Осушка газа

1

обзор на тему «Осушка газа» /

Осушка газа производится для предотвращения образования жидкостных, ледяных и кристаллогидратных пробок в трубопроводах, улучшения условий работы компрессорного ///// нетфть

оборудования и понижения коррозионной активности газа.

Различают абсолютную и относительную влажность газа. Под абсолютной влажностью понимают массовое содержание воды в определённом объёме газа (обычно кг/1000 м3 при н.у.). Под относительной влажностью газа понимается отношение фактического содержания влаги в газе к максимально возможному при данных термодинамических условиях. Зависимость максимально возможного содержания влаги в газе W от термодинамических условий представлена на рис. 13.1

Зависимость W от термодинамических условий

Консорциум « Н е д р а »

2

Рис.13.1

Причём, речь идёт исключительно о водяных парах. Из рис.13.1 видно, что с понижением давления и повышением температуры максимальное содержание водяных паров в газе возрастает. Температура, при которой газ становится полностью насыщенным водяными парами, при данном содержании влаги в газе, называется температурой точки росы газа по воде при данном давлении. При этом, под газом, насыщенном водяными парами, понимают газ с относительной влажностью равной единице. Каждая кривая на рис.5 представляет собой геометрическое место точек росы газа в зависимости от содержания в газе воды при постоянном абсолютном давлении. В зоне, расположенной выше соответствующей кривой, свободная вода имеется, в зоне ниже кривой – отсутствует. Влажность газа может быть определена с помощью:

1.Кулонометрических влагомеров и гигрометров;

Консорциум « Н е д р а »

3

2.Пьезосорбционных влагомеров и гигрометров;

3.Электросорбционных гигрометров;

4.Диэлькометрических влагомеров и гигрометров;

5.ЯМР – влагомеров;

6.Нейтронных влагомеров;

7.Гигрометров, основанных на измерении точки росы;

8.Психометров;

9.Оптических влагомеров и гигрометров.

При этом, отличие гигрометров от влагомеров состоит в том, что они предназначены исключительно для определения влажности газов, в то время как влагомеры могут использоваться и для определения влажности жидких и твёрдых субстанций.

Известно несколько способов осушки газа:

1.Вымораживанием;

2.С помощью абсорбции;

3.С помощью адсорбции.

Метод осушки газа вымораживанием основан на изменении влажности газа в зависимости от его температуры. Если газ охладить, то часть влаги, находящейся в нём в паровой фазе, сконденсируется. Выпавший конденсат можно удалить,

а газ с пониженной влажностью будет иметь более низкую точку росы. Необходимая степень осушки газа

Консорциум « Н е д р а »

4

вымораживанием достигается в том случае, если газ удаётся охладить ниже минимальной температуры, наблюдаемой при его дальнейшем транспортировании, подготовке и утилизации.

Различают вымораживание с помощью естественного и искусственного холода.

Вымораживание с помощью естественного холода возможно только в зимний период, да и то, как правило, лишь в северных районах. Оформление процесса сводится к пропусканию газа через батарею труб с необходимой поверхностью теплообмена. При движении газа по трубам он охлаждается, влага конденсируется и кристаллизуется на внутренних стенках труб. Вымораживатели включаются в работу поочередно, а их регенерация осуществляется продувкой отработанной батареи труб острым водяным паром. Вымораживание с помощью искусственного холода применяется гораздо чаще и основывается либо на применении холодильных машин, либо на дросселировании, либо, наконец, на использовании винтовых детандеров. Причём, первые два процесса применяются, как правило, в сочетании друг с другом, а все методы искусственного охлаждения реализуются совместно с низкотемпературной сепарацией.

Сущность эффекта дросселирования основана на эффекте Джоуля – Томпсона, согласно которого, любое снижение давления газа на 1 атмосферу в специальном устройстве (дросселе – представляющим собой специфическую диафрагму)

вызывает понижение температуры газа от 0,15 до 0.25 0С. Легко видеть, что охладить подобным образом газ до температур, предусмотренных нормативными документами, возможно только в том случае, если он имеет высокое давление, намного превышающее давление первой ступени сепарации. Таким образом, данный способ применим, в

основном, для продукции газовых и газоконденсатных месторождений.

Принципиальная схема подобной установки приведена на рис.13.2.

Консорциум « Н е д р а »

5

Схема установки для охлаждения газа дросселированием

Рис.13.2

Газ, подлежащий вымораживанию, потоком (I) подаётся в сепаратор (2), где происходит отделение свободной воды и углеводородного конденсата, выводимых для разделения и утилизации на специальную установку потоком (II). Если давление поступающего газа слишком велико (пороговым значением, как правило, является величина в 160 атм), то перед входом в сепаратор (2) устанавливают штуцер (1), на котором давление стравливается до необходимой величины.

