Сбор и подготовка нефти газа и воды к транспорту

§ 14. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ Q УСТРАНЕНИЕ ГИДРАТОВ

Способы устранения гидратов в газопроводах можно разделить на две группы: 1) предупреждение образования гидратов и 2) устра­ нение в газопроводе образовавшихся гидратов.

Первый способ сводится к уменьшению содержания влаги в газе до таких пределов, чтобы пары воды в газопроводе не достигали состояния насыщения и, следовательно, не могли конденсироваться. Такое состояние может быть достигнуто специальной осушкой газа. Осушка газа может осуществляться на специальных установках твердыми (хлористый кальций СаС12, сехпкагехь и др.) и жидкими (днэтиленгликоль ДЭГ и трпэтпленгликоль ТЭГ) веществами. Жидкие сорбенты, применяемые для осушки нефтяных газов, должны удо­ влетворять следующим требованиям: иметь по возможности низкую стоимость, обладать высокой взаимной растворимостью с водой, стабильностью при регенерации, низкой упругостью паров при тем­ пературе контакта с газом, малой вязкостью, незначительным погло­ щением углеводородных компонентов газа, низкой способностью

кобразованню пен и эмульсий. Большинству этих требований нанлучшпм образом отвечают ДЭГ и ТЭГ.

Процессы осушки газа этими сорбентами находятся в прямой за­ висимости от давления, температуры контакта и концентрации сор­ бента. Выше было показано (см. рис. 38), что повышенное давление газа уменьшает содержание влаги в нем и, естественно, приводит

кснижению количества циркулирующего раствора, необходимого для осушки газа до заданной точки росы. Повышение температуры контакта газ — сорбент вызывает увеличение парциального давле­ ния водяных паров над сорбентом, снижение поглотительной способ­ ности последнего и повышение точки росы осушенного газа. Пониже­ ние температуры контакта газ — сорбент оказывает обратное дей­ ствие, т. е. снижает точку росы осушенного газа. Однако не рекомен­ дуется применять температуру осушки газа жидкими сорбентами

ниже Ж* С в связи с повышением вязкости сорбентов п значительной трудностью их перекачки.

На иеглотптельную способность паров воды из газа большое влияние оказывает концентрация сорбента: чем выше эта концентра­ ция, тем ниже точка росы осушаемого газа. Концентрация сорбента при указанной выше температуре контакта может колебаться в зави­ симости от нужной степени осушки в пределах 90—99%. На рис. 41 приведены равновесные кривые точек росы газа при различных тем­ пературах контакта и различных концентрациях ДЭГ и ТЭГ. ДЭГ представляет собой жидкость с молекулярной массой 106,12 и шшгностьв© р2ф = 1,1184 т/м5. Температура его китшия при давлении 1,013-10®Н/ма ((760 мм рг. сг.) раина 245®С. Упругость паров жри

Ссоставляет длишь 1,333 Н/м2 (0,01 ммрг. сг.). ДЭГ смешивается

сводой в лшабих пропорциях. Недостатком ДЭГ является сравни­ тельно высокою его потери при регенерации (5—18 г на 1000 м3

№

Применяемый также для осушки газа ТЭГ представляет собой жидкость с молекулярной массой 150,17, плотностью р20= 1 ,1254т/м3, температурой кипения 287,4° С и упругостью паров меньше, чем у ДЭГ. Он также смешивается с водой в любых пропорциях. Потери от испарения при регенерации ТЭГ составляют всего лишь 2 г на 1000 м3 газа.

Установки осушки газа указанными выше сорбентами обычно строятся в местах скопления большого количества нефтяного газа, чаще всего на газобензиновых заводах или на территории компрес­ сорных станций.

На рис. 42 приведена схема установки осушки нефтяного газа жидкими сорбентами, получившая распространение на наших месторождениях.

Установка осушки газа диэтиленгликолем и триэтиленгликолем работает следующим образом. Поступающий с промыслов нефтяной газ вначале проходит сецаратор 1, в котором осаждается капельная влага. После сепаратора газ направляется под нижнюю тарелку абсорбера 2. Поднимаясь через тарелки, газ контактирует с раство­ ром гликоля, подаваемого на верхнюю тарелку абсорбера.

Поступивший на верхнюю тарелку абсорбера концентрированный раствор гликоля постепенно насыщается парами воды и опускается в нижнюю часть абсорбера, откуда под собственным давлением через теплообменник 6, выветриватель 7 и фильтр 8 направляется в выпар­ ную колонну (десорбер) 9 для восстановления первоначальных свойств (регенерируется). Выпарная колонна 9 состоит4из двух частей: собственно колонны 9 с насыпкой колец Рашига 10, служа­ щих для увеличения поверхности контакта, и кипятильника 11, в котором происходят за счет сжигания газа нагревание раствора гликоля и испарение воды. В кипятильнике 11 может поддерживаться температура раствора гликоля от 150 до 180° С, а в верхней части выпарной колонны — от 105 до 107° С.

Регенерированный (концентрированный) раствор гликоля заби­ рается насосом 14 и через теплообменник 6 и холодильник 16 снова поступает на верхнюю тарелку абсорбера.

