Подготовкаприродного газа к переработке
1. Низкотемпературнаясепарация
На начальныхэтапах эксплуатации газоконденсатных месторождений давление на входе наустановки комплексной подготовки газа значительно превышает давление,необходимое для подачи в магистральные трубопроводы. Избыточное давление газаиспользуется для получения низких температур, необходимых для отделенияконденсата методом низкотемпературной сепарации (ИТС).
Низкотемпературной сепарациейназывают процесс извлечения жидких углеводородов из газов путем однократнойконденсации при пониженных температурах с разделением равновесных газовой ижидкой фаз.
Температуру можнопонизить за счет изоэнтальпийного или изоэнтропийного расширения газа.Изоэнтальпийное расширение газа осуществляется с использованием дроссельныхустройств, а изоэнтропийное — с применением турбодетандеров.
Типичная схемаустановки низкотемпературной сепарации (УНТС) представлена на рис. 1. Сырой газсо скважин поступает на первую ступень сепарации 1, где отделяется жидкая фаза(пластовая вода с растворенными ингибиторами и сконденсировавшийсяуглеводородный конденсат). Отсепарированный газ направляется в рекуперативныетеплообменники 2 и 3 для рекуперации холода с дросселированных потоков газа иконденсата. Для предупреждения гидратообразования в поток газа передтеплообменниками впрыскивают монодиэтиленгликоль (ЛЕГ) или метанол. При наличиисвободного перепада давления (избыточного давления промыслового газа) охлажденныйгаз из теплообменников поступает в расширительное устройство — дроссель илидетандер. При отсутствии свободного перепада давления газ направляют виспаритель холодильного цикла, где используется внешний хладагент, напримерсжиженный пропан. После охлаждения в расширительном устройстве или испарителегаз поступает в низкотемпературный сепаратор 5. где из потока газа отделяютсясконденсировавшиеся жидкие углеводороды и водный раствор ингибиторагидратообразования. Газ из сепаратора 5 через теплообменник 2 подается вмагистральный газопровод. Жидкая фаза через дроссель 4 поступает в трехфазныйсепаратор в. откуда газ выветривания эжектором возвращается в основной поток.Водный раствор ингибитора, выводимый снизу сепаратора в. направляется нарегенерацию, а выветренный конденсат через теплообменник 3 — на стабилизацию наустановку стабилизации конденсата (УСК).
/>
Основные факторы,влияющие на процесс НТС
На эффективность работыустановок НТС большое влияние оказывают состав сырьевого газа, температура,давление, эффективность оборудования и число ступеней сепарации.
Состав сырьевого газа.Чем тяжелее состав исходной смеси (чем больше средняя молекулярная масса газа),тем выше степень извлечения жидких углеводородов. Однако, начиная с некоторогосостава (средняя молярная температура кипения около минус 133'С. молекулярнаямасса примерно 22), утяжеление состава исходной смеси практически не оказываетвлияния на степень извлечения компонентов С.
Для тощих исходныхсмесей для повышения степени извлечения жидких углеводородов иногда используютметод сорбции в потоке, т.е. осуществляют впрыск в поток исходной смесистабильного конденсата или других углеводородных жидкостей на некоторомрасстоянии от сепаратора. Таким образом производится утяжеление смеси, аследовательно, и повышается степень извлечения компонентов С.
Влияние температуры.Температуру на установках НТС выбирают исходя из необходимой точки росы длятранспортировки газа по трубопроводу в однофазном состоянии.
Для легких газов(средняя молекулярная масса не более 22, средняя молекулярная температуракипения минус 156-133*С) снижение температуры сепарации от 0 до минус 40*Собеспечивает существенный рост степени извлечения конденсатообразующихкомпонентов.
Для жирных газов(средняя молекулярная масса более 22, средняя молекулярная температура кипениябольше минус 133*С) влияние температуры на степень извлечения жидкихуглеводородов мало.
Таким образом, чемлегче состав исходной смеси, тем более низкая температура требуется длявыделения жидких углеводородов наустановках НТС для достижения заданной точки росы.
Влияние давления.Давление сепарации определяется давлением магистрального трубопровода и впределах обычно используемых давлений (5-7.5 МПа) мало влияет на степеньизвлечения компонентов С. и выше. Более важен свободный перепад давления,позволяющий достигать низких температур сепарации.
В период сниженияпластового давления эффективность работы установок НТС поддерживается на прежнемуровне за счет ввода дожи много компрессора и внешнего холодильного цикла.
Эффективностьоборудования. На эффективность работы установок НТС влияет используемыйисточник холода. В процессе длительной эксплуатации скважин и при снижениипластового давления замена изо энтальпий но го расширения (дросселирование) наизоэнтропное (расширение в детандерах) позволяет эффективнее использоватьсвободный перепад давления и при одном и том же перепаде давления придетандировании потока достигать более низких температур сепарации.
