CN103867293A - 一种石油伴生气发电与压缩/液化回收利用的***与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石油伴生气发电与压缩/液化回收利用的***与方法，其通过在线定量分析石油伴生气的成分、浓度，并测试其流量与压力，根据石油伴生气分析结果，通过调节空气流量、进入到发电机的伴生气流量、以及燃气发电机功率，实现伴生气的平稳发电，一方面，给采油***以及气体压缩/液化***提供动力，另一方面，为伴生气综合利用***提供电力。同时，在有富余伴生气情况下，将多余的伴生气压缩/液化到液化气罐中，进行回收利用，而在伴生气不足情况下，则只发电，或进行油气混合发电。本发明同时监测发电装置的温度、气体压缩/液化装置的液位和压力、以及环境空气中的伴生气浓度，如果出现异常，则报警、关闭***，并将伴生气燃烧排空。

Description

一种石油伴生气发电与压缩/液化回收利用的***与方法

【技术领域】

本发明涉及石油伴生气再利用、石化及电力领域，特别涉及一种石油伴生气发电与压缩/液化回收利用的***与方法。

【背景技术】

石油、天然气勘探与开采现场，涉及大量伴生气。这些伴生气的特点是：(1)排量大。例如，我国石油开采现场的“天灯”每天放空燃烧烧掉的伴生气高达10×10⁸m³，一个“天灯”一天的排放量，其价值可达十余万人民币，相当于我国的两个西气东输；(2)成分复杂。在不同的场合，所排放的废气中的成分有所不同，但普遍包括的成分非常复杂。例如，石油勘探与开采过程中所排放的伴生气中，包括甲烷、乙烷，丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷等多种烷烃气体，有时候还有乙烯、一氧化碳气体；(3)伴生气中各组分的浓度比比复杂多样，且变化范围大。例如，有的油井的伴生气中甲烷成分高达70%，戊烷基本没有，而有的油井的伴生气中，甲烷只占到30%，戊烷的浓度可高达1%以上；(4)污染严重。石油、化工行业所排放的气体中的有机成分中，有些物质对人体、牲畜有害，甚至具有致癌作用，例如苯等，有些气体是温室气体，例如甲烷，它的温室效应是二氧化碳的20余倍。如果这些伴生气直接排放到大气中，将对大气产生极大的污染，因此必须加以处理。

目前，对石化伴生气所采取的处理方法主要有三种，一种是将这些伴生气燃烧后排空，这种方法是多年来一直用得最多的方法；另一种是回收，其中离天然气输气管道较近的，则将伴生气作为天然气的一部分，经过脱硫等处理后注入到天然气管道中，而离输气管道较远的油井，则将这些处理后的伴生气液化，然后当作天然气的一部分，向居民供应，这种方法是近几年来开始逐渐出现并推广的一种方法。对于前者，显然是一种能源的极大浪费，在能源日益紧缺的今天更是如此；对于后一种方法，由于石油井和天然气井大多在沙漠、山区等偏远地区，炼油厂、化工厂由于污染大，大多也在偏远的郊区，因此除了伴生气的液化成本高之外，其运输成本也是一笔高昂的成本，特别是碰到恶劣天气的时候，运输成本不但高，而且风险还很大。而且，由于伴生气的液化工作流程不规范，安全事故频发，以至于延安市2013年春不得不发出整顿伴生气液化安全生产。第三种方法是用伴生气发电，例如，克拉玛依油田早在2002年就开始用伴生气发电。但这种方法目前也存在很多问题，以至于没能全面推广。一方面，全部将伴生气发电并不合算，伴生气液化后供居民用，或者作为汽车清洁能源的价值比发电高；另一方面，由于伴生气中各成分复杂，且变化较大，发电难于平稳，甚至可能出现停机；再则，伴生气没有进行预处理，直接进行发电，对发动机伤害较大。

【发明内容】

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种石油伴生气发电与压缩/液化回收利用的***与方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种石油伴生气发电与压缩/液化回收利用的***，包括工控机、三通电磁阀、第一增压泵、气体过滤与干燥***、伴生气在线检测***、伴生气压缩/液化***、第一流量控制器、第二增压泵、第二流量控制器、稳压泵、内燃机发电***、变电***、电能质量监测***和通信***；其中，三通电磁阀上设有石油伴生气入口，三通电磁阀的石油伴生气出口连接第一增压泵的入口，第一增压泵的出口连接气体过滤与干燥***的入口，气体过滤与干燥***的出口连接伴生气在线检测***的入口，伴生气在线检测***的出口分为两股，一股与伴生气压缩/液化***的第一入口相连，一股与第一流量控制器的入口相连，第一流量控制器的出口连接稳压泵的石油伴生气入口；

第二增压泵上设有空气入口，第二增压泵的出口连接第二流量控制器的入口，第二流量控制器的出口连接稳压泵的空气入口，稳压泵的出口连接内燃机发电***的入口，内燃机发电***的出口连接伴生气压缩/液化***的第二入口相连；且内燃机发电***与变电***相连，变电***与电能质量监测***相连；

工控机用于对第一增压泵、伴生气在线检测***、伴生气压缩/液化***、第一流量控制器、第二增压泵、第二流量控制器、稳压泵、内燃机发电***、变电***、电能质量监测***和通信***进行控制；伴生气在线检测***用于在线监测石油伴生气中的组分及其浓度。

本发明进一步改进在于：还包括流量测量仪和压力测量仪，其分别设置在三通电磁阀的石油伴生气出口连接第一增压泵的入口的管道上，用于在线监测石油伴生气的气压和流量，且流量测量仪和压力测量仪的输出端与工控机相连。

本发明进一步改进在于：还包括第三流量控制器，其上设有液化气入口，第三流量控制器的出口连接稳压泵的液化气入口。

本发明进一步改进在于：还包括环境气体监测***，其分别第二增压泵、第三流量控制器及稳压泵进行在线监测，且其与工控机相连。

本发明进一步改进在于：三通电磁阀上设有用于石油伴生气燃烧排空的出口。

本发明另一个目的，一种石油伴生气发电与压缩/液化回收利用的***的方法，包括以下步骤：

1）石油伴生气流经三通电磁阀后经第一增压泵增压，再经气体过滤与干燥***，形成无尘干燥的可燃气体，无尘干燥的可燃气体经过伴生气在线检测***后分为两股，一股进入伴生气压缩/液化***，另一股通过第一流量控制器后进入稳压泵；

2）空气经第二增压泵增压后，通过第二流量控制器进入稳压泵；

3）工控机分别对步骤1）和步骤2）中的第一增压泵、伴生气在线检测***、伴生气压缩/液化***、第一流量控制器、第二增压泵、第二流量控制器和稳压泵进行控制，使得无尘干燥的可燃气体和空气在稳压泵中混合后，输出稳压可燃气；

4）稳压可燃气进入内燃机发电***进行发电，并经变电***变压后进入电能质量监测***，电能质量监测***输出常规可用电能，其中，工控机分别对内燃机发电***、变电***和电能质量监测***进行控制。

