автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Разработка информационно-измерительной системы для оперативного контроля влажности природного газа

На правах рукописи

Селезнев Сергей Викторович

РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ ВЛАЖНОСТИ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Специальность: 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степеии кандидата технических наук

Саратов-2006

Работа выполнена в ООО «Научно-производственная фирма Вымпел»

(г, Саратов)

Научный руководитель: доктор химических наук, Истомин Владимир

Александрович

Научный консультант; кандвдат технических наук, Деревягин Александр

Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, Ермолкин Олег

Викторович

кандидат технических наук, Бахметьев Петр Иванович

Ведущая организация: ООО «Уренгойгазпром»

Защита диссертации состоится 31 октября 2006 г., в « 15:00 » часов на заседании диссертационного совета Д 212.200.09 при Российском государственном университете нефти и газа имени И.М. Губкина по адресу: 119991, г. Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, д. 65, ауд. 260.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина.

Автореферат разослан

2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н.

Великанов Д.Н,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Гигантские газовые месторождения России — Уренгойское и Ямбургское -вступили в период падающей стадии разработки, а Медвежье - в завершающую стадию. При этом существенно ухудшились термобарические и технологические условия для промысловой подготовки газа, что приводит к необходимости более эффективного контроля показателей качества газа. В последнее время при поставках газа в Европу все большую коммерческую актуальность приобретает показатель качества газа: "точка росы по углеводородам".

В нефтяной и газовой промышленности разработаны технические требования по показателям качества природного газа. Важнейшими показателями являются температуры точек росы природного газа по влаге и углеводородам. Существующие методы и средства измерения точек росы газа во многих случаях не отвечают современным требованиям. Анализ методов измерения влажности газа показывает, что предпочтительными являются прямые методы измерения, из которых наиболее перспективным является конденсационно-термометрический метод. Практический опыт свидетельствует о необходимости значительной модернизации этого метода с учетом различных технологических примесей в среде сжатого природного газа. Поэтому актуальной задачей является разработка современных информационно-измерительных систем для автоматического анализа и обработки данных по определению точек росы газа по влаге и углеводородам, удовлетворяющих жестким условиям их функционирования (широкий диапазон давлений - от 1,5 до 30 МПа; 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 - 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. Разработал 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

Разработанная информационно-измерительная система реализована в серийно выпускаемом приборе (анализатор точек росы по влаге и углеводородам «КОНГ-Прима 4»), который успешно эксплуатируется на объектах газовой, нефтеперерабатывающей и химической отраслей в России, странах СНГ и Западной Европы. При этом обеспечивается контроль качества природного газа одновременно по двум основным показателям (точкам росы газа по водной фазе и по углеводородам) и повышается достоверность контроля в сложных условиях эксплуатации (СПХГ, газовые и газоконденсатные промыслы, попутный нефтяной газ). Показана возможность использования 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.. .30 МПа.

Разработанный комплекс научно-технических решений защищен патентами РФ (№ 2085925) и ЕС (№ РСТ/ЬШ9б/00192).

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на российской конференции "Газовые Гидраты в Экосистеме Земли 2003" (Новосибирск, 2003 г.), на международном семинаре по соединениям включения в Польше (Варшава, Попово, сентябрь, 2001 г.), на международной конференции по газовым гидратам в Японии (Иокогама, май 2002 г.), на международной конференции и выставке по технологии природного газа в США (Флорида, Орландо, сентябрь-октябрь 2002 г.), 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 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. Разработка экспонировалась на выставках «Нефтегаз 2001 - 2005».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ (статей и тезисов докладов) и получены два патента.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения; изложена на 143 страницах, содержит 36 рисунков, 17 таблиц, список литературы из 51 наименования.

Работа проводилась в соответствии с планами научно-исследовательских работ ООО «НПФ Вымпел».

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении представлено обоснование актуальности работы; поставлены цели и задачи; приведены защищаемые положения и указана практическая значимость проведенных исследований.

В первой главе проведен анализ методов определения качества газа, дана классификация методов и средств измерения влажности газа. Рассмотрены алгоритмы функционирования автоматических ковдепсационных гигрометров и выявлены их недостатки, основной из которых - трудность определения точки росы по влаге в присутствии ранее конденсируемых углеводородов. Показано, что для опре-

деления точки росы по влаге в присутствии ранее конденсируемых высших углеводородов, а также для измерения точки росы по углеводородам необходимо: решить ряд вопросов, связанных с миниатюризацией конденсационной поверхности; повысить чувствительность и избирательность оптического тракта к конденсирующимся жидкостям, т.е. к воде (водной фазе) и к углеводородам (углеводородной фазе); разработать алгоритмы, гарантирующие высокую точность измерения точек росы по влаге и углеводородам.

Во второй главе представлены результаты исследований по разработке контрольно-измерительной системы для определения точек росы газа по влаге и углеводородам.

