Очистка газа

 

 

 

Рисунок 3.3 Устройство вихревого газового сепаратора

 

Сепаратор работает следующим образом. Газожидкостная смесь подводится в  аппарат через входной патрубок (5), расположенный в его верхней  части. Дефлектор (6) препятствует поступлению газа (воздуха) в осевую зону сепарационного пакета (7) без предварительного разделения газожидкостного потока. В криволинейном пространстве, образованном стенкой корпуса (1) и пластинами (8), (9), (10) из газового потока выделяется основная масса жидкости. Капли жидкости и механические примеси отбрасываются центробежной силой на стенки корпуса (1) сепаратора и под действием гравитационных сил по ходу газового потока, по нисходящей спирали транспортируются через кольцевой зазор (25) к сливному патрубку (24). Мелкодисперсионная, аэрозольная, капельная жидкость, не осевшая на корпусе (1), попадает на наружную поверхность пластин (8), (9), (10) и транспортируется газовым потоком через входные тангенциальные щели (11) на их внутреннюю поверхность. Так как тангенциальные щели  по ходу потока не сужаются, снижается потеря напора на местные сопротивления, что в целом положительно сказывается на гидравлическом сопротивлении в аппарате.

Транспортируясь с пластины на пластину, жидкость и механические примеси, попадая на начальную внутреннюю поверхность дугообразной пластины (9), под влиянием изогнутых дугообразных направляющих пластин (17) направляется к прямоугольным открытым желобам (18), где под влиянием вращающегося газового потока в пространстве между корпусом (1) и пакетом (7) транспортируется и отбрасываются к внутренней поверхности стенки корпуса с последующей транспортировкой ее к сливному патрубку (24). Образовавшаяся в нижней части сепарационного пакета жидкостная пленка, не успевшая попасть в нижний желоб, удаляется из сепарационного элемента через кольцевой зазор (20), образованный плоским днищем (19) и пластинами (8), (9), (10), т.е. через зазор (25) к сливному патрубку (24).     Радиальные пластины (21), с закрепленным к ним в нижней части ложным днищем (22), исключают вращательный эффект газового потока под ложным днищем, что способствует беспрепятственному стеканию отсепарированной жидкости с нижних кромок пластин через кольцевой зазор (25) к сливному патрубку (24). Шайба (23) препятствует возникновению вращающегося вихря над патрубком (24), что значительно улучшает слив жидкости из аппарата.{5}

 
Технические характеристики 
Производительность нм3/мин от 0.5 до 15000 
Рабочее давление Мпа(кгс/см) от 0.1(1) до 20(200) 
Рабочая температура С от -60 до 400 
Диаметр аппарата, мм от 159 до 1620 
Материал углеродистые, нержавеющие

 

 

4. Установка подготовки газа

 

Блочно-модульная Установка подготовки газа (БМУПГ), Блок подготовки топливного газа (БПТГ) предназначен для разделения газоконденсатного (нефтегазового) потоков и глубокой очистки газа от капельной, мелкодисперсной влаги и механических примесей и подготовки газа.  
Модельный ряд Установки подготовки газа представлен следующими модификациями: 
  §  по условному избыточному давлению газа на входе в установку подготовки газа, (МПа); 
  § по производительности по газу (нм³/мин) – Qг.; 
  § по производительности по жидкости (нм³/мин) – Qж.

