- •2. Эксплуатация газонефтепроводов
- •Происхождение нефти.
- •2. Условия залегания нефти, газа и воды в горных породах.
- •3. Основные физико-химические свойства нефти.
- •4. Основные физико-химические свойства нефтяного и природного газов.
- •5. Основы добычи нефти и газа.
- •6. Основные способы обезвоживания нефти.
- •8. Закон Бернулли. Его физический смысл.
- •5.Система технологического газа
- •10. Эксплуатация насосных станций (нс).
- •12. Характеристики газовых нагнетателей.
- •15. Система охлаждения газа на компрессорных станциях. Назначение, принцип осуществления.
- •18. Гидратные пробки. Метод определения их места расположения по длине трубопровода.
- •28. Основные сведения о магистральных газопроводах. Линейные сооружения их.
- •Источник: Фильтрационный пылеуловитель Патент Российской Федерации. Автор: Шаймарданов в.Х
15. Система охлаждения газа на компрессорных станциях. Назначение, принцип осуществления.
Компримирование газа на КС приводит к повышению его температуры на выходе станции. Численное значение этой температуры определяется ее начальным значением на входе КС и степенью повышения давления газа.
Излишне высокая температура газа на выходе станции, с одной стороны, может привести к разрушению изоляционного покрытия трубопровода и недопустимым температурным напряжениям в стенке трубы, а с другой стороны,- к снижению подачи технологического газа и увеличению энергозатрат на его компримирование (из-за увеличения его объемного расхода).
В микроклиматическом районе с холодным климатом для участков с многолетнемерзлыми грунтами необходимо охлаждать газ до отрицательных температур с целью предотвращения протаивания грунтов вокруг трубопровода. В противном случае это может привести к смещению трубопровода и, как следствие, к возникновению аварийной ситуации.
Охлаждение газа до температуры грунта следует предусматривать на станциях охлаждения газа, обеспечивающих стабильный уровень температуры в газопроводе. В других районах охлаждение газа следует предусматривать, как правило, в аппаратах воздушного охлаждения.
Количество аппаратов воздушного охлаждения следует определять гидравлическим и тепловым расчетом газопровода, исходя из расчетной среднегодовой температуры наружного воздуха, среднегодовой температуры грунта и оптимальной среднегодовой температуры охлаждения газа.
При невозможности обеспечить требуемую степень устойчивости и прочности трубы количество аппаратов воздушного охлаждения должно быть увеличено.
Оптимальную среднегодовую температуру охлаждения газа необходимо принимать на 10— 15 °С выше расчетной среднегодовой температуры наружного воздуха. Расчетную температуру наружного воздуха на входе в АВО в данный рассматриваемый период (год, квартал, месяц) следует вычислять по формуле
Тв = Та + δГа,
где Та — средняя температура наружного воздуха в рассматриваемый период, определяемая по данным главы СНиП 2.01.01-82;
δТа — поправка на изменчивость климатических данных, 6Та следует принимать равной 2 °С.
Тепловой расчет аппаратов воздушного охлаждения газа выполняют по "Методике теплового и аэродинамического расчета аппаратов воздушного охлаждения" института ВНИИнефтемаш. В тепловом расчете принимают 10 %-ный запас поверхности теплообмена, учитывающий возможность выхода из строя отдельных вентиляторов и загрязнения поверхностей теплообмена в процессе эксплуатации.
Установка охлаждения газа должна быть общей для всех газоперекачивающих агрегатов компрессорного цеха, иметь коллекторную схему обвязки и обвод. На реконструируемых компрессорных станциях допускается проектировать установки охлаждения газа на нагнетательной линии каждой группы газоперекачивающих агрегатов.
Предусматривается аварийная остановку компрессорной станции при повышении температуры газа на выходе аппаратов воздушного охлаждения газа выше 70 °С. При повышении температуры газа на выходе АВО до + 45 °С предусматривается предупредительный сигнал и автоматическое включение вентиляторов АВО, находящихся в резерве.
