплексе моделирования технологических процессов разработано более 30 технологических моделей систем подготовки газа для технологических объектов ООО «Газпром добыча Ноябрьск», а именно: Вынгаяхинского газопромыслового управления (ВГПУ), а также газовых промыслов Западно-Таркосалинского, Губкинского и Комсомольского. Все созданные расчетные модели внедрены и апробированы.
Данные моделирования имеют высокую степень сходимости с фактическими показателями работы технологического оборудования. Так, согласно инструментальным замерам ВГПУ, сходимость по показателю ТТРв за октябрь 2018 г. находится в пределах 0,5 °С (рисунок), что свидетельствует о корректной работе технологического оборудования газового промысла и правильном выборе технологического режима его эксплуатации.
Согласно представленной диаграмме реального режима подготовки газа, в период между 14:30 и 18:00, по данным расчетной модели, наблюдалась негативная динамика с возможностью достижения критического значения ТТРв для осушенного газа при зимнем режиме эксплуатации технологического оборудования. Это значит, что в случае бездействия сменного персонала с учетом инертности системы (+3 ч) после 21:00 возник бы риск несоблюдения нормативов качества подготовки природного газа. В 15:05 и 17:40 сменный персонал внес корректировку в технологический режим подготовки газа, в результате чего был предотвращен случай несоблюдения требований к качеству газа, и с 21:00 УКПГ вновь стала работать в штатном режиме, о чем свидетельствует уменьшение разницы между расчетными и фактическими значениями ТТРв.
4 На самом деле, диаграмма строится непрерывно (автоматически), суточный интервал времени выбран намеренно с целью большей детализации диаграммы.
Разработанные расчетные модели позволяют наиболее точно описать свойства подготавливаемого сырья, рассчитать материально-тепловой баланс производства, массовые и объемные выходы, состав продуктов, их соответствие действующим стандартам. На основе моделей: рассчитывается оптимальное количество регенерированного ТЭГа, подаваемого на абсорбционное оборудование; оценивается эффективность работы сепараци-онного и абсорбционного оборудования, в том числе определены коэффициенты эффективности работы абсорбционного оборудования, зависящие от фактического физического состояния его внутренних элементов; выявлены закономерности работы технологического оборудования.
Внедренные в автоматизированную систему управления технологическими процессами газовых промыслов расчетные модели, использующие принципы современной технической термодинамики и уравнения состояния для расчета фазовых превращений углеводородных и иных смесей, являются универсальными и позволяют моделировать основные технологические процессы промысловой подготовки газа в широком диапазоне и на оптимальном уровне.
Список литературы
1. Грищенко А.И. Сбор и промысловая подготовка газа на северных месторождениях России / А.И. Грищенко, В.А. Истомин, А.И. Кульков
и др. - М.: Недра, 1999. - 473 с.
2. Бекиров Т.М. Технология обработки газа
и конденсата / Т.М. Бекиров, Г.А. Ланчаков. -М.: Недра-Бизнесцентр, 1999. - 596 с.
Integration of complex computing simulators and a gas-field process control system
A.V. Kononov1, O.Yu. Manikhin1*, D.A. Ozherelyev1
1 Gazprom Dobycha Nayabrsk LLC, Bld. 20, Respubliki street, Noyabrsk, Yamal-Nenets autonomous region, 629806, Russian Federation
* E-mail: manihin.oyu@noyabrsk-dobycha.gazprom.ru
Abstract. The most demanding and complicated stage of pre-transport gas treatment at the gas fields of the Gazprom Dobycha Noyabrsk LLC is absorptive dehydration of compressed gas aimed at meeting the quality requirements of the Gazprom Standard (STO) 089-2010. The absorbent contains 98,2...99,3% of triethyleneglycol. But for a high level of automatization and efficacy of the technological process, there are some risks not to keep the quality norms for finished products due to sudden changes of a thermobaric regime of equipment operation, which makes the servicemen rapidly take managing decisions.
To avoid and forestall the named risks, to optimize the gas-treatment technologies, and to improve feasibility of operative gas processing plant management, the automated GIBBS-software-based simulators of gas processing techniques have been designed and integrated with a gas-field management system. These models are able to highlight wrong indications of measurement instruments, and to prognosticate working parameters of equipment excluding negative impact to a current technological process.
GIBBS integration to PI System have improved power-saving performance of the field gas treating due to optional selection of the most feasible regime for gas processing plant operation with respect to exposures of external environment. Consequently, a workstation for a process control engineer who calculates running conditions has been optimized.
The GIBBS simulators enable fine description of a future product, calculation of heat-and-mass balance together with mass and volume yields, determination of product's composition and its compliance with valid standards. They help to optimize amounts of the regenerated triethyleneglycol pumped to absorption equipment, to reveal working patterns and performance of separators and absorbers including their output-input ratios, which depend on the factual state of the internal components of this equipment.
Keywords: gas pre-transport treatment, simulation of technological processes, absorptive gas dehydration. References
1. GRISHCHENKO, A.I., V.A. ISTOMIN, A.I. KULKOV et al. Collection and field treatment of gas at the northern fields of Russia [Sbor i promyslovaya podgotovka gaza na severnykh mestorozhdeniyakh Rossii]. Moscow: Nedra, 1999. (Russ.).
2. BEKIROV, T.M., G.A. LANCHAKOV. Technology of gas and condensate processing [Tekhnologiya obrabotki gaza i kondensata]. Moscow: Nedra-Biznestsentr, 1999. (Russ.).
