天然气脱氮溶剂吸收管道失效的预警方法及相应系统与流程

1.本发明涉及计算机自动预警技术领域，具体涉及一种天然气脱氮溶剂吸收管道失效的预警方法及相应系统。


背景技术：

2.天然气作为优质的燃料和重要的化工原料，其应用越来越引起人们的重视，加快天然气工业的发展已经成为当今世界的趋势。但是，很多油气田中生产的天然气中往往含有大量的氮气，高含氮天然气发热量低、集输过程中能耗大，其不能直接作为燃料。因此，天然气脱氮是充分利用天然气的重要条件。当前应用于工业的天然气脱氮工艺包括：深冷、溶剂吸收、变压吸附和选择性吸附。其中，溶剂吸收法脱氮操作条件较为温和，不需要脱除二氧化碳，大部分设备和管道材质为碳钢，操作弹性较大，具有较好的应用前景。
3.目前的天然气的溶剂吸收法脱氮工艺，首先将原料气流经丙烷致冷系统冷却后，进入的溶剂吸收塔的下部。原料气在溶剂吸收塔内自下而上地扩散并与塔顶下行的吸收溶剂进行气液传质，使以甲烷为主的烃类组分被选择性地吸收而进入液相。当原料气离开塔顶时，就成为烃类含量极少的氮气物流。由吸收塔塔底排出的溶剂采用四级闪蒸的方式，将富烃溶剂逐级降压。四级闪蒸罐排出的闪蒸气经压缩、换热、丙烷致冷并分离出夹带的少量溶剂后，作为产品送出界区。再生好的溶剂从第四级闪蒸罐排出，经升压并冷却后返回吸收塔塔顶循环使用。
4.针对上述现有技术，存在如下的缺点：由于溶剂吸收工艺设计多级闪蒸工艺，管道设备中的压强多次连续的降低，即在管道中出现多次压强突变的现象。因此，管道内部应力分布不均匀，容易产生管道材料的缺陷。如果不能及时对上述管道材料的失效进行预警，则会存在极大的安全隐患。
5.综上所述，需要提供一种天然气脱氮溶剂吸收设备管道失效的计算机自动预警方法，能够通过实时监测数据来预警天然气脱氮溶剂吸收设备管道失效，从而提高系统的安全性。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是由于溶剂吸收工艺设计多级闪蒸工艺，管道设备中的压强多次连续的降低，即在管道中出现多次压强突变的现象。因此，管道内部应力分布不均匀，容易产生管道材料的缺陷。如果不能及时对上述管道材料的失效进行预警，则会存在极大的安全隐患。
7.本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
8.一种天然气脱氮溶剂吸收设备管道失效的计算机自动预警方法，该方法包括：
9.第一步，测量各个拉伸检测薄膜的声波电压，并通过计算机设备计算声波能量；
10.第二步，判断上述拉伸检测薄膜对应的点位置是否出现过度拉伸情况，如果是则通过计算机设备进行预警；如果否，执行第三步；
11.第三步，判断上述存在过度拉伸的拉伸检测薄膜所在的同一个管道上的阀门两侧的状态，如果出现过度弯折状态，则通过计算机设备进行预警；如果未出现过度弯折状态，则返回第一步。
12.具体的，第一步包括在拉伸检测薄膜上设置声波检测系统。
13.具体的，同一管道是指第一蒸气出口和吸收塔之间的管道、第一溶剂出口和第二溶剂入口之间的管道、第二蒸气出口和第三蒸气出口之间的管道、第二溶剂出口和第三溶剂入口之间的管道、第三蒸气出口和第四蒸气出口之间的管道、第三溶剂出口和第四溶剂入口之间的管道、第四蒸气出口和产品气输出口之间的管道，并且阀门v1-v7不构成分割管道的因素。
14.具体的，拉伸检测薄膜设置在管道外表面。
15.具体的，阀门两侧的状态通过阀门两侧安装的应变片测量。
16.具体的，通过多通道动态电阻应变测量仪进行应变测量。
17.根据所述的天然气脱氮溶剂吸收设备管道失效的计算机自动预警方法应用的天然气脱氮溶剂吸收系统，该设备包括四级闪蒸罐。
18.具体的，一级闪蒸罐包括罐体、第一溶剂入口、第一溶剂出口以及第一蒸气出口，其中，第一溶剂入口用于流入吸收塔排出的富烃溶剂，第一溶剂出口用于将经由第一闪蒸处理后的溶剂排出第一闪蒸罐，第一蒸气出口用于将闪蒸后分离的气化的气体排出第一闪蒸罐，第一蒸气出口连接到溶剂吸收塔将蒸气回流至溶剂吸收塔再次吸收。
19.具体的，三级闪蒸罐包括罐体和第三溶剂入口、第三溶剂出口和第三蒸气出口，其中，三级闪蒸罐的第三溶剂入口通过管道连接到一级闪蒸罐的第一溶剂出口，三级闪蒸罐的第三溶剂出口将溶剂进一步排放到下级闪蒸器，第三蒸气出口用于将闪蒸后分离的气化的气体排出第三闪蒸罐。
20.具体的，四级闪蒸罐包括罐体和第四溶剂入口、第四溶剂出口和第四蒸气出口，其中，四级闪蒸罐的第四溶剂入口通过管道连接到一级闪蒸罐的第一溶剂出口，四级闪蒸罐的第四溶剂出口将溶剂经过处理后循环回到溶剂吸收塔中，使得溶剂反复使用，第四蒸气出口用于将闪蒸后分离的气化的气体排出第四闪蒸罐。
