Способы промысловой обработки газа и конденсата

На газовых и газоконденсатных месторождениях в основном

применяют три способа обработки газа: низкотемпературную сепарацию (НТС), абсорбцию и адсорбцию.

Низкотемпературная сепарация—это комплекс технологических процессов, направленных на охлаждение продук­ции скважины до нужных температур с последующей ее сепара­цией.

Охлаждают продукцию скважины для того, чтобы сконденсиро­вались тяжелые углеводороды (конденсат) и пары воды. После перехода конденсата и воды в жидкое состояние газожидкостную смесь сепарируют, отделяя жидкость от газа.


При сепарации от газа отделяются также механические (твердые) примеси и вводи­мые в поток ингибиторы коррозии и гидратообразования. Таким образом, назначение НТС—извлечение конденсата, осушка и очистка газа от механических примесей. НТС обеспечивает пода­чу кондиционного газа в МГ и добычу нестабильного конденсата.



Рис. 12. Блок-схема НТС.

К—каплеотбойник; Т-1; Т-2; Т-2 — теплообменники; С-1; С-2—сепараторы; ОУ— охладительные устройства и установки; Д — дроссель; ТДА — турбодетандерный аг­регат; ТД — турбодетандер; ХМ — холодильные машины; ВК — вихревая камера;

КН—конденсат нестабильный; Φ — фланец; Ш — штуцер (дроссель); ТК — турбо­компрессор; СГ — сухой газ; МГ—магистральный газопровод; p1, t1 и Т1—давление и температура на входе; p2, t2 и Т2—давление и температура на выходе; а—коэф­фициент Джоуля—Томсона; к—показатель адиабаты; И—ввод ингибитора гидра­тообразования

На блок-схеме показаны принципы действия и компоновки различных схем НТС (рис. 12).

Продукция скважины сначала освобождается от капельной жидкости (воды и конденсата) и механических примесей в каплеотделителе К, причем без изменения давления и температуры. После этого газообразная часть продукции охлаждается потоком «холодного» газа в теплообменнике Т-1 до минимальной темпе­ратуры, при которой еще не образуются гидраты.


В результате такого охлаждения из газа выделяются (конденсируются) конден­сат и .вода, которые отсепарируются в первой ступени сепарации С-1. На выходе из С-1 в поток газа вводят ингибиторы гидратообразования.

Ингибиторы  гидратообразования — это водные растворы веществ, которые с водой, выделяющейся из газа, со­ставляют растворы, не образующие гидратов и замерзающие при довольно низких температурах. Ингибиторы также поглощают па­ры воды из газа, тем самым снижая точку росы газа. В качестве ингибиторов используют метанол (этиловый спирт), гликоли (диэтиленгликоль—ДЭГ и другие), хлористый кальций, электролиты (хлористый литий, алюминий).

Газ в теплообменнике Т-2 охлаждается потоком «холодного» газа, а в теплообменнике Т'-2 — конденсатом. В теплообменнике газ могут охлаждать не только «холодным» газом, но и другими хладагентами: водой, воздухом, пропан-бутаном, аммиаком и т. д.

После такого предварительного (вспомогательного) охлажде­ния, которое повышает эффективность НТС, газ поступает в устрой­ства и установки основного охлаждения ОУ. Именно ОУ обеспечи­вают требуемую температуру сепарации газа во второй окончатель­ной ступени сепарации С-2. Для охлаждения газа в ОУ используют следующие процессы, устройства и установки.

Дросселирование—понижение температуры при сниже­нии давления газа без совершения работы и теплообмена. Пони­жение температуры зависит рт разности давлений до процесса расширения газа и после (p1—р2) и называется эффектом Джоуля—Томсона.


Дросселирование Д осуществляется при помощи штуцеров Ш (см. рис. 12).

Адиабатическое расширение с отдачей внешней ра­боты приводит к понижению температуры газа. В отличие от дрос­селирования это понижение зависит не от разности, а от отноше­ния давлений р1/р2. Осуществляют этот процесс в турбодетандерных агрегатах ТДА (см. рис.


