Нормальная работа технологического оборудования и качество выпускаемой продукции во многом зависят от содержания в газе не только влаги и кислых компонентов, но и механических примесей. Наличие механических примесей в газе способствует истиранию металла, вызывает его износ, приводит к выводу из строя уплотнительных колец, клапанов и гильз цилиндров поршневых компрессоров, снижает их КПД. Механические примеси отлагаются также на поверхности труб холодильников и резко снижают их коэффициент теплопередачи.
Источники механических примесей в газе – это остатки строительного мусора, продукты коррозии внутренних поверхностей труб, арматуры и аппаратов, грунт, попавший в газопроводы при проведении ремонтных работ, частицы керна и т.д.
Наиболее крупные частицы примеси содержатся в газопроводах в начальных периодах эксплуатации, когда газовым потоком из труб выносятся остатки строительного мусора. Через 1¸2 года эксплуатации размер твердых частиц уменьшается.
Для обеспечения нормальной работы оборудования газ необходимо очистить от механических примесей. Этот процесс осуществляется с применением специальных пылеуловителей и в комбинации при разделении газожидкостных потоков в обычных сепараторах.
Пылеуловители используют на ДКС. Выбор типа пылеуловителей зависит от размера частиц и требуемой степени очистки. Частицы размером от 100 до 500 мкм улавливаются в осадительных расширительных камерах, дрипах и циклонах. Объемные сепараторы практически отделяют только крупнодисперсную пыль размером частиц 50¸100 мкм.
Для улавливания частиц от 1 до 100 мкм используются циклоны, мокрые пылеуловители, керамические и металлокерамические фильтры.
Для повышения эффективности выделения примесей широкое применение нашли также фильтры-сепараторы. Эти аппараты представляют собой обычные сепараторы с насадочными элементами, которые способствуют укрупнению капель при прохождении через них продукции.
Частицы размером менее 1 мкм находятся броуновском движении и не осаждаются под действием сил тяжести. Такая взвесь может быть уловлена в электрофильтрах и мокрых пылеуловителях. В последних в качестве орошения должна использоваться жидкость с хорошей смачивающейся способностью.
На ДКС магистральных газопроводов, построенных в первые годы развития газовой промышленности для очистки газа от твердых и жидких примесей применяли масляные пылеуловители, которые характеризуются высокой эффективностью очистки газа от твердых примесей.
Принцип работы масляных пылеуловителей основан на поглощении механических примесей и капельной углеводородной жидкости при прохождении газа через слой масла. Через период, определяемый, в основном, количеством механических примесей в газе, происходит насыщение масла. После чего требуется замена поглотительной жидкости.
Жидкости (масла), применяемые в пылеуловителях, должны иметь малую упругость насыщенных паров, низкую температуру застывания и обладать способностью смачивать пыль. К примеру, можно использовать масло, имеющее температуру начала кипения не ниже 2600С, плотность от 0,9 до 0,85 г/см3, вязкость 100 мм2/с при 380С.
Недостатком масляных пылеуловителей считается значительный расход масла и потребность в постоянном уходе за ним.
В настоящее время широкое применение находят мультипликационные уловители, в которых благодаря закручиванию потока газа в завихрителе происходит очистка газа от механических примесей в капельных жидкостях. Отсепарированные примеси собираются в нижней части аппарата, откуда удаляются через дренажный штуцер. Очищенный газ через патрубок выводится из пылеуловителя.
Недостаток пылеуловителей этого типа – снижение эффективности со времени их эксплуатации в связи с забиванием циклонных элементов механическими примесями, разрушением креплений этих элементов, частичным разрушением внутренних элементов аппарата и т.д.
При наличии влаги в жидкой фазе газа в зимний период года нижняя часть пылеуловителей замерзает. Для предотвращения этого предусмотрена подача водяного пара в аппарат через специальный змеевик.
Подготовка и транспортирование углеводородного сырья
Высокие темпы развития газовой промышленности предопределяют значительный рост объемов добычи газового конденсата. В связи с этим важное значение приобретает проблема транспортирования конденсата на большие расстояния. В зависимости от размещения комплексов стабилизации конденсата решается вопрос о транспортировании либо стабильного конденсата, метана и этана, либо нестабильного конденсата.
Нестабильный конденсат – смесь углеводородов, находящихся при стандартных условиях в виде жидкости, в которой растворены в разных количествах газообразные компоненты (метан, этан, пропан, бутан и др.). Такой конденсат характеризуется повышенными значениями давления насыщения и при стандартных условиях переходит в двухфазное состояние.
