Подготовка газа

Подготовка газа — это технологические процессы, осуществляе­мые с целью приведения качества газа в соответствие требованиям, при соблюдении которых обеспечивается его бесперебойная транс­портировка по газопроводу, а также безопасное использование по­требителями.

Подготовка газа включает в себя процессы извлечения из газа кон­денсата (газовый конденсат — соединение тяжелых углеводородов), осушки, очистки от механических примесей, очистки от кислых ком­понентов — от сероводорода и углекислоты. Очистка газа от кислых компонентов производится с целью предотвращения их корродирую­щего воздействия на трубопроводы и оборудование и приведения их содержания в газе в соответствие требованиям санитарных норм.

Необходимость проведения того или иного вида подготовки газа определяется в зависимости от конкретных условий. Кроме того, сис­тема подготовки газа зависит от размера и конфигурации месторож­дения, числа залежей, пластовых и устьевых давлений и температу­ры, запасов газа, дебитов скважин (дебит скважины — объем продук­ции, который можно получить через данную скважину), содержания конденсата в газе, климатических условий, в которых находится ме­сторождение.

Для очистки природного газа от механических примесейприме­няются:

• масляные пылеуловители, работающие по принципу «мокрого»
улавливания пыли;

• циклонные пылеуловители, работающие по принципу «сухого»
отделения пыли.

Принципиальные схемы их функционирования приведены в гла­ве 2, п. 2.3 (рис. 2.3.22 и.2.3.23).

Осушка газапроизводится для удаления из газа капельной влаги и уменьшения содержания в нем водяных паров с целью предотвраще­ния образования гидратов и ледяных пробок при транспортировании. Гидраты уменьшают пропускную способность аппаратов и газопро-

316 Часть II. Объекты и сооружения подготовки и транспорта ...

водов, а в некоторых случаях приводят к их полной закупорке и пре­кращению подачи газа. Для осушки газа и извлечения из него кон­денсата может применяться:

• низкотемпературная сепарация (сепарация — это разделение
продукции скважин на газовый, газоконденсатный и нефтяной
потоки. Сепаратор — аппарат, в котором происходит разделе-

: продукции скважин) продукции скважин;

• абсорбционная осушка газа;

• адсорбционная осушка газа.

Для осушки газа и извлечения из него конденсата наиболее широ­ко используют низкотемпературные процессы. Один из способов охлаждения газа основан на использовании так называемого дроссель-эффекта, или эффекта Джоуля-Томсона, заключающегося в способ­ности газа отдавать свое тепло во внешнюю среду при снижении дав­ления.

Эффект Джоуля-Томсона объясняется следующим. Температура газа, заключенного в определенном объеме, зависит от давления. Если объем, занимаемый газом, увеличивается, то происходит уменьшение давления газа. При этом температура газа также изменяется. Изме­нение температуры газа в процессе его расширения называется эф­фектом Джоуля-Томсона (по имени ученых, впервые исследовавших этот процесс).

Дросселирование — изменение давления при помощи сужающего или расширяющего устройства.

Этот способ применяется на первой стадии разработки месторож­дения, когда пластовое давление (т. е. заключенная в газе энергия) достаточно для необходимого охлаждения газа за счет его дроссели­рования.

На следующих стадиях разработки месторождения, когда пласто­вое давление снижается настолько, что энергии, заключенной в газе, становится недостаточно для его охлаждения за счет дроссель-эффек­та, применяют искусственное охлаждение газа с использованием спе­циальных холодильных машин.

Как правило, метод низкотемпературной сепарации применяется на газоконденсатных месторождениях при содержании конденсата в газе до 100 г/м³.

Величина изменения температуры газа при снижении его давления на 0,1 МПа называется коэффициентом Джоуля-Томсона. Для идеаль­но сухого газа этот коэффициент примерно равен 0,3 "С. Однако в ре­альных условиях газ всегда содержит влагу и тяжелые углеводороды, которые при снижении температуры переходят в жидкое состояние,

Глава 9. Объекты и сооружения сбора и подготовки газа к транспорту 317

передавая при этом газу часть своего тепла. Поэтому для реальных газов коэффициент Джоуля-Томсона составляет 0,15—0,25 °С.

