Спосіб контролю утворення гідратів у газопроводі

Спосіб контролю утворення гідратів у газопроводі, що включає визначення тиску і температури газу на початку ділянки газопроводу, тиску і температури газу наприкінці ділянки газопроводу і відносної щільності газу по повітрю, по величині якої формують рівноважну криву температури утворення гідратів у залежності від тиску газу - ТГО = f(P) для газу, що транспортується по газопроводу, який відрізняється тим, що визначають вміст вологи в газі, що транспортується, формують по отриманому вмісту вологи криву зміни температури точки роси в залежності від тиску - TТР = f(P) для газу, що транспортується, після кожного визначення тиску і температури газу, що транспортується, на початку і наприкінці ділянки газопроводу порівнюють температуру газу на початку ділянки з температурою утворення гідратів і з температурою точки роси при тиску, рівному тискові газу на початку ділянки, і, якщо температура газу нижче температури утворення гідратів і нижче температури точки роси, то видають повідомлення про можливість утворення гідратів на початку ділянки газопроводу, а, якщо температура газу вище темпера тури утворення гідратів або температури точки роси газу або обох зазначених температур, то складають функцію ТГ=f(P) - залежності температури газу від зміни тиску газу по довжині ділянки газопроводу, знаходять точки перетинання кривої ТГО=f(P) із кривою TГ=f(P) і точки перетинання кривої ТТР=f(P) з кривою ТГ=f(P), що розташовують у порядку спадання величин тиску в них і визначають знаки різниць ТГО - ТГ і ТТР - ТГ на інтервалах тиску, утворених тисками сусідніх точок перетинання зазначених кривих і тиском в останній точці перетинання і тиском наприкінці ділянки газопроводу, визначають відстань - X від початку ділянки газопроводу до початку першого інтервалу, на якому обидві різниці мають позитивний знак, по формулі Передбачуваний винахід відноситься до газової промисловості і може бути використаний для визначення моменту початку і місця можливого утворення гідратів на ділянках газопроводу. D5 , (13) 90010 де РН - тиск на початку ділянки газопроводу, РХ тиск на початку інтервалу, на якому обидві різниці ТГО - ТГ і ТТР - ТГ мають позитивний знак, D - зовнішній діаметр труби газопроводу, Q - витрата газу по ділянці газопроводу, ZСР - коефіцієнт стискальності газу на ділянці газопроводу, ТСР - середня температура газу на ділянці, X - коефіцієнт гідравлічного опору на ділянці газопроводу, ∆ - відносна щільність газу по повітрю, і видають повідомлення про можливості утворення гідратів у точці початку зазначеного інтервалу і відстані до цієї точки від початку ділянки, а якщо криві ТГ = f(P) і ТГО = f(P) і криві ТГ = f(P) і ТТР = f(P) не перетнулися або на жодному з інтервалів тиску, утворених тисками сусідніх точок перетинання зазначених кривих і тиском в останній точці перетинання і тиском наприкінці ділянки газопроводу, різниці ТГО - ТГ і ТТР ТГ не мають одночасно позитивний знак, то видається повідомлення про відсутність на даній ділянці можливості утворення гідратів при обмірюваних значеннях параметрів газу, що транспортується. C2 cp (11) Z cp 2 х UA Q2 2 н (19) 105,087 2 3 Відомий спосіб контролю утворення гідратів у газопроводі (А. с. СРСР №1705666, кл. F17D3/00, БИ №2, 1992) по витраті газу, що включає перепуск газу по байпасу з накопичуванням гідратів у виді гідравлічного опору і на прямолінійній ділянці газопроводу без запірно-регулюючої арматури і контроль утворення гідратів у залежності від співвідношення витрат газу у байпасі і газопроводі, при цьому при наявності рідкої фази її відділення роблять у байпасі до накопичувача гідратів. Даний спосіб контролю утворення гідратів у газопроводі так само, як і спосіб контролю утворення гідратів у газопроводі, що заявляється, призначений для контролю