В зависимости от параметров (давления, температуры, производительности по газу и жидкости) и характеристик среды  блочно-модульные Установки подготовки газа основного технологического назначения могут иметь в своём составе следующие блоки, узлы и (или) функциональные элементы: 
  §  Блок первичной сепарации газа, предназначенный для сглаживания пульсации газожидкостной смеси, обеспечения работы Установки подготовки газа в пробковом режиме, сбора и накопления жидкостной фракции, сепарации и очистки газа. В блоке первичной сепарации газа может быть предусмотрено оборудование по очистке потока от сернистых и меркаптановых соединений; 
    §Узел дросселирования потока, предназначенный для снижения давления газового и жидкостного потоков;  
  §  Блок дожима и охлаждения низконапорного газа, предназначенный для увеличения давления газаи его охлаждения. В блок может входить компрессорное, струйное, холодильное, теплообменное и насосное оборудование; 
  § Блок стабилизации среды, предназначенный для стабилизации газового и (или) жидкостного потоков после приведения их к иным параметрам по давлению и (или) температуре; 
  §  Блок сепарации газа предназначенный для окончательной очистки и подготовки газа к дальнейшему использованию; 
  § Узел учёта, предназначенный для учёта, в т.ч. коммерческого газового и (или) жидкостного потоков. 
  §  Инженерные сети и система управления, предназначенные для снабжения и бесперебойной работыУстановки подготовки газа, а также управления технологическим процессом подготовки газа, контроля технического состояния оборудования входящего в состав Установки, автоматического измерения параметров газа.

 

 

 

5. Очистка газа от  пыли и механических примесей

 

Для очистки природных  газов от пыли и механических примесей применяют коалесцентные сепараторы, пылеуловители, сепараторы "газ-жидкость", центробежные скрубберы, сепараторы электростатического осаждения и масляные скрубберы. Все они фактически имеют двойное назначение: удаление основной массы жидкости и пыли из газа и одновременная очистка газа от мельчайших частиц.

Пылеуловители. Проблема удаления пыли из газа возникает в основном при эксплуатации газопроводов. Фильтры, применяемые для очистки газа, от пыли, отличаются от коагуляторов насадочными  элементами, которые изготавливают  ив плотной ткани. Между волокнами  ткани фильтра проходит газ, а  частицы пыли задерживаются на поверхности  ткани. Одним из наилучших материалов для изготовления фильтров является войлок, спрессованный в мягкую подушку  и расположенный параллельно  направлению потока газа. Однако тканевые фильеры очень трудно очищать  от пыли, все они разрушаются под  действием газа, особенно в присутствии  жидкости. Отчасти этот недостаток удалось преодолеть путем применения наиболее устойчивых к действию органических жидкостей. Тканевые фильтры даже с насадкой синтетических материалов малоэффективны при улавливании из газа капель жидкости. Дело в том, что капельки жидкости собираются на нижней стороне фильтра и виде затвердевшей пленки. Газ, проходя через эту пленку, разрывает ее. При этом образуются новые капли жидкости, которые уносятся из фильтра. В результате газ как бы возвращается и свое первоначальное состояние с той лишь разницей, что в нем нет пыли, а капельки жидкости стали крупнее и их легче отделить от газа в любом коагуляторе.

Таким образом, можно сделать  вывод о том, что наилучшим  аппаратом для очистки газа от механических примесей и жидкости является сепаратор с фильтрональным и коагулирующими элементами. К фильтровальным элементам предъявляются следующие требования: самоочищаемость; доступность при замене и чистке; устойчивость к действию органических жидкостей и воды (особенно к набуханию и разрушению); конструктивная прочность и оснастка, позволяющие сохранять форму при длительной эксплуатации; сравнительно малое гидравлическое сопротивление; слабая смачиваемость поверхности; компоновка, позволяющая крупным примесям (песок, буровой раствор, большие объемы жидкости), поступающим в сепаратор, отделиться от газа раньше, чем газ достигнет фильтра.

Практика применения фильтров показывает, что многие из них хорошо работают в одних местах и плохо в других. Результаты, полученные в промышленных установках, очень трудно, а иногда и невозможно оценить. Наблюдались случаи, когда после установки фильтров некоторые из проблем эксплуатации Пыли ликвидированы, но определить точно причину их исчезновения невозможно, так как полученные результаты обычно неустойчивы во времени.

