Подготовка нефти и газа к транспорту

      Вертикальные сепараторы изготовляют диаметром 400—1650мм, горизонтальные — диаметром 400—1500мм при максимальном давлении 16 МПа. При оптимальной скорости эффективность сепарации составляет до 80%.

      Третья ступень очистки газа происходит на линейной части газопровода и компрессорных станциях. На линейной части устанавливают конденсатосборники, так как в результате несовершенной сепарации на промысле газ всегда имеет жидкую фазу. Наибольшее распространение получили конденсатосборники типа «расширительная камера» (см. рис.). Принцип их работы основан на выпадении из потока газа капелек жидкости под действием силы тяжести из-за снижения скорости газа при увеличении диаметра трубопровода. Существенным недостатком при эксплуатации газопроводов с системой «расширительных камер» являются затруднения, связанные с пропуском устройств для очистки внутренней полости трубопровода.

 

      Рис. Конденсатосборник типа «расширительная камера».

 

      Вертикальный масляный пылеуловитель представляет собой вертикальный стальной цилиндр со сферическим днищем, рассчитанным на рабочее давление в газопроводе. Диаметр пылеуловителя 1080—2400 мм. Внутри пылеуловителя находятся устройства, обеспечивающие контактирование масла с газом и отделение частиц масла от газа при выходе его из аппарата. Пропускная способность масляного пылеуловителя может быть рассчитана по формуле

       ,

      где Q — максимальная пропускная способность при стандартных условиях, м³/сут; D — внутренний диаметр пылеуловителя, м; p — давление газа, МПа; р_ж и р_г— плотность смачивающей жидкости и газа при рабочих условиях, кг/м³, Т — температура газа, К.

       Чтобы обеспечить нормальную работу пылеуловителей, необходимо поддерживать постоянный уровень масла. Пропускная способность вертикальных масляных пылеуловителей при заданном давлении ограничивается скоростью потока газа в контактных трубках, которая не должна превосходить 1—3 м/с.

      Преимущество вертикального масляного пылеуловителя по сравнению с горизонтальным пылеуловителем заключается в высокой степени очистки (общий коэффициент очистки достигает 97—98%). Недостатками его являются большая металлоемкость, наличие жидкости и ее унос (допускается не более 25 г. на 1000 м³ газа), большое гидравлическое сопротивление (0,35—0,5 кгс/см²), чувствительность к изменениям уровня жидкости. В горизонтальном пылеуловителе используется барботажный способ промывки газа вместо промывки в контактных трубках. Поток газа, поступающего в аппарат через два симметричных патрубка, меняет направление на 90° перед отбойным козырьком. Далее газ поступает в регистры с щелевидными отверстиями для равномерного распределения под горизонтальным стальным листом с перфорацией, который делит пылеуловитель на две части.

      Циклонный пылеуловитель представляет собой аппарат цилиндрической формы с встроенными в него циклонами. Газ поступает через боковой верхний входной патрубок в распределитель, к которому приварены звездообразно расположенные циклоны, закрепленные неподвижно на нижней решетке. Отсепарированная жидкость и твердые частицы по дренажному конусу циклона попадают в грязевик.

 
 

УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ГИДРАТОВ И БОРЬБА С НИМИ

 

      Влажный газ — смесь сухого газа и водяного пара. Поскольку молярная концентрация компонентов в паровой (газовой) смеси соответствует их парциальному давлению, то молярное содержание водяного пара в газе можно выразить формулой

       ,

      где W_B — содержание водяных паров, моль/моль или м³/м³; р — относительная влажность газа; р — давление насыщенных паров воды при данной температуре, Па; Р — полное давление газа, Па.

      Относительной влажностью газа называется отношение количества паров воды, фактически находящихся в газе при данных t и P, к количеству паров, способных удержаться в газе в состоянии насыщения при тех же условиях.

      Температура, при которой газ становится насыщенным при данным давлении и количестве водяного пара, называется точкой росы газа.

