Дипломная (вкр): Проектирование установки подготовки газа на месторождении Петропавловское

В отличие от хемосорбции физическая адсорбция основана главным образом на вандерваальсовом взаимодействии между поверхностью твердого вещества и ее окружением. Поэтому теплота адсорбции нередко составляет не более 40 кДж на моль адсорбированного вещества и вследствие этого адсорбированный слой легко отделяется от поверхности. Удаление молекул адсорбированного вещества с поверхности адсорбента называется десорбцией. Для осуществления процесса десорбции необходимо подвести энергию большую, чем поверхностная энергия адсорбции. Это достигается нагревом слоя адсорбента и подачей десорбирующего агента (газовой фазы), в который и переходит десорбируемое вещество. На обратимость адсорбции и основывается адсорбционный производственный процесс.

Промышленные адсорбенты должны:

а) иметь большую адсорбционную емкость;

б) обладать высокой селективностью;

в) быть способными к регенерации;

г) иметь высокую механическую прочность;

д) обладать стабильностью адсорбционных свойств в условиях длительной эксплуатации;

е) быть нетоксичными, некоррозионными;

ж) иметь низкую стоимость.

В газовой промышленности для осушки газов и жидкостей применяются активированный оксид алюминия, алюмогели, силикагели и цеолиты (молекулярные сита); для отчистки от кислых компонентов - цеолиты; для извлечения из газов углеводородных компонентов - активированные угли, силикагели и цеолиты.

В связи с требованием нормоконтроля принципиальная схема адсорбционного процесса и ее краткое описание представлены на рисунке Б 6 (Приложение Б).

Комбинированные способы осушки газа

Для глубокой осушки газа с целью повышения экономической эффективности используются различные комбинации рассмотренных процессов. Охлаждение газа и тщательная его сепарация при входе в установки осушки снижают влажность исходного газа и улучшают условия процессов.

При сочетании абсорбционного и адсорбционного способов осушки удается при наименьших эксплуатационных затратах достигать практически полного извлечения влаги. Основное количество влаги при этом извлекается более дешевым абсорбционным способом, остаточная влага - более эффективным адсорбционным. В качестве адсорбента при таком комбинировании процессов используются только цеолиты.

Сущность низкотемпературной сепарации газа

Метод извлечения жидких углеводородов из газов газоконденсатных месторождений, в основе которого лежат процессы однократной конденсации при температурах от -10 до -25¡ С и газогидромеханического разделения равновесных жидкой и газовой фаз, называется низкотемпературной сепарацией.

Развитая схема НТС и ее описание представлены на рисунке Б 7 (Приложение Б).

Эффективность работы установок НТС при совершенном оборудовании и достижении состояния равновесия зависит от давления в низкотемпературном сепараторе, температуры и состава исходной смеси.

Давление сепарации определяется давлением магистрального трубопровода и в пределах обычно используемых давлений (5 - 7,5 МПа).

Влияние температуры и состава исходной смеси хорошо прослеживается на примере извлечения нормального пентана (рисунок Б 8 Приложения Б). Здесь в качестве параметра состава используется средняя молярная температура кипения исходной жидкости. Из графика видно, что:

при постоянной температуре сепарации, чем тяжелее состав исходной смеси, тем выше степень извлечения данного компонента, однако, начиная с некоторого состава (средняя молярная температура кипения около - 133° С, М = 22), утяжеление состава исходной смеси практически не влияет на увеличение степени извлечения;

снижение температуры сепарации от 0 до -40° С обеспечивает существенный рост извлечения конденсатообразующих компонентов из газов легкого состава (средняя молярная температура кипения -156 - 133° С);

влияние температуры сепарации на извлечение конденсатообразующих компонентов их жирных газов (средняя молярная температура кипени больше -133° С, М > 22) несущественно;

для обеспечения высоких степеней извлечения конденсатообразующих компонентов требуется тем более низкая температура НТС, чем легче состав исходной смеси.

Для совершенствования процесса НТС были предложены два метода: сорбция в потоке и изоэнтропийное расширение газа.

