Авторы:
О.Ю. Манихин, ООО «Газпром добыча Ноябрьск» (Ноябрьск, РФ), manihin.oyu@noyabrsk-dobycha.gazprom.ru
Д.А. Ожерельев, ООО «Газпром добыча Ноябрьск», ojerelev.da@noyabrsk-dobycha.gazprom.ru
М.В. Медведев, ООО «Газпром добыча Ноябрьск», medvedev@noyabrsk-dobycha.gazprom.ru
Н.Р. Георгиевская, ООО «Газпром добыча Ноябрьск»
Литература:
-
Aspen HYSYS [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.aspentech.com/products/engineering/aspen-hysys (дата обращения: 15.05.2018).
-
Petro-SIM. Advanced Purpose-Built Process Simulation [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.kbc.global/en/industry-solutions/industries/oil-and-gas-downstream (дата обращения: 15.05.2018).
-
GIBBS – функции [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.gibbsim.ru/node/16 (дата обращения: 15.05.2018).
-
Арнольд К., Стюарт М. Справочник по оборудованию для комплексной подготовки газа. М.: ООО «Премиум Инжиниринг», 2009. 630 с.
-
PI System [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.indusoft.ru/products/osisoft/PI_SYSTEM/ (дата обращения: 15.05.2018).
HTML
В настоящее время в связи с удорожанием импортного программного обеспечения (ПО), а также глобальным курсом на импортозамещение и целым рядом других факторов остро встал вопрос о применении альтернативного ПО для моделирования процессов подготовки углеводородного сырья. В Российской Федерации наиболее широко распространено программное обеспечение Aspen HYSYS [1], а также его аналоги, такие как Petro-SIM [2]. Наиболее близким аналогом, пригодным для указанных выше целей моделирования, является российское ПО GIBBS [3].
GIBBS позволяет решать задачи стационарного моделирования основных технологических процессов подготовки и переработки природного газа и газового конденсата, включая ингибирование гидратообразования метанолом, осушку газа гликолями, регенерацию указанных ингибиторов и осушителей, а также ряд задач транспорта газожидкостных смесей.
Аналоги Aspen HYSYS исторически, начиная с исходного программного обеспечения Hyprotech (Hysim), являются одними из лидеров на рынке моделирующих программ для нефтегазовой отрасли. В ряде случаев использование данного ПО для моделирования технологических процессов в оте- чественной газовой промышленности дает худшие результаты расчетов, чем полученные с помощью российского ПО. Это связано с технологическими различиями в отечественной и зарубежной практике подготовки и переработки природного газа и газового конденсата.
В зарубежной практике в последние десятилетия при переработке природного газа практически не применяются процессы низкотемпературной сепарации на температурном уровне около –30 °С, не обеспечивающие извлечение из природного газа этана или, по крайней мере, пропана (включая высококипящие углеводороды). Впрыск метанола как ингибитора гидратообразования используется очень ограниченно, уступая место адсорбционной осушке газа. Это же относится и к процессам с впрыском гликолей [4].
В связи с вышеизложенным зарубежное ПО не настроено для максимально точного моделирования процессов низкотемпературной сепарации с прямым впрыском метанольных и гликолевых растворов. В то же время ПО российской разработки специально адаптируется для таких случаев.
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА
В ООО «Газпром добыча Ноябрьск» в 2015 г. на базе Инженерно-технического центра введен в эксплуатацию программный комплекс моделирования промысловой подготовки, переработки и транспорта природного и попутного газа, газового конденсата и нефти GIBBS.
Внедрение ПО GIBBS отечественной разработки позволило производить расчеты процессов промысловой подготовки природных газов, включая установки низкотемпературной сепарации и конденсации в режиме реального времени, увеличить ресурс работы исполнительных устройств путем оптимизации процессов регулирования технологических параметров, реализовать процесс выполнения ряда штатных технологических операций в автоматическом режиме.
При использовании ПО GIBBS инженер-технолог не просто работает с изображением технологической схемы, как предлагается в большинстве аналогичных программ, но также может создавать сложные многоуровневые модели производств, объединяющие несколько промыслов и комплексов переработки сырья. Каждый уровень может соответствовать установке, группе установок, заводу, крупному промысловому или заводскому комплексу, и все уровни объединяются в единую блок-схему. Кроме этого, для каждого проекта в GIBBS возможно множество вариантов решений, различающихся набором компонентов и технологическими параметрами.