Один из фильтров, применяемых  в настоящее время в промышленности, состоит из сложных круговых элементов, число которых зависит от поверхности. Газ поступает в верхнюю часть фильтра, проходит через фильтровальные элементы и отводится через трубки. Механические примеси задерживаются в фильтровальных элементах, мелкие капли жидкости за счет коалесценции укрупняются и могут быть легко отделены от газа с помощью коагулятора, который устанавливается после фильтра. Концевой фланец этого фильтра съемный, что позволяет в случае необходимости легко заменять элементы. Преимущество данного фильтра - большая удельная поверхность его. Величина поверхности фильтра зависит от материала, его плотности и конструкции фильтра.

Наличие механических примесей и их влияние на пропускную способность  магистральных газопроводов - одна из главных проблем, возникающих  при транспортировке природных  газов. Хотя очистка газа от пыли и  капельной жидкости - в основном проблема транспортировки газа, а не его переработки, она заслуживает обсуждения, так как частично ее источником является все возрастающая переработка газа непосредственно на промыслах.{2}

Проблемы, возникающие при  очистке газов, определяются широко изменяющимися свойствами примесей и отсутствием классификационных стандартов, необходимых для проектирования оборудования, поэтому многие из них решается экспериментальным путем.

 

 

Рисунок 5.1. Конструкции Вертикального и горизонтального пылеуловителей: 1,7 - коагулятор на выходе; 2 - сепарационная секция; 3 - контактные элементы; 4 - жидкость; 5 - входной фланец; 6 - скрубберный элемент; 8 - фланец для отвода газа; 9 - редуктор; 10 - 10 электродвигатель; 11 - постоянный уровень масла; 12 - дренаж и заполнение маслом; 13 - разделительная перегородка; 14 - коагулятор на входе; J - вход газа; II - выход газа; III - выход жидкости

 

Оборудование, которое применяется  для очистки газов, можно разделить  па дна вида: использующее и не использующее жидкость. Все жидкостные аппараты конструируют таким образом, чтобы обеспечить хороший контакт между очищаемым газом и жидкостью.

На рис 5.1 показано устройство вертикального горизонтального пылеуловителей. Вертикальный пылеуловитель отличается от сепараторов "газ-жидкость" только в нижней части аппарата. В скрубберной секции аппарата применяется много различных устройств, но наибольший эффект достигается при барботаже газа через слой жидкости. Контакт между ними осуществляется с помощью специальных приспособлений. Жидкость отделена от газа в сепарационной секции аппарата и под действием силы тяжести капает в сборник.

В промышленности применяются  пылеуловители и других конструкций, использующих главным образом внешний  источник энергии.

Жидкостные скрубберы  являются сравнительно высокоэффективными пылеуловителями. Их недостаток - необходимость постоянного перетока жидкости в нижнюю часть аппарата, что не всегда получается (тогда жидкость уносится газом). Потери, не превышающие 13,4 л на 1 млн. м³ газа, считаются нормальными, однако бывают случаи выноса в газопровод всей жидкости. При этом, если газ поступает на компрессорную станцию, создается опасность гидравлического удара в компрессорных цилиндрах и их разрушения. Нормальный унос жидкости из скрубберов поддерживается с помощью коагуляторов.

