ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА МЕХАНИЧЕСКОЙ СЕПАРАЦИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА

RESEARCH OF THE PROCESS OF MECHANICAL SEPARATION OF NATURAL GAS

Lev Kozlov

master's student, Department of Machines and Apparatuses for Chemical and Food, Production, Orenburg State University,

Russia, Orenburg

Svetlana Vasilevskaya

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Orenburg State University,

Russia, Orenburg

АННОТАЦИЯ

В статье раскрыт сам процесс сепарирования природного газа на установке механической сепарации. Рассмотрена технологическая схема установки низкотемпературной сепарации сырого природного газа. Целью работы является детальное исследование процесса механической сепарации сырого природного газа от блока входных ниток (БВН) до выхода газа в магистральный газопровод.

ABSTRACT

The article reveals the process of natural gas separation at a mechanical separation plant. The technological scheme of the installation of low-temperature separation of raw natural gas is considered. The purpose of the work is a detailed study of the process of mechanical separation of raw natural gas from the block of inlet threads (BVN) to the gas outlet into the main gas pipeline.

Ключевые слова: HTC, низкотемпературная сепарация, газ, низкотемпературная конденсация, низкотемпературная сепарация газа, охлаждение газа, углеводород, газовый теплообменник, глубокое извлечение, исходный газ.

Keywords: HTC, low-temperature separation, gas, low-temperature condensation, low-temperature gas separation, gas cooling, hydrocarbon, gas heat exchanger, deep extraction, source gas.

Установка низкотемпературной сепарации за последние несколько десятилетий является одним из самых эффективных комплексов для процесса с выделением и отделением из газа, поступающего из скважин, всех высокомолекулярных углеводородов.

Помимо этого, газ, отделенный при относительно низких температурах, является прекрасным средством для его обезвоживания. Это связано с тем, что под действием относительно низких температур пары водно-метанольной смеси в этом газе конденсируются из капель в жидкость, которая затем превращается в кристаллогидраты, которые, как и жидкие углеводороды, отделяются от газа в сепараторе.

Без всякого сомнения, низкотемпературная сепарация природного газа по своей простоте подготовки и по сей день оказывается эффективным комбинированным процессом, очищающим газ от ВМС и механических примесей.

Распространенность данного метода, а также его высокая эффективность и надежность НТС газа в комбинации с практически беззатратным холодом, данный процесс является незаменимым во всех отраслях газодобычи, где требуется грубая осушка и очистка газа от механических примесей, поскольку энергия газового потока используется непосредственно в установке.

НТС газа — процесс при котором природный газ приготавливается прямо на промысле для извлечения из него максимального количества конденсата, путем выпадения капель жидкости, и удаления воды с самого газа. Он происходит при температурах от 273,15 до 243,15 К. Первая в истории установка HTC введена в промышленную эксплуатацию в Соединенных штатах в 1950 году, а в Содружестве Независимых Государств в 1959 году.

Рисунок 1. Технологическая схема установки низкотемпературной сепарации газа:

I — сепаратор первой ступени; II — газовый теплообменник; III — испаритель-холодильник; IV — штуцер; V — низкотемпературный сепаратор; 1 — необработанный газ; 2 — смесь углеводородного конденсата и воды; 3 — ингибитор гидратообразования; 4 — обработанный газ; 5 — смесь углеводородного конденсата и насыщенного водой ингибитора гидратообразования

Низкотемпературная сепарация совершается по следующей технологической схеме. Газ из газовых скважин по шлейфу проходит (рисунок 1) через сепаратор первой ступени, на промысле называемый первичником (для предварительного отделения жидкости, выделившейся в трубах и шлейфе от скважины до входа в первую ступень очистки), затем газ поступает в газовый теплообменник, где охлаждается встречным потоком уже отсепарированного холодного газа. После теплообменника газ, проходя через штуцер (эжектор), редуцируется до необходимого давления максимальной конденсации (или максимально близко возможного к нему), температура его при этом снизится (за счет эффекта Джоуля - Томсона). B сепараторе под действием изменения термодинамических условий, и последующем снижении скорости газового потока выпадает газовый конденсат и ВМС в виде капель, которые, накапливаясь в так называемом конденсатосборнике, периодически сливается в промысловый сборный коллектор-конденсатопровод, а после на узел стабилизации газового конденсата. При желании повысить рациональное использование пластовой энергии в данную схему вместо штуцера возможно применить турбодетандер. При естественном снижении давления газа (в процессе десятилетней разработки месторождения) до значения, при котором газодобывающий промысел не в состоянии обеспечить заданную технологическим режимом температуру сепарации за счет пластовой энергии, в схему возможно включить источник искусственного холода — холодильный агрегат.

