Тенденции развития технологического оборудования абсорбционной осушки газа

1 стр. из 1

В свое время на ряде северных месторождений, в частности, при освоении месторождения Медвежье, а позже на четырех первых установках осушки газа Уренгойского месторождения (УКПГ 1-4), в абсорберах в качестве контактных устройств были применены колпачковые тарелки с широким диапазоном эффективной работы — 2–5,5.

В начальный период разработки северных месторождений была использована последовательная схема расположения оборудования (сепаратор–абсорбер–фильтр-сепаратор) единичной производительностью технологической нитки по газу 3 млн. м/сут. Впоследствии при первичной модернизации производительность абсорберов ГП 252 с колпачковыми тарелками была увеличена до 5 млн. м/сут. газа за счет установки в верхней части аппарата фильтр-патронов.

Опыт эксплуатации абсорберов ГП 252 на всех четырех УКПГ Уренгойского месторождения показал их надежную и эффективную работу. Хотя надо отметить, что барботажные тарелки имеют ряд существенных недостатков — низкую эффективность (КПД ~ 0,25), небольшие скорости газового потока из-за уноса жидкости с полотна тарелки и, как следствие, ограничения по расходу газа, а также высокую металлоемкость и трудоемкость изготовления, значительные гидравлические потери.

Необходимость осушки больших объемов добываемого газа стала толчком к созданию новых высокоскоростных эффективных контактных устройств. Вместо колпачковых тарелок были разработаны комбинированные массообменные устройства — ситчатые тарелки в сочетании с контактно-сепарационными тарелками с прямоточно-центробежными элементами.

В целях повышения производительности, экономии площадей и уменьшения металлоемкости оборудования, и благодаря созданию новых контактно-сепарационных устройств, были разработаны высокопроизводительные установки подготовки природного газа с проведением нескольких технологических процессов в одном многофункциональном аппарате (МФА), выполняющем функции трех аппаратов и включающем в себя:
 -  сепарационную секцию предварительной очистки газа на базе центробежных элементов, заменяющую отдельно стоящий сепаратор;
 -  секцию массообмена — собственно абсорбер на базе ситчатых тарелок с отбортованной кромкой отверстий в сочетании с контактно-сепарационными тарелками с прямоточно-центробежными элементами (ГПР 202);
 -  секцию окончательной очистки газа от унесенной жидкости, заменяющую отдельно стоящий фильтр-сепаратор, состоящую из нижней тарелки с сепарационными элементами ГПР 353 (для отделения насыщенного гликоля из газа), тарелки с фильтрующими элементами (для улавливания капель гликоля, оставшихся в газовом потоке), и верхней тарелки с контактно-сепарационными элементами ГПР 202, где происходит окончательная очистка осушенного газа от гликоля.
 
Была также испытана схема выполнения МФА ГПР 435. Техническое решение заключалось в установке над контактно-сепарационными элементами объемной сетчатой насадки треугольного сечения, что позволило снизить фактор скорости газового потока (Ф = Wгсг, м/с · (кг/м)0,5) до 6,76 в самой насадке (против 25 в прямоточно-центробежных элементах) за счет увеличения свободного сечения насадки (90% от площади сечения колонны в противовес 19% для прямоточно-центробежных элементов), уменьшить вынос гликоля на фильтры, значительно снизить его потери с газом (от 2 до 7 г/1000 м газа), а также увеличить производительность абсорберов.

В дальнейшем были созданы новые высокоскоростные массообменные устройства конструкции ДАО ЦКБН (ГПР 340), позволяющие осуществить контакт газа с жидкостной фазой непосредственно в прямоточном контактно-сепарационном элементе с рециркуляцией в нем жидкости, что дало возможность отказаться от промежуточных ситчатых тарелок и снизить общее гидравлическое сопротивление аппарата. К тому же это позволило уменьшить высоту массообменной части абсорбера с 4,64 до 2,1 м и соответственно в 1,5 раза высоту аппарата в целом, снизить металлоемкость в 1,4–1,5 раза при одновременном увеличении верхнего предела производительности по газу на 20%.