утворення гідратів - визначення моменту початку їхнього утворення. Однак, відсутність визначення тиску і температури газу, відносної щільності газу по повітрю і вмісту вологи в газі, визначення інтервалів тиску, на яких температури гідратоутворення і точки роси вище температури газу на ділянці газопроводу різко знижує вірогідність виявлення можливості гідратоутворення і функціональні можливості способу, тому що не можна визначити відстань від початку ділянки газопроводу до точки можливого гідратоутворення. Відомий спосіб контролю утворення гідратів у газопроводі (Патент України №63654, кл. F17D3/00, G05D27/00, БИ №5, 2007), що включає визначення складу І відносної щільності газу по повітрю, по величині якої вибирають рівноважну криву утворення гідратів для газу, що транспортується по газопроводу, періодичний вимір тиску і температури газу після запірно-регулюючої арматури на відстані не більш двох метрів від неї, визначення за обмірюваним значенням тиску і температури газу і по обраній рівноважній кривій утворення гідратів значення температури утворення гідратів при обмірюваному тиску, що порівнюють з обмірюваним значенням температури і, якщо обмірювана температура нижче температури утворення гідратів, то видають сигнал про можливості утворення гідратів. Даний спосіб контролю утворення гідратів у газопроводі так само, як і спосіб контролю утворення гідратів у газопроводі, що заявляється, включає визначення тиску i температури газу і відносної щільності газу по повітрю, по величині якої формують рівноважну криву утворення гідратів - ТГО=f(P) для газу, що транспортується по газопроводу. Однак, відсутність визначення вмісту вологи в газі, що транспортується, формування по отриманому вмісту вологи кривої зміни температури точки роси в залежності від тиску - ТТР=f(P) для газу, що транспортується, видачі повідомлення про можливості утворення гідратів на початку ділянки газопроводу, якщо температура газу на початку ділянки нижче і температури утворення гідратів і нижче температури точки роси при тиску, рівному тискові газу на початку ділянки, після кожного визначення тиску і температури газу, що транспортується, складання функції ТГ=f(P) - залежності температури газу від зміни тиску газу по довжині ділянки газопроводу, знаходження точок перетинання кривих ТГО=f(P) і ТГ=f(P) і точок перетинання кривих ТТР=f(P) і ТГ=f(P), що розташову 90010 4 ють у порядку убування величин тиску в них і визначення знаків різниць ТГО-ТГ і ТТР-ТГ на інтервалах тиску, утворених тисками сусідніх точок перетинання зазначених кривих і тиском наприкінці ділянки газопроводу і визначення відстані - X від початку ділянки газопроводу до початку першого інтервалу, на якому обидві різниці мають позитивний знак і, отже, на якому можливе утворення гідратів, по приведеній формулі і видачі повідомлення про можливості утворення гідратів у точці початку зазначеного інтервалу і про відстань до цієї точки від початку ділянки різко знижує вірогідність виявлення можливості гідратоутворення і функціональні можливості способу, тому що не можна визначити відстань від початку ділянки газопроводу до точки можливого гідратоутворення. Найбільш близьким по технічній сутності є спосіб контролю утворення гідратів у газопроводі (Патент України №49762, кл. F17D3/00), що включає вимір витрати газу на установці відключаючих пристроїв, тиску і температури газу на усті свердловини, визначення щільність газу при нормальних умовах і відносній щільності газу по повітрю, по величині якої вибирають рівноважну криву утворення гідратів для газу, що транспортується по газопроводу, і періодичний вимір тиску і температури газу на установці відключаючи пристроїв, вибір на газопроводі від устя свердловини до установки відключаючих пристроїв "І" розрахункових точок, розподілених по довжині газопроводу, визначення