Предельные температуры устанавливали исходя из условий термоустойчивости битумных покрытий, равной +70 °С.
В связи с увеличением диаметра газопроводов, непрерывным ростом степени сжатия, строительством газопроводов в слабозащемляющих грунтах, например в песках Средней Азии и северных районах, появилась необходимость поддержания температуры газопровода на постоянном уровне как по длине газопровода, так и во времени (изотермический режим работы газопровода). Такой режим повышает несущую способность грунта, что увеличивает надежность линейной части. Температура газа в северных условиях должна находиться на уровне температуры вечномерзлого грунта.
Применяют одноконтурные и двухконтурных (с промежуточным теплоносителем) систем охлаждения с использованием аппаратов воздушного охлаждения. При более глубоком охлаждении необходимо применять холодильные агрегаты для полного охлаждения, либо для доохлаждения газа после аппаратов воздушного охлаждения. Требования к теплообменным аппаратам: отсутствие смешения газа и охлаждающей среды, малая засоряемость поверхностей теплообмена и всего аппарата, удобство ревизий и ремонта, надежность работы аппарата и отдельных его узлов. Существенное значение имеют небольшая стоимость и простота изготовления.
Теплообменные секции АВО можно располагать горизонтально, вертикально, наклонно, зигзагообразно, что и определяет компоновку аппарата.
В последние годы на КС применяют аппараты воздушного охлаждения различных конструкций: горизонтальные (АВГ), вертикальные (ABB), зигзагообразные (АВЗ) и шатровые (АВШ), малопоточные обозначаются АВ-М.
Обозначение букв и цифр: в числителе - шифр аппарата (АВГ, ABB и т. д.), тип продукта (В- вязкие, ВВ — высоковязкие), число вентиляторов, давление (6, 10, 16, 25, 40, 64 кгс/см2) и группа материального оформления (Б - биметаллические трубы, М- монометаллические трубы), знаменатель - число рядов труб, число ходов и длина труб. Например, - обозначает аппарат воздушного охлаждения, горизонтальный, для вязких продуктов, одновентиляторный, давление 64 кгс/см2, группы материального оформления Б1, шестирядный, двухходовой, с длиной труб 4 м.
Аппараты воздушного охлаждения различаются также с расположением вентилятора. При нижнем расположении вентилятора холодный воздух прокачивается через теплообменные секции под избыточным давлением, создаваемым вентилятором. При верхнем расположении вентилятора нагретый воздух проходит в межтрубном пространстве секции за счет разрежения, возникающего перед вентилятором.
Аппараты воздушного охлаждения следует выбирать применительно к конкретным условиям с учетом необходимой поверхности теплообмена, рабочего давления, температуры охлаждающего воздуха, требуемой степени охлаждения, параметров охлаждаемого газа. Теплопередающую поверхность выполняют из монометаллических труб с оребрением (алюминий, латунь и др.) и биметаллических труб, у которых внутренние трубы выполнены и углеродистой, хромистой или нержавеющей стали, а наружные -латуни, алюминия или легкой стали. Материал труб должен обдать коррозионной устойчивостью в условиях рабочей среды, а материал ребер — коррозионной устойчивостью в атмосферных условиях.
Уменьшение температуры приводит к увеличению давления в трубопроводе, что приводит к уменьшению затрат на последующих КС.
АВО газа являются экологически чистыми устройствами для охлаждения газа, относительно просты в эксплуатации. Аппарат воздушного охлаждения газа с верхним расположением вентилятора:
1 — теплообменная поверхность;
2 — вентилятор; 3 — патрубок; 4 — диффузор; 5 — клиноременная передача; б — электродвигатель
Неоднородные системы охлаждения, в которых температура газа снижается сначала в АВО, установленных на выходе газа из КС, а затем в холодильных машинах. Если необходимо охладить газ до температуры окружающего воздуха или ниже.
