ЛЕКЦИЯ 18. ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ГАЗОВОГО И ГАЗОКОНДЕНСАТНОГО ПРОМЫСЛОВ

39. Назначение технологического оборудования

На современном газовом промысле устанавливаются сложное и дорогостоящее оборудование, машины и приборы, назначение которых - подготовка кондиционного газа и конденсата, отделение и сбор попутного сырья (серы, гелия, ртути). Все установленное на промысле поверхностное оборудование должно удовлетворять следующим основным требованиям: бесперебойно вырабатывать и подавать потребителям газ, конденсат и все полезные компоненты в течение всего срока разработки месторождения; наиболее полно использовать пластовое давление для добычи сырья, его обработки и переработки, получения холода или электроэнергии для транспортирования сырья потребителям; обеспечения наилучших технико-экономических показателей по системе газоснабжения в целом.

К поверхностному промысловому оборудованию относятся:

каплеотбойники для улавливания жидкой и твердой фаз из газового потока, поступающего из скважин;

сепараторы для изменения термодинамической характеристики газа с целью выделения воды, конденсата и улавливания их;

теплообменники для предварительного охлаждения потока газа с целью повышения эффективности работы оборудования;

конденсаторы, испарители для конденсации паров, для стабилизации жидкостей;

насосы, компрессоры, детандеры - машинное оборудование для перекачки жидкостей, подъема давлений, для выработки холода соответственно;

абсорберы - основной элемент оборудования при извлечении жидких углеводородов и воды из газа жидкими поглотителями (гликолями);

адсорберы - основной элемент оборудования при извлечении жидких углеводородов и воды из газа твердыми поглотителями;

регуляторы давлений, температуры, уровней жидкости, манометры, термометры, влагомеры - приборы, регулирующие и контролирующие технологический процесс подготовки газа и конденсата.

Перечисленные выше элементы оборудования входят в установки низкотемпературной сепарации газа (НТС), искусственного холода (ИХ), стабилизации конденсата (СК), регенерации диэтиленгликоля (РДЭГ), промысловой канализации, защиты окружающей среды или в состав оборудования заводов для абсорбционной (с жидким сорбентом) или адсорбционной ( с твердым сорбентом) переработки газоконденсатного сырья, в промысловые дожимные, компрессорные станции (ДКС).

40. Промысловые газовые сепараторы

Природный газ, поступающий из скважин, представляет собой многокомпонентную двух-, а иногда и трехфазную систему, состоящую из смеси газов, насыщенных парами воды и тяжелых углеводородов, которые при изменении давления и температуры конденсируются. Иногда вместе с газовым потоком из пласта выносится жидкая вода, конденсат тяжелых углеводородов, твердые частицы породы и др. Перед подачей газа в газопроводы газ проходит процесс сепарации. Сепарацией называется процесс разделения (отделения, разъединения) твердой, жидкой и паровой фаз в газовом потоке.

Аппараты, в которых происходит отделение твердой или жидкой фазы от газовой, называются сепараторами. Сепараторы по различным признакам можно классифицировать:

а) по назначению на рабочие, замерные;

б) по геометрической форме на цилиндрические, шаровые;

в) по положению в пространстве на вертикальные, горизонтальные, наклонные;

г) по способу разделения фаз на механические, жидкостные, электрические.

Сепараторы с механическим способом разделения фаз подразделяются по характеру сил, используемых для разделения, на:

гравитационные, центробежные, инерционные, фильтрационные (с фильтроэлементами).

Наиболее распространенными в газодобывающей промышленности рабочими сепараторами являются следующие:

■ вертикальные (горизонтальные) гравитационные (рис. 25);

■ вертикальные центробежные (рис. 26);

■ вертикальные (горизонтальные) жалюзийные.

При большом содержании жидкости широко применяют гравитационные (вертикальные, горизонтальные) сепараторы. Циклонные (каплеотделители) используют в качестве сепараторов первой ступени. Для более полной очистки газа от жидкости применяют горизонтальные жалюзийно-пленочные сепараторы с вертикально расположенными жалюзями. Гравитационные сепараторы имеют высокие показатели по степени отделения жидкости и твердой фазы, но являются металлоемкими. Циклонные - имеют невысокий коэффициент разделения, но небольшую металлоемкость.

Коэффициентом сепарации (разделения, степень отделения) называется отношение массы уловленной в сепараторе твердой или жидкой фазы к массе этой же фазы, поступившей в сепаратор.

(18.1)

где - коэффициент уноса =

-массовое содержание твердой или жидкой фазы во входящем в сепаратор потоке, г/м³;

- массовое содержание твердой или жидкой фазы в выходящем из

сепаратора потоке, г/м³.