і запам'ятовування довжини ділянок газопроводу від установки відключаючих пристроїв до кожної з розрахункових точок, визначення температури ґрунту, розрахунок для газопроводу середнього значення коефіцієнта стискальності газу - Zcp і розрахункового коефіцієнта - А і визначення тиску - Рн і температури - Тн газу в кожній з розрахункових точок від І-ої і до 1-ої по формулах: Тн Рн Тгр Тк Тгр е 0,62 k Dн Іі Cp 10 6 Q ; 2 Q2 Zср Тср Іі А Рк , де Тгр - температура ґрунту на рівні залягання труби, К; k - коефіцієнт тепловіддачі; Dн - зовнішній діаметр труби, м; - відносна щільність газу по повітрю; Ср - середня ізобарна теплоємність газу, . кдж/(кг К); Іі - довжина ділянки газопроводу, що відповідає і-й розрахунковій точці, км; Q - витрата газу на установці пристроїв, що ві3 дключають, млн.м /добу; ТН ТК - середня температура газу на Тcp 2 ділянці газопроводу, К, запам'ятовування отриманих тисків і температур газу в кожній з розрахункових точок газопроводу, і, визначення моменту початку утворення гідратів і розрахункових точок, у яких гідрати почали утворюватися, шляхом порівняння величини тиску в кожній розрахунковій точці з величиною граничного тиску, визначеній по обраній рівноважній кривій утворення гідратів для кожної розрахункової 5 точки при температурі, рівній температурі у розрахунковій точці. Даний спосіб контролю утворення гідратів у газопроводі так само, як і спосіб контролю утворення гідратів у газопроводі, що заявляється, включає визначення тиску і температури газу і відносної щільності газу по повітрю, по величині якої вибирають рівноважну криву утворення гідратів для газу, що транспортується по газопроводу. Однак, відсутність визначення вмісту вологи в газі, що транспортується, формування по отриманому вмісту вологи кривої зміни температури точки роси в залежності від тиску - ТТР=f(P) для газу, що транспортується, видачі повідомлення про можливості утворення гідратів на початку ділянки газопроводу, якщо температура газу на початку ділянки нижче і температури утворення гідратів і нижче температури точки роси при тиску, рівному тискові газу на початку ділянки, після кожного визначення тиску і температури газу, що транспортується, складання функції ТГ=f(P) - залежності температури газу від зміни тиску газу по довжині ділянки газопроводу, знаходження точок перетинання кривих ТГО=f(P) і ТГ=f(P) і точок перетинання кривих ТТР=f(P) і ТГ=f(P), що розташовують у порядку убування величин тиску в них, визначення знаків різниць ТГОТГ і ТТР-ТГ на інтервалах тиску, утворених тисками сусідніх точок перетинання зазначених кривих і тиском в останній точці перетинання і тиском наприкінці ділянки газопроводу, і визначення відстані - X від початку ділянки газопроводу до початку першого інтервалу, на якому обидві різниці мають позитивний знак і, отже, на якому можливе утворення гідратів, по приведеній формулі і видачі повідомлення про можливості утворення гідратів у точці початку зазначеного інтервалу і про відстань до цієї точки від початку ділянки різко знижує вірогідність виявлення можливості гідратоутворення і функціональні можливості способу, тому що не можна визначити відстань від початку ділянки газопроводу до точки можливого гідратоутворення. В основу передбачуваного винаходу поставлена задача удосконалення способу контролю утворення гідратів у газопроводі за рахунок підвищення вірогідності виявлення можливості утворення гідратів на ділянці газопроводу шляхом фіксації можливості утворення гідратів на ділянці газопроводу при зменшенні температури газу не тільки нижче температури гідратоутворення, але і при зменшенні її нижче температури точки роси в точці ділянки газопроводу і розширення функціональних можливостей шляхом визначення відстані від початку ділянки газопроводу до точки, у який можливе утворення гідратів. