1 стр. из 1

Особенности совместной работы продуктивных газоконденсатных пластов и установок комплексной подготовки газа (УКПГ) предъявляют ряд требований к технологическим схемам и оборудованию. Одним из таких требований является гибкость и приспособляемость установок низкотемпературной сепарации (НТС) к изменениям параметров сырья. Чем проще технология и чем меньше оборудования в ней используется, тем легче переналадка, связанная с изменениями давления, производительности и состава сырья.

Одним из вариантов решения этой проблемы является использование низкотемпературной газодинамической сепарации (НГС). Низкотемпературная газодинамическая сепарация привлекала внимание многих зарубежных специалистов и отечественных инженеров из МВТУ им. Баумана; АН СССР — «труба Леонтьева»; «ВНИИГаз», «ЦКБН» ОАО «ГАЗПРОМ»; института «НИПИгазпереработка». За рубежом фирмой «ШЕЛЛ ИНТЕРНЭШНЛ РИСЕРЧ МААТСХАППИЙ Б.В.» (Нидерланды) внедрены газодинамические сепараторы на морских платформах для низкотемпературной подготовки газа и ведутся работы по их совершенствованию. В России были достигнуты существенные научно-технические результаты, которые внедрены в военно-промышленном комплексе, например, при наземных испытаниях космического корабля «Буран» его многократно охлаждали с помощью газодинамических устройств до величин отрицательных космических температур. Время каждого охлаждения составляло порядка 5 мин. Темпы газодинамической сепарации для газонефтяного комплекса и ее внедрение зависели от финансирования опытных разработок и ситуации в народном хозяйстве. Первые разработки газодинамических сепараторов во «ВНИИГазе» выполнялись (1975 г.) под руководством д.т.н. Б.Г. Берго. В «НИПИгазпереработка» (1986–1988 гг.) под руководством к.т.н. В.Я. Фридланда был разработан, изготовлен и доставлен на место испытаний опытно-промышленный образец газодинамического сепаратора. Однако его испытание и внедрение не состоялось из-за последующей реорганизации нефтегазового комплекса страны.

Зарубежные и отечественные газодинамические сепараторы подобны. Их основные элементы наиболее полно отражены в конструкции, представленной на рис. 1. Ее принцип действия сводится к следующему. Исходный поток многокомпонентного углеводородного газа закручивают. После чего его продольно разгоняют до скоростей с числами Маха порядка 0,9–1,0. При этом внутренняя энергия газа адиабатически переходит в кинетическую, статические давление и температура в потоке снижаются. Последний фактор способствуют конденсации углеводородных компонентов С3+В и паров воды. Полученная жидкая фаза в закрученном потоке концентрируется на его периферии и осаждается на стенках сепарационной камеры, откуда она удаляется в зону с пониженным давлением — емкость. Пониженное давление создается эжектированием из нее газовой фазы расширяющимся исходным потоком. Очищенный газовый поток затормаживают с восстановлением давления. Описанный процесс подобен процессу низкотемпературной сепарации с использованием детандерно-компрессорного агрегата, аппаратурное оформление низкотемпературной газодинамической сепарации намного проще.

Однако подобная схема НГС имеет ряд существенных недостатков, главным из которых является недостаточно качественная осушка газа от углеводородных компонентов и воды из-за недостаточно низких температур (порядка минус 50 °С) потока, имеющего околозвуковую или звуковую скорости. Для обеспечения эффективной работы газодинамического сепаратора необходимо усиливать охлаждение газа, что на околозвуковых скоростях недостижимо. При истечении газа со сверхзвуковыми скоростями достигается статическая температура в потоке порядка минус 100–120 °С. Более глубокий холод интенсифицирует конденсация компонентов из газа.

Однако при сверхзвуковых скоростях отделение сконденсировавшихся компонентов от охлажденного потока газа неэффективно. Высокая турбулентность, порожденная большими скоростями истечения газа, срывает осевшие жидкие частицы с твердой поверхности и уносит их из газодинамического сепаратора. Поэтому необходимо очень быстро удалять осевшие жидкие частицы с твердой поверхности в зону с пониженным давлением. Перемещение осевших частиц обуславливается действием разности давлений в потоке газа и в зоне пониженного давления (емкости).

