Подготовка газа к транспорту с применением процесса низкотемпературной сепарации

Промысловые установки, предназначенные для извлечения из газа тяжелых у/в процессом НТК, на практике называют установками низкотемпературной сепарации (НТС).
Рис. 1. Принципиальная технологическая схема установки НТС:
1- входной сепаратор, 2,5-кожухотрубчатый теплообменник, 3-дросель.
4- низкотемпературный сепаратор, 6-емкость для сбора конденсата

Влияние ряда факторов на эффективность работы установок НТС
Температуры
Числа ступеней сепарации
Давления

Выбор температуры.
Значение Т выбирается из-за необходимости получения точки росы газа, обеспечивающей его транспортирование в однофазном состоянии, либо с целью увеличения выхода С3-С4 фр-ции.
Основное количество тяжелых у/в (C5+) переходит в ж.фазу на I ступени сеп. На последующих – С2 и С3-С4 фракции. Причем чем ↓ изотерма процесса, тем больше степень конденсации этих комп-тов. Но со снижением температуры из-за конденсации легких у/в ↓ избирательность процесса (отношение кол-ва молей извлекаемого компонента).
Экономическая целесообразность снижения температуры сепарации должна определяться с учетом того, что наряду с С3-С4 фр. повышается также степень конденсации легких компонентов.

Влияние давления.
В проектах Р на последней ступени выбирается близким к Р на головном участке магистрального газопровода. Р на I ступени - с учетом устьевых пар-ров, состава газа и наличия оборуд-я.
Р оказывает существенное влияние на распределение компонентов газа по фазам. От значения Р на ступенях конденсации установок НТС в значительной степени зависит эффективность работы ГТС. Это связано с влиянием давления как на фактическую точку росы по воде и у/в, так и на показатели работы ДКС.
В наст. Время на выходе из УКПГ Р газа поддерживается на уровне 7,5 МПа, что значит. выше его оптимального значения, обеспечивающего глубокое извлечение из газа С3,С4 и С5+. Поддержание на II ступени конденсации Р= 7 ,5 МПа обусловлено режимом работы МГ, который проектируется на такое рабочее Р. (При Р ниже 7 ,5МПа требовалось бы включения в схему установок дожимного компрессора с первого года эксплуатации ГКМ.)
С ↑ Р степень извлечения тяжелых компонентов ↓. В то же время общее кол-во у/в, перешедших в ж. ф. при сепарации, ↑, что связано с ↑ конденсации СН4 и С2Н6. Пропорционально ↑ объем газов низкого давления на УСК, что способствует повышению эксплуатационных расходов на УСК .

Выбор числа ступеней сепарации.
На практике для подготовки к транспортированию продукции ГКМ осуществляются двух- и трехступенчатые схемы сепарации.
Многоступенчатые схемы сепарации применяются также в схемах глубокого извлеченияиз газов пропана и этана процессом НТК. При этом зачастую там, где достаточно использовать двухступенчатый процесс, необоснованно применяют трехступенчатый.
На практике проводится сравнительная оценка одно-, двух- И трехступ. Далее расчет и выбор.

Низкотемпературная сепарация газа с использованием дроссель – эффекта
Дросселирование газа - понижение его температуры за счет понижения давления, т.е. изоэнтальпийного расширения газа. ( Самый простой способ получения холода на УКПГ).
Этот процесс осуществляется с применением дроссельных устройств.
«+» таких схем – их меньшая металлоемкость и высокая надежность в работе. Однако эта технология возможна при наличии большого запаса пластововой энергии, что наблюдается при больших глубинах залегания газоносных пластов. Следует учитывать, что давление газа в трубопроводах газотранспортных систем, согласно отраслевого стандарта Газпрома составляет 75 кгс/см2.
Изменение температуры газа при его дросселировании на 1 кгс/см2 называется дроссель-эффектом или коэффициентом Джоуля - Томсона.
Различают два вида дроссель-эффекта: дифференциальный и интегральный.
Дифференциальный дроссель-эффект показывает снижение температуры газа при бесконечно малом изменении его давления.
На практике используют интегральный дроссель-эффект – изменение давления на значительную величину. Значение его можно определить по уравнению
Di = (T1 - T2)/( Р1 – Р2), (1)
где P1 и P2 - давление газа до и после дросселирования, МПа;
T1 и T2 - температура газа в тех же условиях, °С..

Рис. 7.2 Принципиальная схема подготовки газа на установке НТС Уренгойского ГКМ:
С-1, С-2, С-4 — сепараторы; Т-1, Т-2, Т-3 — теплообменники; Р-1, Р-2 — разделители

ТУРБОДЕТАНДЕРЫ В СХЕМАХ УСТАНОВОК НТС
Принцип работы ТДА
Работа турбодетандерной системы характеризуется степенью расширения εr степенью сжатия εк, перепадом давления, коэффициентом полезного действия и т.д.
Степени расширения турбодетандера и сжатия компрессора соответственно определяются из следующих соотношений:
где р1 ; И Р2 - давление газа до и после турбодетандера; р3 , и p4 - давление газа до и после компрессора
Общий перепад давления в турбодетандерной системе:
Р=р1-р2-р4+р3
Эффективность ТДА, как охлаждающего устройства, м/б оценена холодильным коэффициентом полезного действия:
где Т5 - теоретическая температура газа при его изоэнтропийном расширении; Т2 - фактическая температура газа.
Снижение температуры газа в турбодетандерном агрегате при постоянном перепаде давления зависит от давления и температуры газа на входе в ТДА, состава газа, конструкции аппарата и т.д. Установки охлаждения с внутренним циклом, в котором холод получают в результате расширения газа, близкого к изоэнтропийному, носят название турбохолодильных установок (ТХУ).

ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ВЫБОРУ ОБОРУДОВАНИЯ УСТАНОВОК НТ
Процессы НТС имеют простые технологические схемы и отличаются низкой энерго- и металлоемкостью. Низкая четкость разделения фаз - недостаток сепарационного оборудования, а не процессов НТС. => при выборе режима установок НТС следует руководствоваться общими рекомендациями.
При выборе размеров оборудования необходимо бороться с капельным уносом, в первую очередь за счет уменьшения скорости газа; снижение уноса гликоля и конденсата соответственно всего на 1 и 10 г /100 м 3 оправдывает установление сепаратора с двукратной площадью свободного сечения.
2. Размер капель, осаждаемых в сепараторах с циклонными коагуляторами, обратно пропорционален корню квадратному из скорости газа. Для улавливания частиц любых размеров скорость газа д/ б тем больше, чем меньше плотность жидкости. Чем больше плотность газа, тем труднее отделить от него капли жидкости или мех/ примеси. Поэтому такие сепараторы лучше всего ставить на конечную ступень сепарации установок НТС.
3 На практике точка росы газа на несколько градусов выше, чем температура сепарации. ( сепараторы не обеспечивают полное отделение ж. фазы от газа, всегда происходит унос капель жидкости, особенно у/в.)
Установление фильтра на линии товарного газа для улавливания капельной жидкости также обеспечивает качество транспортируемого газа. => при выборе параметров обработки газа необходимо тщательно учитывать указанные факторы.