Многофункциональные абсорберы осушки газа ГП 778 диаметром 1800 мм уменьшенной высоты производительностью 10 млн. м газа в сутки с прямоточными контактно-сепарационными устройствами ГПР 340 были созданы для размещения на блок-понтонах и эксплуатируются на ряде Северных месторождений, в частности, на сеноманской залежи Ямбургского месторождения (УКПГ 3, 4, 6, 7). Уменьшение высоты аппарата привело к повышению уноса абсорбента относительно других конструкций. Основное преимущество данных устройств — повышение их эффективности с увеличением расхода газа и допустимых высоких скоростей газового потока (факторы скорости в корпусе аппарата достигают 5, а в самих элементах — 24). Основной их недостаток — ограниченный диапазон эффективной работы (отношение Wmax/Wmin) в пределах 3, так как при пониженных нагрузках по газу эффективность работы этих устройств снижается из-за того, что не происходит подъем жидкости газовым потоком и, соответственно, уменьшается поверхность контакта.

Результаты промышленных испытаний абсорберов осушки газа с колпачковыми тарелками (ГП 252), комбинированными на базе центробежных элементов и ситчатых тарелок (ГП 365 и ГП 502) и прямоточными контактно-сепарационными элементами (ГП 778) представлены в табл. 1.

Технические показатели

Наименование абсорберов

ГП 252

ГП 502

ГП 365

ГП 778

Диаметр аппарата, мм

1600

1800

1200

1800

Конструктивные особенности массообменной секции аппарата

Колпачковые тарелки

Комбинированные тарелки: ситчатые + ц/б элементы ГПР 202

Комбинированные тарелки: ситчатые + ц/б элементы ГПР 202

ц/б элементы ГПР 340

Производительность по газу, млн. м³/сут.

2,72

3,4

5,0

7,5

10,0

11,0

12,0

5,16

6,4

10,0

Давление раб., МПа

8,3

7,75

7,75

9,0

8,0

7,4

9,0

Температура газа, °С

21

20

19,5

13

11,5

13

5–10

Расход абсорбента, м³/ч

2,28

2,28

2,7

2,75

3,43

3,86

4,44

1,3

1,5

Температура точки росы осушенного газа, °С

-22

-20

-23

-23

-24

-25

-23,3

-20

-20

Потери гликоля из аппарата с осушенным газом, г/1000 м³

до 14,0

5,8–7

3-–10

45

до 10

до 36

15

Количество гликоля, улавливаемого фильтрующей секцией, г/1000 м³

нет данных

нет данных

нет данных

200–800

Фактор скорости газа в аппарате

1,28

1,66

2,41

2,72

3,63

3,99

4,41

5,96

9,68

3,63

Сопротивление аппарата (массообменной секции), МПа

0,1

0,03–0,07

от 0,05 до 0,1

0,02

Меняющиеся условия эксплуатации абсорберов осушки газа на газовых промыслах, связанные в последнее время с постепенным истощением месторождений, отрицательно сказываются на эксплуатационной надежности колонного оборудования и качестве осушаемого газа.

Особенности эксплуатации УКПГ в этот период заключаются в следующем:
 -  по мере снижения давления в пласте возрастает начальное насыщение газа влагой, что, несмотря на снижение объемов подготовки газа, приводит к увеличению общей нагрузки установки по влаге, необходимости увеличения расхода регенерированного гликоля на кубометр осушаемого газа;
 -  увеличивается вынос из пласта вместе с газом мехпримесей, воды и содержащихся в ней солей;
 -  наличие газоперекачивающих агрегатов (компрессоров) перед абсорберами повышает температуру осушаемого газа (за счет компримирования), особенно в летний период, что приводит к ухудшению температуры точки росы газа по влаге;
 -  в составе газового потока после ДКС появляется компрессорное масло;
 -  за счет снижения рабочего давления и увеличения температуры газа ухудшается эффективность самого процесса абсорбции, т. е. извлечение влаги гликолем;
 -  уменьшение рабочего давления приводит к увеличению объемов перерабатываемого газа за счет снижения его плотности, что приводит к возрастанию скоростей в ключевых аппаратах (абсорберах осушки) выше допустимых, росту гидравлического сопротивления и повышенному уносу гликоля с осушенным газом, уменьшению времени контакта газа с гликолем.
 
