Свойства газов, влияющие на технологию их транспорта
Основными свойствами газов, влияющими на технологию их транспорта по трубопроводам, являются плотность, вязкость, сжимаемость и способность образовывать газовые гидраты.
Плотность газовзависит от давления и температуры. Так как при движении по газопроводу давление уменьшается, то плотность газа снижается и скорость его движения возрастает. Таким образом, в отличие от нефте- и нефтепродуктопроводов транспортируемая среда в газопроводах движется с ускорением.
Вязкость газовв отличие от вязкости жидкостей изменяется прямо пропорционально изменению температуры, т.е. при увеличении температуры она также возрастает, и наоборот. Это свойство используют на практике: охлаждая газы после компримирования, добиваются уменьшения потерь давления на преодоление сил трения в газопроводах.
Сжимаемость— это свойство газов уменьшать свой объем при увеличении давления. Благодаря свойству сжимаемости в специальных емкостях — газгольдерах высокого давления — можно хранить количество газа, в десятки раз превышающее геометрический объем емкости.
158 Часть I. Основы нефтегазового дела
Если газ содержит пары воды, то при определенных сочетаниях давления и температуры он образует гидраты — белую кристаллическую массу, похожую на лед или снег. Гидраты уменьшают, а порой и полностью перекрывают сечение газопровода, образуя пробку. Чтобы избежать этого, газ до закачки в газопровод подвергают осушке.
Охлаждение газа при дросселировании давленияназывается эффектом Джоуля-Томсона. Интенсивность охлаждения характеризуется одноименным коэффициентом Д., величина которого зависит от давления и температуры газа. Например, при давлении 5,15 МПа и температуре О °С величина Дi= 3,8 град/МПа. Если дросселировать давление газа с 5,15 МПа до атмосферного, его температура вследствие проявления эффекта Джоуля-Томсона понизится примерно на 20 градусов.
3.4.3. Классификация магистральных газопроводов
Магистральным газопроводом (МГ)называется трубопровод, пред
назначенный для транспортировки газа, прошедшего подготовку из
района добычи в районы его потребления. Движение газа по магист
ральному газопроводу обеспечивается компрессорными станциями(КС),
сооружаемыми по трассе через определенные расстояния.
Ответвлениемот магистрального газопровода называется трубопровод, присоединенный непосредственно к МГ и предназначенный для отвода части транспортируемого газа к отдельным населенным пунктам и промышленным предприятиям.
Магистральные газопроводы классифицируются по величине ра
бочего давления и по категориям. Их подробная классификация при
ведена в главе 8.
3.4.4. Основные объекты и сооружения магистрального
газопровода
Всостав МГ входят следующие основные объекты (рис. 3.4.3):
• головные сооружения;
• компрессорные станции;
• газораспределительные станции (ГРС);
• подземные хранилища газа;
• линейные сооружения.
На головных сооруженияхдобываемый газ подготавливается к транспортировке (очистка, осушка и т. д.). В начальный период разработки месторождений давление газа, как правило, настолько велико, что необходимости в головной компрессорной станции нет. Ее строят позднее, уже после ввода газопровода в эксплуатацию.
Глава 3. Транспортировка нефти, нефтепродукте» и газа
159
Рис. 3.4.3.Схема магистрального газопровода: 1 — газосборные сети; 2 — промысловый пункт сбора газа; 3 — головные сооружения; 4 — компрессорная станция; 5 — газораспределительная станция; 6 — подземные хранилища; 7— магистральный трубопровод; 8— ответвления от магистрального трубопровода; 9 — линейная арматура; 10 — двухниточный проход через водную преграду
Компрессорные станциипредназначены для перекачки газа. Кроме того, на КС производится очистка газа от жидких и твердых примесей, а также его осушка.
Принципиальная технологическая схема компрессорной станции приведена на рис. 3.4.4. Газ из магистрального газопровода (1) через открытый кран (2) поступает в блок пылеуловителей (4). После очистки от жидких и твердых примесей газ компримируется газоперекачивающими агрегатами — ГПА (5). Далее он проходит через аппараты воздушного охлаждения — АВО (7) и через обратный клапан (8) поступает в магистральный газопровод (1).
Объекты компрессорной станции, где происходит очистка, ком-примирование и охлаждение, т. е. пылеуловители, газоперекачивающие агрегаты и АВО, называются основными. Для обеспечения их нормальной работы сооружают объекты вспомогательного назначения: системы водоснабжения, электроснабжения, вентиляции, маслоснаб-жения и т. д.
