多流压缩机管理系统和方法
【专利说明】多流压缩机管理系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年7月23日提交的美国临时申请序号61/674，640的优先权，兹将其全部内容并入本文。
【背景技术】
[0003]液态和气态碳氢化合物的安全、经济的输送和储存需要适当地管理与石油井生产场地、处理设施以及输送管路相关联的压缩机。例如，液态碳氢化合物储存罐通常具有大约1.72KPa(0.25表压)的内部蒸汽压力；然而，未能适当地控制罐内或与液体碳氢化合物储存罐相关的蒸气回收塔中的压力可能导致罐故障和结构的塌陷。在通常与天然气井相关联的生产装置或加热处理器内，压力通常保持为大约172.4KPa到206.8KPa(25到30表压)。在这些装置内的过低压力可能使液体转移和倾倒系统无法使用。
[0004]为了在生产、处理以及输送系统内适应大范围的操作条件，业界利用几个单独控制的压缩机，每个压缩机与它自己的可编程逻辑控制器或PLC相关联。多个压缩机增大了油井场地和处理设施的经营成本。因此，减少管理碳氢化合物处理和生产所必需的压缩机的数量的能力会降低成本，并且减少与生产设施相关联的占地面积。
【发明内容】
[0005]在一个实施方式中，本发明提供了一种系统，该系统被配置为监测和管理天然气压力。本发明的系统包括至少一个天然气低压源和至少一个天然气高压源。高压管路提供高压源与“T”或汇接点之间的流体连通。此外，低压管路提供低压源天然气与“T”或汇接点之间的流体连通。另一个管路提供在“T”或汇接点与压缩机的入口之间的流体连通。该系统包括两个压力传感器。一个压力传感器监测在压缩机的入口处的气体压力。另一个压力传感器位于远处。压缩机由驱动机构驱动，例如但不限于内燃机或电动机。由可编程逻辑控制器来提供驱动机构的控制。可编程逻辑控制器被配置为从监测入口处的气体压力的压力传感器中接收输入数据并且被配置为从远程压力传感器中接收输入数据。此外，可编程逻辑控制器被配置为提供适合于控制驱动机构的运行的输出数据，从而控制压缩机的运行速度和能力(capacity，容量)。
[0006]进一步地，本发明提供了一种使用单个压缩机来从高压天然气源和低压天然气源回收天然气的方法，本发明的方法包括:从至少一个天然气高压源回收天然气和从至少一个天然气低压源回收天然气。此外该方法包括建立目标天然气压力。该方法使用第一压力传感器监测所述天然气低压源的所述天然气压力，从而产生与监测的所述压力对应的信号。此外，该方法使用第二压力传感器监测所述天然气高压源的所述天然气压力，从而产生与监测的所述压力对应的信号。将两个压力值传送至可编程逻辑控制器，该可编程逻辑控制器被配置为解释所述监测的压力值。该可编程逻辑控制器确定所述监测的压力值是否与所建立的目标对应。如果所监测的压力值与所建立的目标不对应，则可编程逻辑控制器通过控制操作所述压缩机的驱动机构增大或减小运行速度来控制压缩机能力的增大或减小。在随后建立目标压力时，可编程逻辑控制器控制驱动机构保持压缩机速度，直到检测到目标值的后续变化。
【附图说明】
[0007]图1和图2描绘了本发明的构造，其具有两个高压源以及作为监测的碳氢化合物气体的低压源的一个蒸汽回收塔。
[0008]图3至图5描绘了本发明的构造，其具有单个高压源以及作为监测的碳氢化合物气体的低压源的一个蒸汽回收塔。
[0009]图6和图7描绘了本发明的构造，具有两个高压源以及作为监测的碳氢化合物气体的低压源的一个罐区。
[0010]图8和图9描绘了本发明的构造，具有单个高压源以及作为监测的碳氢化合物气体的低压源的一个罐区。
[0011]图10描绘了适合用于本发明中的多个级联PID的流程图。
【具体实施方式】
[0012]为了减少管理管路和设备气体压力以及流量所需要的压缩机的数量，本发明使用可编程逻辑控制器(PLC)，该PLC被编程为管理高压和低压管路。本领域的技术人员熟练使用PLC。而且，本领域的技术人员将容易理解如何编程与压缩机相关联的传统的PLC来实现本发明的目的，并且本领域的技术人员理解包含在与PLC编程相关联的程序内的PID运算。下面提供适合用于本发明中的多个级联PID的实例。
[0013]一般而言，对于给定源的压力控制，需要对压缩机运行精度控制。本领域的技术人员所熟知的，速度的变化将影响压缩机能力的变化。此外，置换的气体体积的变化会影响气体的压力。
[0014]如图所示，压缩机10具有单个气体入口 12。在气体入口 12的上游，具有三通或汇接点14。三通14使来自两个不同的输入管路16、18的气体相结合。输入管路16从任意数量的高压源[A]中接收气体，输入管路18从任何数量的低压源[B]中接收气体。输入管路18包括阀门，例如，止回阀19，其适用于阻止高压气体从高压源[A]中流入低压源[B]内。PLC 11根据从压力传感器中接收的数据，提供对压缩机10的操作控制。因为它很容易适应各种操作环境，PLC 11为所公开的系统提供灵活性。PLC 11适合于与由具有可变频率驱动(VFD)的电动机直接驱动的传统的天然气压缩机或者由内燃机驱动的天然气压缩机一起使用。PLC 11被编程为与压缩机相关联的特定驱动单元。例如，在管理由电动机驱动的压缩机的操作时，PLC 11可以被编程为监测各种电子变量，例如但不限于安培数。在管理由内燃机驱动的压缩机的操作时，PLC 11可以被编程为监测各种发动机系统，例如但不限于油压以及废气内的氧气含量。虽然用于每个压缩机的操作序列保持不变，但是PLC面板(包括监测仪器)在不同类型的压缩机撬(compressor package)之间变化。
[0015]如本文中使用的高压和低压源(分别是[A]和[B])是由操作装置确定的相对术语，即，由压缩机10和PLC 11管理的天然气源。如果源具有的操作压力大于在低压管路18内的总压力，那么源是高压源[A]。高压管路16可以从多个源中接收气体。每个高压源可具有与高压管路16流体连通的离散输出管路。或者，每个高压源可以与歧管(未显示)流体连通。歧管在多个高压源与高压管路18之间提供流体连通。同样，每个低压源[B]可以具有与低压管路18进行流体连通的离散输出管路，或者每个低压源[B]可以与歧管进行流体连通，该歧管提供与低压管路18的流体连通。
[0016]压力控制阀与每个高压源[A]相关联。合适的压力控制阀包括反压力调节器22或吸入控制器23。选择反压力调节器22或吸入控制器23将取决于高压源的性质和操作条件。本领域的技术人员已知的是，吸入控制器23根据下游设备的能力根据需要，调节限制气体从高压源流动的下游压力。反压力调节器22或吸入控制器23可以位于高压源[A]与歧管之间或者位于高压源[A]与管路16之间。可替代地，反压力调节器22或吸入控制器23可以直接位于将高压管路16和低压管路18与压缩机10汇接的三通14处。因此，至少一个反压力调节器22或吸入控制器23建立在三通14与高压源[A]之间，从而确保根据下游设备的需要调节每个高压源[A]。因此，人们选择反压力调节器22或吸入控制器23，以便在高压源[A]的操作条件下确保合适的管路压力。
[0017]在大部分实施方式中，PLC 11从位于压缩机入口 12处的压力传感器24中接收高压输入数据。一个合适的压力传感器是压力换能器。或者，远程压力传感器26可以与高压源相关联。在高压源由