Проявление эффекта Джоуля-Томсона можно нередко наблюдать на газопроводах и оборудовании, которые при движении по ним газа покрываются белым налетом в виде инея или снега. Этот налет обра­зуется из влаги окружающего воздуха, конденсирующейся на метал­лических поверхностях, охлажденных газом в результате снижения его давления на штуцерах, задвижках, при расширении в аппаратах, изменении диаметров газопроводов и др. Поэтому эффект Джоуля-Томсона используется на практике с целью охлаждения газа за счет его резкого расширения.

Схема подготовки газа методом низкотемпературной сепарации на газовых и газоконденсатных месторождениях показана на рис. 9.1.1, на нефтяных месторождениях — на рис. 9.1.2.

Газ высокого давления при входе на установку НТС (низкотемпера­турная сепарация) поступает сначала в сепаратор (1), где отделяется основная масса жидкости. Затем газ поступает в теплообменник (2); здесь он охлаждается встречным потоком холодного газа из низкотемпера­турного сепаратора (7). После теплообменника газ проходит через регулируемый штуцер (6), где происходит резкое снижение его давления; в результате температура газа снижается на величину, определяемую коэффициентом Джоуля-Томсона для данного газа и снижением давления, что приводит к конденсации водяных паров и тяжелых углеводородов.

Образовавшаяся жидкость отделяется от газа в низкотемператур­ном сепараторе (7) и стекает в конденсатосборник (11). Из сепарато­ра (7) часть газа поступает в газопровод, а другая часть — в теплооб­менник для охлаждения потока, поступающего на установку, а затем также отводится в газопровод.

Жидкость из сепаратора (1) и конденсатосборника (11) направля­ется в систему подготовки нефти (если по близости есть нефтяное ме­сторождение) или на газоперерабатывающий завод.

Для предотвращения образования гидратов на установке в поток газа вводят диэтиленгликоль (ДЭГ) или другой абсорбент, а регули­руемый штуцер и конденсатосборник обогревают паровыми подо­гревателями.

Если давление газа с течением времени снижается и становится недостаточным для необходимого охлаждения его только за счет дрос­сель-эффекта, установку НТС дооборудуют холодильной машиной (10), вырабатывающей искусственный холод для дополнительного охлаждения газа.

318

Часть II. Объекты и сооружения подготовки и транспорта ...

Рис. 9.1.1.Принципиальная технологическая схема подготовки газа на газоконденсатных месторождениях методом низкотемпературной сепарации: 1,3 — сепараторы; 2 — теплообменник 1-й ступени; 4 — форсунка; 5 — теплообменник 2-й ступени; 6 — штуцер; 7 — низкотемпературный сепаратор; 8, 9, 11 — сборники отсепари-рованной жидкости; 10 — холодильная машина; 12, 14, 20 — раз­делители; 13 — установка регенерации ДЭГ; 15 — подогреватель установки регенерации ДЭГ; 16 — атмосферная емкость; 17, 19 — насосы; 18 — емкость

Рис. 9.1.2.Принципиальная технологическая схема установки низкотемпературной сепарации газа на нефтяных промыслах

Глава 9. Объекты и сооружения сбора и подготовки газа к транспорту 319

Абсорбционная осушка газа основана на способности жидких абсор­бентов поглощать определенные компоненты в газе. В процессах подготовки газа абсорбция используется для извлечения парообраз­ной влаги, высококипящих углеводородных компонентов газа, очист­ки газа от кислых компонентов.

