Підвищення ступеня утилізації побіжного нафтового та природного газів шляхом застосування високоефективного газосепараційного устаткування

Підвищення ступеня утилізації побіжного нафтового та природного газів шляхом застосування високоефективного газосепараційного устаткування

В.І.Склабінський, д-р техн.наук; О.О.Ляпощенко, асп.

СумДУ

Однією з актуальних проблем, яка стоїть перед нафтогазовою промисловістю України на сучасному етапі, є вдосконалення техніки та технології очищення побіжного нафтового і природного газів [1], що є необхідною умовою якісної підготовки їх до подальшого транспортування і використання на промислових підприємствах у народному господарстві. У наш час ступінь використання ресурсів побіжного нафтового та природного газів залишається низьким. Щорічно в країнах СНД втрачається 10-12 млрд. м³ нафтового побіжного газу, в той же час підвищення ступеня використання нафтового газу лише на 1% дозволяє додатково залучити у народне господарство 480-500 млн. м³ газу [2].

Підвищення ступеня утилізації побіжного нафтового та природного газів утримується через низьку продуктивність й ефективність застосовуваного в технологічних лініях виробництв нафтової і газової галузей промисловості традиційного газосепараційного устаткування гравітаційного та інерційного типів, яке відрізняється низьким ступенем сепарації, забезпечуючи лише грубе очищення нафтових побіжних і природних газів від механічних домішок та краплинної рідини, і не забезпечує якісне очищення великих об'ємів газу від конденсату.

Роботи зі створення прогресивних технологічних схем процесів осушування природного газу (DRІGAS, DRІZO, ECOTEG) закордонними виробниками (SІІRTEC NІGІ, OPC Drіzo Іnc., Prosernat ІFP Group Technologіes) набули значного поширення останнім часом [3]. Введені до експлуатації одна промислова установка DRІGAS з навантаженням по діетиленгліколю (ДЕГ) 200 м³/добу і більше 45 промислових установок DRІZO, які відповідають більш жорстким вимогам, забезпечують низьку точку роси газу й мають низькі експлуатаційні витрати порівняно з традиційними установками. Інформації про промислове впровадження процесу ECOTEG немає. Роботи з впровадження нових технічних рішень проводилися ДАО ЦКБН на газових промислах ВАТ "Газпром" [4]. Модернізація абсорбційного обладнання досягалася заміною існуючої тарілчастої ступені з відцентровими сепараційними елементами в абсорбері осушення газу на газорозподільну сепараційну насадкову секцію (регулярна пластинчаста насадка) досить металомісткої конструкції і недостатньо технологічної для промислового серійного виготовлення.

Доцільне застосування в технологічних схемах зазначених виробництв високоефективного інерційно-фільтруючого газосепараційного устаткування [5]. У зв'язку з цим актуальними є питання пошуку нових способів обробки газорідинних потоків і прогресивних конструкцій інерційно-фільтруючих сепараційних пристроїв для їх здійснення [6], що забезпечують високу ефективність сепарації, а також виникає необхідність проведення більш глибоких теоретичних і експериментальних досліджень процесів, що проходять у них, з метою розроблення методів інженерного розрахунку й оцінки їх ефективності [7].

Дана стаття присвячена огляду способів підвищення ступеня утилізації побіжного нафтового та природного газів шляхом застосування високоефективного газосепараційного устаткування. Основні цілі статті - рекомендації щодо впровадження пропонованих конструкцій високоефективного інерційно-фільтруючого газосепараційного обладнання у нафтогазовій промисловості та порівняльна оцінка їх ефективності.

