Установка для подготовки попутного нефтяного или природного газа к транспорту по газопроводу

Изобретение относится к области подготовки газа для перемещения по газопроводу. Техническим результатом изобретения является повышение степени очистки газа от конденсатообразующих фракций. Установка для подготовки попутного нефтяного или природного газа к транспорту по газопроводу содержит устройство для повышения или понижения давления, приемную газовую линию, по которой в установку поступает исходный попутный нефтяной или природный газ, выкидную газовую линию, по которой из установки в газопровод для дальнейшего транспорта поступает очищенный от тяжелых фракций углеводородов попутный нефтяной или природный газ, две вихревые трубы, эжектор и накопитель конденсата, при этом вход первой вихревой трубы через устройство для повышения или понижения давления связан с приемной газовой линией и выходом холодного потока второй вихревой трубы, выход холодного потока первой вихревой трубы соединен с выкидной газовой линией, выход горячего потока первой вихревой трубы через эжектор, в котором данный поток является рабочим телом, соединен с входом первого сепаратора, выход по конденсату которого соединен с накопителем конденсата, а выход по газу - с входом второй вихревой трубы, выход холодного потока второй вихревой трубы связан с упомянутой приемной газовой линией для возможности объединения данного холодного потока с исходным попутным нефтяным или природным газом для подачи объединенного таким образом потока на вход первой вихревой трубы, выход горячего потока второй вихревой трубы соединен с входом второго сепаратора, выход по конденсату которого соединен с накопителем конденсата, а выход по газу через упомянутый эжектор соединен с входом первого сепаратора. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способам перемещения газа по газопроводу и может быть использовано в нефтедобывающей, химической, газодобывающей, нефтеперерабатывающей, газоперерабатывающей промышленностях для очистки нефтяного и природного газов от конденсата тяжелых углеводородов (С₅-С₁₅) и примесей с выделением легких фракций (C₁-C₄) на первоначальной стадии добычи газа и его подготовки для транспортирования по газопроводу.

Уровень техники

Известна установка для компремирования и транспорта нефтяного газа, включающая устройство для повышения давления газа (компрессор), приемную и выкидную линии, перепускную газовую линию, соединенную с выкидной линией компрессора, запорные элементы, причем установка совмещена с нефтегазопроводом устройства сепарации нефти, соединенного газопроводом с приемной линией компрессора, а другой - с перепускной газовой линией и нефтегазопроводом, причем запорные элементы, установленные на дополнительном газопроводе, соединены через регуляторы давления с датчиками приемной линии компрессора (Авторское свидетельство СССР № 1735658, кл. F 17 D 1/07, 1992).

Признаки известного устройства, совпадающие с признаками заявленного технического решения, заключаются в наличии устройства для повышения давления газа (компрессора), приемной и выкидной линий, а также запорных элементов.

Причина, препятствующая получению технического результата, который обеспечивается заявленным техническим решением, заключается в том, что выделение тяжелых углеводородов из нефтяного газа осуществляется за счет массообменных процессов газового и газожидкостного потоков в приемном нефтегазопроводе.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является установка для подготовки нефтяного или природного газа у транспорту по газопроводу, включающая устройство для повышения или понижения давления газа, приемную и выкидную газовые линии, вихревую трубу, содержащую улитку и соединенные с ней трубопровод холодного потока и как минимум один трубопровод горячего потока, охлаждающую камеру, в которую заключен трубопровод горячего потока, а также блок конденсации, соединенный своим входом с выходом трубопровода горячего потока, одним своим выходом - с выходом конденсата установки, а другим своим выходом - с охлаждающей камерой, при этом выход трубопровода холодного потока соединен с выкидной газовой линией, вход охлаждающей камеры соединен с приемной газовой линией, выход охлаждающей камеры соединен с входом устройства для повышения или понижения давления газа, выход которого соединен с входом вихревой трубы (Патент RU № 2181459 С1, кл. F 17 D 1/02, дата публикации: 20. 04.2002).

Признаки известного устройства, совпадающие с признаками заявленного технического решения, заключаются в наличии устройства для повышения или понижения давления газа, приемной и выкидной газовых линий, вихревой трубы, выполненной с возможностью принудительного охлаждения ее рабочей зоны и сепаратора (блока конденсации).