В этом случае происходит небольшое предварительное охлаждение газа. Из сепаратора газ подаётся в теплообменник

(3), в котором охлаждается обратным потоком холодного осушенного газа. В целях предотвращения образования ледяных и гидратных отложений на стенках аппаратов на вход теплообменника (3) подают соответствующий ингибитор

(чаще всего 80 % водный раствор этиленгликоля или концентрированный метанол). После теплообменника газ

Консорциум « Н е д р а »

6

дросселируют в дросселе (4), понижая его температуру до требуемого значения. При недостаточно высоком исходном давлении газа с помощью задвижек (6) к дросселю параллельно подключают холодильную машину (7), использующую

вкачестве хладоагента фреон, аммиак или пропан. Сконденсировавшаяся влага и углеводородный конденсат отделяются

всепараторе (5), а сухой газ, пройдя теплообменник (3), потоком (III) выводится с установки. Смесь жидкой воды и углеводородного конденсата расслаивается в отстойнике (8). Углеводородная часть сбрасывается в поток (II), а водная часть поступает на установку регенерации ингибитора (9). При необходимости, часть водяного потока может быть пропущена через фильтр (11), задерживающий продукты коррозии. Регенерированный ингибитор насосом (10)

возвращается в процесс, а лишняя вода либо потоком V выводится с установки, либо сбрасывается в поток II. Потери ингибитора непрерывно пополняются потоком IV.

Сущность метода вымораживания с использованием детандеров сводится к политропному расширению газа с отдачей внешней работы. В этом случае, детандер – это аппарат (чаще всего винтовой или турбинный компрессор),

способный обеспечить подобное расширение. Для выполнения внешней работы вал детандера жестко связывают с любым необходимым устройством. Преимущество подобного метода охлаждения неоспоримо. Т.к. позволяет охлаждать газ на 12 – 20 0С на каждую 1 атм. сбрасываемого давления, что делает возможным обработку практически любого попутного или природного газа.

Существует два основных способа обработки газа с помощью детандера (рис.13.3).

Схема установки для охлаждения газа с помощью детандера

Консорциум « Н е д р а »

7

Рис.13.3

Так называемая «открытая» схема (а) в которой исходный газ потоком (I) проходит через теплообменник (1), где предварительно охлаждается обратным потоком осушенного газа и поступает в сепаратор (2), где освобождается от свободной влаги и углеводородного конденсата. Жидкая фаза из сепаратора выводится потоком III на разделение.

Оставшийся газ поступает на детандер (3), где и подвергается глубокому охлаждению. Сконденсировавшаяся при этом влага и углеводородный конденсат отделяются в сепараторе (4) и выводятся потоком (IV) на разделение. Высушенный газ, пройдя через теплообменник (1), поджимается в компрессоре (5), жестко соединенным с детандером и потоком (III)

покидает установку. Если необходимо поджать газ до исходного давления, то к компрессору (5) дополнительно подключают электродвигатель. Для предотвращения намерзания в соответствующие точки схемы подаётся ингибитор,

Консорциум « Н е д р а »

8

поток V. Утилизация потоков II и IV сводится к отстою для отделения углеводородной части и регенерации ингибитора из водного раствора с возвратом его в процесс. нефть

В «закрытой» (б) схеме вместо осушенного газа компримированию подвергается любой другой газ, поток VI. Чаще всего это газ концевых ступеней сепарации утилизация которого из – за малого давления затруднена. Более того, в этом случае удаётся даже этот дополнительный газ несколько подсушить после охлаждения в теплообменнике (6). Частично отделившаяся влага и углеводородный конденсат потоком VIII выводятся на разделение, а оставшийся газ (поток VII)

может быть направлен на дальнейшую подготовку. Поскольку охлаждение газа концевых ступеней незначительное,

применение ингибитора, как правило, не требуется.

Подобные установки получили широчайшее распространение в западных странах, где их количество измеряется сотнями, причём применение детандеров всегда комплексное, т.е. охлаждение используется не только для осушки газа и отделения от него углеводородного конденсата, но и для выделения из газа отдельных компонентов.

В качестве примера рассмотрим принципиальную схему установки канадской фирмы Badger Engineering Ing

(рис.13.4).

Принципиальная схема установки фирмы Badger Engineering Ing

Консорциум « Н е д р а »

9

Рис.13.4

Исходный газ потоком (I) после смешения с метанолом (поток II) подаётся в центробежный сепаратор (1), в

котором происходит отделение основного количества спирта, успевшего поглотить свободную влагу. Затем, газ поступает в сепаратор высокого давления (2) где более полно освобождается от жидкой фазы. Оставшийся газ поступает в детандер (3) где охлаждается до температуры от – 62 до – 1070С. Температура подбирается таким образом, чтобы при оставшемся давлении все компоненты кроме метана перешли в жидкое состояние. Охлажденная смесь направляется в

Консорциум « Н е д р а »