Установка безреагентной осушки газа (варианты)

 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано на газовых скважинах и на установках газофракционирования нефтехимических комплексов. Установка безреагентной осушки газа включает сепаратор предварительной очистки газа, сепараторы основной очистки первой и второй ступеней, выполненные в одном корпусе с теплообменниками, узлы измерения расхода газа, давления и температур, сборник жидкости, соединенный с полостями сепараторов, вихревой сепаратор, который представляет собой вихревую камеру и сепаратор в одном корпусе. Предлагаемая установка безреагентной осушки газа позволяет при прохождении газа по технологической цепи провести качественную очистку газа от капель жидкости и твердых частиц во входном сепараторе, разделение газа в вихревом сепараторе на холодный и горячий поток, причем в горячем потоке концентрируются вода и углеводороды с молекулярным весом выше метана. Капельная жидкость отделяется от горячего потока и газ горячего потока направляется на вторую ступень снижения давления в вихревую камеру второй ступени снижения давления, где газ разделяется на холодный и горячий поток с концентрацией в горячем потоке воды и тяжелых углеводородов. Горячий поток охлаждается холодным потоком вихревого сепаратора в теплообменнике-сепараторе с улавливанием капель жидкости. Холодные потоки вихревого сепаратора, вихревой камеры и концевого сепаратора смешиваются и подаются потребителю. Деление газового потока в вихревом сепараторе и вихревой камере осуществляется с долей холодного потока - 0,8. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано на газовых скважинах и на установках газофракционирования нефтехимических комплексов.

Известна установка низкотемпературной сепарации, включающая предварительный сепаратор, две параллельно включенные вихревые трубы, сепаратор разгазирования конденсата, перед теплообменником и вихревыми трубами предусмотрена подача ингибитора предупреждения образования гидратов [Vortex tube can increase liquid hydrocardon recovery at plant inlet. Brock Hajdik, Manfred Lorey, Jurgen Steinle, Keith Tomas. Oil & Gas Journal, sept. 8, 1997].

Недостатком данной установки является использование ингибитора предупреждения образования гидратов, как правило, ядовитые вещества и высокая точка росы осушенного газа, не используется на полную мощь достоинства вихревой трубы.

Наиболее близкой, принятой за прототип, является установка для исследования газоконденсатных скважин, включающая последовательно установленные предварительный сепаратор, вихревую камеру первой ступени снижения давления, теплообменник и сепаратор первой ступени снижения давления, вихревую камеру второй ступени снижения давления, теплообменник и сепаратор второй ступени снижения давления, эжекторы смешения потоков [Мокроносов А.Л. Патент РФ 2070965, кл. E 21 B 47/00, 43/24, 1996. Установка для исследования газоконденсатных скважин).

Недостатком известной установки является наличие эжекторов, которые могут работать в строго ограниченном соотношении давлений и расходов газа.

При строительстве установок осушки газа ставятся задачи: отказаться от использования химических реагентов, снизить вес и габариты оборудования и соответственно понижения точки росы осушенного газа до требуемой по ГОСТ 5140-93.

Существенные признаки заявляемого изобретения, обеспечивающие решение поставленных задач заключается в том, что установка безреагентной осушки газа, включающая сепаратор предварительной очистки газа, сепараторы основной очистки первой и второй ступеней, узлы измерения расхода газа, давления и температур, сборник жидкости, соединенный с полостями сепараторов, отличающаяся тем, что исключаются эжекторы смещения газа, теплообменник и сепаратор первой и второй ступеней снижения давления выполнены в одном корпусе и соединены с вихревой камерой первой ступени снижения давления, теплообменник и сепаратор второй ступени снижения давления выполнены в одном корпусе и соединены с вихревой камерой второй ступени снижения давления, причем холодная труба соединена с трубным пространством верха теплообменника, горячая труба соединена с межтрубным пространством низа теплообменника, выход охлажденного и очищенного газа горячего потока первой ступени снижения давления соединен с входным соплом вихревой камеры второй ступени снижения давления теплообменники по горячему потоку снабжены регулятором температуры, который байпасирует часть холодного потока, чтобы избежать гидратообразования.

Таким образом, указанные отличительные признаки позволяют сделать вывод, что заявленная установка безреагентной осушки газа соответствует критерию "новизна".