Выполнен критический анализ существующих подходов и технических решений по разработке информационно-измерительных систем определения точек росы природного газа существующими конденсационными приборами. Определены основные задачи, которые должны быть решены при разработке новой информационно-измерительной системы:

- минимизация размера конденсационного зеркала с целью увеличения скорости охлаждения для более достоверного измерения точки росы по влаге в осложненных условиях, а также для уменьшения габаритов прибора в целом;

- измерение температуры точки росы по влаге в осложненных ситуациях, т.е. в присутствии ранее конденсируемых углеводородов;

- измерение температуры точки росы по углеводородам.

Предложен новый волоконно-оптический способ фиксации момента появления конденсата, основанный на принципе нарушения полного внутреннего отражения (см. рисунок 1), с помощью которого принципиально решаются указанные задачи. В качестве конденсационного зеркала используется оптическое волокно, по которому распространяется свет от источника света к приёмнику света. Оптическое волокно должно быть чувствительно к изменению коэффициента преломления внешней среды на ограниченном участке, т.е. в том месте, где происходит его охлаждение. В этом случае, при отсутствии на охлаждаемом участке волокна конденсата, в волокне сохраняется эффект полного внутреннего отражения. Тогда как при выпа-

дении конденсата происходит нарушение принципа полного внутреннего отражения света и значительная часть света выходит наружу, что приводит- к снижению тока приёмника света. Измеряемая в этот момент термодаттаком температура в непосредственной близости от волокна и принимается за температуру точки росы.

Рисунок 1, - Оптическая схема гигрометра, построенная по принципу нарушения полного внутреннего отражения

Для реализации этого способа фиксации момента появления конденсата необходимо обеспечить чувствительность оптоволокна па определенном участке. Для этой цели было использовано многомодовое кварцевое оптическое волокно со следующими параметрами: диаметр сердцевины волокна (3^50 мкм; диаметр вторичной оболочки <¡2-125 мкм; коэффициент преломления сердцевины П1=1,458, коэффициент преломления вторичной оболочки п^1,443. Оптоволокно не чувствительно к изменению коэффициента преломления внешней среды, поскольку свет распространяется по сердцевине, отражаясь от границы перехода между сердцевиной и вторичной оболочкой, что достигается за счёт "эффекта полного отражения", на котором и основана оптоволоконная технология. Эффект состоит в том, что луч, попавший на границу двух сред (первая из которых должна иметь больший показатель преломления, чем вторая), под углом, большим критического, полностью отражается. Для выведения светового потока в нужном месте во вторичную оболочку световода необходимо в этом месте создать условия для нарушения эффекта полного внутреннего отражения. С этой целью можно изогнуть световод таким образом, что-

У ■•

бы угол падения лучей оказался меньше критического. Критический радиус изгиба световода, при котором нарушаются условия полного внутреннего отражения, рассчитывается по формуле:

где гг радиус изгиба сердцевины; пг коэффициент преломления сердцевины;

п - разница коэффициентов преломления сердцевины и оболочки.

Подставив в формулу (1) значения г1=с!1/2—0,025мм, л1=1,458 и Дп=пг «2=0,015, получим /?Кр-0,57 мм. Таким образом, если на оптоволоконном световоде будет образован изгиб с радиусом кривизны, меньшим 0,57 мм, то в этом месте световой поток выйдет во вторичную оболочку. И именно в этом месте вторичная оболочка световода будет чувствительна к изменению коэффициента преломления внешней среды.

Таким образом, изгиб оптоволокна является конденсационным зеркалом, причем физическое состояние среды анализируется не снаружи, как это делается в приборах, построенных по принципу рассеяния, а изнутри, поскольку в этом случае вторичная, оболочка изгиба волокна является не только регистрирующим наличие конденсата элементом, но одновременно и конденсационным зеркалом.

На практике минимально допустимый радиус изгиба определяется, учитывая механические свойства кварцевого оптоволокна. Для решения задачи уменьшения механических напряжений при изгибе оптоволокна была разработана оригинальная технология, позволяющая избежать появления микротрещин. Эта технология основана на разогреве оптического волокна в локальной зоне до температуры размягчения (-1200-1300 °С). При достижении этой температуры световод изгибают до минимально возможного радиуса. Разработанная технология позволила получить изгиб с минимальным радиусом до 0,3 мм, что удовлетворяет требуемому, условию йкр<0,57 мм.

Объединение основных элементов - изгиба оптоволокна и термодатчика - в единый измерительный узел позволило получить миниатюрное конденсационное зеркало площадью менее 0,25 мм2, что более чем на два порядка меньше, чем зерка-

. но других конденсационных приборов. В качестве охлаждающего элемента выбрана трсхкаскадная термоэлектронная батарея. Таким образом, разработан первичный измерительный преобразователь с минимальными размерами конденсационного зеркала и высокими динамическими .характеристиками. На рисунке .2 изображено конденсационное зеркало первичного измерительного преобразователя.

