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 залежно від тиску газу TГО = 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 залежно від тиску - Т Т Р = 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, що дорівнює 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 TГ = f (P) - залежності температури газу від зміни тиску газу по довжині ділянки газопроводу, знаходять точки перетинання кривої TГО = f (P ) із кривою TГ = f (P) і точки перетинання Корисна модель відноситься до газової промисловості і може бути використана для визначення моменту початку і місця можливого утво рення гідратів на ділянках газопроводу. Відомий спосіб контролю утворення гідратів у газопроводі [А. с. СРСР №1705666, кл. F17D 3/00, кривої Т Т Р = f (P ) з кривою TГ = f (P) , що розташовують у порядку убування величин тиску в них і визначають знаки різниць Т ГО - Т Г і Т Т Р - 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, за формулою: X = ( ) 105,0872 × PH2 - PX 2 × D5 , де PH Q2 × l × D × Z cp × Tcp тиск на початку ділянки газопроводу, PX - тиск на початку інтервалу, на якому обидві різниці Т ГО - Т Г Т Т Р - ТГ не мають одночасно позитивного знака, то видається повідомлення про відсутність на даній ділянці можливості утворення гідратів при обмірюваних значеннях параметрів газу, що транспортується. (13) 34381 (11) пература газу на ділянці,l - коефіцієнт гідравлічного опору на ділянці газопроводу, D - 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 TГ = f (P) і TГО = f (P ) та криві TГ = f (P) і Т Т Р = f (P ) не перетнулися або на жодному з інтервалів тиску, утворених тисками сусідніх точок перетинання зазначених кривих і тиском в останній точці перетинання та тиском наприкінці ділянки газопроводу, різниці Т ГО - Т Г і UA ті газу на ділянці газопроводу, Tcp - середня тем (19) діаметр труби газопроводу, Q - витрата газу по ділянці газопроводу, Z cp - коефіцієнт стискальнос U і Т Т Р - ТГ мають позитивний знак, D - зовнішній 3 34381 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. F17D 3/00, G05D 27/00, 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 і температури газу і відносної щільності газу по повітрю, по величині якої формують рівноважну криву утворення гідратів - TГО = 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 - Т ТР = 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 TГ = f (P) залежності температури газу від зміни тиску газу по довжині ділянки газопроводу, знаходження точок перетинання кривих TГО = f (P ) і TГ = f (P) і точок перетинання кривих Т ТР = f (P ) і TГ = f (P) , що 4 розташовують у порядку убування величин тиску в них і визначення знаків різниць Т ГО - Т Г і Т ТР - 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. F17D 3/00], 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 - Z cp і розрахункового коефіцієнта - A і визначення тиску - Рн і температури - Т н газу в кожній з розрахункових точок від І-ої і до 1-ої по формула х: Т н = Тгр + (Т к - Тгр )е 0,62 ×k ×Dн ×l i D× Cp ×10 6 × Q ; 2 Pн = Q2 × Z cp × Tcp × li × A + Pк , де Tгр - температура ґрунту на рівні залягання труби, К; k - коефіцієнт тепловіддачі; Dн - зовнішній діаметр труби, м; D - відносна щільність газу по повітрю; Ср - середня ізобарна теплоємність газу, кдж/(кг×К); l i - довжина ділянки газопроводу, що відповідає і-й розрахунковій точці, км; Q - витрата газу на установці пристроїв, що відключають, млн.м 3/добу; T + Тк Tcp = н - середня температура газу на 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, шля хом порівняння величини тиску 5 34381 в кожній розрахунковій точці з величиною граничного тиску, визначеній по обраній рівноважній кривій утворення гідратів для кожної розрахункової 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 - Т ТР = 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 TГ = f (P) - залежності температури газу від зміни тиску газу по довжині ділянки газопроводу, знаходження точок перетинання кривих TГО = f (P ) і TГ = f (P) і точок перетинання кривих Т ТР = f (P ) і TГ = f (P) , що розташовують у порядку убування величин тиску в них, визначення знаків різниць Т ГО - Т Г і Т ТР - 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 корисної моделі 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 газо 6 проводу і відносної щільності газу по повітрю, по величині якої формують рівноважну криву температури утворення гідратів у залежності від тиску газу - TГО = f (P ) для газу, що транспортується по газопроводу, Згідно корисної моделі визначають вміст вологи в газі, що транспортується, формують по отриманому вмісту вологи криву зміни температури точки роси в залежності від тиску - Т ТР = f (P ) для газу, що транспортується, після кожного визначення тиску і температури газу, що транспортується, на початку і наприкінці ділянки газопроводу порівнюють температур у 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 ви ще температури утворення гідратів або температури точки роси газу або обох зазначених температур, то складають функцію TГ = f (P) - залежності температури газу від зміни тиску газу по довжині ділянки газопроводу, знаходять точки перетинання кривої TГО = f (P ) із кривою TГ = f (P) і точки перетинання кривої Т ТР = f (P ) з кривої TГ = f (P) , що розташовують у порядку убування величин тиску в них і визначають знаки різниць Т ГО - Т Г і Т ТР - 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 X = ( ) 105,0872 × PH2 - PX 2 × D5 , де PH Q2 × l × D × Z cp × Tcp тиск на початку ділянки газопроводу, PX - тиск на початку інтервалу, на якому обидві різниці Т ГО - Т Г і Т ТР - ТГ мають позитивний знак, D - зовнішній діаметр труби газопроводу, Q - витрата газу по ділянці газопроводу, Z cp - коефіцієнт стискальності газу на ділянці газопроводу, Tcp - середня температура газу на ділянці,l - коефіцієнт гідравлічного опору на ділянці газопроводу, D - 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 TГ = f (P) і TГО = f (P ) і криві TГ = f (P) і Т ТР = 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 Т ГО - Т Г і Т ТР - ТГ 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 7 34381 транспортується, формування по його значенню кривої зміни температури точки роси в залежності від тиску - Т ТР = 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 нижче температури утворення гідратів і нижче температури точки роси, складання функції TГ = 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 TГО = f (P ) і TГ = f (P) і точок перетинання кривих Т ТР = f (P ) і TГ = f (P) , визначення знаків різниць Т ГО - Т Г і Т ТР - 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 TГ = f (P) і TГО = f (P ) або криві TГ = f (P) і Т ТР = f (P ) не перетнулися або на жодному з інтервалів тиску, утворених тисками сусідніх точок перетинання зазначених кривих і тиском наприкінці ділянки газопроводу, різниці Т ГО - Т Г і Т ТР - 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 - D 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 TГО = f (P, D) = C0 (D) + C1(D )P + C2 (D)P + C3 (D)P + C 4 (D)P + C5 (D)P 2 3 4 5 , де TГО і Р - відповідно температура гідратоутво 8 рення і тиск газу в точці газопроводу, Сі (D ) Сі,0 + Сі,1D + Сі,2 D2 + Сі ,3 D3 + Сі ,4D4 , і =0, 1, 2, 3, = 4, 5 - і-ий функціональний коефіцієнт апроксимації, С і,0 ,С і ,1, С і ,2 , Сі ,3 , С і,4 - і-ті 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 = f (P, W ) D 0(W ) + D 1(W ) + D2 (W )P2 + D 3 (W ) 3 + D 4(W )P4 + D5 (W )P5 Т ТР = P P , де TТР і Р - відповідно температура точки роси і тиск у точці газопроводу, = Di ,0 + Di,1W + Di,2 W 2 + Di,3W 3 + Di ,4W 4 , і =0, 1, Di (W ) 2, 3, 4, 5 - і-ий функціональний коефіцієнт апроксимації, Di ,0 , Di ,1 ,D i ,2 ,D i ,3 ,D i ,4 - і-ті числові коефіцієнти апроксимації. Коефіцієнти С і,0 ,С і ,1, С і ,2 , Сі ,3 , С і,4 і Di ,0 , Di ,1 ,D i ,2 ,D i ,3 ,D i ,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 C i одержують їхні числові значення і формують залежність TГО = 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 i одержують їхні числові значення і формують залежність Т ТР = f (P ) у виді багаточлена п'ятого ступеня з числовими коефіцієнтами для даного значення вмісту вологи в газі. Отримані залежності TГО = f (P ) і Т ТР = f (P ) використовують до наступного визначення відносної щільності газу по повітрю і вмісту вологи в газі і перерахування залежностей TГО = f (P ) і Т ТР = 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 - Pн і температуру - Т н газу на початку ділянки газопроводу і тиск - Рк і температуру - Т к газу наприкінці ділянки газопроводу. По величині тиску Pн і по 9 34381 залежностях від тиску температури утворення гідратів TГО = f (P ) і температури точки роси Т ТР = f (P ) для газу, що транспортується, обчислюють значення температури гідратоутворення Т ГО Н і температури точки роси - Т Т Р Н на початку контрольованої ділянки газопроводу, кожне з яких порівнюють з обмірюваною температурою газу Т н . . Після цього знаходять точки перетинання кривих TГ = f (P) і TГО = f (P ) і кривих TГ = f (P) і Т ТР = f (P ) , що розташовують у порядку убування величини тиску і визначають знаки різниць Т ГО - Т Г і Т ТР - 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 різниці мають позитивний знак, є точкою, у якій можливе утворення гідратів. По величині тиску в цій точці визначають відстань від початку ді Якщо Т Н £ ТГО Н і Т Н £ Т Т Р Н , то видають повідомлення про можливості утворення гідратів на початку ділянки газопроводу. Якщо температура газу Т н лянки по формулі X(PX ) = вище однієї з температур Т ГО Н або Т Т Р Н , або вище обох цих температур, то складають функцію TГ = 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 підставляють значення відстані - Х(Р), виражене через ( ) 105,0872 × PH 2 - P2 × D5 , де P - величиQ2 × l × D × Z cp × Tcp на тиску на ділянці газопроводу, що змінюється від Pн до Рк , D - зовнішній діаметр труби газопровотиск, X(P) = ду, Q - витрата газу по ділянці газопроводу, Z cp коефіцієнт стискальності газу на ділянці газопроводу, Tcp - середня температура газу на ділянці,l - коефіцієнт гідравлічного опору на ділянці газопроводу, і одержують залежність Tг = f (P) = Tгр + (Тн - Т гр )е -ах(Р ) - Di Pн2 - Рк 2 1- e-ax (P ) 2аLPcp ( 10 ) ( ) 105,0872 × Pн2 - Р x 2 × D5 , Q2 × l × D × Z cp × Tcp де PX - тиск у точці початку інтервалу, на якому знаки різниць Т ГО - Т Г і Т ТР - 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 TГ = f (P) і TГО = f (P ) і криві TГ = f (P) і Т ТР = 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 Т ГО - Т Г і Т ТР - ТГ не мають одночасно позитивний знак, то видають повідомлення про відсутність на даній ділянці можливості утворення гідратів при обмірюваних значеннях параметрів газу, що транспортується. 11 Комп’ютерна в ерстка А. Крулевський 34381 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601