Используются однородные системы с ХМ обычного типа или неоднородные системы, включающие АВО и холодильные машины. В качестве ХМ для охлаждения природного газа после его компримирования в данное время применяются в основном холодильные пропановые машины с ГМК типа 10ГКН. Большое внимание уделено разработке и внедрению абсорбционных и пароэжекторных холодильных установок, работающих на тепле выпускных газов ГПА.
Во ВНИИГАЗ разработана технология охлаждения природного газа на КС в однородных системах с использованием в них па-рокомпрессионных холодильных машин, работающих на бинарном хладоагенте — смесь пропана (60 %) и бутана (40 %).
В настоящее время осваивается производство таких машин с электроприводными агрегатами АТП 5-8/1 и АТП 5-16/1 холодо-производительностью 9,3— 18,6 МВт, а также с газотурбинными агрегатами ТКА-П-6,3/10 холодопроизводительностью 18,6 МВт.
Рекуперативная система охлаждения газа РСО .
Рис. 5. Рекуперативная система охлаждения газа и характер изменения температуры:
I — рекуперативный теплообменник (РТО); 2 — нагнетатель; 3 — детандер (расширительная машина); 4 — дроссельное устройство; 5 — УТИХМ (утилизационная холодильная машина); t1 — температура перед РТО (прямой поток газа); t2 - температура перед ГПА; t3 — температура перед АВО; t4 — температура перед РТО (обратный поток газа); t5-— температура после системы охлаждения (с недорекуперацией); t6- температура после системы охлаждения (без недорекуперации); Δtнр — недорекуперация; ΔТ- недоохлаждение в АВО.
В этой системе осуществляется не только первичное охлаждение газа перед его поступлением в газопровод и поддерживается постоянной температура газа в процессе его движения по газопроводу, но и обеспечивается транспортирование газа по газопроводу при его пониженных или низких температурах. При этом газ может транспортироваться как при температурах, равных или близких к температуре грунта, так и при отрицательных температурах (-50) -(-60 °С). При этом значительно повышается пропускная способность и надежность газотранспортных магистралей.
Транспортируемый газ, имеющий температуру t1, из газопровода поступает в рекуперативный теплообменник РТО, где за счет теплообмена с газом обратного потока нагревается до температуры t2 и поступает с этой температурой на вход нагнетателя ГПА. В нагнетателе газ сжимается политропически и одновременно нагревается до температуры t3.
Нагретый газ поступает в АВО, где охлаждается за счет теплообмена с атмосферным воздухом до температуры t4. Уровень температуры t4 определяется уровнем температуры атмосферного воздуха ta и всегда должен быть выше его на величину недоохлаждения ΔT= t4 — ta, оптимальные значения которой находятся обычно в пределах 10— 15 °С. Предварительно охлажденный в АВО газ затем доохлаждается в РТО за счет теплообмена с газом прямого потока до температуры t5. Эта температура при идеальном газе будет всегда выше температуры t1, на величину недорекуперации Δtнр. В зависимости от площади теплообмена и эффективности работы РТО величина Δtнр может иметь различные значения. В предельном случае при бесконечно большом по площади РТО Δtнр = 0. Рациональные значения этой величины обычно находятся в пределах 8-10 °С.
Газ, имеющий после РТО температуру ts, направляется в детандер (расширительную машину), где дополнительно охлаждается за счет расширения до температуры t6, равной входной температуре (,, и при такой температуре поступает в газопровод, где он движется до следующей КС, на которой вновь повторяется описанный выше цикл сжатия и охлаждения газа.
Температура газа может понизиться на величину Δtнр или до более низких температур не только в детандере, но и в холодильной машине, работающей на тепле выпускных газов ГПА, при этом газ из РТО с температурой ts поступает в холодильную машину, где охлаждается до заданной температуры t6, а затем попадает в газопровод.