21.本发明提供的一种天然气脱氮溶剂吸收设备管道失效的计算机自动预警方法，能够通过实时监测数据来预警天然气脱氮溶剂吸收设备管道失效，从而提高系统的安全性。
附图说明
22.图1为本发明提供的天然气溶剂吸收脱氮工艺的计算机控制方法的流程图。
23.图2为本发明提供的天然气溶剂吸收脱氮工艺的计算机控制方法配套设备的结构图。
24.图3为本发明提供的天然气溶剂吸收脱氮工艺的计算机控制方法配套的声波检测系统。
具体实施方式
25.以下将对本发明的一种用于天然气溶剂吸收脱氮工艺的计算机控制方法作进一步的详细描述。
26.下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有益效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
27.为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须作出大量实施细节以实现开发者的特定目标。
28.在介绍本技术提供的天然气脱氮溶剂吸收设备管道失效的计算机自动预警方法之前，为了更好的解释本发明的技术方案首先介绍天然气脱氮溶剂吸收设备管道失效的计算机自动预警方法所基于的计算机自动预警设备。
29.该设备包括天然气脱氮溶剂吸收设备的四级闪蒸系统以及传感系统，上述四级闪蒸系统包括：
30.一级闪蒸罐包括罐体、第一溶剂入口、第一溶剂出口以及第一蒸气出口。其中，第一溶剂入口用于流入吸收塔排出的富烃溶剂，第一溶剂出口用于将经由第一闪蒸处理后的溶剂排出第一闪蒸罐，第一蒸气出口用于将闪蒸后分离的气化的气体排出第一闪蒸罐，第一蒸气出口连接到溶剂吸收塔将蒸气回流至溶剂吸收塔再次吸收。
31.二级闪蒸罐包括罐体和第二溶剂入口、第二溶剂出口和第二蒸气出口。其中，二级闪蒸罐的第二溶剂入口通过管道连接到一级闪蒸罐的第一溶剂出口，二级闪蒸罐的第二溶剂出口将溶剂进一步排放到下级闪蒸器。第二蒸气出口用于将闪蒸后分离的气化的气体排出第二闪蒸罐。
32.三级闪蒸罐包括罐体和第三溶剂入口、第三溶剂出口和第三蒸气出口。其中，三级闪蒸罐的第三溶剂入口通过管道连接到一级闪蒸罐的第一溶剂出口，三级闪蒸罐的第三溶剂出口将溶剂进一步排放到下级闪蒸器。第三蒸气出口用于将闪蒸后分离的气化的气体排出第三闪蒸罐。
33.四级闪蒸罐包括罐体和第四溶剂入口、第四溶剂出口和第四蒸气出口。其中，四级闪蒸罐的第四溶剂入口通过管道连接到一级闪蒸罐的第一溶剂出口，四级闪蒸罐的第四溶剂出口将溶剂经过处理后循环回到溶剂吸收塔中，使得溶剂反复使用。第四蒸气出口用于将闪蒸后分离的气化的气体排出第四闪蒸罐。
34.其中，第二蒸气出口、第三蒸气出口、第四蒸气出口汇流后，将蒸气输出到产品气输出线。
35.其中，第一蒸气出口和吸收塔之间的管道、第一溶剂出口和第二溶剂入口之间的管道、第二蒸气出口和第三蒸气出口之间的管道、第二溶剂出口和第三溶剂入口之间的管道、第三蒸气出口和第四蒸气出口之间的管道、第三溶剂出口和第四溶剂入口之间的管道、第四蒸气出口和产品气输出口之间的管道上分别设置阀门v1、v2、v3、v4、v5、v6、v7。上述阀门v1-v7关闭可以分隔不同压力状态的部分，在阀门v1-v7打开后气体流动会造成阀门附近的管道承受应力。
36.在阀门v1-v7的上游、下游管道的内部表面上安装有应变片s11、s12、s21、s22、s31、s32、s41、s42、s51、s52、s61、s62、s71、s72，具体的，阀门v1-v7的上游、下游管道安装应变片的中心位置距离阀门v1-v7小于15cm，从而能够更好的体现阀门v1-v7两侧的管道情况。上述应变片通过采用多通道分布式动态电阻应变仪进行能够测量。
37.在第一闪蒸罐的蒸气出口和溶剂出口、第二闪蒸罐的蒸气出口、溶剂入口和出口、第三闪蒸罐的蒸气出口、溶剂入口和出口第四闪蒸罐的蒸气出口、溶剂入口的末端(即靠近相应闪蒸罐的位置上)的管道的外表面设置拉伸检测薄膜f11、f12、f21、f22、f23、f31、f32、f33、f41、f42。上述拉伸检测薄膜可以α-氧化铝，厚度在200-500微米，厚度过厚测量敏感度降低，厚度过薄容易产生噪音数据，上述拉伸检测薄膜可以通过喷涂的方式来形成。当管道受到超过预定数值的应变时α-氧化铝由于弹性较低会产生部分微裂纹。
38.在每个管道的外表面设置拉伸检测薄膜f11、f12、f21、f22、f23、f31、f32、f33、f41、f42都设置声波检测系统，如图3所示。图3为声波检测系统的沿管道延伸方向的横截面视图。在沿管道延伸方向上，拉伸检测薄膜的一端设置声波接收器1，另一端设置声波接收器2，在距离声波接收器1距离x1，以及距离声波接收器2距离x2的位置处，设置了声波源，使得声波能够向两侧的声波接收器上传播。