Причина, препятствующая получению технического результата, который обеспечивается заявленным техническим решениям, заключается в том, что выделение тяжелых фракций углеводородов осуществляется в условиях повышенного рабочего давления и повышенной концентрации тяжелых углеводородов, что снижает эффективность искомого разделения газового потока в вихревой трубе.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в повышении степени очистки газа от конденсатообразующих фракций.

Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в применении режима пониженного рабочего давления на второй стадии очистки газа (вторая вихревая труба) и режима пониженных температуры и концентраций тяжелых фракций углеводородов в потоке газа, поступающего на вход первой (основной) вихревой трубы.

Достигается технический результат тем, что установка для подготовки попутного нефтяного или природного газа к транспорту по газопроводу содержит устройство для повышения или понижения давления, приемную газовую линию, по которой в установку поступает исходный попутный нефтяной или природный газ, выкидную газовую линию, по которой из установки в газопровод для дальнейшего транспорта поступает очищенный от тяжелых фракций углеводородов попутный нефтяной или природный газ, две вихревые трубы, выполненные с возможностью принудительного охлаждения их рабочих зон, два сепаратора, эжектор и накопитель конденсата, при этом вход первой вихревой трубы через устройство для повышения или понижения давления связан с приемной газовой линией и выходом холодного потока второй вихревой трубы, выход холодного потока первой вихревой труды соединен с выкидной газовой линией, выход горячего потока первой вихревой трубы через эжектор, в котором данный поток является рабочим телом, соединен с входом первого сепаратора, выход по конденсату которого соединен с накопителем конденсата, а выход по газу - с входом второй вихревой трубы, выход холодного потока второй вихревой трубы связан с упомянутой приемной газовой линией для возможности объединения данного холодного потока с исходным попутным нефтяным или природным газом для подачи объединенного таким образом потока на вход первой вихревой трубы, выход горячего потока второй вихревой трубы соединен с входом второго сепаратора, выход по конденсату которого соединен с накопителем конденсата, а выход по газу через упомянутый эжектор соединен с входом первого сепаратора.

Новые признаки заявленного технического решения заключаются в том, что установка содержит вторую вихревую трубу, второй сепаратор, эжектор, при этом вход первой вихревой трубы через устройство для повышения или понижения давления связан с приемной газовой линией и выходом холодного потока второй вихревой трубы, выход горячего потока первой вихревой трубы через эжектор, в котором данный поток является рабочим телом, соединен с входом первого сепаратора, выход по конденсату которого соединен с накопителем конденсата, а выход по газу - с входом второй вихревой трубы, выход холодного потока второй вихревой трубы связан с упомянутой приемной газовой линией для возможности объединения данного холодного потока с исходным попутным нефтяным или природным газом для подачи объединенного таким образом потока на вход первой вихревой трубы, выход горячего потока второй вихревой трубы соединен с входом второго сепаратора, выход по конденсату которого соединен с накопителем конденсата, а выход по газу через упомянутый эжектор соединен с входом первого сепаратора.

Краткое описание чертежей

На чертеже показана функциональная схема установки для подготовки попутного нефтяного или природного газа к транспорту по газопроводу

Осуществление изобретения

Установка для подготовки попутного нефтяного или природного газа к транспорту по газопроводу содержит приемную газовую линию 1, по которой в установку поступает исходный попутный нефтяной или природный газ, устройство 2 для повышения или понижения давления газа (компрессор или вакуумный насос), выкидную газовую линию 3, по которой из установки в газопровод для дальнейшего транспорта поступает очищенный от тяжелых фракций углеводородов попутный нефтяной или природный газ, первую 4 и вторую 5 вихревые трубы, первый 6 и второй 7 сепараторы, эжектор 8 и накопитель конденсата 9.

Первая вихревая труба 4 включает улитку 4₁, являющуюся входом этой вихревой трубы, трубопровод 4₂ холодного потока, являющийся выходом холодного потока этой вихревой трубы, трубопровод 4₃ горячего потока, являющийся выходом горячего потока этой вихревой трубы, и охлаждающую камеру 4₄, внутри которой расположен трубопровод 4₃, снабженный ребрами для увеличения площади теплообмена.