После специальной подготовки (стабилизации) получают стабильный конденсат. Стабилизация газового конденсата – процесс извлечения из нестабильного конденсата в основном легких углеводородов (С1 - С4), которые при нормальных условиях (Р = 0,1 МПа и Т = 273 К) находятся в газообразном состоянии.
Стабильность или нестабильность конденсата, содержащего наряду с С5+ более легкие компоненты, определяют по давлению насыщенных паров и количеству конденсата (от 25 до 85%), выкипающего при температуре 323 К и атмосферном давлении. Давление насыщенных паров должно обеспечивать возможность транспортирования и хранения стабильного конденсата в жидком состоянии при температуре до 310,8 К и атмосферном давлении.
Стабилизация углеводородного конденсата осуществляется на установках стабилизации конденсата (УСК). УСК территориально могут находиться на промысле, в составе установок низкотемпературной сепарации (НТС) и низкотемпературной конденсации (НТК), а также непосредственно на газоперерабатывающем заводе (ГПЗ).
Обычно рассматриваются четыре уровня подготовки и магистрального транспорта конденсата и продуктов его стабилизации: I – дегазация нестабильного конденсата; II – деметанизация нестабильного конденсата; III – деэтанизация нестабильного конденсата; IV – полная стабилизация конденсата.
В зависимости от уровня подготовки к транспорту конденсат характеризуется определенными параметрами, в соответствии с которыми выделяют четыре схемы транспортирования.
Первая схема предусматривает транспортирование нестабильного дегазированного конденсата без дополнительной обработки на головных сооружениях. Дальнейшая перекачка конденсата осуществляется в однофазном состоянии с давлением насыщения рн = 2,5 МПа при t = -10 °С и r = 583 кг/м3
Вторая схема рассчитана на транспортирование деметанизированного нестабильного конденсата. Поступающий на головные сооружения конденсат деметанизируется при давлении 2,5 МПа, что снижает давление насыщенных паров до 0,5 МПа, но значительно повышает температуру выходного продукта (до 140°С); r = 639 кг/м3. При этом варианте необходимо оборудовать головные сооружения конденсатопроаода установками деметанизации, дожимной компрессорной станцией для утилизации газов деметанизации конденсата, станцией охлаждения деметанизированного конденсата до температуры от -2 до -4 °С.
Третья схема предусматривает более глубокую стабилизацию конденсата – деэтанизацию. Давление насыщения транспортируемой жидкости снижается до 0,15¸0,20 МПа при t = +10°С, температура навыходеиз установки деэтанизации равна 165°С, r = 685 кг/м3. Головные сооружения конденсатопровода при этом должны оснащаться установками деэтанизации, станцией охлаждения деметанизированного конденсата до температуры от -2 до -4 °С.
Четвертая схема используется при транспортировании стабильного конденсата. Выходные продукты: стабильный конденсат с r = 725 кг/м3, широкая фракция легких углеводородов с давлением насыщенных паров около 0,5 МПа, r = 610 кг/м3 а также газы стабилизации при давлении 2,5 МПа. Для реализации этого варианта требуется сооружение установок стабилизации (соответствующих мощности газоперерабатывающих установок).
При сооружении установок стабилизации конденсата за пределами установок НТК осложняется транспортирование конденсата: из-за образования газовых пробок нарушается нормальный режим эксплуатации конденсатопроводов. Дегазация конденсата в конденсатопроводе, особенно на конечных участках, приводит к резким колебаниям давления и количества сырья, поступающего на установку стабилизации конденсата, что ухудшает ее работу. Сооружение установок деэтанизации конденсата в едином комплексе с установками НТК обеспечит не только нормальную работу конденсатопроводов и качественную утилизацию газов деэтанизации, но и лучшую рекуперацию тепла и холода технологических потоков.
При перекачке двухфазной жидкости по трубопроводам, уложенным на пересеченной местности с восходящими и нисходящими участками, возникает ряд проблем, связанных с появлением газовых пробок и защемлением их на нисходящих участках непосредственно за перевальной точкой, что приводит к повышению гидравлического сопротивления. В связи с этим проблему транспортирования нестабильного конденсата целесообразно решать путем перекачки газо-насыщенной жидкости в однофазном состоянии при давлении выше давления насыщенных паров, т.е. для обеспечения однофазного состояния рабочее давление на входе в последующую станцию принимается равным давлению насыщенных паров и давлению, обеспечивающему кавитационный запас насоса, соответственно: для дегазированного конденсата – 3,3, деэтанизированного – 0,7¸0,9, стабильного – 0,6 МПа.