Методическое и алгоритмическое обеспечение автоматизированной экспериментальной установки удаления гидратов в газоконденсатной смеси в трубопроводе

Abstract

Актуальность исследования обусловлена тем, что в настоящее время в мировой нефтегазовой промышленности проблема образования гидратов стоит достаточно остро. Аккумулирование гидратов на участке трубопровода или в определенных узлах установок подготовки углеводородов может привести к срыву технологического процесса, выходу из строя оборудования, снижению качества готовой продукции для потребителя. Главная задача состоит в том, чтобы своевременно определять наличие гидратов в полости трубопровода или правильно прогнозировать процесс его формирования и аккумулирования. Существует множество методов борьбы с гидратообразованием, но они могут быть высокозатратны, малоэффективны или иметь высокий класс опасности. В статье рассмотрен новый способ борьбы с гидратообразованием и предложена методика по автоматизации процесса. Аппаратная часть рассматривается как имитационный экспериментальный стенд для проведения экспериментов, проверки аналитических расчетов и автоматизации. Программная часть представляет методику автоматизации определения зон возможного гидратообразования, что позволяет проводить более качественную оценку, и программу для автоматизированной работы опытно-промышленного образца в реальных условиях. Описаны алгоритмы работы, алгоритмы аварийной и нормальной остановки. Для более точного и быстрого анализа проблемных зон гидратообразования, а также безаварийной работы установки разработан строгий алгоритм. В систему команд алгоритма заложены все аварийные ситуации, возможные ошибки, предельные режимы работы. Работа всех алгоритмов была проверена практическим путем посредством имитации процесса реальной работы системы и подачи условных сигналов на вход в программный модуль установки. Цель: применение и анализ работы алгоритмического обеспечения для работы экспериментальной установки по удалению гидратов из потока газоконденсатной смеси. Объект: автономная модульная установка для борьбы с гидратообазованием. Методы: теоретические методы для обоснования закономерности течения процессов тепломассообмена, расчетноаналитический метод для определения качества работы разработанного программного обеспечения, практические методы по проведению экспериментов. Результаты. Построен лабораторный стенд на базе Национального исследовательского Томского политехнического университета, проведены эксперименты для различных потоков газа с разными термобарическими условиями, разработано математическое и алгоритмическое обеспечение для автоматизации процесса работы установки, проведена проверка работы системы.

The relevance of the study is caused by the fact that at present the problem of hydrate formation is quite acute in the global oil and gas industry. The accumulation of hydrates in the pipeline section or in certain units of hydrocarbon treatment devices can lead to disruption of the technological process, equipment failure, and decrease in the quality of finished products for the consumer. The main task is to timely determine the presence of hydrates in the pipeline cavity or correctly predict its formation and accumulation. There are many methods of combating hydrate formation, but they can be high-cost, ineffective or have a high hazard class. The article discusses a new way to eliminate hydrate formation and suggests a methodology for automating the process. The hardware part is considered as a simulation experimental stand for conducting experiments, checking analytical calculations and automation. The software part presents a technique for automating the determination of zones of possible hydrate formation, which allows better assessment, and a program for the automated operation of a pilot industrial sample in real conditions. Operation algorithms, emergency and normal shutdown algorithms are described. For a more accurate and quick analysis of problem areas of hydrate formation, as well as trouble-free operation of the unit, a rigorous algorithm was developed. The command system of the algorithm includes all emergency situations, possible errors, and limiting operating modes. The operation of all algorithms was tested in a practical way by simulating the system real operation and supplying conditional signals to the input of the installation software module. The main aim of the research is to apply and analyze the operation of algorithmic support for the operation of an experimental plant for removal of hydrates formation from a gas-condensate fluid flow. Object: autonomous modular installation for removing hydrate formation. Methods: theoretical methods for substantiating the regularity of the flow of heat and mass transfer, calculation and analytical method for determining the quality of the developed software, practical methods for conducting experiments. Results. The authors have built the laboratory stand on the basis of the National Research Tomsk Polytechnic University, carried out experiments for various gas flows with different thermobaric conditions, developed algorithmic support to automate the installation, tested the system.