Вторая вихревая труба 5 включает улитку 5₁, являющуюся входом этой вихревой трубы, трубопровод 5₂ холодного потока, являющийся выходом холодного потока этой вихревой трубы, трубопровод 5₃ горячего потока, являющийся выходом горячего потока этой вихревой трубы, и охлаждающую камеру 5₄, внутри которой расположен трубопровод 5₃, снабженный ребрами для увеличения площади теплообмена.

Вход 4₁ первой вихревой трубы 4 через устройство 2 для повышения или понижения давления связан с приемной газовой линией 2 и выходом 5₂ холодного потока второй вихревой трубы 5. Выход 4₂ холодного потока первой вихревой трубы 4 соединен с выкидной газовой линией 3 через регулирующий клапан V1 и с входом охлаждающей камеры 4₄ через регулирующий клапан V2. При этом трубопровод 4₂ холодного потока выполнен в виде совокупности телескопических трубных элементов, с помощью которых отбирается метан или другие компоненты газов, необходимые для разного рода технического обеспечения.

Выход охлаждающей камеры 4₄ соединен с входом охлаждающей камеры 5₄, выход которой соединен с выкидной газовой линией 3.

Выход горячего потока 4₃ первой вихревой трубы 4 через эжектор 8, в котором данный поток является рабочим телом, соединен с входом первого сепаратора 6. Выход 6₁ по конденсату первого сепаратора 6 соединен с накопителем 9 конденсата. Выход 6₂ по газу первого сепаратора 6 соединен с входом 5₁ второй вихревой трубы 5.

Выход 5₂ холодного потока второй вихревой трубы 5 связан с упомянутой приемной газовой линией 2 для возможности объединения данного холодного потока с исходным попутным нефтяным или природным газом для подачи объединенного таким образом потока на вход 4₁ первой вихревой трубы. Выход 5₃ горячего потока второй вихревой трубы 5 соединен с входом второго сепаратора 7, выход 7₁ по конденсату которого соединен с накопителем 9 конденсата, а выход 7₂ по газу через упомянутый эжектор 8 соединен с входом первого сепаратора 6.

Работа установки заключается в следующем.

Нефтяной (или природный) газ от источника газа (не показан) по приемной линии 1 поступает на вход устройства 2 для повышения или понижения давления, где он смешивается с очищенным газом, поступающим с выхода 5₂ второй вихревой трубы 5, и далее смесь с необходимым давлением поступает на вход 4₁ первой вихревой трубы 4.

В вихревой трубе 4 газ подвергается первичному вихревому разделению на холодный поток первой ступени и горячий поток первой ступени.

Холодный поток первой ступени (трубопровод 4₂) содержит в процентном отношении больше легких фракций и имеет относительно низкую температуру, вследствие чего он пригоден для дальнейшего транспортирования по газопроводу к потребителю через выкидной трубопровод 3 и для регулируемого охлаждения трубопроводов 4₃ и 5₃ упомянутых вихревых труб. Предварительно из этого потока отбирается метан (или другой газ) при помощи телескопических трубных элементов (не показаны), встроенных в трубопровод 4₂. Далее указанный холодный поток при помощи регулирующих клапанов V1 и V2 разделяется на два потока: первый поток через клапан V1 поступает непосредственно в выкидную линию 3, а второй поток через клапан V2 последовательно проходит через охлаждающей камеры 4₄ и 5₄, где он выполняет функцию охлаждающей среды, и соединяясь далее с упомянутым первым потоком, поступает вместе с этим потоком в выкидную линию 3. Проходя через указанные камеры с расходом, определяемым отношением проходных сечений клапанов V1 и V2, холодный поток охлаждает трубопроводы горячего потока вихревых труб так, чтобы исключить влияние потока газа первой ступени на температуру газа на входе второй вихревой трубы. Это необходимо для того, чтобы исходный газ, поступающий на вход второй вихревой трубы, гарантированно обеспечил минимально низкую составляющую T·ΔS^R (где ΔS^R - составляющая энтропии, Т - температура газа на входе второй вихревой трубы).