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі контролю утворення гідратів у газопроводі, що включає визначення тиску і температури газу на початку ділянки газопроводу, тиску і температури газу наприкінці ділянки газопроводу і відносної щільності газу по повітрю, по величині якої формують рівноважну криву температури утворення гідратів у залежності від тиску газу - ТГО=f(P) для газу, що транспортується по газопроводу, згідно винаходу визначають вміст вологи в газі, що транспортується, формують по 90010 6 отриманому вмісту вологи криву зміни температури точки роси в залежності від тиску -ТТР=f(P) для газу, що транспортується, після кожного визначення тиску і температури газу, що транспортується, на початку і наприкінці ділянки газопроводу порівнюють температуру газу на початку ділянки з температурою утворення гідратів і з температурою точки роси при тиску, рівному тискові газу на початку ділянки, і, якщо температура газу нижче температури утворення гідратів і нижче температури точки роси, то видають повідомлення про можливість утворення гідратів на початку ділянки газопроводу, а, якщо температура газу вище температури утворення гідратів або температури точки роси газу або обох зазначених температур, то складають функцію ТГ=f(P) - залежності температури газу від зміни тиску газу по довжині ділянки газопроводу, знаходять точки перетинання кривої ТГО=f(P) із кривою ТГ=f(P) і точки перетинання кривої ТТР-f(P) з кривої TГ=f(P), що розташовують у порядку убування величин тиску в них і визначають знаки різниць ТГО-ТГ і ТТР-ТГ на інтервалах тиску, утворених тисками сусідніх точок перетинання зазначених кривих І тиском в останній точці перетинання і тиском наприкінці ділянки газопроводу, визначають відстань - X від початку ділянки газопроводу до початку першого інтервалу, на якому обидві різниці мають позитивний знак, по формулі Х 2 105,087 2 РН Р2 D5 Х Q2 Zcp Тcp , де РН - тиск на початку ділянки газопроводу, Рх - тиск на початку інтервалу, на якому обидві різниці ТГО-ТГ і ТТР-ТГ мають позитивний знак, D - зовнішній діаметр труби газопроводу, Q - витрата газу по ділянці газопроводу, ZCP - коефіцієнт стискальності газу на ділянці газопроводу, ТСР - середня температура газу на ділянці, - коефіцієнт гідравлічного опору на ділянці газопроводу, - відносна щільність газу по повітрю, і видають повідомлення про можливості утворення гідратів у точці початку зазначеного інтервалу і відстані до цієї точки від початку ділянки, а якщо криві ТГ=f(P) і ТГР=f(P) і криві ТГ=f(P) і ТТР=f(P) не перетнулися або на жодному з інтервалів тиску, утворених тисками сусідніх точок перетинання зазначених кривих і тиском в останній точці перетинання і тиском наприкінці ділянки газопроводу, різниці ТГО-ТГ і ТТРТГ не мають одночасно позитивний знак, то видається повідомлення про відсутність на даній ділянці можливості утворення гідратів при обмірюваних значеннях параметрів газу, що транспортується. Уведення визначення вмісту вологи в газі, що транспортується, формування по його значенню кривої зміни температури точки роси в залежності від тиску - ТТР=f(P) для газу, що транспортується, порівняння температури газу на початку ділянки з температурою утворення гідратів і з температурою точки роси при тиску, рівному тискові газу на початку ділянки, після кожного визначення тиску і температури газу, що транспортується, на початку і наприкінці ділянки газопроводу, видачі повідомлення про можливості утворення гідратів на початку ділянки газопроводу, якщо температура газу 7 нижче температури утворення гідратів і нижче температури точки роси, складання функції ТГ=f(P) залежності температури газу від зміни тиску газу по довжині ділянки газопроводу, якщо температура газу вище температури утворення гідратів або температури точки роси газу або обох зазначених