Рисунок 2. - Конденсационное зеркало в сборе

Далее для отработки методики измерения точек росы был разработан интеллектуально-измерительный преобразователь (ИИП) но определению точки росы. Важная особенность ИИП заключается в возможности опосредованно, через температуру термодатчика (фактически - температуру конденсационного зеркала) и сигнал фотодиода, отражающего фазовое состояние прилегающего к поверхности изгиба оптоволокна, наблюдать на дисплее компьютера процессы конденсации и-испарения-при охлаждении и нагреве конденсационного зеркала. Это позволило детально анализировать указанные процессы' с целью фиксации точки росы по влаге в присутствии ранее конденсируемых примесей (углеводородов), а также оптимизировать их параметры в зависимости от компонентного состава измеряемой газовой среды.

Выделено три наиболее характерных для природного газа случая конденсат ции влаги на чувствительном элементе (зеркале) в присутствии ранее конденсируемых углеводородов.

1) На рисунке 3 в графическом виде представлен измерительный цикл, снятый ; ИИП в режиме визуализации на газе из магистрального газопровода. На графике швая ось ординат - температура конденсационного зеркала, правая ось ординат . ток

с фотоприёмника в процентах, соответствующий интенсивности света, прошедшего через изгиб оптоволокна от источника света; ось абсцисс - текущее время в секундах. Из рисунка 3 видно, что когда зеркало чистое, уровень фотосишала 2 составляет 100 %, т.е. потерь света на изгибе оптоволокна не происходит. В случае появления на зеркале конденсата (влаги или углеводородов) происходит снижение уровня фотосигнала из-за высветки света на изгибе, оптоволокна в результате изменения коэффициента преломления среды, контактирующей с изгибом

Рисунок 3. - Конденсация углеводородов и ела- Рисунок 4. - Конденсация углеводородов и

ги на транспортном газе маги в газах сенотанских залежей, прошедших гяикодевую осушку

1 - температура конденсационного зеркала; 2 1. температура конденсационного зеркала;

- текущий уровень фотосигнала, 3 - утовьше- 2 - текущий уровень фотосигнала; 3 -

ние плёнки углеводородов и начало кондён- утоныпение плёнки углеводородов и начало сацив воды; 4 - процесс интенсивной конден- конденсации воды; 4 - процесс интенсивной

сации воды; 5 - процесс испарения воды; 6 - конденсации воды; 5 - процесс испарения

процесс испарения углеводородов воды; 6 - процесс испарения углеводородов.

Это подтверждено результатами проведённой серии экспериментов по сопос-. тавлению визуального состояния поверхности зеркала и изменению величины фотосигнала. В процессе охлаждения конденсационного зеркала на кривой уровня фотосигнала 2 наблюдается конденсация двух различных фракций: сначала происходит конденсация углеводородов до перегиба 3, а затем конденсация влаги При нагреве зеркала происходит обратная картина: вначале испаряется влага, а затем - углеводо-

роды. Кроме того, в отличие от воды, сконденсированная пленка углеводородов не приводит к значительному падению фотосигнала. Примерная величина снижения. уровня фотосигнала От конденсации углеводородов доходит до 90%.-•

Отметим, что такой измерительный цикл характерен для природною газа магистральных газопроводов России:

2) Па рисунке 4 представлен процесс конденсации влаги в присутствии большего количества тяжелых углеводородов, конденсирующихся до воды. В этом случае в более явном виде просматривается конденсация на зеркале двух различных фаз. При этом скорость конденсации углеводородов сопоставима со скоростью конденсации влаги. Однако,, как и в предыдущем случае, сконденсированная пленка углеводородов не приводит к значительному падению фотосигнала» а непосредственно перед конденсацией влаги (точнее, прорыва воды через пленку углеводородов) происходит подъем фотосигнала. В этом случае фотосигнал в результате конденсации

углеводородов снизился уже до уровня 60 %.

3) Наиболее сложные условия для дифференцирования углеводородов и влаги характерны для высококалорийных газов с. большим количеством углеводородов (газ ва-ланжинских залежей Уренгойского и Ямбургскош месторождений, «жирный» газ с Северного моря и др.). Процесс конденсации влаги в таких газах представлен на рисунке 5. Конденсация и рост пленки углеводородов в таких случаях сопровож-

Рисунок 5. - Конденсация углеводородов и влаги в газах

сапаюкинских -залежей после низкотемпературной дается реЗКИМИ СКаЧКОобраЗНЬЩИ сепарации

1 - температура конденсационного зеркала; 2 про- . изменениями уровня фотосигнала Й цесс конденсации углеводородов; 3 - процесс шпеп-

с.шной конденсации водь,; 4 - процесс испарении „о- МОЖеТ ПрОДОЛЖаТЬСЯ. ДОСТЗТОВДО ды; 5 - процесс испарения углеводородов

длительное время. И только после значительного переохлаждения зеркала чувствительного элемента происходит прорыв воды сквозь пленку углеводородов, сопровождающийся интенсивным снижением уровня; фотосигнала.