В качестве абсорбентов могут использоваться высококонцентри­рованные растворы гликолей: этиленгликоль, диэтиленгликоль (ДЭГ), триэтиленгликоль (ТЭГ). Наибольшее распространение на газовых промыслах получил диэтиленгликоль. ДЭГ и ТЭГ имеют большую вла-гоемкость, нетоксичны, достаточно стабильны, не обладают корроди­рующими свойствами, незначительно растворяют обрабатываемый газ и сами слабо растворяются в нем, легко поддаются регенерации (т. е. из них можно простыми способами удалять поглощенную влагу, при этом они восстанавливают свои первоначальные свойства).

Схема подготовки газа абсорбционным методом приведена в гла­ве 2, п. 2.3 (рис. 2.3.24).

Адсорбционная осушка газаоснована на поглощении паров влаги из природного газа твердыми поглотителями — адсорбентами.

Сущность адсорбции заключается в том, что на большой удельной поверхности адсорбента удерживаются молекулы воды. Чем больше удельная поверхность (т. е. чем выше пористость) адсорбента, тем больше влаги он может поглотить. При повышении температуры уве­личивается энергия адсорбированных молекул и они могут освобо­ждаться из адсорбента. На этом основан принцип регенерации ад­сорбентов, в качестве которых используются: силикагели, окись алю­миния, синтетические цеолиты. Наибольшее распространение имеют силикагели — это гели кремниевой кислоты, которые подвер­гаются сушке и прокалке. Этот метод осушки газа большое распро­странение имеет на нефтяных промыслах при подготовке попутного нефтяного газа.

Принципиальная технологическая схема осушки газа адсорбцион­ным методом приведена в главе 2, п. 2.3 (рис. 2.3.25).

Очистка газа от кислых компонентов— это очистка его от серо­водорода и двуокиси углерода. Для этого используются процессы жидкостной очистки и при помощи твердых поглотителей. Широко применяется метод очистки с использованием этаноламинов: моно-и диэтаноламинов. Газы, содержащие кислые компоненты, как пра­вило, направляются на газоперерабатывающие заводы. Это, в основ­ном, относится к попутному нефтяному газу. Описание методов очист­ки газа от кислых компонентов и принципиальные схемы оборудова­ния приведены в главе 2, п. 2.3 (рис. 2.3.26 и 2.3.27).

320 Часть II. Объекты и сооружения подготовка и транспорта ...

Промысловая подготовка газа осуществляется на установках пред­варительной подготовки газа (УППГ) и установках комплексной подго­товки газа (УКПГ) в зависимости от системы сбора и подготовки газа (централизованной, децентрализованной). Рассмотрим основные принципиальные архитектурно-планировочные и конструктивные решения, технологическое оборудование и вспомогательные систе­мы установок, обеспечивающих осуществление указанных процес­сов по комплексной подготовке газа к транспорту.

Установки комплексной подготовки газа в зависимости от района строительства делят на два варианта: для северных районов; для сред­ней полосы и юга. Компоновка сооружений и конструктивные реше­ния в большой степени зависят от конкретных условий месторожде­ния.

С целью перехода от индивидуального проектирования к типовому, от индивидуальных разработок и изготовления оборудования к серийно­му производству, ДОАО ВНИПИГАЗДОБЫЧА (институт ВНИПИгаздо-быча) разработал «Состав блочно-комплектного автоматизированного промысла» и «Унифицированные схемы генеральных планов УППГ, УКПГ, ГС различных климатических зон», предусматривающие применение типовых модулей обработки газа.

Под типовыми модулями обработки газа понимается технологиче­ская автоматизированная линия сбора и обработки газа и конденсата с законченным технологическим процессом. Модули набираются из типового оборудования: технологических блоков, аппаратов, блок-боксов и межблочных коммуникаций.

В зависимости от технологических параметров газа модули подразде­ляются на ряд типоразмеров. При компоновке основного технологическо­го оборудования и блочно-комплектных устройств в основу положены блоки и модули обработки газа производительностью 5 млн м³/сутки и стабилизации конденсата 50 м³/ч. Применение других типоразмеров повлияет только на габариты площадок, где размещается данное оборудование.