Очистка газа от механических примесей

Очистка газа по пути его следования от месторождения до потребителя производится в несколько ступеней. Первая сту­пень — установка внутрискважинного фильтра для ограниче­ния выноса породы призабойной зоны [39, 41]. Вторую сту­пень очистки газ проходит на промысле в наземных сепара­торах, в которых сепарируется жидкость (вода и конденсат) и газ очищается от частиц породы и пыли.

Промысловые аппараты работают по принципу выпаде­ния взвеси под действием силы тяжести при уменьшении скорости потока газа или по принципу использования дей­ствия центробежных сил при специальной закрутке потока. Поэтому промысловые аппараты очистки делятся на грави­тационные и циклонные. Гравитационные аппараты, в свою очередь, подразделяются на вертикальные и горизонталь­ные. Вертикальные гравитационные сепараторы рекоменду­ют для очистки газов, содержащих твердые частицы и тяже­лые смолистые фракции, так как они имеют лучшие условия очистки и дренажа.

На рис. 4.9 изображен гравитационный односекционный сепаратор. Он имеет тангенциальный подвод газа (скорость в нем достигает 15-20 м/с), что способствует выпадению в сепараторе твердой взвеси и капельной влаги. В основном он работает по принципу выпадения взвеси при малых скорос­тях восходящего потока газа. Опыт эксплуатации показал, что скорость газа на выходе из сепаратора не должна превы­шать 0,1 м/с при давлении б МПа.

Вертикальные сепараторы изготовляют диаметром 400—1650 мм, горизонтальные — диаметрами 400— 1500 мм при максимальном давлении 16 МПа. При оптимальной скорости газа эффективность сепарации достигает 70 — 80 %. В связи с большой металлоемкостью и недостаточной эффективностью гравитационные сепараторы применяют редко.

Рис. 4.10. Схема движения газов в цик­лоне: / — выход газа; II — вход газа; III — удаление продуктов очистки

На рис. 4.10 схемати­чески изображена работа циклонного сепаратора. Корпус циклона и патру­бок для выхода газа обра­зуют внутреннее кольце­вое пространство. В ниж­ней части имеется отвер­стие для отвода осадка из циклона. При тангенциаль­ном вводе газ в сепарато­ре приобретает в кольце­вом пространстве и кону­се вращательное движение, вследствие чего из газа выпадают механические взвеси (твердые и жидкие) и опускаются в сборный бункер. Газ с уменьшен­ной скоростью выходит через верхний патрубок.

Третья ступень очист­ки газа производится на линейной части газопро­вода и компрессорных станциях. На линейной части устанавливают конденсатосборники, так как в результате несовершен­ной сепарации на промыс­ле газ может иметь жид­кую фазу.

Наибольшее распрост­ранение получил конденсатосборник типа «расши­рительная камера» (рис. 4.11). Принцип ее работы основан на выпадении из потока газа капелек жид­кости под действием силы тяжести из-за местного снижения скорости пото­ка при увеличении диа­метра трубопровода.

При эксплуатации газопроводов с системой «расширитель­ных камер» возникают затруднения, связанные с пропуском устройств для очистки внутренней полости трубопровода. Для этого необходимо предусматривать специальные направляю­щие для беспрепятственного прохождения через них очист­ного устройства. Для очистки газа от механических примесей на отечественных газопроводах применяют установки с мас­ляными пылеуловителями (рис. 4.12).

Рис. 4.11. Конденсатосборник типа «расширительная камера»:

1 — газопровод; 2 — расширительная камера; 3 — ребра жесткости; 4 — конденсатоотводная трубка

Рис. 4.12. Схема установки пылеуловителей

Природный газ Г, прой­дя пылеуловители 1, направляется в компрессорный цех. Пы­леуловители заполнены маслом. По мере загрязнения масло МЗ (загрязненное масло) передавливается из пылеуловителей 1 в отстойники 7. Свежее масло (МС) поступает в пылеуло­вители самотеком из масляного аккумулятора 2. Предвари­тельно в аккумуляторе и пылеуловителях выравнивается дав­ление. В масляный аккумулятор масло подается насосом 3 из мерного бака 5 или из бака свежего масла 4. При этом аккумулятор отключают от пылеуловителей и находящийся в них газ выпускают в атмосферу. В мерный бак масло посту­пает самотеком из отстойников 7. Отбросное масло (МО) вместе со шламом, накапливающимся в нижней части от­стойников, спускают в сборную емкость 6.

Вертикальный масляный пылеуловитель (ПУ) представляет собой вертикальный стальной цилиндр со сферическим дни­щем, рассчитанным на рабочее давление в газопроводе (рис. 4.13).