Уровень фотосигнала в результате конденсации углеводородов снижается до 60 %. При этом на кривой испарения,углеводороды практически не видны.

По результатам исследований работы ИИП в газах с различным компонентным составом выделены следующие моменты. Минимальное значение уровня фотосигнала при конденсации на зеркало ПИП различных по компонентному, составу углеводородов составило 60 %. Кривая испарения во всех представленных треках менее подвержена влиянию углеводородов, чем кривая конденсации. Полученные с использованием ИИП экспериментальные данные позволили разработать алгоритм измерения точки росы по влаге в природном газе с любым компонентным составом.' Алгоритм измерения точки росы по влаге в присутствии ранее конденсирующихся углеводородов основывается на следующих положениях:

- охлаждение и. нагрев конденсационного зеркала со скоростью 1°С/с,

- охлаждение (переохлаждение) конденсационного зеркала, до снижения уровня фотосигнала на 50 %, соответствующего процессу конденсации влаги,

- определение точки росы по влаге в результате математической обработки кривой испарения.,

Выбор скорости охлаждения и нагрева конденсационного зеркала 1°С/с обусловлен тем, что позволяет сократить время между началом конденсации на зеркале пленки углеводородов и выпадением влаги. При охлаждении зеркала с небольшой скоростью на зеркале происходит накопление пленки углеводородов, которая не позволяет произвести достоверное измерение точки росы по влаге. В то:же время, с увеличением скорости охлаждения снижается точность измерения температуры конденсации влаги за счет инерционности физических процессов конденсации и испарения. По этой же причине имеет место зависимость температуры конденсации от давления измеряемой среды при прочих равных условиях. Дтя компенсации высокой скорости охлаждения и исключения зависимости показаний от давления в разрабо-

тайном алгоритме измерения нагрев зеркала происходит с такой же высокой скоростью, что и его охлаждение.

Переохлаждение конденсационного зеркала до снижения уровня фотосигнала на- 50 % обосновывается тем, что плёнка углеводородов не может обеспечить снижение фотосигнала более чем на 50 %. Это объясняется тем,, что рост плёнки по мере понижения температуры зеркала ограничивается растеканием плёнки углеводородов на. края конденсационного зеркала и прилегающие поверхности (т.е. толщина плёнки на изгибе конденсационного зеркала стабилизируется).

Выбор определения точки росы по кривой испарения обусловлен результатами испытаний НИП в условиях измерений точки росы по влаге в присутствии ранее конденсирующихся примесей. При этом кривая испарения на начальном этапе однозначно характеризует именно процесс испарения сконденсировавшихся молекул воды. Отсюда следует,, что алгоритм определения точки росы по влаге в присутствии ранее конденсирующихся углеводородов должен, базироваться на переохлаждении конденсационного зеркала, т.е. охлаждении конденсационного зеркала заведомо ниже точки росы по влаге, с последующим анализом кривой испарения при нагреве конденсационного зеркала.

. Далее рассмотрим алгоритмы вычисления точки росы по влаге посредством математической обработки кривой испарения сначала на чистых газах, а затем в условиях конденсирующихся углеводородов.

После проведения измерительного цикла (см. рисунок 6) в соответствии с вышеизложенными требованиями (охлаждение конденсационного зеркала со скоростью 1°С/с до снижения уровня фотосигнала более чем на 50% и последующий нагрев зеркала с той же скоростью) проводится математическая обработка кривой испарения полученного измерительного трека. На рисунке 7 поясняется, метод анализа кривой испарения, при измерении точки росы по влаге без конденсации углеводородов! Суть математической обработки заключается в построении кривой 1 (см. рисунок 8) по вычисленному множеству температур точек росы (7У,...Тг„) по формуле:

15

.. Г*ь+Т/, : ■

где Tko - температура конденсации, измеренная при пересечении кривой конденсации уровня Uко', Щ = температуры испарения, измеренные при neper сечении кривой испарения уровней Ui^..Uin, п - количество шагов дискретизации; Тг} - вычисленная точка росы на /-ом шаге дискретизации. Физически эта кривая представляет собой ряд вычисленных точек росы с общей температурой конденсации и разными температурами испарения, измеренными на различных толщинах . цлё'нки конденсата. Далее определяется верхняя граница кривой 1, после которой, измеренная на соответствующем уровне фотосигнала Uij, температура Щ уже не характеризует процесс испарения влаги. Для этого вычисляется множество приращений температур точек росы (Д7>>.. ДTrn.j) при шаге дискретизации Д1/ по формуле:

' ATr.j = Tr-Ux - Trj, j = 1,2..n -1 (3)