Газоперекачивающие агрегаты (ГПА) созданы на основе достижений современной техники и технологии и предназначены для сжатия и обеспечения транспортировки природного газа с заданными технологическими параметрами на линейных компрессорных станциях и станциях подземных хранилищ газа (ПХГ).
Рис. 3.4.4. Технологическая схема компрессорной станции с центробежными нагнетателям: 1 — магистральный газопровод; 2 — кран; 3 — байпасная линия; 4 — пылеуловители; 5 — газоперекачивающий агрегат; 6 — продувные свечи; 7 — АВО газа; 8 — обратный клапан
Глава 3. Транспортировка нефти, нефтепродуктов и газа 161
Основные типы ГПА рассмотрены в главе 10. Для подробного изучения технических характеристик газоперекачивающих агрегатов рекомендуем обратиться к специальной литературе.
Необходимость в аппаратах для охлаждения газа обусловлена следующим. При компримировании газ нагревается. Это приводит к увеличению его вязкости и соответственно затрат мощности на перекачку. Кроме того, увеличение температуры газа отрицательно влияет на состояние изоляции газопровода, вызывает дополнительные продольные напряжения в его стенке.
Газ охлаждают водой и воздухом. При его охлаждении водой используют различные теплообменные аппараты (кожухотрубные, оросительные, типа «труба в трубе»), которые с помощью системы трубопроводов и насоса подключены к устройствам для охлаждения воды. Данный способ охлаждения газа используется, как правило, совместно с поршневыми газомотокомпрессорами.
На магистральных газопроводах наиболее широкое распространение получил способ охлаждения газа атмосферным воздухом. Для этой цели применяют аппараты воздушного охлаждения (АВО) газа различных типов.
Конструктивно АВО представляет собой мощный вентилятор с диаметром лопастей 2...7 м, который нагнетает воздух снизу вверх, где по пучкам параллельных труб движется охлаждаемый газ. Для интенсификации теплообмена трубы делают оребренными. В качестве привода вентиляторов используются электродвигатели мощностью от 10 до 100 кВт.
Достоинствами АВО являются простота конструкции, надежность работы, отсутствие необходимости в предварительной подготовке хладагента (воздуха).
Газораспределительные станциисооружают в конце каждого магистрального газопровода или отвода от него.
Высоконапорный газ, транспортируемый по магистральному газопроводу, не может быть непосредственно подан потребителям, поскольку газовое оборудование, применяемое в промышленности и в быту, рассчитано на сравнительно низкое давление. Кроме того, газ должен быть очищен от примесей (механических частиц и конденсата), чтобы обеспечить надежную работу оборудования. Наконец, для обнаружения утечек газу должен быть придан резкий специфический запах. Операцию придания газу запаха называют одоризацией.
Понижение давления газа до требуемого уровня, его очистка, одоризация и измерение расхода осуществляются на газораспределительной станции (ГРС). Принципиальная схема ГРС приведена на рис. 3.4.5.
Рис.3.4.5. Принципиальная схема ГРС: 1 — входной трубопровод; 2 — фильтр; 3 — подогреватель газа; 4 — контрольный клапан; 5 — регулятор давления типа «после себя»; 6 — расходометр газа; 7 — одоризатор; 8 — выходной трубопровод; 9 — манометр; 10 — байпас
Глава 3. Транспортировка нефти, нефтепродуктов и газа 163
Газ по входному трубопроводу (1) поступает на ГРС. Здесь он последовательно очищается в фильтре (2), нагревается в подогревателе (3) и редуцируется в регуляторах давления (5). Далее расход газа измеряется расходомером (6) и в него с помощью одоризатора (7) вводится одорант — жидкость, придающая газу запах.
Необходимость подогрева газа перед редуцированием связана с тем, что дросселирование давления сопровождается (согласно эффекту Джоуля-Томсона) охлаждением газа, создающим опасность закупорки трубопроводов ГРС газовыми гидратами.
Подземные хранилища газаслужат для компенсации неравномерности газопотребления. Использование подземных структур для хранения газа позволяет очень существенно уменьшить металлозатраты и капиталовложения в хранилища.
Линейные сооружениягазопроводов отличаются от аналогичных сооружений нефте- и нефтепродуктопроводов тем, что вместо линейных задвижек используются линейные шаровые краны, а кроме того, для сбора выпадающего конденсата сооружаются конденсатосборники.
Длина магистрального газопровода может составлять от десятков до нескольких тысяч километров, а диаметр — от 150 до 1420 мм. Большая часть газопроводов имеет диаметр от 720 до 1420 мм. Трубы и арматура магистральных газопроводов рассчитаны на рабочее давление до 7,5 МПа.