Рис. 25. Схема вертикального гравитационного сепаратора

Имеет 4 секции: I - каплеотбойная; II - разделительная; III- осадительная;

IY - отстойная; Параметры сепаратор: рабочее давление 6, 4 - 16 МПа; пропускная способность 500 - 1200 тыс.м³/сут.; коэффициент сепарации =0, 8 - 0, 93; удельный расход металла 5, 3 -16 кг/1000 м³; линейная скорость газового потока ≤ 0, 4 м/с

Коэффициент сепарации зависит от многих факторов: содержания твердой или жидкой фазы во входящем потоке; физических свойств разделяющихся фаз; скорости движения газа в разделительной и отбойной секциях сепаратора; от времени пребывания разделяющихся фаз в разделительной и осадительной секциях; от конструктивных особенностей и характера действующих сил в сепараторе. Опыт эксплуатации сепараторов различного типа показывает, что коэффициент сепарации может меняться от 0, 75 до 0, 98. Считается, что жидкие капли с диаметром 0, 002 мм и меньше в сепараторах не улавливаются.

Эксплуатационные качества сепараторов зависят от пропускной способности, коэффициента сепарации, расхода металла на единицу пропускной способности, удельных затрат пластового давления на единицу обрабатываемого газа или отдельного конденсата.

Все применяемые сепараторы должны работать на безгидратном режиме. Степень очистки повышается применением 2-3-4 ступеней сепараторов.

Рис. 26. Схема вертикального центробежного (циклонного) сепаратора

Диаметр циклона в 10 раз меньше диаметра гравитационного сепаратора.

Линейная скорость газового потока 11 -20 м/с, коэффициент сепарации

=0, 75-0, 8.

41. Теплообменные аппараты

Теплообменные аппараты составляют неотъемлемую часть любой установки по подготовке газа. В НТС широко используется теплообменники типа " труба в трубе", в которых охлаждающим газом является отсепариро-ванный холодный газ, поступающий в межтрубное пространство теплообменника. При конструировании теплообменников следует стремиться к минимальной разности температур на " теплом" конце теплообменника (недокуперация холода). Эта разница (5-10°С) температур определяет собой потерю холода и в значительной степени величину энергетических затрат в установке. При расчете теплообменника поверхность теплообмена можно находить по формуле Ньютона-Фурье

(18.2)

где - количество тепла, отдаваемое теплым газом холодному, ккал/час;

- коэффициенты теплопередачи, ккал/м²ч °С;

- средняя разность температур теплоносителей по обе стороны стенки (средний температурный напор), °С.

Коэффициент теплопередачи от теплого газа к холодному в таком теплообменнике можно вычислить по формуле

(18.3)

где - толщина стенки трубы, м;

- теплопроводность материала трубы, ккал/м.ч.°С;

- коэффициент теплоотдачи от нагретого газа к трубе;

- коэффициент теплоотдачи от холодного газа к трубе.

Эксплуатационные качества теплообменников определяются коэффициентом теплопередачи, потерями давления охлаждаемого и охлаждающего потоков в теплообменнике, расходом металла на единицу площади теплообменника. Кроме теплообменников " труба в трубе" применяются кожухотрубчатые теплообменники и аппараты воздушного охлаждения.

ЛЕКЦИЯ 19. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОДГОТОВКИ

ГАЗА К ДАЛЬНЕМУ ТРАНСПОРТУ

42. Низкотемпературная сепарация

Одним из основных методов подготовки природного газа является низкотемпературная сепарация (НТС), сущность которой состоит в получении низких температур при расширении газа. Применяется на месторождениях с высоким пластовым давление (16-20 и более МПа), при содержании конденсата в газе до 100 г/м³. Допускается содержание сероводорода. НТС с впрыском в поток газа гликоля обеспечивает получение точки росы газа по воде от - 25°С до - 60°С.

В простейшей схеме НТС в качестве редукционного органа используют насадки постоянного сечения - штуцеры. В процессе дросселирования газа в штуцере (снижение давления газа при постоянной энтальпии) температура газа снижается на 2-4°С на 1 МПа снижения давления. В расчетах принимают среднее значение коэффициента Джоуля-Томсона, равное 3°С на 1 МПа.

Охлаждают продукцию скважин для того, чтобы сконденсировались тяжелые углеводороды (конденсат), пары воды. После перехода конденсата и воды в жидкое состояние газожидкостную смесь сепарируют, отделяя жидкость от газа. При сепарации от газа отделяются также механические (твердые) примеси и вводимые в поток ингибиторы коррозии и гидратообразования.

