Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ПОДАЧИ ИНГИБИТОРА ГИДРАТООБРАЗОВАНИЯ

Изобретение относится к газодобывающей отрасли, а именно к системам введения ингибирующих веществ в трубопроводы, и может быть использовано при создании устройств для ингибировании образования гидратов газа в трубопроводе, применяемом для транспортирования газообразных углеводородов.

Задача регулирования подачи ингибиторов для газодобывающей отрасли стала особенно актуальной в настоящее время, когда наступило время эксплуатации «старых» газоконденсатных месторождений, таких как Уренгойское, Ямбургское, которые выработали свой потенциал на 60-70 процентов. Газовые скважины этих месторождений более, чем на вновь разрабатываемых, подвержены обводнению призабойной зоны, выносу влаги в газосборную сеть. При этом происходит понижение температуры газа, что приводит к образованию гидратов в скважинах, в газосборной сети промысла, шлейфах и технологических аппаратах. Газогидратный режим при эксплуатации месторождений является одним из самых негативных явлений, обуславливающим аварийные ситуации на газопроводах, скважинах. Это, в свою очередь, требует использования различных мер по предупреждению процесса гидратообразования, одной из которых является ввод ингибитора в газовые потоки.

Процесс ингибирования заключается в подаче по специальной трубопроводной сети ингибитора в защищаемые участки газопроводов, который может производиться различными способами.

Известна система подачи метанола в трубопровод, содержащая магистраль-источник метанола, на которой установлен первый регулирующий вентиль, до регулирующего вентиля магистраль-источник метанола содержит два патрубка подключения, к каждому из которых последовательно подключены первый запорный вентиль, фильтр и второй запорный вентиль, выходы вторых запорных вентилей подключены к входу диафрагмы замерной, выход которой подключен посредством второго регулирующего вентиля к входу обратного клапана, выход которого подключен через запорные вентили к входам форсунок (патент RU №2413900).

Недостатком известной системы следует признать отсутствие связи количества вводимого метанола и влажности транспортируемого по трубопроводу углеводородного газа, что может привезти как к излишнему расходу метанола, так и к образованию газогидрата в трубопроводе из-за недостатка метанола.

Известна система подачи ингибиторов гидратообразования в трубопровод природного газа, содержащая магистраль-источник ингибитора, два патрубка, подключенные к указанной магистрали, к каждому из которых последовательно подключены первый запорный кран, фильтр и второй запорный кран, выходы вторых запорных кранов подключены к входу датчика расхода ингибитора, выход которого подключен к входу обратного клапана, выход которого подключен через запорные краны с приводами к входам форсунок, при этом система дополнительно содержит блок управления, а также, по меньшей мере, один из датчиков давления, температуры, расхода, влагосодержания и количества конденсата в единице объема газа, установленных на трубопроводе, подключенных к входу блока управления, выходы блока управления подключены к приводам запорных кранов, причем блок управления выполнен с возможностью в зависимости от измеренных параметров транспортируемого газа устанавливать оптимальный расход ингибитора, гарантирующего отсутствие гидратообразования, за счет включения необходимых запорных кранов, которые установлены на патрубках ввода ингибитора, а форсунки использованы различной производительности или расходными характеристиками (Патент РФ №2456500, МПК F17D 1/02, F16L 55/24, заявка №2011125804/06 от 24.06.2011).

Известна комплексная автоматизированная система распределения и дозирования ингибитора гидратообразования, содержащая насосный агрегат с электроприводом, напорный коллектор, трубопроводы отбора ингибитора из коллектора, при этом система содержит независимые контуры стабилизации давления, один из которых образуется датчиком давления в напорном коллекторе, выход которого соединен с автоматическим регулятором частотного преобразователя, а выход последнего соединен с электроприводом насосного агрегата, второй контур стабилизации давления образует блок регуляторов давления прямого действия, включенный в группу отборных устройств между напорным коллектором и исполнительными устройствами (патент РФ №2376451, МПК E21B 34/16, заявка №2008113485/03 от 07.04.2008).

Известен блок распределений метанола, состоящий из шести узлов блока распределения метанола, четыре из которых включают в себя шесть коллекторов, снабженных задвижками, при этом блок снабжен двумя регулирующими клапанами, двумя регулирующими клапанами с приводами, комплектом расходомера, причем первый и второй узлы блока распределения метанола свободными концами переходников соединены с комплектом расходомера и фланцами регулирующих клапанов, третий и четвертый узлы блока распределения метанола двумя свободными фланцами соединены с фланцами регулирующих клапанов с приводами, а двумя другими - с фланцами регулирующих клапанов, два пятых узла блока распределения метанола соединены своими фланцами с фланцами регулирующих клапанов с приводами, а свободными концами труб - с комплектом расходомера, при этом свободные концы тройников первого и второго узлов блока распределения метанола соединены с общепромысловой системой метанолопроводов и автоматической станцией управления технологическими процессами, а также снабжен стойкой и стойкой с поддоном, включающей в себя вертикальные опоры, горизонтальные опоры, направляющие, поддон и трубу, и составные части стойки соединены между собой посредством сварки, при этом стойка соединена со стойкой с поддоном при помощи сварки (Патент РФ №2338237, МПК G05D 7/00, F17D 3/12, заявка №2007124257/06 от 27.06.2007).