Степень предварительного подогрева газа в РТО у этой системы Δtрто должна быть такой, чтобы с учетом дополнительного нагрева газа в нагнетателе ГПА оказалось бы возможным сбросить получаемое газом при сжатии тепло с помощью АВО в окружающий атмосферный воздух. При этом температура конца охлаждения в АВО — t4 всегда должна оставаться более высокой, чем температура атмосферного воздуха. При бесконечно большом по площади РТО и, следовательно, Δtнр =0 падение температуры газа в АВО точно равняется повышению температуры газа при его сжатии в нагнетателе ГПА. При наличии недорекуперации падение температуры в АВО всегда будет меньшим на величину падения температуры в детандере. В этом случае требуемая степень повышения давления газа в нагнетателе должна быть выше степени повышения давления, необходимого для восстановления потерь давления в газопроводе, на величину, обеспечивающую снятие недорекуперации за счет расширения газа в детандере.
В некоторых случаях более целесообразным может оказаться использование при реальных газах вместо детандера эффекта Джоуля-Томпсона, создаваемого путем пропускания газа через дроссельное устройство. В этом случае отпадает необходимость в применении детандера, что существенно упрощает конструкцию и эксплуатационные характеристики системы.
При эксплуатации газопроводов с температурами транспортируемого газа, близкими к температуре грунта, в большинстве случаев отсутствует необходимость строгого соблюдения равенства температур на входе и выходе КС. Обычно допускается, чтобы температура газа на выходе была на 4 —8 °С выше температуры газа на входе. При движении газа но газопроводу от одной КС до другой это превышение температуры будет снято за счет отвода тепла в окружающий грунт. В этом случае роль устройства, снимающего недорекуперацию, будет играть сам газопровод.
Если газ транспортируется при низких температурах и по трубопроводу, имеющему тепловую изоляцию стенок, то, как показывают специальные расчеты, при хорошей изоляции будет наблюдаться некоторое (на 4 — 8 °С) снижение температуры газа по мере движения его от одной КС до другой вследствие его изоэнтальпического расширения. Очевидно, и в этом случае трубопровод будет также играть роль устройства, снимающего недорекуперацию газа в системе охлаждения.
В обоих этих случаях газ будет поступать в трубопровод непосредственно с температурой ts, более высокой, чем температура t1, охлаждаться в нем за счет того или иного эффекта до температуры t, и с этой температурой поступать к следующей КС.
Полное охлаждение газа до его первоначальной температуры может потребоваться только при транспортировке газа по трубопроводу в условиях вечной мерзлоты. Устранение возможности растепления вечномерзлых грунтов требует, чтобы температура газа после системы охлаждения равнялась бы температуре газа до нее, и обе они вместе должны равняться температуре вечномерзлого грунта. В этом, последнем, случае система должна применяться в полном объеме, с "внутренним" снятием недорекуперации и с использованием детандера (холодильной машины) или дроссельного устройства.
Таким образом, в рассматриваемой системе температурный потенциал сжатого газа повышается за счет рекуперации тепла до уровня, позволяющего сбросить получаемое газом при сжатии в нагнетателе тепло в окружающую среду с помощью обычных АВО, т. е. уровня, превышающего ta. При этом затрачивается дополнительная работа, равная разнице работ сжатия газа с начальными температурами, равными температурам после и до РТО. Последнее означает, что описываемая система по характерным признакам аналогична любым другим системам охлаждения, задача которых также заключается в повышении за счет затраты определенного количества работы температурного потенциала рабочего тела с некоторого, более низкого уровня, до относительно более высокого, при котором отбираемое на низком температурном потенциале тепло может уже сбрасываться в окружающую среду.
Источники:
Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций: учебник / А.М.Шаммазов, В.Н.Александров, А.И.Гольянов и др.–М.:Недра,2003. – 404с.
16. Системы очистки газов на компрессорных станциях от сероводорода и диоксида углерода. Назначение, принцип осуществления.
Для извлечения H;S и СО; из природного я нефтяного газа обычно применяют моноэталомин, хотя можно использовать и другие сорбенты. Преимущество моноэтаноламина состоит в низкой стоимости, высокой реакционной способности, стабильности, легкости регенерации от загрязненных растворов. Основным недостатком этого сорбента является относительно высокое давление паров. Основные свойства моноэтаноламина: плотность 1,02 г/см3; температура кипения ;71 "С;; растворимость в воде полная, в углеводороде нерастворим; применяется концентрацией не выше 15%.