12). Турбодетандерный агрегат со­стоит из турбодетандера ТД и турбокомпрессора ТК. Газ посту­пает в ТД при давлении pi и температуре Т1, совершая работу по вращению лопаток детандера, расширяется до давления р2, за счет чего температура газа снижается до Т2.


На одном валу с ТД насажено колесо с лопатками турбокомпрессора ТК. Газ после прохождения сепаратора С-2 и теплообменников («сухой» газ СГ) сжимается в ТК и подается в МГ.


Работа, совершенная при расши­рении газа, затем используется для дожатия отсепарированного «сухого» газа и подачи его в газопровод. Конечно, давление после ТК ниже, чем на входе в ТД, на величину затрат энергии на охлаж­дение газа и потерь энергии в механизмах ТДА.

Охлаждение газа при помощи холодильных машин ХМ осуществляется следующим образом. В компрессорах ХМ пары аммиака сжимаются, конденсируются, а затем жидкий аммиак охлаждается и накапливается в емкостях-ресиверах.


Затем амми­ак через редуктор, где давление снижается с 1,5 до 0,17 МПа, направляется в теплообменник Т-2. В Т-2, который в этом случае является «испарителем-холодильником», аммиак кипит, испаряет­ся при температуре —23 °С и охлаждает газ до температуры —15 °С. Образовавшиеся пары аммиака вновь поступают в комп­рессоры, и холодильный цикл замыкается.

Вихревой эффект, который иногда используют для ох­лаждения газа, состоит в разделении потока газа на два («холод­ный» и «горячий») при расширении газа в вихревой камере ВК. Вихревая камера устроена так, что газ входит в нее через тан­генциальное сопло со скоростью звука и совершает вращательное движение внутри камеры.


Осевые слои газа охлаждаются за счет относительного разряжения, а наружные, трущиеся о стенки ка­меры, нагреваются. При этом до 80% газа может охлаждаться на 20—70 °С.

Удельное (на 0,1 МПа снижения давления) понижение тем­пературы достигает на штуцере 0,3 °С, в вихревой камере 0,4 °С, в турбодетандере 2—3°С, а в винтовом детандере даже 8—10 °С.

После охлаждения газа в ОУ одним из описанных способов газ сепарируется во второй ступени сепарации С-2. На выходе из С-2 получают уже кондиционный газ, который направляют либо сразу в МГ, либо часть его пропускают через теплообменники Т-2 и Т-1.
На газовых и газоконденсатных месторождениях в основном

применяют три способа обработки газа: низкотемпературную сепарацию (НТС), абсорбцию и адсорбцию.

Низкотемпературная сепарация—это комплекс технологических процессов, направленных на охлаждение продук­ции скважины до нужных температур с последующей ее сепара­цией.

Охлаждают продукцию скважины для того, чтобы сконденсиро­вались тяжелые углеводороды (конденсат) и пары воды. После перехода конденсата и воды в жидкое состояние газожидкостную смесь сепарируют, отделяя жидкость от газа.


При сепарации от газа отделяются также механические (твердые) примеси и вводи­мые в поток ингибиторы коррозии и гидратообразования. Таким образом, назначение НТС—извлечение конденсата, осушка и очистка газа от механических примесей. НТС обеспечивает пода­чу кондиционного газа в МГ и добычу нестабильного конденсата.



Рис. 12. Блок-схема НТС.

К—каплеотбойник; Т-1; Т-2; Т-2 — теплообменники; С-1; С-2—сепараторы; ОУ— охладительные устройства и установки; Д — дроссель; ТДА — турбодетандерный аг­регат; ТД — турбодетандер; ХМ — холодильные машины; ВК — вихревая камера;

КН—конденсат нестабильный; Φ — фланец; Ш — штуцер (дроссель); ТК — турбо­компрессор; СГ — сухой газ; МГ—магистральный газопровод; p1, t1 и Т1—давление и температура на входе; p2, t2 и Т2—давление и температура на выходе; а—коэф­фициент Джоуля—Томсона; к—показатель адиабаты; И—ввод ингибитора гидра­тообразования

На блок-схеме показаны принципы действия и компоновки различных схем НТС (рис. 12).