Технический результат, на который направлено изобретение, заключается в использовании для осушки газа последовательно соединенных в технологическую цепь предварительного сепаратора с центробежными сепарационными элементами, вихревой камеры первой ступени снижения давления, теплообменника-сепаратора первой ступени снижения давления, теплообменника сепаратора второй ступени снижения.

Предложенная установка безреагентной осушки газа позволяет при прохождении газа по технологической цепи провести качественную очистку и газа от капель жидкости и твердых частиц в предварительном сепараторе, разделение газа в вихревой камере на холодный и горячий поток, причем в горячем потоке концентрируются вода и углеводороды с молекулярным весом выше метана, капельная жидкость отделяется от газового потока, очищенный газ направляется на вторую ступень снижения давления в вихревую камеру второй ступени снижения давления, где газ разделяется на холодный и горячий поток с концентрацией в горячем потоке воды и тяжелых углеводородов, горячий поток охлаждается холодным потоком в теплообменнике-сепараторе с улавливанием капель жидкости, холодные потоки вихревых камер и теплообменника-сепаратора смешиваются и подаются потребителю. Деление потока в вихревых камерах осуществляется с долей холодного потока 0.8. Влажность потока на выходе с установки будет определяться равновесной влажностью на выходе последнего сепаратора, умноженной на долю этого газа в общем потоке.

В работе установок безреагентной осушки газа может существовать режим с небольшим снижением давления на вихревых камерах, например при осушке газа с низким начальным давлением и с дожимной компрессорной станцией после установки осушки газа, в этом случае перепад температур в первой вихревой камере будет незначительным и теплообменник на первой ступени снижения давления будет не нужен.

Таким образом, на основании изложенного, можно заключить, что заявленное техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень" так как он не следует из существующего уровня техники.

Принципиальная технологическая схема безреагентной осушки газа представлена на фиг. 1.

Установка безреагентной осушки газа включает предварительный сепаратор 1, вихревую камеру первой ступени снижения давления 2, теплообменник-сепаратор первой ступени снижения давления 3, вихревую камеру второй ступени снижения давления 4, теплообменник-сепаратор второй ступени снижения давления 5, приемную емкость 6.

Принципиальная технологическая схема установки по пункту 1 представлена на фиг. 2.

Установка по пункту 1 включает предварительный сепаратор 1, вихревой сепаратор 2, вихревую камеру второй ступени снижения давления 3, теплообменник-сепаратор второй ступени снижения давления 4, приемную емкость жидкости 5.

Работу установки безреагентной осушки газа рассмотрим на конкретных примерах.

Пример 1. Газ со скважины с давлением P=16 МПа и температурой T=323 К поступает в предварительный сепаратор 1, где из газа улавливается вода 3.0 - 3.5 г/м³ и конденсат 100 - 150 г/м³, очищенный газ поступает в вихревую камеру 2, где давление газа рассчитывается на давление, например 80 кг/см² (75 кг/см² давление магистрали 5 кг/см², чтобы обеспечить подачу газа в газопровод), давление горячего потока будет выше давления холодного потока на величину перепада давления на шайбе, разделение потока газа осуществляется с долей холодного потока 0,8.

Вода и углеводороды с молекулярным весом выше метана концентрируются в горячем потоке. В зависимости от влажности исходного газа и содержания конденсата, из газа будут выделяться капли воды и конденсата, а для надежности работы вихревой камеры необходимо на входе иметь как можно ниже ее содержание, поэтому горячий поток охлаждается холодным потоком в теплообменнике-сепараторе 3, полностью отделяется жидкость и очищенный газ горячего потока после охлаждения и сепарации поступает на вихревую камеру второй ступени снижения давления 4, где давление газа по холодному концу расчитывается на давление 80 кг/см² так же как на первой ступени снижения давления с долей холодного потока 0.8. Горячий поток второй вихревой камеры охлаждается в теплообменнике-сепараторе 5 холодным потоком, необходимая температура газа в межтрубном пространстве регулируется за счет байпасирования части потока и поддерживается на уровне 5^oC выше температуры образования гидратов.

Сухой газ холодного потока вихревой камеры первой ступени снижения давления, сухой газ холодного потока вихревой камеры второй ступени снижения давления, охлажденный и очищенный газ горячего потока из межтрубного теплообменника-сепаратора второй ступени снижения давления смешиваются и подаются потребителю.