本发明进一步改进在于：还包括第三流量控制器，当稳压泵流出的稳压可燃气不能满足内燃机发电***发电需求时，工控机控制第三流量控制器，将压缩/液化气补入稳压泵。

本发明进一步改进在于：若伴生气压缩/液化***中的压缩/液化伴生气罐中的伴生气是液态，则液位警戒线不超过液化伴生气罐深度的80%，若罐中伴生气是气态，则压力警戒线不应超过压缩罐的压力容许值的80%，当压缩/液化伴生气罐中的液化伴生气液位或压力超过警戒线设定值时，通过通信***告知***管理员以及监控中心，若提示已满，则通过三通电磁阀切断***的供气，并将伴生气燃烧排空。

本发明进一步改进在于：还包括环境气体监测***，当环境气体监测***监测到石油伴生气发电***温度高于设定阈值或者***环境大气中的瓦斯浓度高于设定阈值时，工控机通过三通电磁阀关闭伴生气发电与压缩/液化回收***的供气，通过通讯***发出警报，并将石油伴伴生气燃烧排空。

本发明进一步改进在于：提示压缩/液化伴生气罐已满是指压缩/液化伴生气罐中液位高于某一个用户设定的阈值，该阈值为压缩/液化伴生气罐深度的80%到90%范围内，或者是压缩/液化伴生气罐内气压高于用户设定的某个压力阈值，该压力阈值在压缩/液化伴生气罐压力容许值的80%到90%范围内。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

本发明中的石油伴生气经过过滤与干燥后，形成无尘干燥的气体，采用光谱分析法对石油伴生气进行分析，并监测其流量，在分析与监测结果基础上，对伴生气进行配比，获得燃气发电机的可燃气，并用燃气发电机将这些气体燃烧后提供的动能发电，为油田采油、以及气体压缩/液化提供动力与必需的电能。本发明在不增加碳排放量的前提下，把石油伴生气转换成便于使用、便于传输的电能，以及压缩/液化成压缩气或液化气，供居民使用，最终实现提高液化气生产的安全性，以及节能减排。

【附图说明】

图1是本发明石油伴生气发电与压缩/液化回收***的结构示意图；

图2是建立光谱分析模型所样气光谱制作示意图；

图3(a)浓度均为1%的单组份气体甲烷、乙烷和丙烷的光谱图是单组份10%甲烷、2%乙烷及1%丙烷的混合气的中红外光谱高波数段光谱，图3(b)是单组份10%甲烷与2%乙烷的混合气的中红外光谱高波数段光谱；

图4神经网络结构示意图；

图5(a)是甲烷、乙烷和丙烷气体长期在线监测过程中获得的发生基线畸变的三个谱图；

图5(b)是图5(a)中三个光谱图基线校正后的光谱图；

图5(c)是图5(a)中data1的初始光谱图，及其基线修正光谱图、重构光谱图；

图5(d)是图5(a)中data2的初始光谱图，及其基线修正光谱图、重构光谱图；

图5(e)是图5(a)中data3的初始光谱图，及其基线修正光谱图、重构光谱图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参见图1和图2，本发明一种石油伴生气发电与压缩/液化回收利用的***，包括工控机、环境气体监测***、三通电磁阀、流量测量仪、压力测量仪、第一增压泵、气体过滤与干燥***、伴生气在线检测***、伴生气压缩/液化***、第一流量控制器、第二增压泵、第二流量控制器、第三流量控制器、稳压泵、内燃机发电***、变电***、电能质量监测***和通信***。

其中，三通电磁阀上设有石油伴生气入口和用于石油伴生气燃烧排空的出口，三通电磁阀的石油伴生气出口连接第一增压泵的入口，第一增压泵的出口连接气体过滤与干燥***的入口，气体过滤与干燥***的出口连接伴生气在线检测***的入口，伴生气在线检测***的出口分为两股，一股与伴生气压缩/液化***的第一入口相连，一股与第一流量控制器的入口相连，第一流量控制器的出口连接稳压泵的石油伴生气入口。

第二增压泵上设有空气入口，第二增压泵的出口连接第二流量控制器的入口，第二流量控制器的出口连接稳压泵的空气入口；第三流量控制器上设有液化气入口，其出口连接稳压泵的液化气入口；稳压泵的出口连接内燃机发电***的入口，内燃机发电***的出口连接伴生气压缩/液化***的第二入口相连；且内燃机发电***与变电***相连，变电***与电能质量监测***相连。

流量测量仪和压力测量仪分别设置在三通电磁阀的石油伴生气出口连接第一增压泵的入口的管道上，用于在线监测石油伴生气的气压和流量，且流量测量仪和压力测量仪的输出端与工控机相连。

工控机用于对第一增压泵、伴生气在线检测***、伴生气压缩/液化***、第一流量控制器、第二增压泵、第二流量控制器、稳压泵、内燃机发电***、变电***、电能质量监测***和通信***进行控制；伴生气在线检测***用于在线监测石油伴生气中的组分及其浓度。

环境气体监测***，其分别第二增压泵、第三流量控制器及稳压泵进行在线监测，且其与工控机相连。

本发明一种石油伴生气发电与压缩/液化回收利用的方法，包括以下步骤：

1）石油伴生气流经三通电磁阀后经第一增压泵增压，再经气体过滤与干燥***，形成无尘干燥的可燃气体，无尘干燥的可燃气体经过伴生气在线检测***后分为两股，一股进入伴生气压缩/液化***，另一股通过第一流量控制器后进入稳压泵；

2）空气经第二增压泵增压后，通过第二流量控制器进入稳压泵；

3）工控机分别对步骤1）和步骤2）中的第一增压泵、伴生气在线检测***、伴生气压缩/液化***、第一流量控制器、第二增压泵、第二流量控制器和稳压泵进行控制，使得无尘干燥的可燃气体和空气在稳压泵中混合后，输出稳压可燃气；

4）稳压可燃气进入内燃机发电***进行发电，并经变电***变压后进入电能质量监测***，电能质量监测***输出常规可用电能，其中，工控机分别对内燃机发电***、变电***和电能质量监测***进行控制。

进一步地，还包括第三流量控制器，当稳压泵流出的稳压可燃气不能满足内燃机发电***发电需求时，工控机控制第三流量控制器，将液化气补入稳压泵。

进一步地，还包括环境气体监测***，当环境气体监测***监测到石油伴生气发电***温度高于设定阈值或者***环境大气中的瓦斯浓度高于设定阈值时，工控机通过三通电磁阀关闭伴生气发电与压缩/液化回收***的供气，通过通讯***发出警报，并将石油伴伴生气燃烧排空。

若伴生气压缩/液化***中的压缩/液化伴生气罐中的伴生气是液态，则液位警戒线不超过液化伴生气罐深度的80%，若压缩/液化伴生气罐中伴生气是气态，则压力警戒线不应超过压缩/液化伴生气罐压力容许值的80%，当压缩/液化伴生气罐中的液化伴生气液位或压力超过警戒线设定值时，通过通信***告知***管理员以及监控中心，若提示已满，则通过三通电磁阀切断***的供气，并将伴生气燃烧排空。其中，通信***提示压缩/液化伴生气罐已满是指压缩/液化伴生气罐中液位高于某一个用户设定的阈值，该阈值为压缩/液化伴生气罐深度的80%到90%范围内，或者是压缩/液化伴生气罐内气压高于用户设定的某个压力阈值，该压力阈值在压缩/液化伴生气罐压力容许值的80%到90%范围内。