Продукция скважины сначала освобождается от капельной жидкости (воды и конденсата) и механических примесей в каплеотделителе К, причем без изменения давления и температуры. После этого газообразная часть продукции охлаждается потоком «холодного» газа в теплообменнике Т-1 до минимальной темпе­ратуры, при которой еще не образуются гидраты.


В результате такого охлаждения из газа выделяются (конденсируются) конден­сат и .вода, которые отсепарируются в первой ступени сепарации С-1. На выходе из С-1 в поток газа вводят ингибиторы гидратообразования.

Ингибиторы  гидратообразования — это водные растворы веществ, которые с водой, выделяющейся из газа, со­ставляют растворы, не образующие гидратов и замерзающие при довольно низких температурах. Ингибиторы также поглощают па­ры воды из газа, тем самым снижая точку росы газа. В качестве ингибиторов используют метанол (этиловый спирт), гликоли (диэтиленгликоль—ДЭГ и другие), хлористый кальций, электролиты (хлористый литий, алюминий).

Газ в теплообменнике Т-2 охлаждается потоком «холодного» газа, а в теплообменнике Т'-2 — конденсатом. В теплообменнике газ могут охлаждать не только «холодным» газом, но и другими хладагентами: водой, воздухом, пропан-бутаном, аммиаком и т. д.

После такого предварительного (вспомогательного) охлажде­ния, которое повышает эффективность НТС, газ поступает в устрой­ства и установки основного охлаждения ОУ. Именно ОУ обеспечи­вают требуемую температуру сепарации газа во второй окончатель­ной ступени сепарации С-2. Для охлаждения газа в ОУ используют следующие процессы, устройства и установки.

Дросселирование—понижение температуры при сниже­нии давления газа без совершения работы и теплообмена. Пони­жение температуры зависит рт разности давлений до процесса расширения газа и после (p1—р2) и называется эффектом Джоуля—Томсона.


Дросселирование Д осуществляется при помощи штуцеров Ш (см. рис. 12).

Адиабатическое расширение с отдачей внешней ра­боты приводит к понижению температуры газа. В отличие от дрос­селирования это понижение зависит не от разности, а от отноше­ния давлений р1/р2. Осуществляют этот процесс в турбодетандерных агрегатах ТДА (см. рис.


12). Турбодетандерный агрегат со­стоит из турбодетандера ТД и турбокомпрессора ТК. Газ посту­пает в ТД при давлении pi и температуре Т1, совершая работу по вращению лопаток детандера, расширяется до давления р2, за счет чего температура газа снижается до Т2.


На одном валу с ТД насажено колесо с лопатками турбокомпрессора ТК. Газ после прохождения сепаратора С-2 и теплообменников («сухой» газ СГ) сжимается в ТК и подается в МГ.


Работа, совершенная при расши­рении газа, затем используется для дожатия отсепарированного «сухого» газа и подачи его в газопровод. Конечно, давление после ТК ниже, чем на входе в ТД, на величину затрат энергии на охлаж­дение газа и потерь энергии в механизмах ТДА.

Охлаждение газа при помощи холодильных машин ХМ осуществляется следующим образом. В компрессорах ХМ пары аммиака сжимаются, конденсируются, а затем жидкий аммиак охлаждается и накапливается в емкостях-ресиверах.


Затем амми­ак через редуктор, где давление снижается с 1,5 до 0,17 МПа, направляется в теплообменник Т-2. В Т-2, который в этом случае является «испарителем-холодильником», аммиак кипит, испаряет­ся при температуре —23 °С и охлаждает газ до температуры —15 °С. Образовавшиеся пары аммиака вновь поступают в комп­рессоры, и холодильный цикл замыкается.

