Очистка газа от твердых и жидких примесей

Природный газ в своем составе содержит механические примеси, влагу, жидкие углеводороды. Предварительно эти примеси необходимо из газа удалить, т.к. они способствуют быстрому износу технологического оборудования, вызывают коррозию, нарушают технологию эксплуатации оборудования. Из газа должна быть удалена не только жидкая фаза (капельная влага), но и парообразная влага (точка росы минус 5⁰ С), т.к. при низких температурах может образовываться твердая фаза в виде гидратов, которая забивает аппаратуру.

Первая ступень очистки добытого газа - на промыслах (на СП), технология очистки достаточно проста: газ со скважины поступает в сепаратор, где от него отделяются механические примеси и капельная влага.

Конструкции сепарационных устройств чаще всего объединяют в себе и гравитационные, и насадочные, и центробежные, и фильтрующие принципы. Эффективность сепаратора оценивается уносом жидкости. Общим требованием к концевым сепараторам является унос не более 20 мг/м³, по последним требованиям - 10 мг/м³.

Наиболее распространены гравитационные (осадительные) аппараты, в которых отделение твердых и жидких частиц происходит за счет гравитационных сил: газ, поступив в аппарат, меняет направление и скорость, в результате более тяжелые частицы механических примесей осаждаются на дно, а газ уходит в верх аппарата.

Сила тяжести всегда направлена вниз. Сила сопротивления имеет разные направления в зависимости от направления движения потока. Важно знать скорость осаждения частиц относительно стенок отстойника, Частицы будут уноситься потоком, если W_ч<W_пот. Если W_ч=W_пот, то W_ч =0 (частица находится во взвешенном состоянии). Осаждение частиц наблюдается при W_ч >W_пот.

Для расчета скорости осаждения твердых частиц используется формула

W_oc=Ö 4/3*d_т*(r_т-r_г)*g/r_г*x

x- коэффициент сопротивления газа.

Гравитационные сепараторы бывают как горизонтальные и вертикальные, так и шарообразные. Общим для них является наличие отстойной (осадительной) зоны 2. В этой зоне происходит отделение дисперсных частиц под действием силы тяжести (см.уравнение), на входе газа имеются отбойные пластины, а перед выходом газа из аппарата - каплеотбойники.

Конкретная конструкция сепаратора выбирается в зависимости от производительности по газу, давления, наличия механических примесей, требуемой степени очистки и др. факторов.

Инерционные сепараторы.

Инерционные (насадочные) – сепараторы, в которых используется насадка с развитой поверхностью (кольца Рашига). Принцип работы: капли ударяются о поверхность насадки, а газ многократно меняет направление движения. Степень улавливания капель –99%. Производительность аппаратов может достигать 6 млн.м³/сут (Д=3м).

Особенность насадочных сепараторов – жидкость стекает вниз навстречу потоку газа и при определенной скорости может наступить момент, когда за счет сил трения газ может приостановить движение жидкости. Наступает момент «зависания», «захлебывания», а скорость – критическая скорость.

W_кр=К*Ö10*g*s*(r_ж -r_г)/r_г²

где r - кг/м³

s-поверхностное натяжение, н/м

g – м²/с

К –коэффициент, учитывающий конструкцию сепаратора, для жалюзийных К=0,45., для горизонтальных сетчатых К=0,6, для вертикальных сетчатых К=0,9.

Для определения рабочей скорости используется формула

W_р=(0,8-0,85)* W_кр

_{Критическая скорость для сетчатых сепараторов в 1,5-2 раза выше, чем для сетчатых, их используют для окончательной очистки газа.}

_{Центробежные сепараторы - принцип действия основан на том, что центробежные силы возникают в предварительно закрученном потоке газа. Эффективность таких сепараторов достигает 90-95%. Используются на входных участках для предварительной очистки, особенно, если много мех.примесей.}

_{Фильтрующие сепараторы – для тонкой очистки от частиц диаметром 5-10 мкм,которые не улавливаются другими конструкциями сепараторов. Такие сепараторы состоят из: 1 зона- входная, 2 зона – фильтрующая, 3 зона – каплеуловитель. Фильтрующие элементы представляют патрубок-каркас, на котором уложен фильтрующий слой- стекловолокно, при прохождении через фильтр капли коалесцируют (слипаются), укрупняются и стекают в сборник.}

_{Для отделения пыли от газа применяют циклоны, масляные пылеуловители и электрофильтры, в которых используется поле высокого напряжения.}

Для очистки от пыли распространены масляные пылеуловители.

Пропускная способность пылеуловителя рассчитывается по формуле

Q_г – кол-во газа при 20⁰ С, Р=760 мм рт ст, м³/сут;

Д – внутренний диаметр пылеуловителя, м;

Р – давление, кгс/см²;

g_ж, g_{г –} уд.вес жидкости и газа, кг/м³;

Т – температура в аппарате, К.

Опыт эксплуатации масляных пылеуловителей показал, что они чрезвычайно чувствительны к перегрузкам, при Q_г выше проектного наблюдается унос масла. Эффективность очистки на таких аппаратах достигает 95-98%.

Циклоны – вертикальные аппараты, состоящие из верхней цилиндрической части и нижней – конической, применяются для очистки газа от пыли размером частиц 5 мк и выше. Мелкая пыль (<5) проходит через циклон, не осаждаясь.

Частицы пыли имеют плотность на два порядка выше, чем газа, они отбрасываются к стенкам, накапливаются и сползают вниз в бункер. Циклоны используются в деревообрабатывающей промышленности.

Чем больше скорость газа, тем больше DР_ск –скоростная составляющая потерь давления в аппарате. Поэтому на входе в циклоны поддерживается оптимальная скорость газового пот ока 20-25 м/с. Определяется DР_ск =0,5*r*W_г²,

где r - плотность частиц пыли кг/м³.

Газ выводится тангенциально в верхнюю часть, приобретает вращательное движение, твердые частицы, имеющие большую массу, чем газ, в результате центробежных сил, отделяются от газа, поступают в коническую часть аппарата, а затем выводятся из него. Очищенный газ выводится с верха аппарата.

Степень очистки газа – это отношение количества уловленной пыли к количеству пыли, поступающем с газом - зависит от диаметра циклона, диаметра частиц пыли.

При расчете циклонов определяют диаметр, число циклонов, перепад давления. Исходными данными для расчета являются количество газа и его параметры.

g – объем газа через один циклон, м³/с;

g_{г –} уд.вес газа, кг/м³;

x- коэффициент сопротивления газа, зависит от типа циклона и меняется от 105 до 180;

Dr- гидравлическое сопротивление циклона мм. вод.ст.

мм.вод.ст.

W – скорость газа в цилиндр. части, м/с;

g – 9,8 ускорение силы тяжести.

Применяются батарейные циклоны, это параллельно включенные циклоны, диаметр каждого от 100 до 250 мм. Степень очистки - 50-98% в зависимости от диаметра циклона и размера частиц.