Расчеты в ПО GIBBS выполняются индивидуально для каждого технологического объекта. Результаты работы не интегрируются в используемую в Обществе автоматизированную систему управления PI System [5], что значительно ограничивает возможности их применения на технологических объектах Общества.
В настоящее время разработчики программного обеспечения в соответствии с требованиями пользователей ведут доработку комплекса. Так, для реализации процесса интеграции и последующей эффективной эксплуатации на газовых промыслах моделей ПО GIBBS разрабатывается «Модуль управления» расчетными моделями.
Необходимо отметить, что ООО «Газпром добыча Ноябрьск» высоко оценило представленный программный комплекс, что инициировало внедрение пилотной расчетной модели в интерфейс автоматизированной системы управления технологическими процессами на газовом промысле в целях получения оперативной информации, необходимой для оптимизации технологического процесса.
ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ
Рассмотрим некоторые примеры, иллюстрирующие возможности применения ПО GIBBS, а также сравним получаемые результаты с данными по моделированию на ПО HYSYS и экспериментальными или фактическими величинами, полученными в процессе эксплуатации производственного объекта. При рассмотрении примеров акцент сделан не на технологических особенностях отдельных объектов, а на сравнении результатов моделирования.
Пример 1. Рассмотрим объект моделирования – установку комплексной промысловой подготовки газа, основанную на принципе низкотемпературной сепарации. Принципиальная схема установки приведена на рис. 1. С помощью GIBBS и HYSYS решалась задача подбора оптимального количества подаваемого метанола для ингибирования гидратообразования, а также моделирования материального баланса установки.
В табл. 1 представлены результаты сравнения фактических и расчетных условий подачи метанола. Минимальное необходимое количество метанола определялось для безгидратных условий с запасом 5°. Необходимое количество метанола, определенное с использованием HYSYS и GIBBS, в сравнении с фактическими данными приведено в табл. 2.
Расчетные данные по расходу нестабильного конденсата различаются не более чем на 0,26 %, по газу – на 0,33 %, по водометанольному раствору (ВМР) – на 8,5 % (см. табл. 1). По факту расход метанола составляет 732 кг/ч, т. е. ошибка по расходу метанола в GIBBS несколько меньше (см. табл. 2).
Пример 2. Рассмотрим колонну деэтанизации газового конденсата, работающую на различных режимах (рис. 2). Мы намеренно не детализируем параметры режимов работы деэтанизатора, так как в контексте данной статьи имеют значение только результаты сравнения.
В процессе моделирования колонны объемы загрузки сырья и орошения, температуры подачи сырья и орошения задавались по фактическому режиму. Де- этанизатор не имеет дефлегматора, орошение осуществляется более холодным нестабильным конденсатом. Питание колонны осуществляется также нестабильным конденсатом, предварительно нагретым в рекуперативных теплообменниках.
Результаты сравнения моделирования работы колонны-деэтанизатора в системах GIBBS и HYSYS на одном режиме представлены в табл. 3. Результаты сравнения моделирования плотности де- этанизированного конденсата в системах GIBBS и HYSYS – в табл. 4.
Расчетная плотность деэтанизированного конденсата в ПО GIBBS составляет 642 кг/м3, что отличается от эксперимента на 2,23 %, в то время как в ПО HYSYS расчетная плотность деэтанизированного конденсата составляет 599 кг/м3 и отличается от эксперимента на 4,62 %, т. е. ошибка по плотности в GIBBS меньше, чем в HYSYS.
ВЫВОДЫ
Возможность проводить расчеты в динамическом режиме поз- воляет лучше понять сущность моделируемых процессов. Можно собрать и испытать схемы регулирования, исследовать пусковые режимы, получить представление о реально работающем процессе и поведении объекта в нештатных ситуациях, о влиянии изменения рабочих параметров на качество продуктов.