 
 

Гидраты природных газов

 

      Гидраты — кристаллические вещества, образованные ассоциированными молекулами углеводородов и воды; они имеют кристаллическую структуру. Свойства гидратов газов позволяют рассматривать их как твердые растворы. Исследования показали, что содержание водяного пара в газообразной фазе в системе «газ — гидрат» меньше, чем его содержание в системе «газ — вода». Возникновение гидрата обусловлено определенными давлением и температурой при насыщении газа парами воды. Гидраты распадаются после того, как упругость паров воды будет ниже парциальной упругости паров исследуемого гидрата. Гидраты природных газов внешне похожи на мокрый спрессованный снег, переходящий в лед. Скапливаясь в газопроводах, они могут вызвать частичную или полную их закупорку и тем самым нарушить нормальный режим работы магистрали. Составы гидратов выражаются формулами: CH₄*6H₂O, C₂H₆*6H₂O, C₃H₈*17H₂O и др.

      В газопроводе очень важно определить место образования гидратов. Для этого необходимо знать состав и начальную влажность газа, а также его давления и температуру в газопроводе.

      При понижении давления в газопроводе гидраты могут образовываться при все более низких температурах. Когда давление станет ниже некоторого предела, гидраты смогут образовываться при обычной температуре газа в газопроводе - возникает опасность гидратной пробки. После выпадения газ недонасыщен парами воды, что эквивалентно снижению его точки росы. При дальнейшем движении газа может возникнуть еще одна гидратная пробка, соответствующая этой новой точке.

 
 

Методы предупреждения образования гидратов

 

      1. Предупреждение образования гидратов методом подогрева газа заключается в том, что при сохранении давления в газопроводе температура газа поддерживается выше равновесной температуры образования гидратов. В условиях транспорта газа по магистральному газопроводу этот метод неприменим, так как связан с большими затратами энергии. Как показывают расчеты, при больших объемах транспортируемого газа может оказаться экономически целесообразно охлаждать его (с учетом увеличения затрат на более глубокую осушку газа), поскольку это позволяет заметно увеличить пропускную способность газопроводов, особенно газопроводов с большим числом компрессорных станций. Метод подогрева применяется на газораспределительных станциях, где при больших перепадах давления вследствие дроссельного эффекта температура газа может значительно снижаться, в результате чего обмерзают редуцирующие клапаны, краны, диафрагмы и др.

      2. Предупреждение образования гидратов методом снижения давления заключается в том, что при сохранении температуры в газопроводе снижается давление ниже равновесного давления образования гидратов. Этот метод возможен и при ликвидации уже образовавшихся гидратов. Ликвидация гидратных пробок осуществляется путем выпуска газа в атмосферу через продувочные свечи. После снижения давления необходимо некоторое время для разложения гидратов. Очевидно, что этот метод пригоден только для ликвидации гидратных пробок при положительных температурах. Иначе гидратная пробка перейдет в ледяную. Поскольку минимальная температура газа в магистральных газопроводе близка к нулю, а равновесное давление при этом для природного газа находится в пределах 1,0—1,5 МПа, применение данного метода в магистральных газопроводах оказывается неэффективным. Метод снижения давления применяется в аварийных случаях для разложения гидратов в газопроводе путем кратковременного уменьшения давления.

      3. Ингибиторы, введенные в насыщенный водяными парами поток природного газа, частично поглощают водяные пары и переводят их вместе со свободной водой в раствор, который совсем не образует гидратов или образует их при температурах более низких, чем температура гидратообразования в случае наличия чистой воды. В качестве ингибиторов применяют метанол CH₃OH, растворы этиленгликоля (ЭГ), диэтиленгликоля (ДЭГ), триэтиленгликоля (ТЭГ), хлористого кальция СаСl₂.

 
 
 

Осушка газа

 

      При больших объемах транспортируемого газа его осушка является наиболее эффективным и экономичным способом предупреждения образования кристаллогидратов в магистральном газопроводе. Существующие способы осушки при промысловой подготовке газа к транспорту подразделяются на две основные группы: абсорбция и адсорбция и охлаждение газового потока.

      В результате осушки газа точка росы паров воды должна быть снижена ниже минимальной температуры при транспортировании газа.

 
 

СОРБЦИОННЫЕ СПОСОБЫ ОСУШКИ ГАЗА

 

      Жидкие сорбенты, применяемые для осушки природных и нефтяных газов, должны иметь высокую растворимость в воде, низкую стоимость, хорошую антикоррозионность, стабильность по отношению к газовым компонентам и при регенерации; простоту регенерации, малую вязкость и т.д.