Сорбция в потоке - впрыск в поток исходной смеси стабильного конденсата или других углеводородных жидкостей на некотором расстоянии от сепаратора, т. е. утяжеление исходной смеси. До определенного предела утяжеление состава тощей исходной смеси позволяет повысить степень извлечения конденсатообразующих компонентов. Но это мероприятие не дает эффекта для жирных смесей.

Замена изоэнтальпийного расширения (дросселирование) на изоэнтропийное (расширение в детандерах) позволяет эффективнее использовать имеющийся свободный перепад давления. Но и в том и в другом случае необходимо иметь этот свободный перепад давления. Замена дросселя на детандер несколько продлевает срок службы НТС, но не решает проблему извлечения жидких углеводородов на период исчерпания свободного перепада давления.

Как видно из графика, по мере разработки месторождения на истощение для поддержания заданного уровня извлечения жидких углеводородов следовало бы из все облегчающегося состава исходной смеси снижать температуру сепарации. На практики же из-за непрерывного снижения свободного перепада давления температура сепарации постоянно повышается. Поэтому на снижение эффективности НТС влияют одновременно два фактора - облегчение состава исходной смеси и повышение температуры сепарации.

Таким образом, главная причина низкой эффективности установок НТС - несовершенство процесса однократной конденсации, когда извлечение целевых компонентов при фиксированных давлении и температуре зависит только от состава исходной смеси.

К достоинствам установок НТС можно отнести:

низкие капитальные вложения и эксплуатационные затраты при наличии свободного перепада давления;

одновременную осушку газа до точек росы, достаточных для дальнего транспорта газа.

Для установок НТС характерны следующие недостатки:

низкие степени извлечения газового конденсата, особенно для тощих газов;

высокие потери целевых компонентов с товарным газом;

снижение эффективности процесса из-за облегчения состава газа и повышения температуры НТС;

необходимость реконструкции на период исчерпания свободного перепада давления;

применение ингибитора гидратообразования.

Установки НТС могут найти оправданное применение на небольших месторождениях с коротким сроком разработки, когда более сложные установки не успевают окупаться, а также для первичной обработки при подаче газа на переработку на отдаленный ГПЗ.

Как показывает зарубежный опыт, процесс НТС перерос в процесс низкотемпературной конденсации, отличающийся значительно более низкими температурами охлаждения потока газа.

.3 Описание конструкций газовых сепараторов

При добыче, подготовке, транспортировке и хранении газа широко используют различного рода и назначении сепараторы - оборудование для разделения газовых, жидкостных и твердых фаз.

Типы сепараторов, их преимущества и недостатки представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристика сепараторов различных типов

Принцип сепарации

Работа любого сепаратора основана на применении одного или нескольких принципов осаждения: за счет силы тяжести, центробежной силы, соударения, электростатических сил, ультразвука, фильтрации, коагуляции, адсорбции и термического воздействия. Проблема усложняется тем, что частицы имеют различные размеры и могут быть твердыми и жидкими. Поэтому размеры сепараторов и их стоимость всегда определяются характеристикой обрабатываемого газа.

В одних случаях сепараторы применяют для грубого разделения жидкости и газа, например при сепарации нефти от попутного газа или сжатого воздуха от компрессорного масла. Эту группу сепараторов называют трапами или гравитационными сепараторами. Разделение жидкости и газа в трапах происходит в основном в результате действия гравитационных сил. Иногда в конструкцию трапов включают отбойные козырьки и коагулирующие устройства. При этом эффективность трапов несколько возрастает, так как к гравитационным силам, действующим на сепарируемые частицы, добавляются инерционные силы. Тем не менее, эффективность сепарации в трапах редко превышает 80 - 85 %.

При необходимости обеспечения более высокой эффективности сепарации газа от жидкости (до 90 - 99 %), предотвращения нежелательных явлений уноса реагентов, абсорбента, промывочной жидкости из технологических установок используют газожидкостные сепараторы. Процесс осаждения капель жидкости из газового потока в газожидкостных сепараторах происходит в результате действия на сепарируемые капли центробежных и инерционных сил в сочетании с гравитационными силами.

Отличие газожидкостных сепараторов от трапов заключается в следующем: в газожидкостных сепараторах обрабатывается газожидкостная система с высоким газосодержанием или газовым фактором, а в трапах - газожидкостная система с малым газосодержанием или газовым фактором.