Основными недостатками указанных устройств являются:

- недостаточно высокая точность дозирования ингибитора, что приводит к его перерасходу и нерасчетной работе скважины;

- невозможность автоматического поддержания заданного расхода ингибитора, независимо от колебаний в допустимых пределах давлений в трубопроводах;

- невозможность обеспечения дозированной подачи ингибитора гидратообразования по каждому каналу.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание устройства подачи ингибитора, применение которого обеспечит возможность регулирования расхода ингибитора с заданной точностью на всех режимах работы.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенное устройство подачи ингибитора в трубопровод природного газа согласно изобретению содержит корпус, входной и выходной патрубки подачи ингибитора, фильтр, установленный в линии подачи ингибитора, предпочтительно, после входного патрубка, расходомер ингибитора, устройство регулирования расхода ингибитора, содержащее корпус с входным и выходным штуцерами и рабочим органом, размещенным внутри корпуса, причем упомянутое устройство соединено с расходомером ингибитора, при этом рабочий орган устройства регулирования расхода ингибитора выполнен в виде плунжерной пары, причем поршень упомянутой пары выполнен в виде цилиндра, имеющего возможность возвратно-поступательного движения при помощи электропривода, при этом на внешней поверхности указанного цилиндра выполнены радиальные канавки и, как минимум, одна продольная канавка переменного сечения, предпочтительно треугольного, проходная площадь которой уменьшается от периферийной части цилиндра к его центральной части, при этом полости указанных канавок соединяются между собой.

Устройство предназначено для работы под управлением АСУ ТП объекта или локальных систем автоматики и обеспечивает:

- автоматическое поддержание заданного расхода ингибитора независимо от колебаний в допустимых пределах давлений в трубопроводах;

- дозированную подачу ингибитора гидратообразования по каждому каналу;

- дистанционный контроль расхода ингибитора гидратообразования по сигналам настройки из линии связи параметрами расхода ингибитора;

- сигнализацию о неисправности блоков, входящих в состав устройств.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана принципиальная схема устройства, на фиг. 2 - продольный разрез клапана регулирующего в положении «закрыто», на фиг. 3 - продольный разрез клапана регулирующего в положении «открыто», на рис. 4 - общий вид поршня (плунжера) клапана регулирующего, на фиг. 5 - продольное сечение поршня (плунжера), на фиг. 6 - поперечное сечение поршня (плунжера).

Устройство подачи ингибитора гидратообразования в трубопровод природного газа содержит входной 1 и выходной 2 патрубки, фильтр 3, установленный после входного патрубка 1, расходомер ингибитора 4 и устройство 5 регулирования расхода ингибитора с рабочим органом 6. Рабочий орган 6 устройства 5 регулирования расхода ингибитора выполнен в виде плунжерной пары. Поршень 7 упомянутой пары выполнен в виде цилиндра, имеющего возможность возвратно-поступательного движения. На внешней поверхности поршня 7 выполнены радиальные канавки 8 и, как минимум, одна продольная канавка 9 переменного сечения, предпочтительно треугольного. Проходная площадь продольной канавки 9 уменьшается от периферийной части поршня 7 к его центральной части. Полости указанных канавок 8 и 9 соединяются между собой, что позволяет обеспечить равномерную подачу ингибитора при регулировании его расхода на разных режимах.

Клапаны 10 и 11 служат для перекрытия автоматической линии регулирования подачи ингибитора. Расход ингибитора можно контролировать по показаниям расходомера 12, отображаемом на дифференциальном сумматоре датчика. В случае проведения профилактических работ в автоматической линии возможно поддержание расхода через байпасную линию с клапаном ручного регулирования 13. Байпасная линия также предназначена для проведения пуско-наладочных работ. Для исключения возможности попадания ингибитора из системы обратно в устройство подачи ингибитора служит обратный клапан 14.

Предложенное устройство подачи ингибитора работает следующим образом.

Ингибитор гидратообразования от магистрального источника метанола или насосной установки под давлением, превышающим давление газового потока, подается на вход устройства, во входной патрубок 1. На входе устройства установлен фильтр 3 механической очистки ингибитора с тонкостью очистки не хуже 40 мкм. Далее входная магистраль разделяется на два канала ввода ингибитора. Через клапан 10 ингибитор поступает на микрорасходомер 4 и регулятор расхода 5 с электроприводом. По команде, сформированной из автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора, блок управления подает питание на привод электродвигателя, который изменяет проходное сечение регулятора расхода 5. В случае необходимости увеличения расхода поршень 7 рабочего органа 6 смешается к выходному патрубку корпуса регулятора расхода 5, проходное сечение канала плунжерной пары, за счет увеличения проходного сечения профилированных канавок 9, увеличивается, и, соответственно, увеличивается расход ингибитора. При уменьшении расхода поршень 7 смешается в сторону, противоположную выходному патрубку корпуса регулятора расхода 5, проходное сечение канала плунжерной пары при этом уменьшается, и расход, соответственно, снижается.

Поток жидкости, протекающий через трубопровод изделия, проходит через микрорасходомер 4. Система управления получает от микрорасходомера 4 данные о пропущенном расходе ингибитора. Контроллер, сравнивая полученные данные с расчетными, в случае отклонения, корректирует положение рабочего органа 6 регулятора расхода 5.

При необходимости, при помощи клапанов 10 и 11 перекрывают автоматическую линию регулирования подачи ингибитора. В этом случае расход ингибитора можно контролировать по показаниям расходомера 12, отображаемом на дифференциальном сумматоре датчика. При неисправности регулятора расхода 5 или расходомера 12 в случае проведения профилактических работ в автоматической линии возможно поддержание расхода через байпасную линию с клапаном ручного регулирования 13. Байпасная линия также предназначена для проведения пуско-наладочных работ. Для исключения возможности попадания ингибитора из системы обратно в устройство подачи ингибитора служит обратный клапан 14.

Проведенные заявителем и авторами испытания полноразмерного ингибитора гидратообразования подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений.

Использование предложенного технического решения позволит измерить и подавать заданное количество метанола в реальном масштабе времени, регулировать подачу при отклонениях от заданных параметров, а также подавать метанол в точку ввода с различным расходом, т.к. каждая из линий является автономной.