为了对本发明进一步了解，现对其工作过程做一详细陈述。

本发明通过伴生气在线检测***中的光谱仪在线定量分析伴生气的成分、浓度，并用流量测试仪、压力测量仪测试其流量与压力，同时用甲烷甲烷传感器监测***外部环境空气中的伴生气浓度，根据伴生气分析结果，通过流量控制器来调节空气流量、进入到发电机的燃伴生气流量、以及燃气发电机功率，实现伴生气的平稳发电，发电机组一方面给采油***以及气体压缩/液化***提供动力，另一方面为采用***提供电力，以节省采油***的供电***，节省电费。同时，在有富余伴生气情况下，用气体压缩/液化机将多余的伴生气压缩或液化到伴生气的压缩/液化气罐中，进行回收，供给下游用户使用，而在伴生气不足情况下，则只发电，或补充液化气发电，或油气混合发电，从而达节能减排的目的，***同时用温度测试仪监测发电***的温度，用液位测试仪和压力测量仪测试压缩/液化伴生气罐的压力与液位，如果***出现异常，则通过三通电磁阀关闭伴生气发电与压缩/液化回收***的供气，用通讯***发出警报，并将伴生气燃烧排空。

具体地说，石油伴生气经过过滤与干燥后，形成无尘干燥的气体，采用光谱分析法对石油伴生气进行分析，并监测其流量，在分析与监测结果基础上，对伴生气进行配比，获得燃气发电机的可燃气，并用燃气发电机将这些气体燃烧后提供的动能发电，为油田采油、以及气体压缩/液化提供动力与必需的电能。可燃气体配比的方法是根据燃气发电机平稳运行所需的燃料需求，将空气、天然气或液化气、以及经过干燥的矿井瓦斯或石化伴生气分别通过流量控制器抽入稳压泵，形成稳压可燃气。燃气发电机平稳运行是指稳压可燃气可以在燃气发电机中进行充分的燃烧，而且不会熄火。石油伴生气流量的控制是通过工控机根据前端压力测量结果来实现的，其原则是保证伴生气压力维持在某一压力范围，不至于因为气源流量不足而熄火，也不至于因为气源流量大而出现供给过量。燃气发电机在工控机的控制下进行工作，如果伴生气的流量大，则将富余的压缩/液化气压缩或液化到气罐中，否则，只发电，不进行伴生气的压缩或液化。电能质量控制***也是在工控机的控制下工作，用于把燃气发电机发出来的电能根据需要转换成合适的电压、频率的电能，以反馈给电网，或者直接供给当地居民、工厂使用。***同时保留原有的伴生气排空燃烧***，并监测伴生气发电与压缩/液化回收装置的状态，包括压力、温度等，以及环境空气中的成分与浓度，如果参数出现异常，则关闭本***的气路，将伴生气排空燃烧。

进一步，石油伴生气中各气体成分及其浓度是采用中红外吸收光谱定量分析来实现的，以满足本***气体定量分析的非耗损、无明火、可免维护持续工作的要求，石油伴生气的成分与浓度光谱在线分析是通过分析模型建立、光谱分析及光谱畸变识别与处理来实现的，其中分析模型是在***开发过程中建立的，而光谱分析及光谱畸变识别与处理是在石油伴生气发电***正常工作时进行的。

石油伴生气流量的控制是以不影响前端石油开采为前提来实现的，天然气或液化气，空气流量的控制，燃气发电机机组功率的控制是根据气体组分及其浓度的分析结果，采油与气体压缩/液化所需动力，以燃气发电机燃烧充分、不死机的要求来实现的。

石油伴生气是否富余有采油***所需的动力和电能所决定，石油伴生气在提供采油***所需动力和电能之后，还有剩余，则表明有富余石油伴生气，否则，没有。

***出现异常是指空气中的伴生气浓度上升过快，浓度过高，这表明有伴生气泄露；石油伴生气罐液位已达到用户设定的警戒线，液化气罐即将充满；石油伴生气罐温度过高；发电机组温度过高，有异常，需要检修，报警是指***在显示屏上显示上述异常的标示信号，发出提示声音，并向***管理员发送报警信息短信，如果是有伴生气泄露，或者发电机组温度过高，则通过三通电磁阀关闭伴生气发电与压缩/液化回收***的供气，并将伴生气燃烧排空。

在建立分析模型所需要的样气光谱制作过程中，样气的压力与石油伴生气发电与压缩/液化回收***正常工作时光谱仪气室中的压力必须是相同的，以保证伴生气成分与浓度在线分析的准确性。

压缩/液化伴生气罐中的液位或压力警戒线可由用户设定，但液位不能超过气罐深度的80%，压力不能超过气罐容许值的80%，液位或压力只是达到警戒线，但还未充满，此时只短信告知***管理员，以及监控中心，***继续运行；如果伴生气罐中的液位或压力测试结果提示气罐已满，其液位阈值可由用户设定在气罐深度的80%到90%范围内，气压可由用户设定在气罐压力容许值的80%到90%范围内；石油伴生气发电***温度过高是指其温度高于某个阈值，该阈值一般不超过所采用的发电机组正常温度的15%；压缩/液化伴生气罐的温度过高，是指该温度高于45℃；***环境大气中的瓦斯浓度过高，是指大气中瓦斯浓度高于某阈值，该阈值可由用户确定，但体积百分比浓度不超过4.5%；瓦斯浓度上升速度的判定阈值也可由用户设定，但体积百分比浓度上升速度不能低于0.1%/分钟。

本发明石油伴生气发电***由硬件和软件两部分组成，以下结合附图对本发明作进一步的详细描述。其中石油伴生气流量以1升/分钟至100升/分钟为例。

1.硬件部分

矿井瓦斯及石化伴生气发电***的硬件部分包括连接管路、流量监测仪、压力测量仪、温度监测仪、瓦斯监测器、液位监测仪、增压泵、气体过滤与干燥***、天然气或液化气气源、流量控制器、稳压泵、燃气在线检测***、工控机、燃气发电机、电能质量控制***、伴生气液化***、电磁阀组成和通讯***，如附图1所示。

气体过滤与干燥***用于滤除石油伴生气中的粉尘，除去气体中的水蒸气。实现的方式，以及***的结构、材料、尺寸可根据不同实际情况确定，不作限制。对于本实施例，只要能有100升/分钟流量容量，气体干燥度能满足燃气发电机要求即可；

流量控制器的控制范围根据实际情况而定，其品牌、结构和尺寸等方面不受限制。对于本实施例，流量控制器1只要能控制碳氢可燃气体流量，其流量上限只要稍大于1升/分钟，且准确度够高即可，一般选择准确度为1%的控制器；对于流量控制器2，它是用来控制空气流量的。由于伴生气上限是10升/分钟，当伴生气全为可燃气时，按照空气中氧气含量22%计算，伴生气中主要成分为甲烷，考虑到每个甲烷分子充分燃烧需要消耗两个氧气分子，为了保证气体燃烧充分，空气的流量必须达到2×1/22%=9.0909(升每分钟)，取10升/分钟；对于流量控制器3，若伴生气中有机成分浓度很低，几乎全为空气，其流量达到1升/分钟时，考虑到天然气、液化气的主要成分是甲烷，甲烷浓度在5%以上能正常燃烧，为保证燃气发电机能正常运转，其流量上限为1升/分钟。