температур, знаходження точок перетинання кривих ТГР=f(P) і ТГ=f(P) і точок перетинання кривих ТТР=f(P) і ТГ-f(P), визначення знаків різниць ТГО-ТГ і ТТР-ТГ на інтервалах тиску, утворених тисками сусідніх точок перетинання зазначених кривих і тиском наприкінці ділянки газопроводу, визначення відстані - X від початку ділянки газопроводу до початку першого інтервалу, на якому обидві різниці мають позитивний знак, по приведеній формулі і видачі повідомлення про можливості утворення гідратів у точці початку зазначеного інтервалу і про відстань до цієї точки від початку ділянки, і видачі повідомлення про відсутність на даній ділянці можливості утворення гідратів при обмірюваних значеннях параметрів газу, що транспортується, якщо криві ТГ=f(P) і ТГО=f(P) або криві ТГ=f(P) і ТТР=f(P) не перетнулися або на жодному з інтервалів тиску, утворених тисками сусідніх точок перетинання зазначених кривих і тиском наприкінці ділянки газопроводу, різниці ТГО-ТГ і ТТР-ТГ не мають одночасно позитивний знак, підвищує вірогідність виявлення можливості утворення гідратів на ділянці газопроводу шляхом фіксації можливості утворення гідратів на ділянці газопроводу тільки у випадку, якщо температура газу не тільки нижче температури гідратоутворення, але і нижче температури точки роси в точці ділянки газопроводу і розширює функціональних можливості шляхом визначення відстані від початку ділянки газопроводу до точки, у який можливе утворення гідратів. На кресленнях для пояснення реалізації пропонованого способу приведені: Фіг.1 - рівноважні криві утворення гідратів; Фіг.2 - залежність змісту вологи в газі від тиску і температури. Попередньо для діапазону можливих величин відносних щільностей по повітрю газу, подаваного в газопровід, рівноважні криві гідратоутворення (див. Фіг.1), приведені у відповідній довідковій літературі (наприклад, див. Трубопровідний транспорт нафти і газу. Під загальною редакцією проф. В.А.Юфина, М, Надра, 1978, стор.82, мал.3.18), апроксимують і представляють у виді функції 2 3 ТГО=f(P, )=С0( )+С1( )Р+С2( )Р +С3( )Р + 4 5 +С4( )Р +C5( )P , де ТГО і Р - відповідно температура гідратоутворення і тиск газу в точці газопроводу, 2 3 4 Cі( )=Сі,0+Сі,1 +Сі,2 +Сі,3 +Сі,4 , і=0, 1, 2, 3, 4, 5 - і-ий функціональний коефіцієнт апроксимації, Cі,0, Сі,1, Cі,2, Сі,3, Сі,4 - і-ти числові коефіцієнти апроксимації. Аналогічно для діапазону можливих величин вмісту вологи - W у газі, подаваному в газопровід, криві вмісти вологи в газі (див. Фіг.2), приведені у відповідній довідковій літературі (наприклад, див. Трубопровідний транспорт нафти і газу. Під загальною редакцією проф. В.А.Юфина, М, Надра, 1978, стор.79, мал.3.16), апроксимують і представляють у виді функції 90010 8 2 3 ТТР=f(P,W)=D0(W)+D1(W)P+D2(W)P +D3(W)P + 4 5 +D4(W)P +D5(W)Р , де TTP і Р - відповідно температура точки роси і тиск у точці газопроводу, Dі(W)=Dі,0+Dі,1 2 3 4 W+Dі,2W +Dі,3W +Dі,4W , і=0, 1, 2, 3, 4, 5 - і-ий функціональний коефіцієнт апроксимації, Dі,0, Dі,1, Dі,2, Dі,3, Dі,4 - і-ти числові коефіцієнти апроксимації. Коефіцієнти Сі,0, Сі,1, Сі,2, Сі,3, Сі,4, і Dі,0, Dі,1, Dі,2, Dі,3, Dі,4 для і=0, 1, 2, 3, 4, 5 вводять у пам'ять пристрою, що контролює утворення гідратів. З опису умов утворення гідратів у газопроводі (наприклад, див. Трубопровідний транспорт нафти і газу. Під загальною редакцією проф. В.А.