Конструкції газосепараторів [8-11], основані на принципі розділення аерозолів у полі гравітаційних, інерційних та відцентрових сил, найбільш металомісткі й громіздкі, але разом з тим не потребують високих експлуатаційних витрат. При конструюванні жалюзійним краплевловлювачам вертикальних конструкцій надається перевага, бо відведення вловленої рідини здійснюється у вигляді плівки, а не крапельне, і як наслідок вторинне унесення настає в них при значно більших швидкостях газового потоку [5]. Загальними недоліками, притаманними всім відомим конструкціям жалюзійних краплевловлювачів є здійснення безпосереднього контакту газового потоку та краплин або плівки вловленої рідини, застосування додаткових конструктивних особливостей, що утворюють зворотні струми завихрення, що поряд з поліпшенням умов сепарації та відведення вловленої рідини призводять до руйнування структури плівки рідини та унесення бризок, інтенсивність якого визначається швидкістю газового потоку. Зазначені додаткові пристрої також являють собою місцеві опори. При цьому підвищується гідравлічний опір, стає неможливим досягнення високого ступеня очищення, знижується значення здатності вловлювання, ефективності та питомої продуктивності газосепаратора. Основні недоліки жалюзійних краплевловлювачів -- придатність до ефективного уловлювання лише порівняно грубодисперсних краплин (розміром 2r10 мкм) та можливість роботи з високими техніко-економічними показниками у вузькому діапазоні навантажень з газової фази.

Рисунок 1 - Конструктивне оформлення інерційно-фільтруючого тумановловлювача:

1 - подвійні гофровані пластини; 2 - жолоби для сепарованої рідини; 3 - фільтрувальні елементи (смуги волокнистого матеріалу).

Ступінь очищення газів в апаратах зазначених типів може бути підвищений, а процес сепарації інтенсифікований шляхом попереднього укрупнення (коагуляції) частинок дисперсної фази у процесі злиття краплин при зіткненні одна з одною, що значно полегшує подальше їх осадження. Це можливо у інерційно-фільтруючих тумановловлювачах , які працюють за схемою, зображеною на рис.1 [5-7]. При проходженні газорідинним потоком, що містить високодисперсну краплинну рідину, криволінійних сепараційних каналів під дією інерційних сил траєкторія руху краплин рідини відхиляється від скривленої лінії струму газового потоку, що обгинає криволінійні поверхні стінок каналів гофрованих пластин жалюзійного пакета. Краплини рідини потрапляють в шар смуг із волокнистого матеріалу, де осаджуються на поверхні волокон і де проходить подальша їх коагуляція. Плівка вловленої рідини, сформована у шарі із волокнистого матеріалу, поступово збирається у жолоби для сепарованої рідини, направляється з криволінійних сепараційних каналів крізь горизонтальні щілеподібні отвори подвійних гофрованих пластин до криволінійних дренуючих каналів, закритих для газового потоку, та відводиться по них вздовж внутрішніх поверхонь пластин вниз, ізольовано від перехресного газового потоку, який рухається по сепараційному каналу, чим запобігає виходу пристрою на режими захлинання, утворення вторинного унесення і сприяє створенню стабільного стоку вловленої рідини.

Крім того, названий пристрій дозволяє досить ефективно вловлювати з газорідинних потоків високодисперсні краплі рідини (розміром 2r5 мкм) та забезпечує можливість роботи у більш широкому діапазоні навантажень за газовою фазою, що яскраво доведено порівнянням відображених на рис.2 графічних залежностей загальної ефективності вловлювання інерційно-фільтруючого тумановловлювача та жалюзійного краплевловлювача з однаковими геометричними параметрами (кількість та відстань між гофрованими пластинами, кут та радіус гофр) жалюзійного пакета.

Рисунок 2 - Залежність загальної ефективності вловлювання від розміру частинок 2r для інерційно-фільтруючого тумановловлювача (при різній швидкості газового потоку v_г, м/с: 1 - 0,15; 2 - 0,20; 3 - 0,25; 3 - 0,30) та жалюзійного краплевловлювача (при швидкості газового потоку v_г, м/с: 5 - 0,40)

Розроблений метод інженерного розрахунку та оцінки ефективності сепарації аеродисперсних систем пропонованими інерційно-фільтруючими тумановловлювачами [5, 7] досить надійний і може бути застосований при виборі високоефективного газосепараційного обладнання, застосовуваного в технологічних лініях виробництв нафтової і газової галузей промисловості. Пропоновані ним розрахункові залежності дозволяють досить точно визначити гідравлічний опір та ефективність вловлювання високодисперсної краплинної рідини газосепаратором з інерційно-фільтруючої тумановловлювачем при високошвидкісних режимах (критерії Рейнольдса Re5) і дисперсному складі аерозолю на вході в сепаратор, що підлягає логарифмічно-нормальному законові (саме такий розподіл частинок за розмірами характерний для абсолютної більшості аеродисперсних систем [7]).

