3.3.3. Расчет узла предотвращения гидратообразования

Снижение давления газа в узле редуцирования приводит к значительному охлаждению его, особенно при высоких перепадах. Охлаждение газа является причиной образования гидратов и обмерзания регулирующих клапанов, запорной арматуры, контрольно-измерительных приборов и трубопроводов. Это значительно усложняет условия эксплуатации ГРС. [16]

При проектировании и эксплуатации ГРС для выявления условий гидратообразования и обмерзания оборудования необходимо знать температуру газа после регулятора давления, которая определяется:

, (3.9)

где T₁, P₁, W₁ – параметры газа до регулятора; T₂, P₂, W₂ – параметры газа после регулятора давления; C_p – изобарная теплоемкость газа, кДж/(кгК); D_i – коэффициент Джоуля - Томсона, град/МПа.

При малых изменениях линейной скорости газа ее влиянием, по сравнению с эффектом дросселирования, можно пренебречь и тогда

. (3.10)

Согласно температура газа, выходящего из ГРС, должна быть не ниже минус 10°С при подаче газа в подземные газопроводы и не ниже расчетной температуры наружного воздуха для района строительства при подаче газа в надземные и наземные газопроводы. За расчетную температуру наружного воздуха следует принимать температуру наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92.

Кристаллогидраты образуются при определенных значениях P и T в газе, насыщенном влагой. Зоной их образования является область, расположенная выше и левее равновесных кривых (рис. 3.15). Для исключения гидратообразования при дросселировании газа на ГРС его подогревают в теплообменниках на такую величину T, чтобы кривая влагосодержания насыщенного газа при дросселировании не опускалась ниже влагосодержания газа, поступающего на ГРС.

Возможность выпадения конденсата при дросселировании можно определить графически (рис. 3.16).

Для этого определяют температуру газа для промежуточных значений давления при дросселировании от начального до конечного давления. Температуру отсчитывают от температуры газа, поступающего на ГРС, считая, что при снижении давления газа на 1 МПа его температура понижается на 5,5 °С. По полученным данным на графике зависимости влагосодержания насыщенного газа от температуры и давления строят кривую изменения состояния газа. Эта кривая дает зависимость влагосодержания насыщенного газа от давления и температуры,

Рис. 3.15. График образования гидратов природных газов в зависимости от температуры и давления

изменяющихся в процессе дросселирования. Если влагосодержание насыщенного газа, поступившего на ГРС, соответствующее его температуре точки росы, ниже полученной кривой, то газ в процессе дросселирования будет превращаться в ненасыщенный. Если же она будет выше минимума кривой, то из газа будет выпадать влага и образовываться кристаллогидраты. Для исключения гидратообразования газ необходимо подогреть на такую величину Т, чтобы кривая влагосодержания насыщенного газа при дросселировании лежала выше влагосодержания насыщенного газа, поступающего на ГРС. Значение t определяют подбором, строя несколько кривых дросселирования для различных начальных температур.

Рис. 3.16. Определение необходимого нагрева газа в теплообменниках

Порядок расчета подогрева газа

По известным начальному (P₁), конечному (P₂) давлениям, и ряду принятых начальных температур газа (T_1,i) рассчитываются значения соответствующих конечных температур (T_2,i). Задача решается методом подбора. Для построения кривых влагосодержания процесс дросселирования газа от P₁ до P₂ разбивают на ряд промежуточных с некоторым принятым шагом P, получают промежуточные значения давления P_i. В соответствии с этим рассчитываются промежуточные значения температур газа (T_i) для каждого промежуточного значения P_i. По ряду значений P_i, T_i строятся кривые влагосодержания для каждой из предварительно принятых начальных температур газа (T_1,i). За расчетную температуру подогрева газа T_1,p принимают ту из принятых начальных температур, которой соответствует кривая влагосодержания с минимальным значением абсолютной влажности насыщенного пара большим влажности поступающего на ГРС газа. То есть достаточно иметь даже небольшое превышение (W мин. > W н.).

Далее производится расчет теплообменников для подогрева газа.

Необходимая поверхность теплообменника F, м², определяется следующим образом:

, (3.11)

где K – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К); T_ср – средняя логарифмическая разность температур, К; Q – количество тепла, необходимого для подогрева газа.

, (3.12)

здесь Q_o – расчетный расход газа через теплообменник, м³/ч;

Принимают тип теплообменника, определяют его коэффициент теплопередачи, обычно K = 175230 Вт/(м²К); выбирают температуру греющей T_в.г. и охлажденной воды T_в.о.. Затем рассчитывают большую и малую разности температур. При противотоке это определится следующим образом:

, (3.13)

где T – температура подогретого газа, К; T – температура отводимого газа, К.

Средняя логарифмическая разность температур определяется:

. (3.14)

В табл. 3.3 даны характеристики подогревателей газа.

Таблица 3.3

Основные технические данные подогревателей

Параметры	Тип подогревателей
	9ПГ64-3 м	3ПГ64-2 м
Рабочее давление, МПа	1,2-5,5	1,2-5,5
Площадь теплообменника, м2	9,6	3,0
Температура газа, К:
на входе, минимальная	268	268
на выходе	271288	271288
Температура воды, К:
на входе в подогреватель	368	363
на выходе из подогревателя	343	308
Количество трубок	42	15