39.上述的多通道分布式动态电阻应变仪和声波检测系统连接到计算机，并能够实时传送数据，上述连接方式为有线或者无线连接。
40.上述天然气脱氮溶剂吸收设备管道失效的计算机自动预警方法，包括：
41.第一步，测量拉伸检测薄膜f11、f12、f21、f22、f23、f31、f32、f33、f41、f42的声波电压，并计算声波能量。
42.通过向上述声波拉伸薄膜的特定位置传送声波，声波接收器1和声波接收器2接收到电压信号，通过公式(1)计算声波能量两个声波接收器的声波能量。
[0043][0044]
其中e为当前的声波能量，其中e1表示声波接收器1接收到的声波能量，e2表示声波接收器2接收到的声波能量，u(t)表示声波接收器直接接收到的声波电压，w为常数，取至1*10
21
。
[0045]
第二步，判断上述拉伸检测薄膜f11、f12、f21、f22、f23、f31、f32、f33、f41、f42对应的点位置是否出现过度拉伸情况。
[0046]
计算e1/e2的值，并将e1/e2的值与|x1-x2|/(x1 x2)的平方进行比较来判断拉伸情况。
[0047]
具体的，当e1/e2的值与|x1-x2|/(x1 x2)的平方的偏差值超过特定阈值时，具体的该阈值可以为|x1-x2|/(x1 x2)的平方的10％-15％，则判定上述拉伸检测薄膜所在的点上存在了过度拉伸情况，在计算机上提示预警。
[0048]
当e1/e2的值与|x1-x2|/(x1 x2)的平方的偏差值未超过特定阈值时，则判定上述拉伸检测薄膜所在的点上未出现过度拉伸情况，并执行第三步。
[0049]
第三步，判断上述不存在过度拉伸的拉伸检测薄膜所在的同一个管道上的阀门两侧的状态。
[0050]
具体的，上述同一管道是指第一蒸气出口和吸收塔之间的管道、第一溶剂出口和第二溶剂入口之间的管道、第二蒸气出口和第三蒸气出口之间的管道、第二溶剂出口和第三溶剂入口之间的管道、第三蒸气出口和第四蒸气出口之间的管道、第三溶剂出口和第四溶剂入口之间的管道、第四蒸气出口和产品气输出口之间的管道，并且阀门v1-v7不构成分
割管道的因素。
[0051]
通过通道分布式动态电阻应变仪分析上述同一管道上的阀门两侧的应变片的应变值，计算弯折系数v。并通过公式(2)判断上述管道是否出现过度弯折。具体的，
[0052][0053]
其中，k为常数取值1.1547，ε
t
为通道分布式动态电阻应变仪测量的应变值，ε
max
为弯折断裂的临界点时材料的应变值，即最大能够承受的应变值，t为管道厚度，r为管道直径，l为应变片中心距离阀门中心的距离。针对同一阀门两侧的两个应变片的弯折系数分别为v1，v2。
[0054]
首先判断上述v1，v2的数值是否超过第一阈值，优选的，该第一阈值为0.698。如果超过阈值，则判断该阀门附近出现了过度弯折情况，进行预警。
[0055]
如果未超过阈值，则进一步判断v1/v2是否超过第二阈值，优选的，第二阈值为1.874，如果v1/v2超过第二阈值，则判断该阀门附近出现了过度弯折情况，进行预警。如果v1/v2未超过第二阈值，则判断该阀门附近无过度弯折情况，返回第一步继续监测。
[0056]
本发明提供的一种天然气脱氮溶剂吸收设备管道失效的计算机自动预警方法，通过对管道关键部位的应变和声波检测，以及计算机自动化的数据分析，能够通过实时监测数据来预警天然气脱氮溶剂吸收设备管道失效，从而提高系统的安全性。
[0057]
为了在说明时简化系统，凸出发明点，故在描述设备系统时省略了部分公知的必要的通讯或者管道压力控制部件，如网络连接器和泵，阀门等，但是本领与技术人员根据其掌握的技术知识能够确定上述必要的部件的设置位置和方式，来实现本发明，故不在赘述。
[0058]
为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用一方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0059]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，因此以上所述仅为本发明的实施例。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还包括各种等效变化和改进，这些变化和改进都将落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。