Плотность природного газа

700-1200

1100-1900

2000-3500 

250

300-500

800-1200

1200-1900

-

- 

такого типа при отсутствии пульсаций газожидкостного потока и дробления капель достигает 92-98 %. Струйка пленочной жидкости, поднимаемая газовым потоком, выбрасывается в камеру разрыва. При пульсации газожидкостного потока и образовании гидратов режим работы сепаратора нарушается. В мультициклонах с увеличением скорости возрастает интенсивность дробления капель, уносимых газовым потоком из сепаратора, до низкодисперсного состояния. В связи с этим циклоны, нашедшие практически повсеместное применение на промыслах в 60-х годах, в последующем были заменены на более эффективные. 

В табл. 5.4 приведены ориентировочные значения производительности циклонов разных диаметров, работающих при различных давлениях. Нормальная работа сепараторов обеспечивается при отсутствии образования в них гидратов. 

Для безопасности работы на корпусе сепаратора или  на подводящих манифольдах устанавливают  предохранительные клапаны. 

Масляные  сепараторы (пылеуловители диаметром 500; 800; 1000; 1200; 1400; 1600; 2400 мм). Этот вид сепараторов в основном применяют на магистральных газопроводах. Пылеуловитель состоит из трех секций: газопромывочной, осади-тельной и скрубберной. Очищаемый газ поступает в нижнюю газопромывочную часть сепаратора, в которой оседают крупные твердые частицы и капли воды. Они скапливаются внизу сепаратора под слоем масла и периодически удаляются. По мере загрязнения масло заменяется свежим, а отработанное подвергается регенерации. При нормальной работе пылеуловителя расход масла не должен превышать 25 г на 1000 м3 очищенного масла. 

Тонкая  очистка газа проводится в верхней  части сепаратора. 

327 

5.3.5. ВЫБОР  ТЕПЛООБМЕННИКОВ И ИХ РАСЧЕТ 

Теплообменные аппараты составляют неотъемлемую часть  установки по обработке газа. На установках низкотемпературной сепарации  используют теплообменники типа "труба в трубе", в которых охлаждающим агентом является от-сепарированный газ, поступающий в межтрубное пространство теплообменника. Широкое применение таких теплообменников объясняется простотой их конструкции, надежностью работы и несложной системой подачи в них ингибитора во избежание гидратообра-зования. 

Кожухотрубчатые теплообменники по сравнению с теплообменниками типа “труба в трубе” менее металлоемки, более транспортабельны, занимают меньше места. Однако из-за отсутствия достаточно надежной системы защиты от образования гидратов эти теплообменники применяют только в тех случаях, когда газ в них охлаждается до температуры не ниже равновесной температуры образования гидратов или предварительно осушается. Одна из конструкций такого теплообменника показана на рис. 5.11. 

При конструировании  теплооб-менных аппаратов следует  стремиться к минимальной разности температур на “теплом" конце теплообменника (недорекуперации холода). Эта разность температур представляет собой потерю холода и в значительной степени определяет энергетические затраты в установке. 

Рис 5.11. Кожухотрубный теплообменник: 

1 —  вход диэтиленгликоля; 2, 5 — вход  и 

выход сырого природного газа; 3 — 

выход сухого природного газа; 4 — вход 

сухого  природного газа 

328 

 Теплообменник  должен обеспечивать минимальную  разность температур на "теплом”  конце и минимальные потери  давления. С другой стороны, аппарат  должен быть компактным. Уменьшать  разность температур на "теплом”  конце теплообменника можно до  определенного предела, который должен соответствовать экономически обоснованным энергетическим затратам. Практика показывает, что разность температур на "теплом” конце теплообменника колеблется, составляя в среднем 10 "С. 

5.3.6. РАСЧЕТ  ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ 

Расчет  процесса теплообмена в основном сводится к получению количественных соотношений теплоотдачи на основе обобщения экспериментальных данных и принципов теории подобия, в частности, зависимости между критериями подобия, характеризующими процесс теплопередачи. 

Для определения поверхности теплообмена можно пользоваться формулой Ньютона-Фурье 

F = —, (5.12) 

AtK 

где Q - количество вводимой или отводимой  теплоты, Дж/м3; At - средняя логарифмическая  разность температур, °С; К - коэффициент  теплоотдачи, Вт/(м2- К) 

Количество теплоты, отдаваемой или получаемой газом в процессе теплообмена, определяют по формуле теплового баланса 

q = q1 = Q2= q1P1cp1(^ - у = g2p2cp2(f4 - t3), (5.13) 

где Q1 - количество теплоты, отдаваемой "теплым”  газом в процессе охлаждения, Дж/м3; Q2 — количество теплоты, получаемой "холодным” газом в процессе нагревания, Дж/м3; Ч1 Чг ~ расходы соответственно "теплого" и "холодного” газа, м3/ч; p1r p2 — плотность соответственно "теплого” и “холодного” газа; ср1, ср2 — удельная теплоемкость соответственно "теплого" и "холодного” газа, Дж/(моль • К); t1t t2 - температура "теплого” газа на входе и выходе теплообменного аппарата, °С; t3, t4 — температура "холодного” газа на входе и выходе теплообменного аппарата, "С. 