Повышенный унос жидкости из пылеуловителей наблюдается в  следующих случаях: разбавление  масла углеводородным конденсатом, поступающим с газом, поступление и аппарат большого количества жидкости и результате резких изменений пропускной способности и давления в газопроводе; превышение проектной скорости. Разбавление масла можно уменьшить, если установить перед пылеуловителем обычный сухой скруббер, однако это ухудшает экономические, показатели. В некоторых случаях в пылеуловителях применяют жидкости, которые не смешиваются с углеводородами и имеют малую упругость паров, например дизэтиленгликоль. Накопившиеся углеводороды периодически дренируют из аппарата, однако применять для этих целей гликоль сравнительно дорого. Разбавление масла из-за абсорбции углеводородов из газа отрицательно влияет па показатели работы пылеуловителя только при очистке очень жирных газов. При очистке других газов абсорбция очень мала и практически не снижает эффективности очистки газа. Причины вспенивания масла могут быть самыми различными, однако чаще всего оно происходит из-за наличия в газе ароматических углеводородов и ингибиторов коррозии. Вынос жидкости из газопроводов и попадание ее в пылеуловители можно значительно уменьшить, эксплуатируя газопровод на проектном режиме. На время продувки газопровода рекомендуется отключать пылеуловители от потока газа с помощью обводных линий. При пиковых отборах газа давление в газопроводе может изменяться, поэтому пылеуловители должны рассчитываться на максимальные и минимальные давления и скорости газа, возможные при эксплуатации газопровода. Например, на одной из станций очистки газа повышенные потери масла имеют место при давлении газа, на 12% превышающем проектное, и при скорости газа, - на 16,5% превышающей проектную. На другой станции, где давление газа превысило проектное на 37,7%, а пропускная способность при этом увеличилась только на 2,5%, потери масла возросли до 68 л на 1 млн. м³ очищенного газа. Из-за уноса масла из пылеуловителей многие эксплуатационники предпочитают применять для очистки газа от пыли скрубберы сухого типа, хотя жидкостные пылеуловители имеют хорошие показатели в работе и также широко применяются.

Жидкости, применяемые в  пылеуловителях. Такие жидкости должны иметь малую упругость паров, низкую температуру застывания, сравнительно малую вязкость и обладать способностью смачивать пыль. Одна из фирм, поставляющих оборудование, рекомендует применять в пылеуловителях масло, имеющее минимальную температуру кипения 260° С; максимальную температуру вспенивания паров 426,7° С; плотность 0,9042-0,8498 г/см³; вязкость 100 с по универсальному вискозиметру Сейболта при 37,8° С для очистки тощих газов (при давлении очистки ниже 35 кгс/см²) и 150 с - для очистки жирных газов (при той же температуре и давлении 35 кгс/см² и выше).

Основная масса пыли, и  других механических примесей, содержащихся и газе, легко извлекается из него с помощью любой жидкости. Однако из практики известны два случая, когда  механические примеси, попавшие в газ  на промысле, прошли через два сепаратора, абсорбер установки гликолевой осушки, где имелось четыре контактных тарелки, и осели в абсорбере установки сероочистки газа. К счастью, такие случаи являются исключением.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Газ, добываемый из скважины, насыщен различными веществами и другими примесями. И поэтому необходимо произвести тщательное отделение газа от этих примесей и подготовить его к транспортировке непосредственно потребителю.

В настоящее время к  товарному газу, предъявляются жесткие  требования, и поэтому главной  задачей нефтегазодобывающих компаний является произвести эту очистку  как можно качественнее и с  минимальными экономическими затратами.

Oсновные направления в настоящее время, которые придпринимаются по этому вопросу - это повышения эффективности сепарации и снижения металлоёмкости газовых сепараторов.

Oпыт эксплуатации различных  типов газосепараторов показал, что при номинальных расходах газа эффективность его сепарации не превышает 60% для вертикальных сепараторов гравитационного принципа действия; 80% для горизонтальных сепараторов гравитационного принципа действия; 95% для жалюзийных сепараторов инерционного принципа действия.         

Эффективность работы сепаратора определяется коэффициентом сепарации (отношение массы, уловленной в сепараторе твёрдой или жидкой фазы, к массе этой же фазы, поступившей в сепаратор). Коэффициент сепарации зависит от содержания жидкой или твёрдой фазы во входящем потоке; физических свойств разделяющихся фаз; скорости движения газа в разделительной и отбойной секциях; времени пребывания разделяющихся фаз в разделительной и осадительной секциях; места установки редукционного органа; конструктивных особенностей и характера действующих сил.         

Эксплуатационная характеристика газовых сепараторов зависит  от пропускной способности сепаратора, коэффициента сепарации, расхода металла на единицу пропускной способности, удельных затрат пластового давления на единицу обрабатываемого газа или отделяемого конденсата.