Практична робота № 5

Тема роботи: Визначення зони можливого гідратоутворення в шлейфах

Мета роботи: Вивчити основні фактори, які сприяють утворенню газогідратних пробок у шлейфах. Ознайомитися з способами боротьби з відкладеням гідратів на промислових та магістральних газопроводів та визначити найбільш вживаний серед усіх. Ознайомитися з алгоритмом розрахунку утворення гідратів у газопроводах та способами їх ліквідації.

Теоретичний матеріал Утворення гідратів в газопроводах

Для боротьби з відкладеннями гідратів в промислових і магістральних газопроводах застосовують ті ж способи, що і на свердловинах. Крім того, попередити утворення гідратів можна шляхом введення інгібіторів і теплоізоляцією шлейфів.

За розрахунковими даними теплоізоляція шлейфу пінополіуританом товщиною 0,5 см при середньому дебіті свердловин 3 млн. м3/доб. забезпечує безгідратний режим його роботи при довжині до 3 км., а при дебіті 1 млн. м3/доб. - до 2 км. Практично товщину теплоізоляції шлейфу з урахуванням запасу можна прийняти рівною в межах 1 - 1,5 см.

Для боротьби з утворенням пробок гідратів застосовують спосіб, що запобігає їх прилипанню до стінок труб. З цією метою в потік газу вводять поверхнево - активні речовини (ПАР), конденсат або нафтопродукти. При цьому на стінках труб утворюється гідрофобна плівка, і рихлі гідрати легко транспортуються потоком газу. При цьому ПАР, покриваючи поверхню рідин і твердих речовин якнайтоншими шарами, сприяє різкій зміні умов взаємодії гідратів із стінкою труби.

Кращі з водорозчинних ПАВ - ОП - 7, ОП - 10, ОП - 20 і ІНХП - 9 - можна використовувати тільки в області додатніх температур. З нафторозчинних ПАР найкращим є ОП - 4 - хороший емульгатор.

Додавання до 1 л нафтопродуктів (лігроїну, гасу, дизельному паливу, стабільному конденсату) відповідно 10; 12,7 і 6 г ОП - 4 запобігають прилипанню гідратів до стінок труб. Суміш, що складається з 15 - 20 % (за об'ємом) солярового масла і 80 - 85 % стабільного конденсату, запобігає відкладенням гідратів на поверхні труб. Витрату такої суміші складає 5 - 6 л на 1000 м³ газу.

Гідравлічний і тепловий розрахунок шлейфів

Гідравлічний розрахунок шлейфу виконується для визначення втрат при русі певної кількості газу по трубопроводу, розподілу втрат тиску по його довжині.

Тепловий розрахунок шлейфу проводиться з метою оцінки розподілу температури по його довжині і визначення місця можливого утворення гідратів.

Кінцевий тиск в шлейфі при відомому початковому тиску визначається так:

P_К = , (1.1)

де Р_н - тиск газу на початку газопроводу, МПа; л - коефіцієнт гідравлічного опору газопроводу; Т_СР - середня температура в газопроводі, К;

l - довжина газопроводу, км.; е - відносна щільність газу в нормальних умовах і визначається за рівнянням:

∆ = = , (1.2)

де ρ_Г, ρ_В - щільність газу і повітря відповідно; М_г - молекулярна маса газу; 29 - молекулярна маса повітря.

Коефіцієнт гідравлічного опору λ залежить від режиму руху газу. У промислових газопроводах режим руху завжди турбулентний. Для такого режиму існує декілька формул, що визначають величину λ. Найбільш проста і відома з них емпірична формула, запропонована Веймаутом:

λ = 0,009407/d³, (1.3)

Середню температуру газу на розрахунковій ділянці обчислюють по рівнянню:

Т = Т_ОС + , (1.4)

де Т_ос і Т_у - температура навколишнього середовища і на гирлі свердловини відповідно, К; L - довжина шлейфу, км.; а – параметр Шухова, розраховують за формулою:

а = , (1.5)

де К - коефіцієнт теплопередачі від газу, що транспортується, навколишньому середовищу, Вт/(м·°С), для наближених розрахунків приймають К=1,745 Вт/(м·°С); С_р - ізобарна теплоємність газу, кДж/кг, для наближених розрахунків приймають С_р=2,177 кДж/кг; d_Н - зовнішній діаметр шлейфу, мм.

