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).