Установки осушки газа и их эксплуатация

Основным аппаратом технологической установки осушки газа абсорбционным способом является абсорбер.

Кроме этого, в состав установки входят холодильник, трубопроводы ДЭГ, теплообменники, выветриватель, промежуточная ёмкость ДЭГ, насосы, десорбер, испаритель. Абсорбер – массообменная барботажная колонна, оборудованная тарелками с круглыми или желобчатыми колпачками, обеспечивающими постоянный уровень жидкости на тарелках. На рис. 2.2 – 2.5 представлены конструкции абсорбера, десорбера, испарителя и теплообменника «труба в трубе».

Абсорбционная осушка газа с помощью диэтиленгликоля (ДЭГ) заключается в следующем:

Газ, требующий осушки, поступает в абсорбер. В нижней скрубберционной секции он очищается от взвешенных капель жидкости и поднимается вверх, проходя через систему тарелок. Навстречу газу по тарелкам стекает концентрированный раствор ДЭГ, закачиваемый в абсорбер насосом из ёмкости хранения ДЭГ. Раствор ДЭГ поглощает пары воды. Далее газ проходит через верхнюю скрубберную секцию, где освобождается от захваченных капель раствора и выходит из аппарата. Использованный раствор ДЭГ, содержащий 2-2,5% воды, отбирается с нижней глухой тарелки абсорбера, подогревается в теплообменнике встречным потоком регенерированного раствора и направляется в выветриватель, где освобождается от неконденсирующихся газов. Выветриватели обеспечивают нормальный переток жидкости из контактора (абсорбера) через теплообменники в десорбер. Выветриватель способствует ликвидации газовых пробок. Обычно выветриватели устанавливают между первым и вторым теплообменником. Далее раствор снова подогревается в теплообменнике и поступает в десорбер (выпарную колонну), в которой из раствора ДЭГ, стекающего вниз выпаривается влага встречным потоком острого водяного пара и паров ДЭГ. Десорбер – массообменная колонна насадочного или тарельчатого типа. При диаметре колонны до 600мм десорбер засыпают насадкой свыше 600мм и оборудуют 14-18 колпачковыми тарелками. Жидкость вводят в среднюю часть колонны. В нижнюю часть колонны тепло подводят выносным испарителем (рибойлером), где носитель нагревается нагретым керосином или водяным паром до температуры 150-160ºС. Испарение воды происходит в нижней части колонны. Водяной пар из десорбера поступает в конденсатор-холодильник, где он конденсируется и собирается в ёмкость. Часть полученной воды насосом закачивается в верхнюю часть колонны (десорбера), чтобы несколько снизить там температуру и уменьшить испарение, а соответственно, и унос ДЭГ. Десорберы рассчитывают графически или аналитически по методу Кремсера. Регенерированный горячий раствор ДЭГ прокачивается через теплообменники и холодильник и сливается в ёмкость для хранения ДЭГ. Теплообменники на установках осушки газа предназначены для нагревания насыщенного раствора концентрированным раствором и для охлаждения концентрированного раствора водой. На установках сравнительно небольшой производительности (до 1,5млн.м3/сут.) применяются теплообменники «труба в трубе». На установках большой производительности, как правило, применяются кожухотрубчатые теплообменники.

Диэтиленгликоль (ДЭГ) и триэтиленгликоль (ТЭГ) обладают малой вязкостью, неагрессивны в коррозионном отношении, очень слабо растворяют природные газы и имеют низкую упругость паров, что облегчает их регенерацию.

Недостатком этого метода осушки являются унос абсорбента и относительная сложность его регенерации.

Рис. 2.2. Абсорбер

Рис. 2.3. Десорбер

Рис. 2.4. Испаритель

Рис. 2.5. Теплообменник «труба в трубе»

Метод низкотемпературной сепарации широко применяется для: осушки газа; выделения конденсата из газа газоконденсатных месторождений на установках НТС; получения индивидуальных компонентов газа; выделения из природного газа редких газов; сжижения газов и т.д. Низкотемпературный способ разделения газов позволяет в зависимости от глубины охлаждения извлекать от 80 до 100% тяжёлых углеводородов и осушать газ при транспортировке однофазного компонента до необходимой точки росы по влаге и углеводородам. На практике применяют низкотемпературную сепарацию (НТС), при которой получают относительно невысокие перепады температур как за счёт использования пластового давления (путём дросселирования газа), так и искусственного холода (холодильных машин).