При відомому значенні Р_К - тиск на заданій ділянці шлейфу визначають за формулою:

Р_Х = , (1.6)

де x – відстань від початку до розрахункової точки шлейфу, км.

Температура газу на заданій ділянці шлейфу може визначатися за рівнянням:

T_L = Т_ОС + (Т_У – Т_ОС)·е^-аL - D_i , (1.7)

де D_i - ефект Джоуля-Томпсона, тобто зниження температури газу при пониженні тиску ^°С/МПа, для наближених розрахунків застосовують Di = 2,5 С°/мпа; L - довжина шлейфу, км.

Відстань від гирла свердловини, Х, км.	Тиск в ділянці газопроводу Рх, МПа	Температура газу в ділянці газопроводу Тl, К	Температура гідратоутворення Тg, К
Q = 5,71 млн. м3 доб., Тос = - 35 0С, Ру = 4,9 МПа, L = 2 км
0	4,9	285	282,22
0,2	4,9	284,72	282,22
0,4	4,9	284,44	282,21
0,6	4,89	284,17	282,21
0,8	4,89	283,9	282,2
1	4,88	283,63	282,19
1,2	4,88	283,36	282,17
1,4	4,87	283,09	282,16
1,6	4,86	282,82	282,14
1,8	4,85	282,55	282,12
2	4,83	282,29	282,09
Q = 5,71 млн. м3 доб., Тос = 0 0С, Ру = 4,9 МПа, L = 2 км
0	4,9	285	282,22
0,2	4,9	284,92	282,22
0,4	4,9	284,83	282,21
0,6	4,89	284,75	282,21
0,8	4,89	284,67	282,2
1	4,88	284,59	282,19
1,2	4,88	284,51	282,17
1,4	4,87	284,43	282,16
1,6	4,86	284,34	282,14
1,8	4,85	284,26	282,12
2	4,83	284,19	282,09
Q = 5,71 млн. м3 доб., Тос = + 20 0С, Ру = 4,9 МПа, L = 2 км
0	4,9	285	282,22
0,2	4,9	285,03	282,22
0,4	4,9	285,06	282,21
0,6	4,89	285,08	282,21
0,8	4,89	285,11	282,2
1	4,88	285,14	282,19
1,2	4,88	285,16	282,17
1,4	4,87	285,19	282,16
1,6	4,86	285,22	282,14
1,8	4,85	285,24	282,12
2	4,83	285,27	282,09

Таблиця 1

Р_СР - середнє значення тиску на розрахунковій ділянці шлейфу,

визначається за рівнянням :

Р_СР = , (1.8)

де Р_У и Р_К - тиск на початку і кінці шлейфу, МПа.

Зразок гідравлічного і теплового розрахунку шлейфу, виконаний по запропонованій вище методиці

Для розрахунку були використані наступні початкові дані:

Витрата газу в шлейфі, млн.м3/доб. - 2,85 і 5.71

Тиск газу на гирлі свердловини, МПа - 4,9

Температура газу на гирлі свердловини, К - 285

Температура навколишнього середовища, К - 238; 273; 293

Відносна щільність газу за повітрям - 0,561

Внутрішній діаметр шлейфу, м - 0,5

Зовнішній діаметр шлейфу, м - 0,53

Довжина шлейфу, км. - 2,0 і 10,0

Коефіцієнт надстисливості газу - 0,9

Ізобарічеськая теплоємність газу, кДж/кг - 2,21

Коефіцієнт теплопередачі від газу

до навколишнього середовища, Вт/(м2·°С) - 1,75

Ефект Джоуля-Томпсона Di ^°С/МПа - 2,5

Результати розрахунку приведені в таблиці 1.1.

Таблиця 1.1