压力测量仪有两种，一种用于测量未压缩/液化的石油伴生气的压力，称之为压力测量仪1，另一种用于测量压缩/液化伴生气罐中的压力，称之为压力测量仪2。两种压力测量仪可以是半导体压阻式压力传感器构成的压力测量仪、电容式压力传感器构成的压力测量仪，以及其它不受被测气体腐蚀的压力传感器构成的压力测量***。其输出信号可以是电压信号、电流信号、相位信号，也可以是调制脉冲信号。压力测试仪的测量范围、准确度根据具体实际情况而定。在本实施例中，流量控制器的前端压力在1.01到1.2大气压，增压泵前端压力不低于0.9大气压，因此，压力测量仪1的测量范围只要在[0.9，1.2]大气压即可，最大偏差不大于0.005个大气压即可。由于通用液化气钢瓶的最大承受压力为2.1兆帕，罐内压力在20摄氏度时只有0.8兆帕，40摄氏度时，可达1.59兆帕，油井现场的最低温度可达-30℃，因此压力测量仪2的测量范围应涵盖或接近该范围，只要在[0.1兆帕，2.1兆帕]，最大偏差不大于0.01兆帕即可；

温度监测仪也有两种，一种用来监测伴生气发动机排气管中温度，称之为温度监测仪1，另一种用来监测压缩/液化伴生气罐中的温度，称之为温度监测仪2。温度监测仪1的监测上限可到800℃以上即可，型号不限，温度监测仪2的监测上限可到50℃以上即可，型号不限；

瓦斯监测器用来监测大气中伴生气的浓度，以判断是否有伴生气泄露，其型号不限，只要仪器或传感器稳定，检测上限能达到5%以上即可；

液位监测仪用来监测石油伴生气压缩/液化罐中液化伴生气的液位，只要能承受液化伴生气的压力和温度即可，无型号要求，可以是电容式的，也可以是超声波式的；

增压泵的功能是增大矿井瓦斯、石化伴生气的压力，以及空气压力，使得控制它们流量的控制器的输入端压力大于输出端压力，且两端压力差在流量控制器的正常工作范围内，并尽可能维持流量控制器输入端的压力恒定，减小流量控制器的输出的波动。它是任何可以增大气体压力的泵，只需流量够大，气体输出端压力满足流量控制器要求，输出端压力可测即可，品牌不受限制。如果增压泵输出端压力不可测，则还需在增压泵与流量控制器之间增加压力测量仪。对于增压泵1和2，其流量上限在100升/分钟。两个增压泵的增压上限在1.2个大气压即可；

连接管路可以是玻璃管、橡胶管、不锈钢管及其它不被多组分被测气体腐蚀的密闭连接管。对与本实施实例，连接管路只要不被烷烃有机物腐蚀，管路直径够大，能承受压力即可0.9～1.2大气压即可；

天然气或液化气气源是为了在石油伴生气不足以燃烧发电时，补充燃料，以充分利用石油伴生气中的碳氢化学能进行发电。本实施例中要求起源流量能达到1升/每分钟，气压在1.01个大气压以上即可。如果气压大于1.2大气压，则还需配带一个减压阀；

稳压泵用来控制进入燃气发电机的可燃气体的压力。一方面可以保证气体组分及其浓度分析的准确性，另一方面可以保证燃气发电机的正常进气。它只需满足实际应用中压力控制和流量的范围的要求，可通过工控机控制即可，其品牌、结构和尺寸等方面不受限制。本实施例把燃气压力稳定在1个大气压；

伴生气在线分析***用来分析伴生气中的气体成分及相应浓度，以反馈信息给工控机，用以调节空气、天然气或液化气的流量控制。伴生气在线分析***主要是傅里叶变换红外光谱仪，它只需满足防爆性能和分析速度即可，其品牌和型号不受限制，可以是Bruker公司的Alpha系列光谱仪，也可以是Bruker公司生产的Tensor27傅里叶变换红外光谱仪，还可以是PE公司的Spectrum Two等其它公司的生产的其它型号的傅里叶变换红外光谱仪；

工控机用来测量矿井瓦斯、石化伴生气压力，控制流量控制器的流量，控制增压泵和稳压泵的压力，对傅里叶变换红外光谱仪光谱进行分析，以获取稳压可燃气的成分及浓度，调节燃气发电机功率，控制电能质量***，控制伴生气液化装置。它只需根据实际应用，具备适合于应用环境的能力、相关信号通信功能、数据采集、数据处理能力与处理速度即可，其型号、品牌和尺寸不受限制；

燃气发电机用来实现可燃气的燃烧与发电，只要能实现碳氢化合气体的燃烧与发电、装机容量能满足石油开采与伴生气液化所需的动力和电能需求即可。它可以是单台大功率燃气发电机，也可以是多台燃气发电机组成的机组；

电磁阀是三位三通电磁阀，用来切换石油伴生气，一端连着油井井口伴生气处理装置的伴生气输出管，它一端连着石油伴生气发电与压缩/液化回收综合利用***，另一端连着伴生气燃烧排空管。伴生气总是从井口伴生气处理装置的伴生气输出管进入三位三通电磁阀，如果***工作正常，则流向石油伴生气发电与压缩/液化回收综合利用***，否则，流向伴生气燃烧排空管，是的伴生气燃烧排空；

变电***主要用来把发电机发出的电能转换为满足特定的需求的电能。例如，将燃气发电机发出的电调节成1千伏、50Hz的电能调节成220V、50Hz的电能直接供给采油***使用，以及现场的照明使用。它可以是根据实际应用要求自行研制，或者直接从市场购买现成的变电***。对于有些发电机，由于其输出电能本身能满足需求，此时本部分可以省略；

电能质量监测***用来监测变电***输出的电能质量，或者燃气发电机发出的电能质量，以供电能质量评估。它可以是自行根据实际应用要求研制，或者直接从市场购买现成的电能质量监测***。

1.软件部分

软件在工控机中运行，其功能主要包括石油伴生气成分与浓度的光谱分析、伴生气压力测量，流量的测量与控制，增压泵与稳压泵的控制，燃气发电机的控制，电能质量的控制，伴生气压缩/液化控制，以及信号的传输。

1)石油伴生气的压力与流量的测量，伴生气发电机温度的测量，液位测量，以及外部空气中的瓦斯浓度测量

压力与流量的测量是为了获取石油伴生气的压力与流量信息，其方法是工控机读取压力测量仪与流量测量仪的信号，并根据一定转换规则，将该信号转换成压力与流量信号。这需要视所读取的信号的形式来转换。如果是压力和流量测量仪输出的信号本身就是数字式压力值与流量值，则无需转换，直接读取即可。读取的方式包括串行通讯、网口通讯、无线通讯、以及调制脉冲等；如果输出的是某种电信号，则还需进行信号的采集与转换。伴生气发电机温度的测量，压缩/液化伴生气罐中的液位和压力的测量，以及外部空气中的瓦斯浓度测量，其方法与压力与流量的测量的方法是一样的。这里以压力为例来予以说明：