Основной особенностью технологического процесса абсорбционной осушки газа гликолем является низкое массовое соотношение осушающей жидкости к обрабатываемому газу (L/G), которое составляет 0,01–0,02 кг/кг.

Увеличение начального равновесного содержания жидкости при понижении пластовых давлений приводит к необходимости увеличения количества рециркулирующего абсорбента (гликоля), что тем самым увеличивает жидкостные нагрузки на массообменное оборудование. Это, в свою очередь, приводит к росту потерь (уносу) гликоля с осушенным газом.

На практике же на промысловых УКПГ сохраняются существующие расходы гликоля, что ведет к непроектному разбавлению его водой, к уменьшению массового соотношения абсорбента к газу против требуемого, а, следовательно, и к снижению КПД массообменных устройств абсорбционных аппаратов.

Для возможности увеличения L/G при падении давления и сокращения выноса жидкости ЦКБН были разработаны контактные устройства на базе регулярных насадок с использованием структурных элементов, позволяющих проводить абсорбционную осушку газа при повышенных массовых соотношениях расхода гликоля к газу с одновременным снижением выноса жидкости из массообменной ступени и общих потерь гликоля, повышением КПД контактных устройств.

Для решения указанной задачи был проведен комплекс научно-технических работ по созданию и внедрению высокоэффективных регулярных насадок на газовых промыслах северных месторождений, позволяющих увеличить или, по крайней мере, сохранить проектную производительность технологических линий установок комплексной подготовки газа в условиях падающего пластового давления, при одновременном обеспечении качества подготавливаемого газа, значительном снижении безвозвратных потерь дорогостоящего абсорбента, а также уменьшении гидравлического сопротивления аппаратов в целом.

Создание нового поколения массообменного оборудования с отечественными регулярными насадками позволило отказаться от закупок аналогичных импортных изделий, строительства дополнительных технологических линий, сократить эксплуатационные затраты при обслуживании оборудования, в целом повысить технико-экономические показатели производства.

Технические решения с применением насадочных устройств позволяют не только создать технологическое оборудование, обеспечивающее на уровне мировых стандартов показатели назначения (производительность, диапазон эффективной работы, эффективность, температуру точки росы по влаге), но и произвести модернизацию существующих аппаратов для работы на завершающей стадии эксплуатации месторождений при пониженных давлениях, высоких температурах проведения процесса осушки и повышенном начальном влагосодержании газа без ввода дополнительного технологического оборудования.