Затем по вычисленным значениям температур, приращения (Д7г;...Д7>„./) строится кривая 2 (см. Рисунок 1) как функция изменения приращения температуры от уровня фотосигнала Д7У <¿/¡). По. сути, кривая 2 отражает изменение градиента температуры между поверхностью зеркала и поверхностью слоя влага определённой толщины. Если определить градиент температур некоторой константой С, то участок кривой 2 от первой вычисленной точки, величина которой, удовлетворяет условию (4) до точки, когда это условие не выполняется, соответствуют температуре точки росы по влаге.

| < с • • (4)

Участок кривой 2 после первого невыполнения этого условия в данном случае соответствует переходу воды из жидкого ¡а газообразное состояние, и характеризует дрейф оптического узла датчика. Следует отм(?гить, что акцент на первое невыполнение указанного условия сделан потому, что при наличии в газе ранее конденсирующихся углеводородов этот участок может удовлетворять условию (4). Этот случай будет рассмотрен ниже.

Г.Т

г,°с

Ть

Т1,

Тй

>

£

----г- — -

и,% а.

и:, иь,

А

-А

.»«♦-мм*«*»»*»;

1 •

__

Время, с

Рисунок 6. - Измерительный цикл Геншера туры точки росы по влаге на чистых газах

1 - температура конденсационного зеркала; 2 - текущий уровень фотосигнала

■ й. .' И -И Я • ни Рисунок 7. - Результаты анализа обработки измерительного цикла на чистых газах

1 - кривая множества температур точек росы, вычисленных по формуле (2); 2 -кривая множества приращений темпера-, тур точек росы вычисленных по формуле (3) при шаге дискретизации Д{7

Таким образом, верхняя граница обсчёта кривой 1 ограничивается уровнем фотосигнала [1=11/, который соответствует пересечению кривой 2 с прямой, параллельной оси абсцисс, построенной по заданной константе С (см. рисунок 7). Константа С определяется погрешностью измерения точки росы и задается равной 1 °С.

В результате проведённого анализа и обработки кривой испарения было получено множество температур точки росы в 'зависимости от 'толщины слоя влаги и определена граница достоверности вычисленных температур. С учетом того, что все вычисленные точки росы характеризуют равновесное состояние влаги на конденсационном зеркале датчика, температура точки росы анализируемого измерительного цикла вычисляется по соотношению:

ТУ

1

(5)

где т - количество вычисленных температур точек росы до первого невыполнения условия (4).

. Теперь применим данный ме-

0 -

год обсчёта в случае наличия ранее конденсируемых, углеводородов. Измерительный цикл и анализа кривой

испарения представлены на рисунке 8.

ьоЬк1 "

° Из рисунка видно, что процесс испарения существенно отличается от предыдущего случая, когда мы рассматривали чистые газы. На этот раз кривая испарения имеет неидеальную форму. В результате математической обработки по вышеприведённой методике получаем кривую 1, имеющую . . два пологих участка, характеризующих испарение различных компонент. При этом кривая 2 имеет характерный ник, который пересекает лилию, заданную константой С. Пересечение, кривой 2 линии, заданной константой С, определяет верхнюю границу об-, счёта температур точек росы по влаге. Участок кривой 1 после пика характеризует процесс испарения углеводородов.

По результатам проведённых исследований был сделан вывод о рабогосло-. собности предложенного алгоритма определения температуры точки росы по влаге в присутствии ранее конденсирующихся технологических примесей, основанного на анализе кривой конденсации - испарения, влаги и углеводородов, полученной в результате охлаждения и нагрева чувствительного элемента с высокой скоростью (~1°СУс). '

Рисунок 8. - Результаты анализа измерительного цикла при наличии в газе ранее конденсируемых углеводородов

Обобщенный алгоритм измерения точек росы по влаге и углеводородам, реализован в промышленном (серийно выпускаемом) Анализаторе точек росы по влаге и углеводородам «КОНГ-Прима~4». Анализатор точек росы по влаге и углеводородам «КОНГ-Црима-4» (далее по тексту анализатор) состоит из преобразователя точки росы (ПТР) и центрального управляющего блока (ЦУВ). Структурная схема анализатора приведена на рисунке 9. '

птр цуь

Взрывоопасная зона В»рывиб«зопасная зона

Рисунок 9. - Структурная схема информационно-измерительной

системы •

ПТР в составе анализатора выполняет функции измерения первичных сигналов, автоматического управления процессом измерения, автоматической диагностике компонентов ПТР и передаче информации о самодиагностике в ЦУБ. ЦУБ. выполняет функции управления процессом измерения ПТР, обработки результатов измерения, сбора и хранения данных, формирования сообщений о самодиагностике ПТР, интеграции анализатора в АСУ ТЛ и обеспечения электронной визуализации измерительных циклов на встроенном жидкокристаллическом дисплее.