Осушенный в абсорбере газ, поднимаясь в верхнюю часть колонны, проходит в жалюзийный каплеуловитель 4, в котором удерживаются капли гликоля, и направляется в магистральный газопровод. Рас­ твор гликоля, отделяемый в каплеуловителе, поступает по линии 3 на регенерацию в выпарную колонну.

Для снижения потерь гликоля при регенерации в верхней части выпарной колонны 9 установлены холодильник 12, в котором поддер­ живается температура около 80° С, и сепаратор 13 с каплеотбойной насадкой 4. Раствор гликоля, скопившийся в сепараторе 13, по лпнии 3 направляется в кипятильник И или выводится в специаль­ ную емкость.

Если необходимо получить высокую концентрацию гликолей (98—99%) с целью достижения низких точек росы нефтяного газа (—10 -т- 15° С), регенерацию этих гликолей производят под вакуумом.

104

Тогда к сепаратору 13 подсоединяется эжектор 15 или вакуумнасос. Экономичность работы установок рассмотренного типа во многом зависит от потерь гликолей, которые в основном происходят в ре­ зультате неправильно выбранного температурного режима регене­ рации и отсутствия каплеулавливающих приспособлений 4 как на абсорбере 2, так и на сепараторе 13. Большая часть потерь гликолей происходит в результате образования пены при контакте газа с аб­ сорбентом. Интенсивность ценообразования зависит от чистоты рас­ твора и наличия в осушаемом газе углеводородного конденсата, а также пластовой воды. Против вспенивания гликолей можно приме­

нять триоктилфосфат и силиконовые соединения.

Практикой установлено, что для успешной осушки газа в системе должно циркулировать не менее 25 л гликоля на 1 кг абсорбируемой воды и применяться возможно большее число (десять — двенадцать) тарелок в абсорбере.

Количество свежего раствора, подаваемого на верхнюю тарелку абсорбера, определяется по формуле

где V — количество осушаемого газа в м3/сутки; W Аи W 2 — соот­ ветственно начальное и конечное содержание влаги в газе в г/м3, определяемое по кривым рис. 38.

Пример расчета гликолевой осушки. Количество газа, поступающего на

Требуется определить количество циркулирующего свежего раствора. Решение. По графику содержания влаги (см. рис. 38) определяем количество парообразной воды в газе: па входе в абсорбер — 1,2 г/м3, на выходе из абсор­

(1- ° .92)- ^ - (1- ° .97)

105

При этом количество насыщенного раствора будет

3,8+0,21=4,01 т/сутки.

Плотность свежего раствора 97%-ной концентрации

р= 0,97 •1,118+0,03-1=1,11 кг/л.

Для устранения образовавшихся гидратных отложений приме­ няются ингибиторы, которыми могут быть метанол СН30Н, этилен­ гликоль, разбавленный водой ДЭГ, ТЭГ, 30%-ный раствор хлори­ стого кальция и т. д.

Глдратные отложения можно успешно ликвидировать также по­ нижением давления в газопроводе или подогревом его в местах обра­ зовавшихся отложений.

Расход ингибитора (в кг на 1000 м3 газа) для ликвидации гидрат­ ных отложений в газопроводах определяется по формуле

Содержание влаги в газе до и после ввода ингибитора опреде­ ляется по графику рис. 38.

Оптимальная концентрация ингибитора С lt вводимого в поток газа, зависит от степени необходимого понижения температуры гидратообразования и количества влаги (воды), выделяющейся из газа. Минимальный расход ингибитора достигается, как известно, при напвысшей возможной концентрации С t. Обычно для метанола СН3ОН эта концентрация составляет 93—95% масс. Для гликолей допускаемая концентрация Ct определяется в основном двумя фак­ торами: вязкостью, сильно возрастающей с понижением температуры (например, при £ = 10° С вязкость 100%-ного ДЭГ равна 100 спз), и температурой застывания водных растворов.

Для хлористого кальция СаС12 допускаемая концентрация обычно не превышает 30% масс., так как содержание этого ингибитора выше 30% не дает заметного увеличения извлекаемой из газа влаги. Например', количество извлекаемой влаги при 30%-ной концентра­ ции хлористого кальция — 0,53 кг на 1000 м3 газа, при 35%-ной концентрации — 0,58 кг на 1000 м3, при 40%-ной концентрации — 0,59 кг на 1000 м3. Кроме того, 30%-ный раствор хлористого каль­ ция имеет самую низкую температуру замерзания (—55° С), поэтому такая концентрация наиболее приемлема при использовании его

вкачестве ингибитора против образования гидратов преимущественно

врайонах Крайнего Севера.

т

Приведем примеры расчета количества ингибиторов для следующих усло­ вий движения газа по газопроводу: начальные давления газа в газопроводе 0,981 МН/м2 (10 кГ/см2); температура -f-25° С; конечное давление 0,1962 МН/м2

AW=W^ — W2^2,2—2,0= 0,2 кг.

Температура начала образования гидратов определяется из рис. 39. Для нашего примера она будет +3,5° С. Величина понижения равновесной темпера­ туры At, определяемая по рис. 43, для раствора хлористого кальция составит

Д*= 3,5°— 0* С= 3,5° С.