В проведенных расчетах ПО GIBBS показало точность моделирования материальных балансов и технологических параметров установок комплексной промысловой подготовки газа и установок низкотемпературной сепарации. При этом для компонентов С5+ ПО GIBBS показало лучшую сходимость результатов, за счет чего для ряда задач лучше моделируется выход конденсата. Также в ряде случаев ПО GIBBS показывает лучшую точность по моделированию плотности конденсата.
В части моделирования систем с метанолом и распределением ВМР в установках низкотемпературной сепарации ПО GIBBS показывает лучшую по сравнению с HYSYS точность расчетов.
Программное обеспечение GIBBS успешно используется для технологического моделирования на действующих и проектируемых установках стабилизации и переработки конденсата, низкотемпературного выделения из природного газа этана, фракций С3+, азота и гелия, сжижения природного газа. В связи с чем можно сделать вывод о том, что наряду с Aspen HYSYS данный программный продукт может быть дополнительно успешно использован для моделирования установок комплексной промысловой подготовки газа и установок низкотемпературной сепарации.
Таблица 1. Сравнение фактических и расчетных условий подачи метанола Table 1. Comparison of the actual and calculated conditions for the methanol supply
Параметр Parameter |
Значение Value |
|
фактическое factual |
рассчитанное в GIBBS calculated with GIBBS |
|
Температура в низкотемпературном сепараторе, °C Temperature in the low-temperature separator, °C |
–32,000 |
–31,300 |
Расход подготовленного газа, тыс. м3/ч Flow rate of the processed gas, thousand m3/h |
314,266 |
313,240 |
Расход нестабильного конденсата, т/ч Flow rate of unstable condensate, t/h |
76,4 |
76,2 |
Расход метанола, м3/ч Flow rate of methanol, m3/h |
0,920 |
0,975 |
Расход метанола, т/ч Flow rate of methanol, t/h |
0,732 |
0,797 |
Расход ВМР, т/ч Flow rate of methanol water, t/h |
2254 |
2445 |
Таблица 2. Минимально необходимый расход метанола Table 2. Minimal necessary flow rate of methanol
Расход метанола, кг/ч Methanol flow rate, kg/h |
||
фактический factual |
минимально необходимый minimal necessary |
|
HYSYS |
GIBBS |
|
732 |
1250 |
797 |
Таблица 3. Сравнение результатов моделирования работы деэтанизатора в HYSYS и GIBBS Table 3. Comparison of the results of deethanizer simulation with HYSYS and GIBBS
Компонент Compound |
Газ деэтанизации Deethanization gas |
Деэтанизированный конденсат Deethanized condensate |
||||
эксперимент experiment |
расчет calculation |
эксперимент experiment |
расчет
calculation |
|||
GIBBS |
HYSYS |
GIBBS |
HYSYS |
|||
Метан Methane |
30,32 |
31,96 |
31,734 |
– |
7,4·10-5 |
0,000 |
Этан Ethane |
46,54 |
45,51 |
45,819 |
0,75 |
0,88 |
0,809 |
Пропан Propane |
15,11 |
13,58 |
13,757 |
15,90 |
12,05 |
12,027 |
Изобутан Isobutane |
3,33 |
3,27 |
3,133 |
8,64 |
7,51 |
7,528 |
Н-бутан N-butane |
3,08 |
3,27 |
3,247 |
11,65 |
11,04 |
11,053 |
Изопентан Isopentane |
0,76 |
0,84 |
0,826 |
6,22 |
6,54 |
6,548 |
Н-пентан N-pentane |
0,47 |
0,67 |
0,645 |
5,73 |
6,69 |
6,696 |
С6+ |
0,39 |
0,89 |
0,840 |
51,11 |
55,29 |
55,338 |
Расход, т/ч Flow rate, t/h |
16,80 |
16,80 |
16,80 |
138,10 |
140,40 |
140,200 |
Таблица 4. Сравнение результатов моделирования плотности деэтанизированного конденсата (ДК) в HYSYS и GIBBS Table 4. Comparison of results of the deethanized condensate density simulation with HYSYS and GIBBS
Параметр Parameter |
Эксперимент Experiment |
GIBBS |
HYSYS |
Плотность ДК, кг/м3 Density of deethanized condensate, kg/m3 |
628 |
642 |
599 |
Относительная ошибка, % Relative error, % |
– |
2,23 |
–4,62 |