Вихревой эффект, который иногда используют для ох­лаждения газа, состоит в разделении потока газа на два («холод­ный» и «горячий») при расширении газа в вихревой камере ВК. Вихревая камера устроена так, что газ входит в нее через тан­генциальное сопло со скоростью звука и совершает вращательное движение внутри камеры.


Осевые слои газа охлаждаются за счет относительного разряжения, а наружные, трущиеся о стенки ка­меры, нагреваются. При этом до 80% газа может охлаждаться на 20—70 °С.

Удельное (на 0,1 МПа снижения давления) понижение тем­пературы достигает на штуцере 0,3 °С, в вихревой камере 0,4 °С, в турбодетандере 2—3°С, а в винтовом детандере даже 8—10 °С.

После охлаждения газа в ОУ одним из описанных способов газ сепарируется во второй ступени сепарации С-2. На выходе из С-2 получают уже кондиционный газ, который направляют либо сразу в МГ, либо часть его пропускают через теплообменники Т-2 и Т-1.

Конденсат нестабильный КН направляют на установки про­мысловой стабилизации конденсата, где его доводят до требуемых кондиций.


На блок-схеме (см. рис. 12) приведены только основные блоки, из которых компонуются технологические схемы установок низко­температурной сепарации УНТС. Каждый из блоков в конкретной схеме может быть представлен различными конструкциями и установками.


Например, ОУ: чаще это Д или ТДА, редко ХМ и ВК. Технологическая схема может состоять из одной ступени се­парации. Используют сепараторы различных конструкций и типов С-1 и С-2, а также различное число и типы теплообменников Г-1, Т-2, Т'-2 и т. д.

Таким образом, усвоив принцип действия и компоновки блок схемы, нетрудно будет разобраться в любой технологической схе­ме НТС, примененной на данном промысле (см. гл. V).

Абсорбция — извлечение из газа жидких углеводородов, во­ды и кислых газов поглощающими жидкостями — абсорбента­ми (маслами, гликолями, аминами) в колонных аппаратах—аб­сорберах. Продукция скважин поступает в сепаратор С, где от нее отделяются жидкость и твердые примеси (рис. 13).

Далее уже только газообразная часть продукции скважины поступает в нижнюю часть абсорбера А. В абсорбере газ движет­ся вверх, а абсорбент (жидкость-поглотитель) стекает вниз с «та­релки» на «тарелку». Происходит взаимное перемешивание газа и жидкости, при котором жидкостью поглощается либо какой-то один целевой компонент газа, либо одновременно несколько компонен­тов. Применяя различные поглотители, можно извлечь из продукции скважины: воду—гликолями, сероводород и углекислый газ— аминами, конденсат—масляными фракциями (дистиллятами) и т. д.

Осушенный и очищенный газ после абсорберов направляют в .МГ. Насыщенный поглощенными веществами абсорбент АН про­ходит фильтр Ф, теплообменник Т и поступает в десорбер Д. В десорбере происходит процесс обратный поглощению—десорб­ция, т. е. выделение из насыщенного абсорбента вещества, по-



Рис. 13. Блок-схема абсорбционного способа обработки газа.

С—сепаратор; А — абсорбер; Тр— тарелка; Г—теплообменник; Я— насос: АН, АР — абсорбенты насыщенный и регенерированный соответ­ственно; Ф—фильтр; Д—десорбер; К—конденсатор; Ки—кипятиль­ник; В — вода; ТП — товарный продукт; МГ — магистральный газопро­вод

глощенного ранее в абсорбере. Делают это подогревая в кипя­тильнике воду или абсорбент и пропуская горячие пары снизу вверх через колонну десорбера Д. Пары поглощенного вещества выходят через верх десорбера и конденсируются в конденсаторе К. Из конденсатора выходит вода В или товарная продукция ТП. Небольшую часть В или ТП вновь возвращают в десорбер Д.

Восстановленный до начальных заданных свойств абсорбент регенерированный АР насосом Η через теплообменник Т подается в верхнюю часть абсорбера. Цикл движения абсорбента замы­кается. Некоторое количество абсорбента уносится из колонн в виде паров и капелек.