По графику на рис. 43 (кривая 1) нахо­ дим, что для At = 3,5° С концентрация отра­ ботанного раствора хлористого кальция равна 10% масс. По уравнению (II 1.113) опреде­ ляем удельный расход 30%-го раствора:

0,2-10 ?= ■ :0,2 кг на 1000 м3.

30— 10

§ 15. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ВНЕШНЕЙ И ВНУТРЕННЕЙ КОРРОЗИИ ТРУБОПРОВОДОВ И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ИХ ОТ КОРРОЗИИ

Разрушение металла от воздействия на него окружающей среды называется коррозией.

Процесс коррозии может протекать двумя путями: прямым хими­ ческим воздействием среды на металл и в результате электрохимиче­ ских реакций, сопровождающихся прохождением электрического тока между отдельными участками поверхности металла.

107

Химическая коррозия протекает обычно в газовой среде, образуя сплошную пленку на поверхности металла. Она может полностью прекратиться лишь при отсутствии в окисной пленке пор, а также при высокой прочности ее сцепления с металлом.

Необходимыми условиями протекания электрохимической кор­ розии являются наличие электролита и непрерывное течение электри­ ческого тока. Разность потенциалов между двумя частями металла может возникнуть в результате: 1) деформации металла; 2) раз­ ности концентраций газов и особенно кислорода при соприкоснове­ нии их с металлом; 3) неодинаковой чистоты обработки поверхности металла; 4) неоднородности структуры металла, обусловленной раз­ личным химическим составом, посторонними включениями, различ­ ной плотностью на разных участках и т. д.

Разность потенциалов между двумя частями одного и того же металла может достигать от 1,0 до 1,5 в. При этом участок, имеющий отрицательный потенциал, называют анодом, а участок, имеющий положительный потенциал, — катодом.

В зависимости от среды, соприкасающейся с металлом, разли­ чают следующие основные виды коррозии: 1) газовую, протекающую в газовой среде; 2) атмосферную; 3) жидкостную и 4) почвенную. Жидкостная коррозия подразделяется на кислотную, щелочную и солевую. Кроме указанных выше видов коррозии металлов, в неф­ тегазосборной системе может образоваться также электрокоррозия, возникающая под воздействием блуждающих токов, вызванных утеч­ ками их с рельсов электрофицированного транспорта. На площадях нефтяных месторождений, имеющих большую сеть стальных трубо­ проводов, последние могут подвергаться всем перечисленным выше видам коррозии.

По характеру разрушения коррозия стальных трубопроводов может быть равномерной и неравномерной. Атмосферная коррозия трубопроводов обычно бывает равномерной и она не представляет большой опасности. К неравномерной коррозии относится местная, охватывающая лишь некоторые участки трубы (коррозия пятнами, язвенная или неточная), и межкристаллитная, распространяющаяся в глубь металла по границам кристаллов. Попытаемся уяснить, какова же сущность коррозии и как она протекает.

Все тела в отношении электропроводности разделяются, как известно, на проводники и непроводники. Проводники в свою оче­ редь можно подразделить на проводящие ток без изменения и с изме­ нением своего химического состава — электролиты. К электролитам относятся водные растворы кислот, солей и щелочей, а также почва, в которую укладывается трубопровод. Процесс химического измене­ ния электролита при протекании через него тока носит название элек­ тролиза. Возникновение и течение процессов коррозии обусловли­ ваются взаимодействием электролита с погруженным в него металлом. Для возникновения и течения процессов коррозии необходимы следу­ ющие факторы: 1) наличие двух участков металла с различным потенциалом в растворе данного электролита; 2) контакт обоих участ­

108

ков металла с электролитом; 3) соединение обоих участков между собой проводником.

На рис. 44, а показана схема гальванического элемента, состоя­ щего из цинкового (подверженного коррозионному разрушению) и железного электродов. В данном случае на катоде К происходят разряд ионов водорода с образованием нейтральных атомов Н 2 и ионизация молекул кислорода 0 2 с образованием гидроксильных ионов ОН- :

Рис. 44. Принципиальные схемы коррозионных разрушений металлов.

а — гальванический элемент; б — электромеханическое разрушение стенки трубы; в — кор­ розия труб в зависимости от величины pH и содержания в воде растворенного кислорода. 1 — отсутствие О» в воде; 2 , з, 4 — соответственно малое, среднее и высокое содержание Oj в воде.

Zn++ + 20H- = Zn(0H)2,

который выпадает в осадок. Процесс этот будет протекать до тех пор, пока весь цинк не растворится в электролите.

На рис. 44, б показана схема коррозионного разрушения стенки трубы. На поверхности трубы вследствие различной структуры металла на разных участках образуется ряд гальванических корро­ зионных элементов. На анодных участках ион-атомы железа перехо­ дят в раствор в виде гидратированных катионов Fe+ + ; при этом на поверхности металла остаются освобождающиеся электроны 2е, которые перемещаются по металлу к катодным участкам. На катод­ ных участках эти электроны снимаются с металла, в результате чего

109