Адекватність запропонованого методу розрахунку підтверджена експериментальними лабораторними дослідженнями і промисловими випробуваннями при сепарації з нафтових побіжних і природних газів вологи у вигляді конденсаційного туману. Промислове впровадження запропонованих конструкцій високоефективних інерційно-фільтруючих газосепараційних пристроїв проведено на ВАТ "УКРНАФТА" Качанівського газопереробного заводу. У застосовуваному в технологічній схемі ІV ступеня стискання дотискувальної компресорної станції гравітаційно-інерційному сепараційному обладнанні, поданому жалюзійними газосепараторами ГСВІ 64-1000, виготовленими відповідно до ОСТу 26-05-645-72, проведено заміну вертикальних жалюзійних відбійників на розроблений і виготовлений інерційно-фільтруючий тумановловлювач.

Застосування розроблених і випробуваних конструкцій високоефективних інерційно-фільтруючих сепараційних пристроїв припускає можливість видобування з потоків нафтових побіжних і природних газів вологи у вигляді конденсаційного туману, внаслідок чого досягаються інтенсифікація та підвищення значення ефективності процесу сепарації в порівнянні з традиційним гравітаційно-інерційним сепараційним устаткуванням.

Результати теоретичних, експериментальних лабораторних досліджень і промислових випробувань мають високу науково-практичну цінність щодо технічного переоснащення існуючого сепараційного устаткування нафто- та газопереробних виробництв. Уловлювання конденсату, що містить коштовні вуглеводневі компоненти, є перспективою для подальшого його перероблення і, отже, підвищення ступеня використання енергоресурсів.

summary

The way of increase of a degree of salvaging of passing oil and natural gases is offered by application high performance the gas separate equipment. The comparative estimation of technical dates designed high performance is inertia-filtering mist eliminators and used jalousies liquid traps are given.

Список літератури

1. О.М.Калашников. Особливості газодинаміки та ефективність прямоточних краплевловлювачів компресорних станцій.: Автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.05.15. -- Суми, 2003.

2. В.М.Чепкасов. Методика расчета и промышленного внедрения прямоточных вихревых сепараторов применительно к подготовке нефтяного попутного газа.: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук: 05.17.08. -- Казань, 1989.

3. Справочник процессов переработки газов, 2002 // Нефтегазовые технологии. - 2002. - №5. - с. 135-137.

4. Гибкин В.И., Зиберт Г.К., Акчурин Р.Х., Кононов А.В. Улучшение работы абсорбера осушки газа // Химическое и нефтегазовое машиностроение. -- 2001. -- №10. -- с. 10-12.

5. О.О.Ляпощенко, В.І.Склабінський. Високоефективне інерційно-фільтруюче газосепараційне обладнання у нафтогазовій промисловості // Проблеми економії енергії: Збірник матеріалів IV Міжнародної науково-практичної конференції. -- Львів, 2003. -- с. 106-107.

6. Патент України. Заявка №2003021503 від 20.02.2003, МПК 7B01D45/04. Спосіб вловлювання високодисперсної краплинної рідини з газорідинного потоку і пристрій для його здійснення / В.І.Склабінський, О.О.Ляпощенко.

7. Склабинский В.И., Стороженко В.Я., Смирнов В.А., Ляпощенко А.А. Анализ технологической схемы и работы оборудования установки осушки природного газа и узла сепарации // Экотехнологии и ресурсосбережение. -- 2003. -- №6.

8. А.С. №1111797 СССР, МКИ B01D45/04. Сепаратор / Г.А.Малышев, И.Л.Абрамович. -- БИ №33, 07.09.1984.

9. А.С. №1604419 СССР, МКИ B01D45/04. Сепаратор / И.Ф.Юхно и др. -- БИ №41, 07.11.1990.

10. А.С. №1634300 СССР, МКИ B01D45/06. Газожидкостный сепаратор / Ю.В.Зайцев и др. -- БИ №10, 15.03.1991.

11. А.С. №1680271 СССР, МКИ B01D45/06. Каплеуловитель / А.И.Лифарь. -- БИ №36, 30.09.1991.