В формуле (5.13) не учтено количество теплоты, выделяе- 

329 

 мой  при конденсации водяного пара  и тяжелых углеводородов. С  учетом последних эта формула  примет вид 

Q = Q1=Q2= q1P2cp1(^ - У + rKq1qK + rBq1qB = 

= 42P2cP2{h -h)- (5-14) 

Здесь qK — количество углеводородного  конденсата, сконденсировавшегося из газа при снижении температуры от t1 до t2, кг/м3; дв - количество воды, сконденсировавшейся из газа при снижении температуры от t1 до t2, кг/м3; гк и гв — скрытая теплота парообразования соответственно углеводородного конденсата и воды, Дж/м3. 

Если  на установке НТС имеется избыточное давление, то 

t2=t3 + ApD,, (5.15) 

где Ар — перепад давления на штуцере (дросселе), Па; Д — коэффициент Джоуля - Томсона; температура t3 всегда задается (температура  сепарации). 

Температура ?4 с учетом того, что разность температур на "теплом” конце принимается равной 10 °С, будет на 10 °С ниже t1: 

t4 = + t3. (5.16) 

Ч2Р2ср2 

В расчетах скрытая теплота парообразования  для воды гв и углеводородного  конденсата гк соответственно принимается 2095 и 330-380 кДж/кг. 

Средняя логарифмическая температура зависит  не только от начальных и конечных температур теплоносителей, но и от направления движения их потока. Обычно направлениями движения теплоносителей являются противоток, прямоток, перекрестный и смешанный ток. В зависимости от направления движения теплоносителей формула для вычисления логарифмической разности температур принимает вид: 

для прямотока 

М = (f1 - *з) - ['2 - ti] ; (5.17) 

f1 - f3 

2,31g--------- 

U - t 

330 

 для  противотока 

м = [л-----iLb-----з1. (5.18) 

f, - t, 

гщл—- 

12 " l3 

для смешанного и перекрестного тока 

( t -t\ 

1 4 h 2 

Af =-----------------------------; (5.19) 

2,31g ?1_?4 

f 

2 

f - f 

3____1 

Если  отношение (f2 -fj)/(f4 - t3) < 2, то разность температур между средней логарифмической и средней арифметической их разностями не превышает 4 %. В этом случае молено пользоваться формулами для средней арифметической разности температур. 

Средняя арифметическая разность температур: 

для прямотока 

2 

для противотока 

М = [Ч ~ ti] + ['2 ~ *з) . (5.21) 

Если  температура одного из теплоносителей (например, аммиачного или пропанового  испарителя) постоянна, то разница между  температурами прямотока и противотока  исчезает, и формула средней логарифмической  разности температур принимает следующий  вид: 

М =2-----1. (5.22) 

t - t, 

2, 31g--------L 

Коэффициент теплопередачи для кожухотрубчатых  теплообменников типа "труба в  трубе” можно определить по следующим  формулам:

2 

331 

 при  теплопередаче от нагревающей  среды к нагреваемой 

К =-------------------------------; (5.23) 

d 1 

---------1 + 

a1 2Х 

при теплопередаче  от нагреваемой среды к нагревающей 

К =------------------------------------. (5.24) 

1 2dH d„  - dB 1 

------------------+-------------+ 

a1 dH + dB 2X a2 

Здесь сц - коэффициент теплоотдачи от нагревающей среды к стенке трубы, Вт/(м2 • К); d2 - наружный диаметр труб, м; d1 - внутренний диаметр труб, м; X - коэффициент теплопроводности материала трубы, Вт/(м2 • К); а2 — коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой среде, Вт/(м2 • К). 

Если  толщина стенки незначительна по сравнению с внутренним диаметром и составляет меньше 1/20 диаметра, то коэффициент теплопередачи можно определить как для плоской стенки: 

К =-----------------, (5.25) 

1 s 1 

++ 

с1 X сс2 

где s — толщина стенки, м. 

Для теплообменников с оребренными трубами формулы (5.23) и (5.24) примут вид: 

К =-----------------------, (5.26) 

1

 F

2

+

 s

 F

2

1 

а2

 F

1

 X

 F

1

 а2 

где F1 — площадь поверхности с гладкой стороны трубки, м2; F2 — площадь поверхности ребер и самой стенки между ребрами, м2. 

В формулах (5.23) и (5.26) коэффициенты теплоотдачи  с1, а2 можно определить на основе экспериментальных  данных и критериев подобия: 

сц = 0,023-Re°'8Pr0'4; (5.27) 

d 

332 

Re = ^; Pr = ^; (5.28) 

X