Рис. 2.6. Технологическая схема НТС на газосборном пункте

Принципиальная технологическая схема НТС изображена на рис. 2.6. Сырой газ из скважины поступает на установку комплексной подготовки, где после предварительного дросселирования (или без него) направляется в сепаратор первой ступени 3 для отделения от капельной жидкости. Затем газ направляется в теплообменник 5 для охлаждения газом, поступающим в межтрубное пространство из низкотемпературного сепаратора 7. Из теплообменника газ поступает через эжектор 6 или штуцер в низкотемпературный сепаратор 7, в котором за счёт понижения температуры в теплообменнике и на штуцере (эжекторе) выделяется жидкость. Осушенный газ поступает в теплообменник 5, охлаждает продукцию скважины и направляется в промысловый газосборный коллектор. Нестабильный конденсат и водный раствор ингибитора (например, диэтиленгликоля ДЭГ), предотвращающий гидратообразование, из сепаратора первой ступени 3 поступают в конденсатосборник 4 и далее в ёмкость 10. Здесь происходит разделение конденсата и водного раствора ДЭГа. Затем конденсат через теплообменник 9 подаётся в поток газа перед низкотемпературным сепаратором, а водный раствор ДЭГа направляется через ёмкость 11 и фильтр 12 для очистки от механических примесей в регенерационную установку 13, после чего регенерированный гликогель из установки с помощью насоса 19 подаётся в шлейфы для предотвращения образования гидратов в них. Поток нестабильного углеводородного конденсата и водного раствора ДЭГа направляется в разделительную ёмкость 15 через межтрубное пространство теплообменника, где охлаждает нестабильный конденсат, поступающий из ёмкости 10 для впрыскивания в газовый поток. Водный раствор гликоля через фильтр поступает в установку регенерации 14, после чего насосом 19 подаётся в газовый поток перед теплообменником 5. Конденсат из разделительной ёмкости 15 направляется через межтрубное пространство теплообменника 18 в деэтанизатор. Установка деэтанизации состоит из тарельчатой колонны, печи 17 и теплообменника 18. Заданная температура в нижней части деэтанизатора поддерживается с помощью теплообменника 18, в котором стабильный конденсат (нижний продукт деэтанизатора), подогретый в печи 17 до температуры 433°К, отдаёт тепло насыщенному конденсату, поступающему из ёмкости 15. Охлаждённый стабильный конденсат подаётся в конденсатопровод. По схеме предусматривается также ввод части холодного нестабильного конденсата на верхнюю тарелку стабилизатора. В этом случае деэтанизатор работает в режиме абсорбционно-отпарной колонны.

Если предусматривается транспортировка конденсата в железнодорожных цистернах, то стабилизация его производится в ректификационной колонне, работающей в режиме либо частичной, либо полной дебутанизации. Газ выветривания (дегазации) из ёмкости 15 и газ деэтанизатора 16 через штуцер поступает в общий поток. Если давление недостаточно, то предусматривается компрессор 8. Газ дегазации из ёмкости 10 также возвращается в общий поток. Периодический контроль за дебитами газа и жидкости осуществляется с помощью сепаратора 1, на выкидной линии которого установлены замерная диаграмма и конденсатосборник-разделитель 2 со счётчиками. Если на устье скважины температура газа достаточно велика и на его пути до газосборного пункта гидраты не образуются, то схема подготовки газа упрощается. В случае, если требуются дополнительные источники холода, на установке НТС для обеспечения требуемой точки росы, в схеме вместо штуцера устанавливают турбодетандер, использование которого даёт эффект по снижению температуры, большей в 3-4 раза, чем при обычном дросселировании. В этом случае технологическая схема предусматривает сепаратор второй ступени для отделения жидкости от газа, поступающего в турбодетандер.

Возможны модификации данной технологической схемы. В частности, дополнительно к теплообменнику 5 устанавливают воздушный или водяной холодильник, что позволяет последовательно увеличивать поверхность теплообменника по мере снижения пластового давления и поддерживать постоянную температуру сепарации в установках НТС.

Эффективность работы НТС любого типа существенно зависит от технологического режима эксплуатации скважины. Оптимальным давлением сепарации на газоконденсатном месторождении принимается давление максимальной конденсации, которое для каждого состава газа определяется экспериментально. Для обеспечения однофазного движения газа по магистральным трубопроводам температура сепарации выбирается с учётом теплового режима работы магистрального газопровода.

На установках НТС возможна осушка газа с применением ингибиторов гидратообразования. В этом случае, газ с промыслов подаётся в поршневой компрессор и сжимается до давления 4,5МПа. В межступенчатых холодильниках газ охлаждается до температуры 308÷313°К с выделением воды. Для предупреждения гидратообразования в теплообменники и охладитель форсунками впрыскивается 75÷80%-ный раствор ДЭГ.

На установках НТС в качестве источника холода применяют турбодетандеры. Мощность, развиваемую на выходе турбодетандера, используют в компрессоре турбодетандерного агрегата (ТДА) для дожатия очищенного и подогретого в теплообменнике газа. Газ при выходе из установки комплексной подготовки газа (УКПГ) должен быть охлаждённым, что целесообразно делать совмещением процессов подготовки и охлаждения газа в одной установке.

Адсорбционный способ осушки газа заключается в применении веществ (адсорбентов), способных поглощать вещества из объёмной фазы (адсорбаты). Скоростью адсорбции называют число молекул, адсорбирующихся или десорбирующихся за единицу времени. Время, в течение которого молекула адсорбента находится на поверхности адсорбента, называют временем адсорбции. Способность адсорбента поглощать вещество тем больше, чем больше его поверхность. Установки адсорбционной осушки имеют обычно два-четыре адсорбера. Влажный газ поступает в сепаратор для удаления механических примесей, капельной влаги, жидких углеводородов и направляется в адсорбер. Осушенный газ из адсорбера поступает в магистраль. Часть сырого отсепарированного газа подаётся впечь для подогрева, а затем в адсорбер с увлажнённым осушителем для регенерации последнего.

Горячий газ после регенерации осушителя охлаждается в холодильнике и направляется в сепаратор для отделения влаги, удалённой из осушителя.

Для осушки газа в промышленных условиях применяют силикагель, алюмогель, флорит, природные цеолиты (шабазит, морденит и др.). Цеолиты обладают большими преимуществами перед другими осушителями: глубокой степенью осушки, высокой влагоёмкостью при низкой относительной влажности и повышенной температуре газа, прочностью при наличии капельной влаги, избирательной адсорбционной способностью.