Низко температурная сепарация

 

ПРОЦЕСС ОСУШКИ ГАЗА НИЗКО-ТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИЕЙ.

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).