На более позднихстадиях эксплуатации скважин, когда свободный перепад давления практическиотсутствует, на эффективность работы установок ИТ С будет оказывать влияниевыбранный хладагент, его расход в испарителе и поверхность теплообмена.
Число ступенейсепарации. На газоконденсатных месторождениях при подготовке к транспортировкеиспользуют двух- и трехступенчатые схемы НТС.
При одинаковыхпараметрах (давление и температура) последней ступени охлаждения чем меньшечисло ступеней сепарации. тем больше выход жидкой фазы и тем меньше содержаниеуглеводородов С в товарном газе. Но при одноступенчатой сепарации чрезмерновысоки потери компонентов газа с углеводородным конденсатом. Увеличениеступеней сепарации повышает четкость разделения газовой и жидкой фаз.
Но мере длительнойэксплуатации скважин эффективность работы установок НТС снижается по двумпричинам:
уменьшение свободногоперепада давления вследствие снижения пластового давления: облегчение составагаза.
Следовательно, придлительной эксплуатации месторождений сепарация газа должна осуществляться приболее низких температурах. На практике, наоборот, при длительной эксплуатацииустановок НТС температура сепарации постоянно повышается при одновременномоблегчении состава.
Таким образом,установки НТС имеют следующие недостатки:
снижение эффективностипроцесса вследствие облегчения состава газа и повышения температуры НТС:
— необходимостьреконструкции установки с заменой источника холода после исчерпания свободногоперепада давления:
— необходимостьприменения ингибитора гидратообразования, что усложняет и удорожает схемупроцесса по причине введения в схему блока отделения и регенерации ингибитора:высокие потери целевых компонентов с товарным газом: относительно низкиестепени извлечения газового конденсата для тощих газов.
К достоинствамустановок НТС можно отнести следующие: низкие капитальные вложения иэксплуатационные затраты при наличии свободного перепада давления: одновременнос сепарацией имеет место осушка газа до точек росы, необходимых длятранспортировки газа по магистральным газопроводам.
/>
Жалюзийные сепараторыснабжены жалюзийными насадками, представляющими собой шкет криволинейныхлистов, уложенных на некотором расстоянии друг от друга на образующихкриволинейные каналы. Двухфазный поток проходит через криволинейные каналы, гдеза счет инерционных сил осаждается тяжелая фаза. Эффективность сепарации взначительной степени зависит от равномерности укладки жалюзи в пакете. Дляболее равномерного распределения газа в сечении отбойной насадки рекомендуетсярасполагать плоскость отбойного пакета на расстоянии, равном не менее половинымаксимальной ширины отбойного пакета от входного и выходного штуцеров.
В центробежныхсепараторах: на осаждение жидкой фазы большое влияние оказывают следующиефакторы: неравномерность распределения поля скоростей газа по сечению аппарата,зависимость траектории частиц тяжелой фазы от их дисперсности и плотности,влияние вторичного уноса осажденной дисперсной фазы и влияние турбулентныхпульсаций на процесс осаждения и вторичного уноса. Влияние всех этих факторовчрезвычайно сложно, и поэтому на сегодняшний день не существует общего методарасчета всех этих процессов. 11а практике для центробежного сепаратора каждоготипа экспериментальным путем определяют его эффективность и пропускнуюспособность.
Сетчатые сепараторы дляотделения капельной жидкости снабжены сетчатыми насадками, выполненными изратных материалов — металлическими и синтетическими — с разными плетениямипроволочных рукавов и размерами петель. Обычно сетчатая насадка (мат)выполняется из вязаных рукавных сеток, уложенных друг на друга или свернутых вкруглый моток.
низкотемпературныйсепаратор жалюзийный центробежный
/>
Число слоев сеток вмате 50-70, диаметр проволоки сетки 0.1- 0.5 мм. толщина матов (высота насадки)70-300 мм. удельная поверхность (отношение поверхности проволоки к занимаемомуматом объему) 120-1900 м2/м3, свободный межпроваточныйобъем 91-99 %. масса насадки на единицу объема 50-530 кг/м3.Сетчатые маты обеспечивают сепарацию частиц жидкости диаметром более 5 мкм. апри двухслойном расположении — и более мелких частиц.
Фильтры-сепараторыобычно применяют в процессах двух- или многоступенчатой сепарации. Вволокнистых фильтрующих материалах происходит диффузионная или инерционнаякоалесценция капельной жидкости. Фильтры такого типа используют обычно послеотделения пленочной и крупнодисперсной жидкости — на второй ступени очистки дляотделения тонкодисперсной туманообразной жидкости.
В трехступенчатомфильтрационно-сетчатом сепараторе пленочная жидкость отделяется после входногопатрубка I в гравитационной секции 9 (первая ступень), 11а второй фильтрующейступени происходит коалесценция мелкодисперсной жидкости, которая сепарируетсяот газового потока в третьей ступени — сетчатом отбойнике, установленном выше.Основной недостаток этих сепараторов заключается в том, что диаметр волокон иплотность упаковки существенно влияют на характеристики фильтра.