Диаметр пылеуловителя составляет 1080 — 2400 мм. Внутри ПУ находятся устройства, обеспечивающие контактирование масла с газом и отделение частиц масла от газа при выходе его из аппарата. Газ поступает в пылеуловитель через вход­ной патрубок 7. Благодаря отбойному козырьку 8 газ меняет свое направление и движется к поверхности масла, находя­щегося в нижней части аппарата. Крупные посторонние частицы при этом сразу же выпадают и оседают на дно. Уровень масла ус­танавливается на рассто­янии 25 — 30 мм от кон­цов вертикальных тру­бок 3. При этом газ ус­тремляется вверх, захва­тывая с собой частицы масла. В трубках 3, а далее в средней свобод­ной части пылеуловите­ля газ интенсивно пере­мешивается с маслом, которое поглощает со­держащиеся в газе час­тицы, а также поступа­ющий вместе с газом конденсат тяжелых уг­леводородов.

Рис- 4.13. Вертикальный масляный пыле­уловитель	Рис. 4.14. Циклонный пылеуловитель пропускной способностью 20 млн м3/ сут и рабочим давлением 7,5 МПа: ]— выходной патрубок для газа; 2 — входной патрубок; 3 — циклоны; 4 — люк; 5 — штуцеры контролирующих приборов; б — дренажный штуцер

При этом уровень масла повыша­ется. По мере выхода газа из вертикальных трубок скорость его рез­ко уменьшается. Более крупные частицы жид­кости при этом выпада­ют и по дренажной трубке 4 стекают вниз. Из свободной средней части пылеуловителя газ и масляный туман по­ступают в его верхнюю часть, а оттуда в жалюзийное сепарационное устройство 1, в котором отбирается мелкозерни­стая взвесь. Очищенный газ выходит через пат­рубок 2. Загрязненное масло удаляется из под­дона через дренажную трубку 5. Полная очистка пылеуловителя производится 3 — 4 раза в год через люк 6. Количество заливаемого масла в пылеуловитель диаметром 2400 мм не превышает 1,5 — 2,0 м³. Что­бы обеспечить нормальную ра­боту пылеуловителей, необходи­мо поддерживать постоянный уровень масла. Пропускная спо­собность вертикальных масля­ных пылеуловителей при задан­ном давлении ограничивается скоростью потока газа в кон­тактных трубках, которая не должна превышать 1 — 3 м/с.

Преимущество вертикально­го масляного пылеуловителя по сравнению с другими конструк­циями пылеуловителей заклю­чается в высокой степени очи­стки (общий коэффициент очи­стки достигает 97 — 98 %); к недостаткам относятся большая металлоемкость, наличие жид­кости и ее унос (допускается не более 25 г на 1000 м³ газа), большое гидравлическое сопро­тивление (0,0350-0,05 МПа), чувствительность к изменению уровня жидкости и др.

На компрессорных станци­ях для очистки газа применя­ются также циклонные пыле­уловители. Циклонный пылеуло­витель (рис. 4.14) представляет собой сосуд цилиндрической формы с встроенными в него циклонами. Газ поступает через боковой верхний патрубок в распределитель, к которому приварены своими входными патрубками звездообразно расположенные циклоны, неподвижно закрепленные на нижней решетке. Отсепарированная жидкость и твердые частицы по дренажному конусу циклона попадают в отстойник. Для автоматического удале­ния собранного шлама предусмотрен дренажный штуцер. Качество очистки повышается с уменьшением диаметра цик­лона. Поэтому созданы батарейные циклоны, объединяю­щие в своем корпусе группу циклонов малого диаметра. Закручивание потока происходит в циклонах типа «розетка» и «улитка» (рис. 4.15).

При работе по системе газ — твердая взвесь пропускную способность батарейных циклонов обычно рассчитывают, ис­ходя из допустимых скоростей газа, обеспечивающих доста­точно полное удаление твердой взвеси из газового потока. При большом расходе газа наблюдается чрезмерный эрози­онный вынос и повышенный перепад давления газа. Эффек­тивность очистки газа батарейными циклонами колеблется в пределах 85 — 98 % и уменьшается с увеличением его пропус­кной способности.

При работе по системе газ — твердая взвесь пропускную способность батарейных циклонов обычно рассчитывают, ис­ходя из допустимых скоростей газа, обеспечивающих доста­точно полное удаление твердой взвеси из газового потока. При большом расходе газа наблюдается чрезмерный эрози­онный вынос и повышенный перепад давления газа. Эффек­тивность очистки газа батарейными циклонами колеблется в пределах 85 — 98 % и уменьшается с увеличением его пропус­кной способности.

В настоящее время широко применяются циклонные пы­леуловители диаметром 1600 мм на рабочее давление до 7,36 МПа.