Технологический режим всех установок HTC определяется путем термодинамической характеристики данного месторождения (на котором ведется разработка), составом как пластового, так очищенного газа и конденсата, a также требованиям, предъявляемым к данной продукции. Для предотвращения образования гидратных пробок во всех схемах HTC заранее предусматривается ввод в газовый поток комплексного ингибитора гидратообразования и коррозии. Давление последней ступени сепарации природного газа определяется давлением газа в основном газопроводе, температура — из условий выпадения конденсата и тяжелых углеводородов. Технологию низкотемпературной сепарации можно применять для любой климатической зоны, которая в свою очередь допускает наличие неуглеводородных компонентов, обеспечивая высокую степень извлечения конденсата (C_5+B) порядка 97 %, a также температуру точки росы, при которой можно полностью исключить выпадение влаги и тяжёлых углеводородов при транспортировки природного газа после первичной очистки. Достоинством установки HTC являются довольно низкие капиталовложения и эксплуатационные затраты (при наличии постоянного перепада давления), а также недостатком из-за относительно низкой степени извлечения газового конденсата из тощих газов. Стоит отметить и снижение эффективности из года в год в процессе эксплуатации за счет облегчения состава пластовой смеси, и скорая необходимость большой реконструкции в период истощения дроссель-эффекта.

Самым эффективным из всех на сегодняшний день является применение комплексной системы Низкотемпературной Сепарации (НТС) и Низкотемпературной конденсации (НТК) жидких углеводородов из природного и нефтяного попутных газов прямым охлаждением.

Сам метод низкотемпературной сепарации, при котором газ охлаждается за счет подачи холода из внешней криогенной камеры, является одним из наиболее эффективных на сегодняшний день методов контроля точки росы и сепарации жидких углеводородов в низконапорных газовых скважинах или на стадии истощения.

Поскольку газовые месторождения разрабатываются в режиме истощения в течение длительного времени, газодобывающие компании имеют право на снижение температуры сепарации с целью сохранения заданного плана добычи жидких углеводородов за счет сопутствующего облегчения состава исходной смеси. Однако на практике температура сепарации неуклонно растет из-за непрерывного снижения уровня свободного падения. Таким образом, одновременно действуют два важных фактора, которые могут повлиять на общее снижение эффективности НТС.

Современные реалии требуют скорейшей замены установок НТС на низкотемпературные конденсационные (НКТ) установки, которые во многом характеризуются низкими температурами охлаждения газового потока (до 153,15 К). Такой низкий температурный предел обеспечивает извлечение жидких углеводородов, а также пропана и этана.

В процессе низкотемпературной конденсации (НКТ) самого газа охлаждение продолжается только до заданной степени конденсации паровой фазы (исходного газа), которая определяется необходимостью полного извлечения целевых компонентов из газа и достигается постоянной конечной температурой процесса охлаждения.

В сочетании с адсорбционными блоками осушки газа (БОГ) с циклом регенерации блоки НТС или НТК позволяют подготовить газ для бесперебойной работы газотурбинных электростанций с качественным топливоподачей.

Применение всех перечисленных блоков на входе в компрессор позволяет подготовить товарный газ и продлить срок службы компрессорного масла.

Комплексы низкотемпературной сепарации (НТС) наиболее эффективно зарекомендовали себя при получении товарных продуктов в виде сжиженных пропан-бутановых фракций и используются для наполнения газовых баллонов и розлива сжиженного бензина на малопродуктивных газовых и нефтяных месторождениях.

Низкотемпературная конденсация (НКТ) обеспечивает наибольшее извлечение и чистоту товарных продуктов и является наиболее экономичным из применяемых в настоящее время процессов.

Список литературы:

1. Багатуров С.А. Основы теории и расчета перегонки и ректификации. М.: Химия, 1974. — 439 с.
2. Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтегазопереработки. М.: Химия, 1980.- 407 с.
3. Скобло А.И., Молоканов Ю.К., Владимиров А.И., Щелкунов В.А. Процессы и аппараты нефтегазопеработки и нефтехимии. 3-е изд., перераб. И доп. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. — 677 с.