За последние годы на крупнейших газовых промыслах ОАО «Газпром» (Западно-Таркосалинский ГП, Комсомольский ГП, Уренгойское ГКМ, Ямсовейское ГКМ, Юбилейное ГКМ, Ямбургское ГКМ, Заполярное ГКМ) и станциях подземного хранения газа (ПХГ) на основании имеющегося опыта эксплуатации абсорбционного оборудования в зависимости от исходных требований и исходя из поставленных задач был произведен тот или иной вид модернизации абсорберов осушки газа с применением насадочных массообменных устройств конструкции ДОАО «ЦКБН»:
 -   замена в выходной сепарационной секции существующей тарельчатой конструкции ступени защиты фильтрующих элементов с центробежными сепарационными элементами диаметром 100 мм (ГПР 353) на газораспределительную секцию на базе регулярной пластинчатой насадки с сохранением тарельчатых устройств в массообменной части аппарата (Западно-Таркосалинский ГП) позволила увеличить производительность аппарата до 11,2 млн. м/сут., уменьшить вынос абсорбента на фильтрующую секцию почти в 8 раз, а потери гликоля с осушенным газом сократить с 5 г/1000м газа в базовом образце до 0,4–0,72 г/1000 м ; установка газораспределительной насадки на место демонтированных колпачковых тарелок перед фильтр-патронами (месторождение Медвежье) позволила снизить и стабилизировать потери гликоля с осушенным газом на уровне их минимальных значений 1–2 г/1000 м газа (во всем эффективном диапазоне производительности аппаратов — до 115 тыс. м/ч в нормальном режиме эксплуатации) против имевшихся ранее 10–17 г/1000 м при меньших значениях производительности, к тому же увеличение производительности абсорберов в результате их модернизации до 115 тыс. м/ч при существующих объемах подготовки газа на УКП-2 месторождения Медвежье позволяет сократить число аппаратов, находящихся в эксплуатации;
 -  полная замена внутренних устройств в массообменной и в выходной сепарационной секциях на отечественные насадочные контактные элементы позволила в 1,2–1,5 раза увеличить проектную производительность установок подготовки газа на Ямсовейском, Юбилейном, Ямбургском, Заполярном ГКМ, Комсомольском ГП, максимально уменьшить скорости газового потока в насадочной секции модернизированных абсорберов, приблизив их к скорости газа в аппарате, снизить на порядок гидравлическое сопротивление аппаратов, уменьшить потери гликоля с осушенным газом до 0,1–3,5 г/1000 м газа против 10–15 г/1000 м и более на базовых образцах при меньшей (или той же) производительности;
 -  применение комбинированных тарелок за счет дополнительной установки насадочных элементов между тарелками с центробежными элементами (ПХГ) позволило увеличить верхний предел производительности абсорберов осушки газа не менее чем на 20% за счет применения более совершенных внутренних устройств, расширить диапазон эффективной работы аппаратов по производительности с 2,5 до 4,0, обеспечить требуемое качество подготовки газа по температуре точки росы (т.т.р.) в соответствии с новыми требованиями на весь период отбора, снизить потери гликоля с осушенным газом из абсорберов с 15 до 2–5 г/ 1000 м , а общие потери по ПХГ с 25–45 г до 20 г на 1000 м газа, увеличить срок службы фильтр-патронов в секции окончательной очистки газа в пять раз за счет уменьшения количества жидкости, поступающей на них из массообменной секции — с 200–500 до 25–50 г/1000 м.
 
При разработке насадок одновременно были проработаны конструкции распределителей жидкости (ДЭГа), подаваемой для орошения насадки, в частности, с разноуровневым расположением трубчатых коллекторов, обеспечивающих равномерное безотрывное распределение и течение жидкости в насадочных элементах.

В сентябре 2002 г. на УКПГ-10 Уренгойского НГКМ межведомственной комиссией в составе представителей ОАО «Газпром», ООО «Уренгойгазпром», ООО «Ямбурггаздобыча», ООО «Ноябрьскгаздобыча», ООО «Надымгазпром», ДОАО «ЦКБН» и ОАО Тамбовский завод «Комсомолец» были проведены приемочные испытания модернизированных абсорберов со структурированной насадкой с объемными элементами в виде пирамид, с рифлением пластин и установкой перед фильтр-патронами газораспределительной насадки.

В результате модернизированный абсорбер ГПР 1992 был предложен к внедрению на установках гликолевой осушки газа и постановке на серийное производство. Комиссия также рекомендовала применение конструкции массообменной части абсорбера на других типоразмерах аналогичных аппаратов гликолевой осушки.

Всего за период с 1999 г. на газопромысловых и других объектах проведена модернизация и внедрено свыше 200 аппаратов с использованием регулярных насадок конструкции ДОАО «ЦКБН». Экономический эффект от внедрения только за период с 1999 г. по 2003 г. составил более 260 млн. руб.

