Проблемы, обусловленные присутствием воды в газах

1. Коррозия технологического оборудования.

Наличие влаги в газе приводит к тому, что могут протекать коррозионные процессы стального оборудования. Присутствие в газе кислых компонентов усугубляет процессы коррозии за счет образования сероводородной и угольной кислот.

2. Гидратообразование.

Присутствие воды в газах приводит при определенных условиях к образованию газовых гидратов. Процесс гидратообразования осложняется нарушением технологического режима эксплуатации газодобывающего объекта: повышается давление, снижается пропускная способность.

Условия образования гидратов.

Газовые гидраты – кристаллические соединения, которые могут существовать в стабильном состоянии, являясь химическими соединениями. По внешнему виду гидраты напоминают сухой лед, их можно рассматривать как твердые растворы (имеют К равновесия).

Образуются при наличии воды в жидкой фазе. Схема образования гидрата: молекулы воды с помощью водородных связей образуют объемный каркас. Каркас может быть образован из 46 молекул воды и содержит 8 полостей или 136 молекулами воды и содержит 16 малых и 8 больших полостей. В полостях этого каркаса располагаются молекулы газа, способные образовывать гидраты (СН₄, С₃, С₂, iC₄, H₂S, CO₂, N₂)_, а углеводороды, молекулы которых больше молекулы i-C₄, не могут проникать внутрь каркаса и не образуют гидратов. Степень заполнения каркаса молекулами гидратообразующих газов определяется для данного состава газа давлением и температурой. Кристаллы гидратов зарождаются на границе раздела фаз – «газ-вода». Гидраты метана, этана, диоксида углерода и сероводорода имеют формулу М*6Н₂О, для пропана С₃Н₈*18Н₂О. Гидраты индивидуальных углеводородов сравнительно легко распадаются на газ и воду. Смешанные же гидраты (газ+вода) являются более устойчивыми.

Температура распада гидратов при атмосферном давлении, оС: метан=-84,4; этан=-28,8; пропан

=+5,5; СО₂=-24; Н₂S=+0,35.

Условия образования гидратов также зависит от содержания минеральных солей в воде – при увеличении минерализации воды температура начала гидратообразования уменьшается. Присутствие в газе H₂S повышает температуру гидратообразования. Для практического руководства имеется диаграмма образования гидратов в зависимости от t и Р. Теплота образования гидратов составляет 14 ккал/моль СН₄.

Методы борьбы с гидратообразованием.

1. Изменение термобарических условий переводит газ из насыщенного состояния в ненасыщенное, что исключает выпадение жидкой влаги и образование гидратов. Гидраты, образующиеся в скважинах, шлейфах, газопроводах или аппаратах разрушаются при снижении давления, при разогреве (подогрев газа паром, огневой или горячей водой), а также при вводе ингибиторов гидратообразования - веществ, понижающих температуру гидратообразования.

2. Ингибирование – введение в газовый поток веществ, понижающих температуру гидратообразования. В качестве ингибиторов гидратообразования используют метанол, гликоли, хлористый кальций, аммиак и др.

Действие метанола (как и всех других ингибиторов) как ингибитора гидратообразования основано на его высокой растворимости в воде. Он поглощает пары воды из газа и переводит их в раствор, при этом понижается температура точки росы. Метанол собирается в дриппах, затем из дриппов продувается в атмосферу. Расход метанола в скважину от 0,2 до 1 кг/1000м³ газа. При высокой обводненности газа метанол не применяют.

Для расчета понижения температуры гидратообразования используется уравнение Гаммершмидта

где w - массовая доля ингибитора, %;

М- молекулярная масса ингибитора;

К=2335 для метанола К=4000 – для гликоля

Недостатки метанола как ингибитора гидратообразования: имеет высокое давление насыщенных паров (большие потери), его трудно регенерировать, поэтому его применяют в скважинах, шлейфах, газопроводах.

Расход ингибитора для обеспечения заданного понижения температуры гидратообразования определяется по формуле g = (W₁ – W₂)*C₁/(C₀ – C₁)

где W_i – влажность газа в местах ввода и вывода ингибитора, г/м³

g – удельный расход ингибитора, г/м³

С_i - концентрация вводимого и выводимого ингибитора, % масс.

3. О сушка газа (у даление воды из газа) – это наиболее радикальный метод борьбы с гидратообразованием, т.к. он устраняет саму причину этого негативного процесса.