Пример 2. Газ со скважины с давлением 90 кг/см² и температурой 17^oC поступает в предварительный сепаратор. Очищенный газ в вихревой камере первой ступени снижения давления при снижении давления холодного потока до 80 кг/см² при этом температура горячего потока повышается до 20^oC, а холодный поток охладится до 14^oC, ставить теплообменник нет смысла так как разность температур всего 6^oC и температура горячего потока находится на нужном уровне. Но образование жидкости возможно и требуется очистить газ от капель жидкости, поэтому вихревая камера комбинируется с сепаратором. В остальном все расчеты оборудования соответствуют схеме расчета по примеру 1.

Влажность смеси газа на выходе с установки может быть расчитана по формуле: W_cp= W₁ϕ₁+W₂(1-ϕ₁)+W₃(1-ϕ₁)(1-ϕ₂) W_ср. - влажность газа на выходе с установки, г/м³; W₁ - влажность холодного потока первой камеры, г/м³; W₂ - влажность холодного потока второй камеры, г/м³; W₃ - влажность газа после охлаждения и сепарации, г/м³; ϕ_1,2 - доля холодного потока первой и второй камер.

Поскольку влажность холодного потока близка к нулю, то первые два слагаемых произведения обращаются в нуль и влажность газа на выходе с установки будет определяться третьим слагаемым.

W_cp= W₃(1-ϕ₁)(1-ϕ₂) г/м³. Если принять давление газа 60 кг/см², а его температуру 30^oC, то влажность газа на выходе с установки будет равна W_ср. = 0,704(1-0,8)(1-0,8) = 0,02816 г/м³.

Что соответствует точке росы минус 23^oC, и требованиям ГОСТ 5140-93.

Формула изобретения

1. Установка безреагентной осушки газа, включающая предварительный сепаратор, теплообменники и сепараторы первой и второй ступеней снижения давления, узлы измерения расхода газа, давлений и температур, сборник жидкости, соединенный с полостями сепараторов, вихревые камеры первой и второй ступеней снижения давления, отличающаяся тем, что установка снабжена теплообменниками-сепараторами первой и второй ступеней снижения давления, объединяющими в одном вертикальном корпусе теплообменник и сепаратор соответствующих ступеней снижения давления, причем линия очищенного газа предварительного сепаратора соединена с входным соплом вихревой камеры первой ступени снижения давления, холодная труба вихревой камеры первой ступени снижения давления соединена с верхом трубного пространства теплообменника-сепаратора первой ступени снижения давления, горячая труба вихревой камеры первой ступени снижения давления соединена с низом межтрубного пространства теплообменника-сепаратора первой ступени снижения давления, верх межтрубного пространства теплообменника-сепаратора соединен с входным соплом вихревой камеры второй ступени снижения давления, холодная труба вихревой камеры второй ступени снижения давления соединена с верхом трубного пространства теплообменника-сепаратора второй ступени снижения давления, горячая труба вихревой камеры второй ступени снижения давления соединена с низом межтрубного пространства теплообменника-сепаратора второй ступени снижения давления, низ трубного пространства теплообменника-сепаратора второй ступени снижения давления, низ трубного пространства теплообменника-сепаратора первой ступени снижения давления и верх межтрубного пространства теплообменника-сепаратора объединены в выходную трубу осушенного газа.

2. Установка безреагентной осушки газа, включающая предварительный сепаратор, теплообменник и сепаратор второй ступени снижения давления, узлы измерения расхода газа, давления и температур, сборник жидкости, соединенный с полостями сепараторов, вихревые камеры первой и второй ступеней снижения давления, отличающаяся тем, что установка снабжена теплообменником-сепаратором второй ступени снижения давления, объединяющем в одном вертикальном корпусе теплообменник и сепаратор второй ступени снижения давления, причем линия очищенного газа предварительного сепаратора соединена с входным соплом вихревой камеры первой ступени снижения давления, горячая труба вихревой камеры первой ступени снижения давления соединена с входным соплом вихревой камеры второй ступени снижения давления, холодная труба вихревой камеры первой ступени снижения давления соединена с верхом трубного пространства теплообменника-сепаратора второй ступени снижения давления, горячая труба вихревой камеры второй ступени снижения давления соединена с низом межтрубного пространства теплообменника-сепаратора второй ступени снижения давления, низ трубного пространства теплообменника-сепаратора второй ступени снижения давления, холодная труба вихревой камеры второй ступени снижения давления и верх межтрубного пространства теплообменника-сепаратора объединены в выходную линию осушенного газа установки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2