Таким образом, назначение НТС - извлечение конденсата, осушка и очистка газа от механических примесей. НТС обеспечивает подачу кондиционного газа в магистральный газопровод и добычу нестабильного конденсата.

Рис. 27. Технологическая схема НТС с использованием

эффекта Джоуля-Томсона для отдельной скважины

1 - добывающая скважина; 2 - манифольд, 3 - шлейф; 4 - каплеотбойник; 5 - теплообменник; 6 - штуцер; 7 - низкотемпературный сепаратор; 8 - конденсатосборник.

Газ, выходящий из скважины, движется по шлейфу в каплеотбойник жидкости и твердой фазы 4, отделяется в нем от капель жидкости и твердых частиц, поступает в теплообменник 5, предварительно охлаждается в нем встречным потоком холодного газа от t, до t₂, проходит редуцирование в редукционном аппарате 6, охлаждается до заданной температуры t_c при давлении максимальной конденсации Р_с, отделяется от жидкости и твердой фазы в нем, частично или полностью проходит теплообменник 5, нагревается за счет теплоты потока газа, идущего из скважины, от t₃ до t4 и далее поступает на промысловый газосборный пункт (ПГСП), Там он окончательно доводится до товарных кондиций, его измеряют и распределяют по потребителям. Отделившийся нестабильный конденсат направляют на ПГСП, где его стабилизируют и замеряют количество.

НТС - процесс однократной конденсации и разделения газа и жидкости, несовершенный технологический процесс. Даже при весьма низких температурах сепарации (до - 40°С) он не обеспечивает полного извлечения жидких углеводородов, но позволяет использовать пластовое давление для получения холода.

43. Абсорбционная осушка газа

Применяется для извлечения из газа водяных паров и тяжелых углеводородов. Для осушки газа в качестве абсорбента используются гликоли, а для извлечения тяжелых углеводородов - углеводородные жидкости. Абсорбенты, применяемые для осушки газа, должны обладать высокой взаиморастворимостью с водой, простотой и стабильностью при регенерации, низкой вязкостью при температуре контанта, низкой коррозионной способностью, не образовывать пен или эмульсий. На современных промыслах чаще применяют диэтиленгликоль (ДЭГ), триэтиленгликоль (ТЭГ).

ДЭГ имеет формулу СН₂ОН - СН₂ - О - СН₂ - СН₂ОН, представляет собой эфир этиленгликоля с молекулярной массой 106, 12 и плотностью =1117 кг/м³. Его температура кипения при атмосферном давлении равна 244, 5 °С. Он смешивается с водой в любых соотношениях.

Преимущество ДЭГа перед ТЭГом - меньшая склонность к ценообразованию при содержании в газе конденсата. Кроме того, ДЭГ обеспечивает лучшее разделение системы вода - углеводороды. Однако ТЭГ обеспечивает высокую степень осушки, что приводит к большому снижению " точки росы". ТЭГ имеет более высокую температуру разложения. Следовательно, ТЭГ можно нагревать до более высокой температуры и регенерацию (восстановление) его проводить без вакуума.

Чем выше концентрация подаваемого гликоля, тем глубже степень осушки. Концентрация гликоля зависит от эффективности его регенерации. При атмосферном давлении ДЭГ можно регенерировать до 96, 7%, а ТЭГ-до 98, 1%. Гликоли в чистом виде не вызывают коррозии углеродистых сталей.

Процесс абсорбции осуществляется в вертикальном цилиндрическом сосуде-абсорбере. Газ и абсорбент контактируют на тарелках, смонтированных внутри аппарата, перемещаясь противотоком: газ поднимается снизу вверх, а абсорбент стекает сверху вниз. Абсорбент по мере своего движения насыщается поглощаемыми им компонентами или влагой и через низ колонны подается на регенерацию. С верха колонны уходит осушенный газ. Эффективность абсорбции зависит от температуры и давления, числа тарелок в абсорбере, количества и качества абсорбента. Увеличение числа тарелок (а их устанавливают в абсорбере 14-18 шт.) оказывает такое же влияние, как и увеличение количества циркулирующего абсорбента. Верхний и нижний температурные пределы процесса определяются соответственно потерями гликоля от испарения и возрастанием его вязкости и равны 35-10^рС.

Рис. 28. Технологическая схема абсорбционной осушки газа.

Технологическая схема установки осушки газа с помощью ДЭГа состоит из контактора-абсорбера 1, десорбера (выпарной колонны) 5 и вспомогательного оборудования. Влажный газ поступает в нижнюю скрубберную секцию абсорбера 1, где отделяется от капельной жидкости и жидких углеводородов, после чего поступает под нижнюю тарелку абсорбера. Затем газ, двигаясь снизу вверх навстречу абсорбенту, осушается и проходит в верхнюю скрубберную секцию, где отделяется от уносимых с потоком капель абсорбента. Осушенный газ подается в магистральный газопровод.