(1)信号采集。如果压力测量***输出某种电压、或者电流信号，则工控机通过设置采集卡的采样频率、采样分辨率，并启动采样，获取信号的数值。采样频率、采样分辨率视实际应用情况而定。如果压力传感器具有良好的信噪比，则可以选择较高的分辨率，以获得较准确的测量结果。否则，分别率可以设置得低一些，以获得较快的采集速度；如果矿井瓦斯、石化伴生气的气流速度较快，压力变化较快，则信号采集的频率也适当设置高一些，以获得好的动态特性，否则可以设置低一些，以减小工控机在信号采集中所消耗的资源；

(2)信号的转换。工控机采集到的压力测量***的信号的数值，往往并非是压力值，它与压力值具有某种对应关系，因此需要进行转化。有的压力测量仪上给出了转换公式，那么在工控机中直接执行这种转换。如果没有给出这种转换关系，则需要进行标定，获取标定数据，然后进行转换关系的拟合，最后才采用获得的转换关系式进行转换。这种转换关系的确定采用如下最小二乘多项式法来实现：

B=(H×H')^-1×H'×Y        (1)

式中Y=[y₁,y₂,…，y_N]'表示标定的N个样本中的压力向量；B=[b₀,b₁,…,b_M]'表示M阶多项式中的M+1个系数向量，M<N，且M≥1；表示多项式矩阵，其中x_i(i=1,2,…,x_N)表示与y_i对应的采样值。于是，在获得多项式系数向量B后，对于每个采集数据x，可采用式(2)进行转换。

$y=\underset{i=0}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{b}_i{x}^i---\left(2\right)$

2)流量控制器的控制

流量的控制包括三个：石油伴生气流量控制，空气流量控制，压缩气或液化气的流量控制。

石油伴生气的流量是用压力测量结果作为反馈信号来控制的，目标是维持石油伴生气的压力在某一范围内。该压力根据实际应用来确定，确定的原则是压力的变化不会影响前端的生产或安全。控制算法可采用PID控制算法：

Δ=F_S-F         (3a)

$C\left(n\right)=p_P\mathrm{\&Delta;}\left(n\right)+p_I\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}\left(i\right)+p_D[\mathrm{\&Delta;}\left(n\right)-\mathrm{\&Delta;}(n-1)]---\left(3b\right)$

式中C(n)为当前控制量；F为当前测试压力值；F_S为维持不会影响前端的生产或安全的压力基准值；Δ(n)、Δ(n-1)分别为基准值与当前压力值、以及前一时刻压力值的差值；p_p、p_I和p_D分别为PID控制中比例环节、积分环节和微分环节系数，它们可以通过PID控制参数调节方法来获得。

空气流量、天然气或液化气的流量是用光谱分析结果作为反馈信号来进行控制的，其目标是维持稳压可燃气中的还原气体在燃气发电机所需要的浓度要求范围内，使得气体可以充分燃烧，而且燃气发电机不会熄火。这两个流量计只有一个是打开的。当稳压可燃气中的还原气体浓度过大时，开启空气流量控制器，关闭天然气或液化气流量控制器；否则，开启控制算法天然气或液化气流量控制器，关闭空气流量控制器。这两个流量控制器的控制同样可用同式(3)类似的PID控制算法来实现，只需把F_S替换为燃烧还原气期望浓度，F替换为燃烧还原气当前分析结果，用PID控制参数调节方法来重新获得参数p_p、p_I和p_D即可。

3)增压泵与稳压泵的控制

增压泵与稳压泵的控制方法，同式(3)的流量控制器控制算法完全一样。

4)石油伴生气光谱分析

石油伴生气成分与浓度的光谱分析是本发明的重要内容之一。本发明以天然气勘探的层析气为例来说明稳压可燃气成分与浓度的光谱分析方法。天然气的主要成分是甲烷，此外还含有一定浓度的乙烷和丙烷。光谱分析是通过分析模型来实现的。分析模型的输入是某些光谱数据经过一定的运算形成的特征变量，输出是目标气体的浓度。而在光谱仪器长时间工作过程中，光谱容易发生畸变，因此还需要对畸变进行识别与处理，以获得可靠的、准确的分析结果。因此，光谱分析主要包括分析模型的建立、光谱畸变识别与处理和稳压可燃气分析三个步骤，其中第一个步骤是在***开发过程完成的，后两个步骤是每次光谱分析都必须完成的步骤。

(1)分析模型建立

·样气光谱获取

要建立多组分气体的分析模型，首先要制作一定的标定样本。本实施实例中需要分析甲烷、乙烷、丙烷三组分目标气，其中甲烷浓度范围为0～100%，乙烷浓度范围为0～5%，丙烷浓度范围0～1%。单组份气体样本用流量控制器自行配置，其中甲烷的样本点浓度值为[0.02%,0.1%,0.2%,0.5%,1%,3%,10%,30%,50%,70%,100%]，乙烷样本点浓度值为[0.02%,0.1%,0.2%,0.5%,1%,2%,5%]，丙烷样本点浓度值为[0.02%,0.1%,0.2%,0.5%,1%]；混合气样本通过购买相应的标准气体得到，对应的部分混合气的标准气体浓度分别为：

将这些样气依次充满光谱仪气室，用光谱仪扫描光谱，得到该样气的光谱图。光谱图的横坐标一般为波数，纵坐标主要有两种：一种是吸光度，另一种是透射率。某谱线处的吸光度对应于该处透射率的自然对数的负数。因此，光谱图的纵坐标不论采用哪一种形式，本质上是相同的。本实例中的光谱图以透射率为输出，获得的浓度均为1%的单组份气体甲烷、乙烷和丙烷的光谱图如附图3(a)所示，获得的单组份气体10%甲烷、1%乙烷、1%丙烷，以及10%甲烷和2%乙烷的混合气光谱的高波数段如附图3(b)所示。

·特征变量提取

特征变量提取过程中，可以提取某一谱线作为某种气体的特征变量，也可以某一段光谱的面积作为特征变量，还可以提取多条谱线值的组合作为不同气体的特征变量。对于不同的应用场合，采用的提取方法不同，所选择的特征变量也不同。例如，观察附图2可知，对于甲烷、乙烷、丙烷三组分的混合气的光谱定量分析，波数3016.5处的谱线值val_3016.5可以作为甲烷的特征变量，波数3002.2至波数3022.3之间的所有谱线值之和，以及波数3002.2、3016.5和3022.3处的谱线值的组合：log(val_3002.2)+log(val_3022.3)-2×log(val_3016.5)(log(·)表示自然对数)，也可以作为甲烷的特征变量。但不论如何，在学习样本中，所要用到的谱线在不同气体浓度组合下的谱线值是需要知道的。为简单起见，这里采用前向选择法，选取波数为3022.3和3016.5的两条谱线值的自然对数之差作为甲烷的特征变量：

v_m=ln(val_3022.3)-ln(val_3016.5)          (4a)

波数为3029.2和3081.2的谱线值的自然对数差作为乙烷的特征变量：

v_e=ln(val_3081.2)-ln(val_3029.2)        (4b)