Горячий поток первой ступени (трубопровод 4₃) содержит в процентном отношении больше тяжелых фракций и примесей, наиболее удобных для конденсирования в сепараторе 6. Данный поток через эжектор 8, в котором он (поток) является рабочим телом, поступает в первый сепаратор 6, где осуществляется выделение из него конденсата. Образовавшийся таким образом конденсат с выхода 6₁ сепаратора 6 поступает в накопитель 9.

Оставшуюся после этого выделения конденсата часть газа упомянутого горячего потока первой ступени подают на вход 5₁ второй вихревой трубы 5, где подвергают вторичному вихревому разделению на холодный поток второй ступени (трубопровод 5₂), который содержит преимущественно легкие фракции углеводородов, и горячий поток второй ступени (трубопровод 5₃), содержащий преимущественно тяжелые фракции углеводородов.

Горячий поток второй ступени (трубопровод 5₃) с относительно высокой концентрацией каплеобразующих фракций поступает во второй сепаратор 7, где осуществляется выделение из него конденсата. Данный конденсат с выхода 7₁ сепаратора 7 поступает в накопитель 9. Оставшаяся после этого выделения конденсата часть газа упомянутого горячего потока второй ступени с выхода 7₂ второго сепаратора 7 поступает на вход эжектора 8, где эта часть смешивается с горячим потоком первой ступени, а образовавшаяся таким образом смесь поступает на вход первого сепаратора 6.

Таким образом, особенность заявленного технического решения заключается в том, что процесс подготовки газа разбит на две ступени. Первая ступень (вихревая труба 4 и сепаратор 6) обеспечивает максимальную очистку газа от конденсатообразующих фракций с одновременной частичной сепарацией конденсата и выделением метана в необходимом объеме для технологического применения, делая пригодным газ для транспорта по газопроводу. Одновременно первая ступень обеспечивает технологические условия работы второй ступени. В свою очередь вторая ступень (вихревая труба 5 и сепаратор 7) осуществляет глубокую сепарацию конденсата и формирует по качеству рекуперационный объем газа, обеспечивающий эффективное качество и технологические условия работы первой ступени. При этом режим работы установки определяется условиями охлаждения трубопроводов 4₃ и 5₃ горячего потоков вихревых труб и разностью давлений входного и выходного потоков газа. Последнее, в свою очередь, обусловливает энергосберегающий характер технологии подготовки газа, реализуемой заявленной установкой.

1. Установка для подготовки попутного нефтяного или природного газа к транспорту по газопроводу, содержащая устройство для повышения или понижения давления, приемную газовую линию, по которой в установку поступает исходный попутный нефтяной или природный газ, выкидную газовую линию, по которой из установки в газопровод для дальнейшего транспорта поступает очищенный от тяжелых фракций углеводородов попутный нефтяной или природный газ, две вихревые трубы, эжектор и накопитель конденсата, при этом вход первой вихревой трубы через устройство для повышения или понижения давления связан с приемной газовой линией и выходом холодного потока второй вихревой трубы, выход холодного потока первой вихревой трубы соединен с выкидной газовой линией, выход горячего потока первой вихревой трубы через эжектор, в котором данный поток является рабочим телом, соединен с входом первого сепаратора, выход по конденсату которого соединен с накопителем конденсата, а выход по газу - с входом второй вихревой трубы, выход холодного потока второй вихревой трубы связан с упомянутой приемной газовой линией для возможности объединения данного холодного потока с исходным попутным нефтяным или природным газом для подачи объединенного таким образом потока на вход первой вихревой трубы, выход горячего потока второй вихревой трубы соединен с входом второго сепаратора, выход по конденсату которого соединен с накопителем конденсата, а выход по газу через упомянутый эжектор соединен с входом первого сепаратора.

2. Установка по п.1, характеризующаяся тем, что она снабжена двумя охлаждающими камерами, в которых расположены соответствующие трубопроводы горячего потока соответствующих вихревых труб, при этом охлаждающей средой в обеих камерах является холодный поток первой вихревой трубы, подаваемый в указанные камеры с возможностью регулирования его расхода.