Насыщенный раствор абсорбента из абсорбера 1 сначала проходит теплообменник 2, выветриватель 3, фильтр 4. Затем раствор поступает в десорбер 5. В нижней части десорбера 5 происходит нагрев абсорбента паровым нагревателем до установленной температуры (100-130°С). Водяной пар из десорбера поступает в сборник конденсата 6. Отсюда часть воды направляется обратно в верхнюю часть колонны для понижения температуры и концентрации поднимающихся паров абсорбента, что сокращает его расход. Регенерированный абсорбент охлаждается насыщенным раствором в теплообменнике 2, после чего поступает в абсорбер 1.

Абсорбер диаметром 1, 2 м. имеет высоту 15 метров, массу 25 тонн, пропускную способность 3-5 млн.м³/сут., давление в абсорбере до 8 МПа. Опыт эксплуатации абсорберов показал, что в нем должно циркулировать не менее 25 литров на 1 кг абсорбируемой воды, количество концентрированного раствора абсорбента G (кг/ч), необходимого для осушки газа, определяется по формуле

(19.1)

где Q -количество осушаемого газа, тыс.м³/ч;

, -влагосодержание соответственно поступающего и осушенного газов, кг/тыс.м³;

, - концентрация абсорбента в свежем и насыщенном растворах, % вес.

Определяются также размеры абсорбера и десорбера, число тарелок, размеры теплообменников и т.д. Потери раствора ДЭГа достигают 18-40 г/100м³ газа.

44. Адсорбционная осушка газа

Адсорбционная осушка газа применяется для получения низкой " точки росы" (-20-30°С), которая необходима при транспорте газа в северных районах страны. Одним из важных преимуществ адсорбции является то, что не требуется предварительной осушки газа, так как твердые адсорбенты, наряду с жидкими углеводородами, хорошо адсорбируют и влагу. В качестве адсорбента используют твердые пористые вещества, обладающие большой удельной поверхностью.

К ним относятся активированные угли (S_уд = 600-1700 м²/г); силикагели - продукты обезвоживания геля кремниевой кислоты (S_уд-320-770M /г); цеолиты - минералы, являющиеся водными алюмосиликатами натрия и кальция, а также искусственные цеолиты.

Сущность адсорбции состоит в концентрировании вещества на поверхности или в объеме микропор твердого тела. Эффективные радиусы микропор составляют (5-10) 10'¹⁴ мкм. Максимальная активность, достигаемая к моменту равновесия при данных температуре и концентрации поглощаемого вещества в газовой фазе, называется равновесной статической активностью. Активность при поглощении до появления поглощаемого компонента за слоем поглотителя называется динамической активностью.

Динамическая активность адсорбента характеризует вес улавливаемой жидкости в процентах от веса адсорбента. Обычно она равна 4-7%.

Промышленные адсорбенты должны обладать достаточно высокой активностью, обратимостью адсорбации и простотой регенерации, малым сопротивлением потоку газа и высокой механической прочностью.

Десорбция основана на том, что при повышении температуры увеличивается энергия адсорбированных молекул и они могут освобождаться от адсорбента. Наиболее благоприятны для этого температуры 200-300°С.

Рис, 29. Технологическая схема адсорбционной осушки газа:

1 - сепаратор; 2 - адсорберы; 3 - подогреватель; 4 - компрессор;

5 - теплообменник; 6 - задвижка.

Необходимое количество адсорбента G (кг) определяется по формуле

(19.2)

где Q - количество осушаемого газа, м³/ч;

- количество влаги, поглощаемой адсорбентом, кг/м³;

- динамическая активность адсорбента;

- время работы адсорбента, ч.

В момент насыщения адсорбента влагой в одном из адсорберов в другом происходит десорбция и охлаждение. Процесс протекает последовательно по мере насыщения влагой адсорбента в колонне. Размеры адсорберов в 2-3 раза меньше абсорберов. Внутри аппарата размещено от 4 до 8 полок, на которые насыпают необходимое количество адсорбента. Работает адсорбер без замены селикагеля до 2 лет. Рабочая температура в адсорбере 10-14 °С, средняя скорость движения газа через адсорбер 0, 15-0, 5 м/с, давление газа 7-8 МПа.

Продолжительность циклов насыщения, регенерации и охлаждения адсорбента определяется временем, необходимым для его регенерации. Обычно цикл насыщения длится 10-20 ч, а цикл регенерации 4-8 ч.

⇐ Предыдущая 7 8 9 10 11 12 13 141516 Следующая ⇒