Для вновь вводимых объектов на базе новейших технологических процессов безотрывного течения жидкости и конструкций высокоэффективных структурированных регулярных насадок с распределителями жидкости создано новое поколение абсорберов осушки газа со значительно улучшенными технико-экономическими показателями.

В абсорбере нового поколения исключена из конструкции фильтрующая секция и добавлена одна теоретическая ступень для возможности работы аппарата на весь период эксплуатации, а также применена регулярная насадка из одноразмерных листов, что снижает затраты на модернизацию и сроки проведения монтажных работ.

В ноябре 2003 г. на УКПГ Западно-Таркосалинского ГП и на УКПГ-7 ООО «Уренгойгазпром» были проведены испытания модернизированных абсорберов с регулярной насадкой без применения фильтрующих патронов для определения потерь гликоля с осушенным газом, которые подтвердили возможность отказа от фильтрующей ступени и возможность исключения из промышленной практики такого показателя, как межремонтный ресурс работы абсорбера, связанный с наличием тарелки с фильтрующими элементами. По данным протокола промышленных испытаний модернизированного абсорбера на Западно-Таркосалинском ГП, потери гликоля с осушенным газом при производительности аппарата 10,8 млн. м/сут. составили 2,2 г/1000 м газа.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что регулярные насадки конструкции ДОАО «ЦКБН» обеспечивают расширение диапазона эффективной работы и увеличение производительности массообменного оборудования до 1,5 раз, позволяют снизить потери дорогостоящего абсорбента (гликоля), уносимого с газом, более чем в 5 раз (с 15 до 1–3 г/1000 м газа) и увеличить межремонтный период эксплуатации фильтрующей секции в 5–6 раз (а в дальнейшем отказаться от фильтр-патронов), на порядок снижают гидравлические потери в аппарате — с 0,1 до 0,01 МПа, а также обеспечивают качество подготовки природного газа в соответствии с ОСТ 51.40-93. Созданное отечественное абсорбционное оборудование с регулярной насадкой соответствует мировому уровню и не уступает ведущим зарубежным аналогам, в частности, новейшим разработкам мирового лидера в области создания колонного оборудования фирмы Sulzer Chemtech (Швейцария), стоит для заказчика на 15% дешевле импортного образца при увеличении срока службы в 2,5 раза по сравнению с зарубежными аналогами.

Низкое гидравлическое сопротивление и высокая эффективность структурированных насадок позволяют использовать их как при высоких давлениях (в абсорберах), так и при пониженных, в том числе в вакуумных аппаратах (регенераторах гликоля — десорберах).

Опыт модернизации десорберов на установках регенерации ДЭГа с заменой тарелок на пирамидальную структурированную насадку с вертикальным расположением параллельных листов в каждом пакете в одном случае (ГПР 2113) и с наклонным расположением пластин в другом (ГПР 1993) имеется на Уренгойском ГКМ.

На УКПГ Западно-Таркосалинского ГП проведена модернизация колонны регенерации гликоля с заменой гофрированной насадки решетчатого типа из просечно-вытяжного листа на структурированную насадку с трапецеидальными обратно вогнутыми элементами с малым гидравлическим сопротивлением конструкции ДОАО «ЦКБН» (ГПР 2212).

В связи с малым выносом жидкости из конечных сепарационных ступеней абсорберов осушки газа, выполненных на базе регулярной пластинчатой насадки, указанные насадки могут быть использованы и в сепараторах с промывочными секциями, так как сокращение уноса практически на порядок позволит исключить секцию промывки газа рефлюксной водой, тем самым сократить капитальные и эксплуатационные затраты при сохранении качества очистки газа от солей.

Кроме того, эти насадочные секции окончательной очистки могут быть использованы и в сочетании с промывочными секциями при больших начальных содержаниях солей в пластовой воде (например, для ПХГ с отбором газа из солевых отложений).

Дата: 07.03.2006
Г.К. Зиберт, С.М. Дмитриев, В.В. Клюйко, Т.М. Феоктистова
"НефтьГазПромышленность" 1 (21)
1 стр. из 1


«« назад

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!