       Большинству этих требований наилучшим образом отвечают ДЭГ и ТЭГ и в меньшей степени ЭГ.

      Этиленгликоль (СН₂ОН—СН₂ОН) — простейший двухатомный спирт, используется в основном как ингибитор, не применяется для осушки

      Диэтиленгликоль (СН₂ОН-СН₂-О-СН₂-СН₂ОН) в химически чистом виде - бесцветная жидкость. Как показали эксперименты в лабораторных и промышленных условиях, максимальное понижение точки росы газа при осушке ДЭГ обычно не превышает 30—35° С, что довольно часто оказывается недостаточным. В связи с разработкой более глубоких газовых месторождений, температура газа которых значительная и в летнее время почти не понижается в коммуникациях до газоосушительных установок, потребовался более сильный влагопоглотитель.

      Триэтиленгликоль (СН₂ОН-СН₂-О-СН₂- О-СН_2-СН₂ОН) получают соединением трех молекул ЭГ с образованием воды.

      Гликоли хорошо озирают влагу из газов в большом интервале температур.

      При сравнении ДЭГ и ТЭГ необходимо иметь в виду, что ДЭГ более дешевый. Однако при использовании ТЭГ можно получить большее снижение точки росы газа (на 45—50°). Потери ТЭГ при регенерации значительно меньше, чем потери ДЭГ вследствие более низкой упругости паров.

       На рис. приведена схема установки осушки газа жидкими сорбентами, получившая широкое распространение на газовых месторождениях.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Поступающий газ проходит сепаратор 1, где осаждается капельная влага, и поступает в нижнюю часть абсорбера 2, Сначала газ идет в нижнюю скрубберную секцию 3, в которой дополнительно очищается от взвешенных капель влаги. Затем газ последовательно проходит через тарелки 4, поднимаясь вверх. Навстречу потоку газа протекает 95-97% раствор ДЭГ, вводимый в абсорбер насосом 10. Осушенный газ проходит через верхнюю скрубберную секцию, где освобождается от захваченных капель раствора, и направляется в газопровод. Насыщенный раствор, содержащий 6—8% влаги, поступает в теплообменник 7, в котором нагревается встречным потоком регенерированного раствора, а далее проходит через выветриватель 8, где из него выделяется растворенный газ, который идет на собственные нужды. Из выветривателя насыщенный ДЭГ насосом 9 закачивается в выпарную колонну 12, где осуществляется регенерация раствора. Водяной пар из десорбера 12 поступает в конденсатор 16, где основная часть пара конденсируется и собирается в сепараторе 15. Отсюда газ отсасывается вакуумным насосом 14 и направляется на сжигание. Регенерированный раствор ДЭГ насосом 10 прокачивается через теплообменник 7 и холодильник 6, где его температура снижается примерно до 30°, и вновь поступает на верхнюю тарелку абсорбера. На этом круговой цикл сжижения раствора заканчивается.

      Экономичность работы абсорбционных установок в значительной степени зависит от потерь сорбента. Для их снижения в первую очередь необходимо строго поддерживать расчетный температурный режим десорбера, тщательно сепарировать газ и водяной пар и по возможности исключить пенообразование при контакте газа с абсорбентом за счет специальных добавок.

 
 

Осушка газа твердыми поглотителями

 

      В качестве твердых поглотителей влаги в газовой промышленности широко применяются активированная окись алюминия и боксит, который на 50—60% состоит из Al₂O₃. Поглотительная способность боксита 4,0—6,5% от собственной массы.

      Преимущества метода: низкая точка росы осушенного газа (до —65° С), простота регенерации поглотителя, компактность, несложность и низкая стоимость установки.

 
 

Осушка газа молекулярными ситами

 

      Для глубокой осушки применяют молекулярные сита, так называемые цеолиты. Цеолиты состоят из кислорода, алюминия, кремния и щелочноземельных металлов и представляют собой сложные неорганические полимеры с кристаллической структурой. Форма кристалла цеолита — куб, на каждой из шести сторон его имеются щели, через которые влага проникает во внутреннее пространство. Каждый цеолит имеет свой размер щелей, образованных атомами кислорода. Благодаря этому