波数为3002.2和3028.0的谱线值的自然对数差作为丙烷的特征变量：

v_p=ln(val_3028.0)-ln(val_3002.2)          (4c)

式中v_m、v_e和v_p分别表示甲烷、乙烷和丙烷的特征变量，ln(val_n)表示波数为n的谱线值的自然对数。这里采用的前向选择法也就是比较哪两条谱线的差值形成的特征变量对某一种气体的灵敏度比较高，而对其它气体灵敏度比较低。采用自然对数是因为谱线值是光谱透射率，取自然对数以后形成的特征变量的线性度相对要高。取谱线差作为特征变量是因为这种方法形成的特征变量有利于消除光谱基线平移带来的影响。如果光谱图的纵坐标采用的是吸光度形式，则式(4)中不需要求自然对数，直接用谱线值即可；

·分析模型构建

分析模型是以特征变量为输入，目标气体浓度为输出的模型。本实例中，模型输入为式(4)给出的三个特征变量，输出分别为甲烷浓度和乙烷浓度。所构建的模型可以是BP神经网络，也可以是RBF神经网络，结构如附图4所示。由于三个输入向量之间两两相关，因此神经网络的隐层初始节点数可以设为6。由于光谱对气体浓度的灵敏度一般随着浓度的增大而减小，所提取的特征变量是由若干谱线的值的组合而成了，因此具有同样的特性。于是，对于BP神经网络，隐层节点的响应函数选择S型函数比较合适。

·分析模型训练

分析模型的训练即确定所构建的分析模型的权值和阈值参数。由于Matlab中有神经网络工具箱，因此可以直接借助该工具箱来实现分析模型的训练。

对于BP神经网络的训练，可以在Matlab中由如下源程序完成：

net=newff(V,C,6,{'tansig','purelin'});%创建分析模型，模型名称为net。

net.trainParam.epochs=500;%设置训练代数为500，也可以设置更大的值。

net.trainParam.goal=0.000001;%设置网络训练目标，它可以根据用户设定，默认训练样本的均方误差，也就是经验误差。在训练的过程中，训练目标达到要求或者训练代数达到设定值，网络训练结束。

net=train(net,V,C);%训练分析模型。

·分析模型计算式的构建

对于本实施实例，有3个输入：v_m,v_e和v_p，6个隐层节点，输出层有三个节点，即甲烷、乙烷和丙烷的浓度。训练结束后，对于建立并训练好的分析模型结构体net，按如下步骤构建分析模型计算表达式：

计算隐层节点输入

In_m=net.IW{1}×InputS+net.b{1}            (5)

式中InputS为输入向量，且Input_S=[v_m,v_e,v_p]^T；net.IW{1}为分析模型中输入层与隐层之间的连接权值矩阵，它是一个6×3的矩阵；net.b{1}为6×1的隐层节点阈值向量；In_m为6个隐层节点的列向输入向量。

计算隐层节点输出

Out_m(i)=f_m(In_m(i)))            (6)

式中f_m(·)为隐层响应函数，本实例中它是tansig函数，对于tansig(In)，其具体表达式为：2/(1+exp(-2×In))-1；Out_m为隐层输出向量。

计算输出层输出

InO=net.LW{2}×Out_m+net.b{2}        (7)

式中net.LW{2}为3×6的隐层与输出层之间的连接权值矩阵；net.b{2}为3×1的输出层阈值向量；In_O即分析模型的输出向量，也就是甲烷、乙烷和丙烷的浓度。

(2)光谱分析及光谱畸变识别与处理

光谱仪长时间工作以后，由于环境参数、光谱仪器件特性发生一定的变化，导致光谱产生一定的畸变，这给分析结果带来严重影响。光谱畸变识别与处理是根据光谱的畸变情况来识别并处理的，以尽可能减小光谱畸变给分析结果带来的影响。同时，光谱畸变的识别与处理必须与光谱分析相互结合，才能获得理想的结果。本应用实例中，将光谱畸变分为基线规则畸变和非规则畸变，对于规则畸变，通过光谱的平移与旋转来实现光谱的校正，而对于非规则畸变，则放弃本次分析，并提示错误，或者给出分析结果可信度。如果连续出现非规则畸变，则重新扫描背景。对于如附图5(a)所示的三个光谱图data1、data2和data3，其光谱分析及光谱畸变识别与处理分别采用如下步骤来实现：

·气体成分与非敏感区搜寻

观察附图3(a)可知，在波数600、1100、2000、2500、3400等处的附近，甲烷、乙烷和丙烷的灵敏度非常小，称之为非敏感区。对于第i种气体在第j个非敏感区的灵敏度S_ij，还可用式(8)确定：

s_ij=inv(Y_i*Y_i')*Y_i*(1-V_ij)'            (8)

式中Y_i表示第i种气体单组份样本的浓度值向量；Y_i'表示向量Y_i的转置；V_ij=[mean(v_ij1),mean(v_ij2),…,mean(v_ijN)]表示第i种气体单组份样本光谱中第j个非敏感区的谱线均值向量，mean(v_ijk)(k=1,2,…,N)表示第i种气体第k个单组份样本光谱的第j个非敏感区的若干谱线的均值；inv(·)表示矩阵求逆运算。采用式(8)和甲烷、乙烷、丙烷各自单组份样本在上述5个波数段光谱数据，每个波段选择连续5条谱线求均值，可计算它们的灵敏度系数为：

S₆₀₀=[0         0.000042 0.000076]；S₁₁₀₀=[0.000029 0.000096 0.000549]

S₂₀₀₀=[0.000022 0.000151 0.000331]；S₂₅₀₀=[0.000024 0.000171 0.000352]

S₃₄₀₀=[0.000006 0.000130 0.000281]；          (9)

·在所有相邻两个非敏感区之间，对光谱段进行平移与旋转，进行基线校正

对于上述5个非敏感区，可将整个谱图分为4个区间，对每个区间进行平移与旋转，即可矫正光谱的规则畸变。由于每个谱图由两列构成，第一列是波数值，第二列是与第一列相对应的谱线值，3400、2500、2000、1100和600波数附近所对应的谱线序号依次为273、753、1023、1503、1758。于是，每段非敏感区取5个谱线值求平均偏差，假定待分析的3种气体的浓度向量为C，可采用如下源代码来实现初次光谱平移与旋转：

Baseline3400=1-mean(data(271:275,2))-S₃₄₀₀C';%求波数3400处的偏差

Baseline2500=1-mean(data(751:755,2))-S₂₅₀₀C';%求波数2500处的偏差

Baserate2500=(Baseline2500-Baseline3400)/(753-273);%求波数2500至3400之间的斜率

data(1:753,2)=data(1:753,2)+Baseline3400+([1:753]'-271)*Baserate2500;%矫正波数2500至3400之间的光谱

Baseline2000=1-mean(data(1021:1025,2))-S₂₀₀₀C';%求波数2000处的偏差

Baserate2000=(Baserate2000-Baserate2500)/(1023-753);%求波数2000至2500之间的斜率

data(754:1023,2)=data(754:1023,2)+Baseline2500+([754:1023]'-753)*Baserate2000;%矫正波数2500至3400之间的光谱

