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.

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).

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!