ПТР выполнен во взрывозащищенном исполнении и может устанавливаться во взрывоопасных зонах. ПТР состоит из. первичного измерительного преобразователя, блока питания и блока обработки. Блок питания формирует необходимые на-

пряжения для питания контроллера блока обработки и содержит управляемый источник тока для питания термоэлектронной батареи, охлаждающей конденсационное зеркало прибора. Блок обработки выполнен на базе контроллера ATMEGA128. Для измерения температуры зеркала и уровня фотосигнала системы регистрации плёнки конденсата используется 16-ти разрядное АЦП (AD7714). ПТР содержит двухстрочный индикатор для индикации измеренной точки росы по влаге и углеводородам.

ЦУБ состоит из блока, ввода-вывода, блока управления и блока хранения данных и результатов работы. Блок ввода-вывода предназначен для связи с ПТР через цифровой интерфейс RS485 и для управления источником питания ПТР на расстоянии до одного километра, а также для связи с внешними устройствами через интерфейсы RS232, RS485 и канал Ethernet. Блок управления выполнен на базе процессора «Celeron» с .тактовой частотой 1,1 ГГц и обеспечивает управление ПТР но заданным алгоритмам, а также математическую обработку полученных сигналов с ПТР. Блок управления имеет жидкокристаллический дисплей, на котором индицируется измеренная точка росы по влаге и углеводородам. Кроме того, дисплей служит для, отображения в, реальном масштабе времени процессов конденсации-испарения, происходящих на чувствительном элементе ПТР. Блока хранения данных и результатов работы представляет собой жёсткий диск ёмкостью 80 ГГб. Для обеспечения бесперебойной работы анализатора в промышленной сети ЦУБ имеет встроенный независимый источник бесперебойного питания, обеспечивающий автономную работу анализатора в случае кратковременного пропадания сетевого питания. .

Анализатор выполнен в виде масштабируемой распределенной микропроцессорной системы и, при необходимости, может быть дополнен другими компонентами (дополнительные первичные датчики, модули аналогового и дискретного ввода-г вывода, внешнее регистрирующее устройство, модем/радиомодсм и др.). Масштабируемость системы позволяет определять ее конфигурацию в зависимости от нужд потребнгсля: работа одного или нескольких ПТР (до 4 штук) как измерителей точек росы по влаг« и углеводородам, работа с визуализацией процессов конденсации на

мониторе ЦУБ для исследовательских целей, использование полной конфигурации системы как анализатора конденсирующихся примесей.

Далее в главе 2. описан обобщённый алгоритм измерения точек росы по влаге и углеводородам, (см. рисунок 10), На первом этапе производится считывание параметров, участвующих в измерительном цикле, из устройства хранения данных анализатора. ■

Затем производится прогрев конденсационного зеркала прибора до заданной температуры прогрева (Тп) и удержание этой температуры в течение времени прогрева г1. Эта процедура необходима для полного испарения следов конденсата. Да-, лее по значению параметра «К» определяется измерительный цикл - по влаге или по углеводородам. Если предыдущий цикл был по углеводородам, то следующий цикл будет по влаге, при этом параметр К=1. Если же К=2, то следующий цикл будет по углеводородам.

Измерительный цикл по влаге проводится в соответствии с рапёе выработанными критериями - охлаждение конденсационного зеркала со скоростью 1°С/с до снижения уровня фотосигнала на 50 % (выполнение условия и<Ь'к) с последующим нагревом и фиксацией температуры конденсации Тк и температур испарения И По- . еле этого вычисляется точка росы по влаге, параметру К присваивается значение 2, и вычисленная точка росы по влаге выводится на индикатор прибора.

В случае невыполнения условия 1)<ик в течение времени Ц на индикатор прибора выводится сообщение, что точка росы по влаге не определена. В измерительном цикле по углеводородам скорость охлаждения задаётся 0,1еС/с. Охлаждение зеркала производится до выполнения условия и<1Лс, после чего фиксируется температура конденсации Тк, которая и принимается за температуру точки росы по углеводородам. В случае невыполнения условия ЦсЦк в течение времени П на индикатор прибора выводится сообщение, что точка росы по углеводородам не определена.

1 I О, *4чмо отсчет* ерем»ни работы; Тг (ШО) ~ -200; точка росы оа воде не кзмереиа. Иг (СН) »-200. точи росы поугяевододедамяа «акяр»»«

Чтехке- параметре» ; К - идектафякатэр цикс* (1 - «ода,' 2 -углеводороды)

Рисунок 10. - Блок-схема обобщённого алгоритма измерении точек росы по влаге и углеводорода

В третьей главе представлены основные результаты лабораторных и .промышленных испытаний разработанной информационно-измерительной системы, . реализованной в анализаторе точек росы по влаге и углеводородам «К011Г-Прима 4», и результаты ее внедрения.