Baseline1100=1-mean(data(1501:1505,2))–S₁₁₀₀C';%求波数1100处的偏差

Baserate1100=(Baseline1100-Baseline2000)/(1503-1023);%求波数1100至2000之间的斜率

data(1024:1503,2)=data(1024:1503,2)+Baseline2000+([1024:1503]'-1023)*Baserate1100;%矫正波数1100至2000之间的光谱

Baseline600=1-mean(data(1756:1760,2))–S₆₀₀C';%求波数1100处的偏差

Baserate600=(Baseline600-Baseline1100)/(1758-1503);%求波数600至1100之间的斜率

data(1504:1866,2)=data(1504:1866,2)+Baseline1100+([1504:1866]'-1503)*Baserate600;%矫正波数600至1100之间的光谱

在连续的在线光谱分析过程中，上述源代码中的气体浓度向量C设定为上一次的分析结果。如果是第一次分析，则将其设置为0。对于本实施实例中的附图5(a)，有三个光谱图：data1、data2和data3。比较附图5(a)和附图3(a)可知，既然波数2900处附近没有强的吸收峰，说明这三个谱图所表征的气体中，各种烷烃的浓度很小，因此，在波数800到波数1100，以及在2500波数到3400波数范围内，几乎是一条幅值为1的直线。但附图5(a)中，波数800到波数1100的光谱段的光谱值明显大于1，而且稍有倾斜，在2500波数到3400波数范围内的光谱段明显小于1，其倾斜程度比波数800到波数1100的光谱段稍大，因此存在基线规则畸变，需要进行校正。设置气体浓度向量C为0，采用本步骤的源代码进行校正后得到的光谱图如附图5(b)所示；

·用标定的分析模型对校正后的光谱进行分析，获取气体组分及其浓度

分别把如附图5(b)所示的data1、data2和data3光谱代入式(4)中，计算各自的特征变量值v_m、v_e和v_p。然后分别代入式训练好的模型中，按照式(5)、(6)和(7)计算data1、data2和data3三个光谱图所表征的甲烷、乙烷和丙烷的浓度向量分别为：

C₁=[0.0196 0.0032 0.0017]；

C₂=[0.0071 0.0012 0.0003]；              (10)

C₃=[0.0473 0.0021 0.0023]；

如果部分气体浓度较大，则用最新计算的气体浓度值代入前述光谱校正步骤中，重新对光谱进行校正，直到该步骤中任何一个非敏感区的相邻两次偏差值之差小于某个阈值。各非敏感区的阈值设定为该波数段光谱的噪声幅度。由于本实施实例中各组分气体浓度很小，因此由该步骤校正一次即可，而且式(10)的结果可以当做最终分析结果。

·由分析得到的气体组分及其浓度重构光谱

为重构光谱，首先需要估算各谱线的折算吸光率，即吸光率与光谱仪光程乘积。第i种气体的第j个单组份样本在第k条谱线的折算吸光率为：

δ_ik,j=-log(v_ikj)/c_i,j        (11)

式中v_ikj表示第i种气体的第j个单组份样本在第k条谱线的光谱值；log(·)表示自然对数运算；c_i,j表示第i种气体的第j个单组份样本浓度。如果第i种气体的浓度计算值为c_i,x，且c_i,j<c_i,x≤c_i,j+1，j=1,2,…,N-1，则第k条谱线处，该种气体的折算吸光率为：

rate=(c_i,x-c_i,j)/(c_i,j+1-c_i,j)         (12a)

δ_ikx=(1-rate)×δ_ik,j+rate×δ_ik,j+1        (12b)

为缩短计算时间，可以只重构光谱中目标气吸峰及其附近的光谱段。本实施例中，只需重构波数段700～1300和2800～3200即可。为简单起见，本实施例中以第579条谱线(对应于波数2881.5)处的谱线的重构来说明谱线的重构方法。由于在小浓度情况下，各组分气体的折算吸光率几乎不随气体浓度变化而变化，因此本实施例中的各组分气体的折算吸光率直接采用0.1%浓度时的折算吸光率即可。例如，0.1%浓度正戊烷单组份样本在第579条谱线(对应于波数2881.5)处的谱线值为0.9462，故其折算吸光率由式(11)计算得到：

δ_7,579,4=-log(0.9462)/0.1=0.5530            (13)

以此类推，可求得3组分气体在579条谱线的折算吸光率并构成向量Δ得到：

Δ=[0.0200 0.1410 0.5393]             (14)

由式(10)和(14)根据Lambert-Beer定理可分别求得data1、data2和data3三个谱图在第579条谱线出的重构光谱值分别为：

v_1,579=exp(-C₁Δ')=0.9982

v_2,579=exp(-C₂Δ')=0.9995

v_3,579=exp(-C₃Δ')=0.9974

以此类推，可求得每条谱线的重构谱线值。于是，对于附图5(a)中的data1、data2和data3，校正前、后，以及重构的光谱分别如附图5(c)、5(d)和5(e)所示。

·光谱畸变识别与处理

对于光谱的规则畸变，前述步骤其实已经对光谱做了校正，本步骤用来识别光谱的非规则局部畸变，并根据识别结果做出合理处理。

观察附图5(c)中光谱可以发现，在波数1060附近，修正后的data1光谱值明显超出1.0020，实质上，该处的噪声幅度只有0.0015左右，因此data1光谱可能存在局部畸变，该次分析结果偏差可能比较大，如有可能，需要重新扫描背景，以获得较好的分析结果；观察附图5(d)可以发现，在波数1045附近，修正后的data2光谱的光谱值已近达到1.0020，因此data2光谱可能也存在局部畸变；观察附图5(e)可以发现，修正后的data3光谱的光谱值最大也不过1.0010左右，因此data3是没有发生局部畸变的良好光谱，用标定模型对该光谱进行分析，其可信度是很高的。实质上，由附图5(b)可以看出，在波数1000到1200范围内，data1和data2的光谱呈频率不等的纹波状，这本身就是光谱局部畸变的一种表现。

当然，在基于计算机的智能识别中，不可能通过人工观察来识别，需要通过软件来识别。对于本步骤，只需要比较所感兴趣的波数段范围内重构光谱与修正光谱的差别，如果修正光谱值大于对应的重构光谱的数值大于噪声水平，则可能存在局部畸变。差值越大，畸变程度越大。如果差值过大，则放弃当次分析结果，并提示出错；如果差值在一定容许范围，不足以产生大的影响，则继续工作；则如果连续出现光谱局部非规则畸变，则重新扫描背景。

5)燃气发电机的控制

燃气发电机的控制主要是控制其输出功率，它是根据稳压可燃气的流量来调节的。在本发明的软件部分，只需要根据当稳压可燃气的流量增大时，计算燃气发电机功率，并发出增大燃气发电机功率的指令；当已经开启的燃气发电机已经达到满负荷时，发出启动另一台未启动的燃气发电机的指令。稳压可燃气的流量等于流量控制器1和2或者3两者流量之和。

6)变电***

在软件部分，变电***主要根据电能质量监测***提供的结果，发出调节电压、相位的指令，以满足输出电能的指标要求。

7)电能质量监测***

电能质量的监测***主要监测输出电压及其相位、纹波等，监测结果除了对电能质量进行评估外，用来作为调节变电***的反馈信号，还可监测发电***、变电***的故障。在软件部分，本发明主要是读取监测***的数据，为调节变电***、诊断变电***和发电***的故障做准备。