Следующую группу сепараторов, применяющихся для очистки транспортируемого газа, можно классифицировать как пылеуловители или скрубберы, подразделив их на «мокрые» и «сухие».

Особую группу сепараторов можно выделить для разделения системы «газ - жидкость». Это, так называемые, трехфазные сепараторы или разделители жидкости. Наконец, к классу сепараторов могут быть отнесены технологические емкости, используемые для хранения, слива, налива и смешивания различных жидкостей и реагентов в установках подготовки газа.

Сепараторы должны удовлетворять следующим требованиям:

иметь достаточную первичную сепарационную секцию для удаления основной части жидкости из газового потока;

иметь достаточную длину, высоту или объем, чтобы обеспечить осаждение основной массы жидкости под действием силы тяжести, в особенности при пробковом режиме поступления жидкости;

включать средства и устройства для снижения турбулентности газожидкостного потока;

иметь эффективные скрубберные насадки для снижения уноса капель жидкости с отсепарированным газовым потоком;

включать необходимое число запорной и регулирующей арматуры, приборов КИП, автоматики и телемеханики.

При проектировании и эксплуатации сепараторов выполняют следующие виды расчетов:

конструкционные (расчет толщины стенок, рабочего давления, габаритов узлов и деталей);

технологические (расчет производительности);

гидравлические (расчет потерь давления).

Сосуды, аппараты и технологические блоки, работающие под избыточным давлением во влажной среде, содержащей сероводород, в зависимости от парциального давления сероводорода () и кислотности среды (рН) подразделяют на пять категорий:

а)      МПа при любом значении рН;

б)      1 МПа > МПа при ;

в)      1 МПа > МПа при ;

г)       0,1 МПа > МПа при ;

д)      0,001 МПа > МПа при любом рН.

В зависимости от категории сосуда, аппарата и технологи­ческого блока выбирают материал для их элементов.

Газосепараторы центробежные регулируемые (ОСТ 26-02-2057-79) предназначены для предварительной очистки газа от жидкости в промысловых установках подготовки газа, а также в качестве замерного сепаратора в установках замера газа и жидкости. Выпускают сепараторы на рабочее давление от 6,4 до 16 МПа. Сепараторы обеспечивают степень очистки газа от жидкости не менее 98 % при начальном предельном содержании жидкости, поступающей с газом в аппарат, до 200 см3/нм3. Газосепараторы могут эксплуатироваться в районах с жарким, умеренным и холодным климатом (по ГОСТ 16350-80) при температуре рабочей среды от -30 до +100° С. Потери давления до 0,03 МПа.

Предусмотрены два типа центробежных регулируемых газосепараторов:

с цилиндрическим сборником жидкости на рабочее давление от 6,4 до 10 МПа, производительностью по газу от 0,15 до 1 млн. м3/сут., (рисунок Б 9 Приложения Б);

с шаровым сборником жидкости на рабочее давление от 6,4 до 16 МПа, производительностью по газу от 1 до 5 млн. м3/сут., (рисунок Б 10 Приложения Б).

В конструкции сепараторов предусмотрено размещение подогревателя во внутренней полости сборников жидкости. Производительность сепараторов по газу, в зависимости от рабочего давления для обеспечения паспортной степени очистки газа от жидкости, регулируется специальным устройством, состоящим из подвижного и неподвижного конусов, завихрителя. Подвижный конус завихрителя перемещается вращением штурвала.

Производительность по газу центробежных регулируемых газосепараторов в зависимости от рабочих условий сепарации газожидкостного потока может быть установлена по графикам.

Газожидкостная смесь в регулируемом центробежном газосепараторе разделяется благодаря закручиванию потока в вертикальном цилиндрическом патрубке, которое обеспечивается использованием специального завихрителя. При прохождении газожидкостного потока через завихритель жидкость под действием инерционных и центробежных сил отбрасывается на стенку вертикального цилиндрического патрубка и стекает вниз по его стенке в сборник, откуда непрерывно или периодически дренируется. Отсепарированный газ отводится из вертикального цилиндрического патрубка через осевой патрубок, в конструкции которого предусмотрена розетка, обеспечивающая стабилизацию потока с целью предотвращения излишних потерь давления потока.