В частности, приведены результаты испытаний на образцовых средствах задания влажности с использованием образцовых динамических генераторов влажности «Родник 2», «Родник 3» и «Родник 100». В ходе испытаний подтверждены метрологические характеристики анализатора и получены положительные заключения.

Кроме того, установлено, что на чистых газах в диапазоне температур точек росы минус 30 °С.. .+30 °С анализатор Имеет основную погрешность измерения на уровне образцовых средств 1-го разряда (т.е. на уровне 10,14 °С). Отметим, что ближайший зарубежный аналог - анализатор точек росы модели 241 фирмы «Бо-вар», имеет погрешность ±1,0°С в аналогичном диапазоне температур точек росы.. Следует особо подчеркнуть, что впервые для анализаторов точек росы, работающих при избыточных давлениях, было подтверждено отсутствие влияния рабочего давления исследуемой среды на показания анализатора. Этот результат был нолучен на эталонном генераторе влажного газа «Родник 100».

В ходе проведения промышленных испытаний, ставилась цель подтвердить работоспособность разработанного способа измерения и алгоритмов измерения в разнообразных условиях эксплуатации. Испытания проводились на природном газе с различным компонентным составом и содержанием технологических примесей, с различными условиями его подготовки и различными условиями проведения измерений:

• на автоматической газонаполнительной компрессорной станции АГНКС (досушенный природный газ, сжатый до давления 25 МПа и, в связи с этим, содержащий.пары компрессорного масла);

■ на промыслах после установок комплексной подготовки газа УКПГ (газы се-. номанских залежей после абсорбционной осушки);

■ на промыслах после установок низкотемпературной сепарации НТС (газы ва-ланжинских залежей);

■ на нефтегазовых месторождениях (попутный газ); Проведенные испытания показали: • ■

. • адекватную реакцию анализатора на изменение технологических процессов подготовки природного газа, что позволяет использовать его в системах автоматического регулирования в качестве датчика точки росы;

• адаптивность алгоритма измерения анализатора к параметрам и характеристикам измеряемой среды;

• отсутствие влияния технологических примесей на показания и работоспособность анализатора.' '

Далее в этой главе изложены результаты внедрения информационно-измерительной системы, где указано на каких предприятиях анализаторы находятся в промышленной эксплуатации.

На текущий момент анализаторы эксплуатируются не только в России, но и в странах ближнего (Белоруссия, Туркмения, Узбекистан, Армения) и дальнего зарубежья (Германия, Иордания). Также приведен список предприятий и количество Анализаторов, введённых в промышленную эксплуатацию.

Четвертая глава содержит описание возможностей технологического применения разработанной информационно-измерительной системы. В ходе промышленных испытаний и практического, использования были проанализированы технологические возможности применения системы:

• для автоматического регулирования технологических процессов (адсорбционная и абсорбционная осушка газа), обеспечивающего обратную связь по наиболее важному показателю качества газа - температуре точки росы газа по влаге;

• в определении содержания паров метанола в газе на полуколичественном уровне;

• в определении уноса аэрозольного конденсата на установках НТС, т.е. в оценке, технологических потерь углеводородного конденсата из концевого низкотемпературного сепаратора;

• в совместном использовании проточного хроматографа и ицформациопио-измерительной системы для расчета в автоматическом режиме зависимости температуры точки росы газа по углеводородам от давления, что позволяет исклю-

чить дополнительные затраты на специальное оборудование для отбора пробы газа.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработан новый способ измерения точки росы по влаге в присутствии в газе ранее конденсируемых примесей (углеводородов), основанный на быстром охлаждении конденсационного зеркала с последующей математической обработкой полученной конденсационной кривой;

2. Разработана информационно-измерительная система определения точек росы сжатого (природного и попутного неф тяного) газа, включающая:

- новьш чувствительный элемент измерения точек росы газа, оптическая схема которого построена по принципу нарушения полного внутреннего отражения света;

- комплекс алгоритмов вычисления точек росы, позволяющий дифференцировать влагу и ранее конденсируемые примеси (углеводороды);

3. Лабораторные и промышленные испытания подтвердили метрологические харак-, теристики информационно-измерительной системы и адаптивность алгоритма измерения к различным газовым, средам при наличии различных конденсируемых примесей. ■

4. Промышленные испытания информационно-измерительной системы показали эффективность её использования для контроля показателей точек росы газа по влаге и углеводородам, а также для автоматизации технологических процессов в газовой промышленности.

5. Информационно-измерительная система внедрена и успешно эксплуатируется па объектах газовой, нефтяной и химической отраслей промышленности России, стран СНГ и Западной Европы. В настоящий момент находятся в промышленной эксплуатации около 140 разработанных информационно-измерительных систем.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Селезнев C.B. Анализ методов и средств измерения влажности и точек росы природного газа // Научно-техштееский сборник «Геология, бурение, разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений» 2005, № 2. - с. 10-22.