8)石油伴生气压缩/液化回收与发电调度

工控机根据石油伴生气的流量与采油动力需求来决定是否需要进行石油伴生气压缩/液化，如果石油伴生气除了供给发电***还有剩余，整套石油伴生气发电与压缩/液化回收***运行状态正常，则进行伴生气的压缩/液化回收，否则，只发电。

9)报警决策

如果压缩/液化伴生气罐中的液位达到警戒线，但还未充满，则短信告知***管理员，以及监控中心，***继续运行，该警戒线可由用户设定，但液位警戒线不能超过气罐深度的80%，压力警戒线不能超过气罐容许值的80%；如果伴生气罐中的液位或压力测试结果提示气罐已满，则通过三通电磁阀切断***的供气，并将伴生气燃烧排空。测试结果提示气罐已满是指罐中液位高于某一个用户设定的阈值，该值为气罐深度的80%到90%范围内，或者是气压高于用户设定的某个压力阈值，该值在气罐压力容许值的80%到90%范围内。如果石油伴生气发电***温度过高，或者压缩/液化伴生气罐的温度，或者***环境大气中的瓦斯浓度过高，或者瓦斯浓度上升过快，则通过三通电磁阀切断***的供气，并将伴生气燃烧排空。瓦斯浓度过高的判断阈值可由用户设定，但体积百分比浓度不超过4.5%；瓦斯浓度上升速度也可由用户设定，但体积百分比浓度上升速度不能低于0.1%/分钟；压缩/液化伴生气罐的温度不能超过45℃，伴生气发电机组的温度阈值需根据所采用的机组参数来设定，一般不超过正常温度的15%。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (10)

1.一种石油伴生气发电与压缩/液化回收利用的***，其特征在于：包括工控机、三通电磁阀、第一增压泵、气体过滤与干燥***、伴生气在线检测***、伴生气压缩/液化***、第一流量控制器、第二增压泵、第二流量控制器、稳压泵、内燃机发电***、变电***、电能质量监测***和通信***；其中，三通电磁阀上设有石油伴生气入口，三通电磁阀的石油伴生气出口连接第一增压泵的入口，第一增压泵的出口连接气体过滤与干燥***的入口，气体过滤与干燥***的出口连接伴生气在线检测***的入口，伴生气在线检测***的出口分为两股，一股与伴生气压缩/液化***的第一入口相连，一股与第一流量控制器的入口相连，第一流量控制器的出口连接稳压泵的石油伴生气入口；

第二增压泵上设有空气入口，第二增压泵的出口连接第二流量控制器的入口，第二流量控制器的出口连接稳压泵的空气入口，稳压泵的出口连接内燃机发电***的入口，内燃机发电***的出口连接伴生气压缩/液化***的第二入口相连；且内燃机发电***与变电***相连，变电***与电能质量监测***相连；

工控机用于对第一增压泵、伴生气在线检测***、伴生气压缩/液化***、第一流量控制器、第二增压泵、第二流量控制器、稳压泵、内燃机发电***、变电***、电能质量监测***和通信***进行控制；伴生气在线检测***用于在线监测石油伴生气中的组分及其浓度。

2.根据权利要求1所述的一种石油伴生气发电与压缩/液化回收利用的***，其特征在于：还包括流量测量仪和压力测量仪，其分别设置在三通电磁阀的石油伴生气出口连接第一增压泵的入口的管道上，用于在线监测石油伴生气的气压和流量，且流量测量仪和压力测量仪的信号输出端与工控机相连。

3.根据权利要求1所述的一种石油伴生气发电与压缩/液化回收利用的***，其特征在于：还包括第三流量控制器，其上设有液化气入口，第三流量控制器的出口连接稳压泵的液化气入口。

4.根据权利要求3所述的一种石油伴生气发电与压缩/液化回收利用的***，其特征在于：还包括环境气体监测***，其分别第二增压泵、第三流量控制器及稳压泵进行在线监测，且其与工控机相连。

5.根据权利要求1所述的一种石油伴生气发电与压缩/液化回收利用的***，其特征在于：三通电磁阀上设有用于石油伴生气燃烧排空的出口。

6.一种石油伴生气发电与压缩/液化回收利用的方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至5任一项所述的一种石油伴生气发电与压缩/液化回收利用的***，包括以下步骤：

1）石油伴生气流经三通电磁阀后经第一增压泵增压，再经气体过滤与干燥***，形成无尘干燥的可燃气体，无尘干燥的可燃气体经过伴生气在线检测***后分为两股，一股进入伴生气压缩/液化***，另一股通过第一流量控制器后进入稳压泵；

2）空气经第二增压泵增压后，通过第二流量控制器进入稳压泵；

3）工控机分别对步骤1）和步骤2）中的第一增压泵、伴生气在线检测***、伴生气压缩/液化***、第一流量控制器、第二增压泵、第二流量控制器和稳压泵进行控制，使得无尘干燥的可燃气体和空气在稳压泵中混合后，输出稳压可燃气；

4）稳压可燃气进入内燃机发电***进行发电，并经变电***变压后进入电能质量监测***，电能质量监测***输出常规可用电能，其中，工控机分别对内燃机发电***、变电***和电能质量监测***进行控制。

7.如权利要求6所述的一种石油伴生气发电与压缩/液化回收利用的方法，其特征在于，还包括第三流量控制器，当稳压泵流出的稳压可燃气不能满足内燃机发电***发电需求时，工控机控制第三流量控制器，将压缩/液化气补入稳压泵。

8.如权利要求6所述的一种石油伴生气发电与压缩/液化回收利用的方法，其特征在于，若伴生气压缩/液化***中的压缩/液化伴生气罐中的伴生气是液态，则液位警戒线不超过液化伴生气罐深度的80%，若压缩/液化伴生气罐中伴生气是气态，则压力警戒线不应超过压缩/液化伴生气罐压力容许值的80%，当压缩/液化伴生气罐中的液化伴生气液位或压力超过警戒线设定值时，通过通信***告知***管理员以及监控中心，若提示已满，则通过三通电磁阀切断***的供气，并将伴生气燃烧排空。

9.如权利要求6所述的一种石油伴生气发电与压缩/液化回收利用的方法，其特征在于，还包括环境气体监测***，当环境气体监测***监测到石油伴生气发电***温度高于设定阈值或者***环境大气中的瓦斯浓度高于设定阈值时，工控机通过三通电磁阀关闭伴生气发电与压缩/液化回收***的供气，通过通讯***发出警报，并将石油伴伴生气燃烧排空。

10.如权利要求8所述的一种石油伴生气发电与压缩/液化回收利用的方法，其特征在于，提示压缩/液化伴生气罐已满是指压缩/液化伴生气罐中液位高于某一个用户设定的阈值，该阈值为压缩/液化伴生气罐深度的80%到90%范围内，或者是压缩/液化伴生气罐内气压高于用户设定的某个压力阈值，该压力阈值在压缩/液化伴生气罐压力容许值的80%到90%范围内。

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