Скорость движения осевших частиц тем выше, чем больше эта разность давлений. Величина последней зависит от количества газовой фазы, эжектируемой из емкости. Однако вместе с жидкостью в зону пониженного давления поступает из основного потока и газ, которого тем больше, чем глубже разрежение в емкости. Циркуляционное движение газа приводит к потерям энергии — давления очищаемого газа. Потери энергии тем больше, чем глубже создаваемое разряжение в зоне. Но потери энергии влекут за собой уменьшение скорости охлаждаемого газа и, как следствие, повышение его температуры и снижение интенсивности конденсации компонентов.

Таким образом, описанное техническое противоречие является одной из основных проблем в совершенствовании низкотемпературной газодинамической сепарации. Имеются и другие проблемы, связанные с процессами:
 -  конденсации в сверхзвуковых потоках;
 -  сепарации из сверхзвуковых потоков сконденсировавшейся жидкости за очень короткие промежутки времени (порядка 0,0075–0,01 с);
 -  испарения сконденсированной жидкости при повышении ее температуры, вследствие торможения потока на твердых стенках и в емкости.
 
С целью повышения эффективности в компании «РусГазИнжиниринг» разработан способ газодинамической сепарации (патент РФ № 2291736), который осуществляется в устройстве, представленном на рис. 2.

По этому способу в газ дополнительно вводятся конденсируемые компоненты в жидкой или (и) паровой фазах (их ввод может осуществляться в исходный или расширившийся газ). В связи с тем, что вводимая жидкая фаза имеет большую теплоемкость, нахолаживаясь в динамическом потоке, она сохраняет низкую температуру дольше, чем газ, и несет в себе функции хладагента, которым возможно интенсифицировать конденсацию компонентов в расширяющемся газе и осуществлять технологические операции, например, охлаждать исходный газ (рис. 3).

В расширенном, охлажденном и вращающемся потоке создается приосевая область, состоящая преимущественно из газовой фазы, и периферийная область — из газожидкостной смеси сконденсированных и несконденсированных компонентов. При этом поток газожидкостной смеси имеет аксиальную и угловую скорости перемещения, одинаковые с приосевым потоком. Весь поток газожидкостной смеси отводится в зону пониженного давления практически без его торможения. Это достигается применением путем интегрального отвода через вихревую камеру (рис. 4) или дифференциального отбора по потоку через пористые стенки сепарационной камеры, выполняемой из металлокерамического фильтрационного материала (рис. 5), либо комбинированным методом. Этим сохраняется статическая температура и уменьшается испарение сконденсировавшейся жидкости.

Газожидкостная смесь окончательно разделяется в зоне пониженного давления, где возможно применение фильтрующего материала (рис. 5), т.е. в принципе производится качественная очистка газовой фазы от жидкости.

В связи с тем, что в газожидкостной смеси масса жидкости превышает массу газа и является хладагентом, ее интенсивного испарения при разделении не происходит.

Газовая фаза из зоны пониженного давления эжектируется очищенным газом из приосевой области (рис. 2–5). Эжектирование газовой фазы из зоны пониженного давления очищенным газом позволяет эффективно создавать разрежение в зоне пониженного давления без потерь энергии (давления) исходного газа, расходуемой на его расширение и конденсацию жидкости. Этим техническим приемом повышается глубина охлаждения расширяющегося газа и интенсифицируется процесс конденсации, т.е. в конечном итоге повышается эффективность газодинамической сепарации.

Очищенный газ и конденсат отводятся раздельно. При этом исходный газ может предварительно охлаждаться жидкостью, удаляемой из зоны пониженного давления, и (или) очищенным газом (рис. 3).

Газодинамическая сепарация по описанному методу может производиться однократно или многократно (рис. 6). При выполнении многократной газодинамической сепарации конденсируемые компоненты, вводимые в исходный газ, могут подаваться из последующей ступени в предыдущую ступень (рис. 6) или из предыдущей ступени сепарации в последующую ступень (рис. 7). При производстве многократной газодинамической сепарации исходный газ предыдущей ступени может охлаждаться очищенным газом последующей ступени (рис. 6, 7).

Расчетные технологические параметры газодинамической сепарации по патенту РФ № 2291736 приводятся в следующей табл.

Табл. Основные технологические параметры газодинамической сепарации

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!