Рис. 6. Схема очистки нефтяного и природного газа от H;S и СО;.
1 - коллектор; 2 - абсорбер; 3 - тарелки абсорбера; 4 - жалюзийная насадка; 5 - холодильники; 6 - теплообменники; 7. 11 - насосы; 8 - пароперегреватель; 9 - десорбер; 10 - подача холодной воды; 12 - сепаратор; 13 - котельная.
Газ, по коллектору 1 поступает в нижнюю часть абсорбера 2, где происходит предварительная сепарация его от жидкости. Затем газ проходит по тарелкам абсорбера 3, на которые сверху подается моно-этаноламин. Моноэтаноламин, поглощая H2S и СО2, перетекает в нижнюю часть абсорбера, а очищенный газ через верхнюю жалюзийную насадку 4 поступает в магистральный газопровод. Насыщенный моно-этаноламин поступает в теплообменник 6, где предварительно нагревается горячим регенерированным моноэтаноламином. Затем насыщенный моно-этаноламин поступает в пароперегреватель 8, из которого с температурой 125 °С разливается на тарелки десорбера 9, в котором поддерживается нормальное давление.
Избыток воды и растворенный в моноэтаноламина сероводород и углекислый газ при этой температуре на тарелках в десорбере быстро испаряются и выходят через верх десорбера в холодильник 5. Здесь пары моноэтаноламина конденсируются и поступают в сепаратор 12, а газы H2S и СО; поступают на установки для получения элементарной серы. Сконденсированный моно-этаноламин из сепаратора 7 забирается насосом 11 и вновь нагнетается в десорбер, что предотвращает его потери.
Регенерированный моно-этаноламин забирается насосом 7 из нижней части десорбера и через теплообменник 6 и холодильник 5 вновь подается на тарелка абсорбера.
Источники: Антонова Е.О., Крылов Г.В., Прохоров А.Д., Степанов О.А. Основы нефтегазового дела.— М: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003. - 307 с:
Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций: учебник / А.М.Шаммазов, В.Н.Александров, А.И.Гольянов и др.–М.:Недра,2003. – 404с.
17. Осложнения, возникающие при эксплуатации магистральных газопроводов. Методы борьбы с ними.
Нормальная эксплуатация магистральной части газопровода может быть обеспечена при качественной осушке природного газа на промысловых пунктах подготовки. Наличие влаги в газе при некачественном се отделении часто является причиной образования новых гидратов.
Гидраты газов представляют собой кристаллические соединения, образованные ассоциированными молекулами углеводородов и воды и имеющие строго определенную структуру. Внешне они напоминают кристаллы льда или мокрый спрессованный снег.
Скопления гидратов в линейной части газопроводов Moгyт вызвать частичную или полную их закупорку и тем самым нарушить нормальный режим работы магистрали.
На процесс образования гидратов влияет состав транспортируемого газа, содержание воды, давление и температура. Обязательными условиями существования гидратов является снижение температуры газа ниже точки росы, при которой происходит конденсация паров воды (наличие капельной влаги в газе), а также ниже температуры равновесного состояния гидратов.
Поскольку гидраты природных газов являются нестойкими химическими соединениями, любое отклонение от термодинамического равновесия приводит к их распаду. Однако, если термодинамическое равновесие сохраняется, скопления гидратов могут находиться в газопроводе длительное время. Поэтому для своевременного предупреждения образования гидратных пробок необходимо знать условия их возникновения и прогнозировать места их возможных скоплений.
Максимальное содержание влаги в газе на линии насыщения W определяют по графику зависимости от давления и температуры. При известном значении максимального влагосодержания можно определить температуру, соответствующую точке росы, которая понижается при уменьшении давления.
Источник: Эксплуатация магистральных газопроводов: Учеб. пособ. / Под ред. Ю.Д. Земенкова. – Тюмень: «Вектор Бук»,2002. -528с.