Потери абсорбента компенсируют периоди­чески добавляя свежий раствор.

Таким образом, при абсорбционном способе обработки газа необходимо проводить одновременно абсорбцию и десорбцию в двух колоннах.

Движение абсорбента и заданный режим работы обеспечива­ются насосами, теплообменниками, конденсатором и кипятильни­ком. Абсорбционные установки могут состоять из нескольких пар колонн: абсорбер—десорбер. Установки оборудованы контрольно-измерительными приборами КИП и средствами автоматизации.

Приведенная на рис. 13 блок-схема—принципиальная, по ее образцу создаются различные конкретные технологические схемы осушки и очистки продукции скважины, а также газоперерабаты-вающие установки.


Каждая из таких схем — индивидуальная и предназначена для определенного процесса. Однако в каждой схеме, как правило, присутствуют все блоки, приведенные на рис.13.

Адсорбционный способ обработки газа состоит в извлечении из газа углеводородов, вредных примесей и воды



Рис. 14. Блок-схема адсорбционного способа обработки газа. К—каплеотбойник; Π—подогреватель; А-1, А-2—адсорберы; Χ—холо­дильник; С—сепаратор; В—вода; ТП — товарный продукт; МГ—маги-стральный газопровод

твердыми поглотителями. Поглощение происходит за счет поверх­ностных сил молекулярного притяжения в твердых пористых ве­ществах-адсорбентах или за счет разделения молекул при прохож­дении газа через поры веществ-цеолитов.


В цеолитах поры соиз­меримы с молекулами. Поэтому одни из молекул, более мелкие, проходят через поры таких веществ, называемых также «молеку­лярными ситами», а другие, более крупные, задерживаются. По­ток разделяется на части с разными размерами молекул.


Одновре­менно в цеолитах происходит и адсорбция. При адсорбции на твердой поверхности образуется многомолекулярный слой погло­щаемого вещества. Слой этот можно затем отделить от поверхно­сти, т. е. провести десорбцию за счет прокачки горячего газа.

Адсорбционный способ обработки газа применяют для осушки (силикагелем, алюмогелем, цеолитами) и очистки (бокситы, цео­литы) газа, а также для извлечения из продукции скважины тя­желых углеводородов (конденсата), например активированным углем.

Продукцию скважины сначала всегда пропускают через кап-леотделитель К (рис. 14), где рт газа отделяются твердые и жид­кие примеси. Затем газ пропускают сверху вниз через колонный аппарат—адсорбер А-1.


Внутри адсорберов на металлических сетчатых полках насыпан слой адсорбента. Осушенный и очи­щенный газ направляют в МГ. В то время как в А-1 идет погло­щение—адсорбция, в А-2 проводят десорбцию.


Для десорбции на выходе из К. небольшая часть газа направляется в подогрева­тель П. «Горячий» газ снизу вверх пропускают через А-2. Все по­глощенные ранее вещества переходят в «горячий» газ.


Этот газ регенерации, насыщенный десорбированными веществами (водой, конденсатом и т. д.), охлаждается в холодильнике до температу­ры конденсации поглощенных веществ. Жидкость, вода В или то­варный продукт ТП отделяются от газа в сепараторе С. Газ на­правляют в поток, идущий на адсорбцию, а товарный продукт— потребителям.

Таким образом, для реализации адсорбционного способа обра­ботки газа необходимо наличие пары «адсорбер—десорбер», по­догревателя, холодильника, каплеотбойника и сепаратора. Тех­нологические схемы процесса адсорбции могут быть самыми раз­нообразными, но основные блоки обязательны во всех схемах. Через 8—24 ч в А-1 начинают проводить десорбцию, а А-2 ста­новится рабочей адсорбционной колонной. Используют коротко-цикловую адсорбцию, сокращая время поглощения до 2—4 ч.

Сепаратор газовый




Ищи здесь, есть все, ну или почти все

Архив блога