2. Будзуяяк Б.В., Деревягин A.M., Селезнев C.B. Конденсационный гигрометр "КОНГ-Прима-2" // Газовая промышленность 1999, № 7. - с. 57-59.

3. Деревягин A.M., Степанов А.Р., Селезнев C.B., Агальцов А.Г. Измерение влажности природного газа прибором КОНГ-Прима-2 // Материалы НТС ОАО «Газпром» «Об' основных мероприятиях по реализации Концепции по управлению контролем качества газа» / ООО «ИРЦ Газпром. -2001, - с 58-64.

4. Деревягин A.M., Морозов Ю.А., Степанов А.Р., Селезнев С.В Опыт эксплуатации пирометра КОНГ-Прима-2 // Материалы НТС ОАО «Газпром» «Об основных мероприятиях по реализации Концепции по управлению контролем качества га: за» // ООО «ИРЦ Газпром. - 2001, - с. 64-72. ,

5. Деревягин А.М., Селезнёв C.B., Степанов А.Р. Анализатор точки росы по влаге и углеводородам «КОНГ-Прима 4» // Наука и техника в газовой промышленности, - №1, 2002, с. 15-22.

6. Деревягин A.M., Селезнёв C.B., Степанов А.Р., Агальцов А.Г. Результаты промышленных испытаний Анализатора точки росы по влаге и углеводородам «КОНГ-Прима-4» // Наука и техника в газовой промышленности № 2, 2002,' с. 57-60.

7. Селезнёв C.B., Деревягин A.M., Агальцов А.Г. Степанов А.Р., Ефимов Р.Н. Михайлов Ю.В., Губанов В.А. Истомин В.А. Поверочный комплекс КОНГ.// Наука и техника в газовой.промышленности, № 1,2003, с. 43-50.

8. Деревягин A.M., Селезнёв C.B., Степанов А.Р., Агальцов А.Г. Никаноров В.В., Ставицкий В А, Истомин В.А. Анализатор точек росы по влаге и углеводородам «КОНГ-Прима-4». Результаты промышленной эксплуатации в северных условиях в сб.: "Вопросы эксплуатации северных газовых и газоконденсатных месторождений", под ред. д.х.н. Истомина В.А., М., ВНИИГаз, 2001, с. 16-38,

9. Dereviaguine A.3VL, Seleznev S.V., Stepanov A.R., IstominV:A. Water and hydrocarbon dew point's Analyser Cong-Prima-4// Natural Gas Technologies Conference and Exhibition September 29 - October 2, 2002, Orlando, Florida, USA: Application in gas industry.

Ш.Селезнев СВ., Агальцов А.Г., Деревягин A.M. Использование влагомеров семейства "КОНГ-Прима" для измерения точки росы сжатого природного газа на АГНКС. В научно - техническом сборнике «Газификация, Природный газ в качестве моторного топлива. Подготовка, переработка и использование газа» - М: «ИРЦ Газпром». 2003 гм № 2.-с. 27-40.

11.Деревягин A.M., Селезнев С.В., Степанов А.Р., Агальцов А.Г. "Анализатор точки росы по влаге и углеводородам КОНГ-Прима 4" И Газовая промышленность 2002 г,№ 12.-с. 57-59.

12.Деревягин А.М., Селезнёв С.В., Степанов А.Р., Агальцов А.Г., Михайлов Ю.В., Ефимов Р.Н., Губанов В.А. Истомин В.А. Переносной измеритель точек ¿юсы газа по водным фазам и тяжелым углеводородам «КОНГ-Прима 4П»: особенности конструкции и перспективы технологического применения // Наука и техника в газовой промышленности, 2003, № 4, с. 37-44 <

13.Истомин В.А., Деревягин А.М.> Селезнев С.В., Степанов А.Р., Агальцов А.Г. Экспериментальное исследование термодинамики и кинетики кристалл изац и и газовых гидратов из газовой фазы, Тезисы докладов Российской конференции 'Тазовые Гидраты в Экосистеме Земли *2003'\ 27-29 января 2003 г., Новосибирск, с. 41..

14.Derevyagin A.M., Seleznev S.V., Istomin V.A. A novel approach for studing two phase equilibria of gas hydrates / VIII International Semonal .on inclusion compounds (1SIC-8), Warsaw (Popowo), Poland, Sept 105, 2001, Program and Abstracts, p.T8-04 / Тезисы доклада на международном семинаре по соединениям включения в Польше (Варшава, Попово, Сентябрь, 2001 г.). .

15,Istomin V.A.-, Derevyagine A.M., Seleznev S.V., A dew point technique for expexi- . mental study of gas hydrate systems / Proceedings of the 4th International Conference on Gas Hydrates, Yokogama (Japan), May 19 - 23,2002 , pp. 439-443.

Ответственный за выпуск Егоров А.В.

Подписано в печать 25.09.2006. Формат 1/16. Тираж 130 экз.

Типография тел/факс 74-02-54

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.

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

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.

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.