Юфина, М, Надра, 1978, стор.77-83) випливає, що в точці газопроводу утворення гідратів можливо, якщо температура газу в цій точці газопроводу менше і температури гідратоутворення і температури точки роси в цій же точці газопроводу. Спосіб контролю утворення гідратів у газопроводі реалізують у такий спосіб. Визначення відносної щільності газу по повітрю і вмісту вологи в газі робить хімічна лабораторія відповідно до технологічного регламенту, наприклад, один раз на добу. Підставивши обмірювану величину відносної щільності газу у вираз для функціональних коефіцієнтів Cі одержують їхні числові значення і формують залежність ТГО=f(P) у виді багаточлена п'ятого ступеня з числовими коефіцієнтами для даного значення відносної щільності газу по повітрю. Аналогічно, підставивши обмірювану величину вмісту вологи в газі у вираз для функціональних коефіцієнтів D, одержують їхні числові значення і формують залежність ТТР=f(P) у виді багаточлена п'ятого ступеня з числовими коефіцієнтами для даного значення вмісту вологи в газі. Отримані залежності ТГО=f(P) і ТТР=f(P) використовують до наступного визначення відносної щільності газу по повітрю і вмісту вологи в газі і перерахування залежностей TГО=f(P) і ТТР=f(P). Контроль утворення гідратів виконують або з установленим періодом, або по команді оперативного персоналу. При надходженні команди на виконання контролю утворення гідратів вимірюють тиск – РН і температуру ТН газу на початку ділянки газопроводу і тиск – РК і температуру – ТК газу наприкінці ділянки газопроводу. По величині тиску РН і по залежностях від тиску температури утворення гідратів ТГО=f(P) і температури точки роси - ТТР=f(P) для газу, що транспортується, обчислюють значення температури гідратоутворення - ТГО Н і температури точки роси - TТР Н на початку контрольованої ділянки газопроводу, кожне з яких порівнюють з обмірюваною температурою газу ТН. Якщо ТН ТГО Н і ТН ТТР Н, то видають повідомлення про можливості утворення гідратів на початку ділянки газопроводу. Якщо температура газу ТН вище однієї з температур ТГО н або ТТР Н, або вище обох цих температур, то складають функцію ТГ=f(P) - залежності температури газу від зміни тиску газу по довжині ділянки газопроводу. Для цього у відому залежність температури газу від відстані від початку ділянки газопроводу підстав 9 90010 ляють значення відстані - Х(Р), виражене через тиск, ХР 2 105,087 2 РН Р2 D5 Q2 Zcp Тcp , де Р - величина тиску на ділянці газопроводу, що змінюється від РН до РК, D - зовнішній діаметр труби газопроводу, Q - витрата газу по ділянці газопроводу, ZСР - коефіцієнт стискальності газу на ділянці газопроводу, ТСР - середня температура газу на ділянці, - коефіцієнт гідравлічного опору на ділянці газопроводу, і одержують залежність Тг fР Т гр Тн Т гр e ax Р Di 2 2 Р Н РК 1 e 2aLР ср ax Р . Після цього знаходять точки перетинання кривих ТГ=f(P) і ТГО=f(P) і кривих ТГ=f(P) і ТТР=f(P), що розташовують у порядку убування величини тиску і визначають знаки різниць ТГО-ТГ і ТТР-ТГ на інтервалах тиску, утворених тисками сусідніх точках перетинання зазначених кривих і тиском в останній точці перетинання і тиском наприкінці ділянки газопроводу. Точка, на інтервалі після якої обидві Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 10 різниці мають позитивний знак, є точкою, у якій можливе утворення гідратів. По величині тиску в цій точці визначають відстань від початку ділянки по формулі Х(Рx ) 2 105,087 2 Рн Р2 D5 х Q2 Zcp , cp де РХ - тиск у точці початку інтервалу, на якому знаки різниць ТГО-ТГ і ТТР-ТГ позитивні, і після цього видають повідомлення про можливості утворення гідратів на ділянці газопроводу і о відстані від початку ділянки до точки, у якій можливе утворення гідратів. Якщо криві ТГ=f(P) і ТГО=f(P) і криві TГ=f(P) і ТТР=f(P) не перетнулися або на жодному з інтервалів тиску, утворених тисками сусідніх точок перетинання зазначених кривих і тиском в останній точці перетинання і тиском наприкінці ділянки газопроводу, знаки різниць ТГО-ТГ і ТТР-ТГ не мають одночасно позитивний знак, то видають повідомлення про відсутність на даній ділянці можливості утворення гідратів при обмірюваних значеннях параметрів газу, що транспортується. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м.Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601