Низкотемпературная сепарация

 

Из лекций:

Охлаждение широко применяется для осушки газа, выделения конденсата из газа газоконденсатных месторождений на установках низкотемпературной сепарации (НТС) а также при получении индивидуальных компонентов газа, выделении из природного газа редких газов, сжижении газа и т.д.

НТС заключается в том, что при резком снижении давления газа и соответствующем увеличении его объема теряется большое количество тепла и газ резко охлаждается. В зависимости от перепада давления газ можно охладить до нескольких десятков градусов ниже нуля, что приводит к замерзанию капелек влаги и выпадению её в виде кусочков льда и инея в нижнюю часть сепаратора.

Очистка газа от сероводорода и углекислого газа

Учебник Алиева стр 98 (3 страницы с рассмотрением 2-ух технологических установок).

Из моих лекций:

Сероводород – очень вредная примесь, ядовита. В присутствии влаги сероводород вызывает сильную коррозию металла.

Углекислый газ снижает теплоту сгорания газа, т.е. влияет на экономичность применения газа. Обычно производится совместная очистка газа от сероводорода и углекислого газа.

Существует 2 основных вида процессов такой очистки:

- адсорбция (твердым веществом) – окись железа, активированный уголь;

- абсорбция (жидким веществом) – диэтаноламин, моноэтаноламин, водощелочные растворы.

Принцип – поглощение компонентов. Твердые сорбенты имеют зернистую структуру и обладают большой удельной поверхностью, на которой происходит фильтрация сероводорода и углекислого газа. При мокрой очистке сероводород и углекислый газ растворяются в жидкости или реагируют с ними, образуя новые химические соединения. Выбор способа очистки должен быть обоснован технико-экономическим сравнением с учетом конкретных условий. Подготовка газа кроме указанных процессов включает в себя осушку от водяных паров и одоризацию.

 

Одоризация

 

Природный газ, очищенный от сероводорода, не имеет ни цвета, ни запаха. Поэтому обнаружить утечку газа довольно трудно. Чтобы обеспечить безопасность транспорта и использования газа, его одорируют, т. е. придают ему резкий и неприятный запах. Для этой цели в газ вводят специальные одоранты, и продукты их сгорания должны быть физиологически безвредными, достаточно летучими (низкая температура кипения), не должны вызывать коррозию, химически взаимодействовать с газом, поглощаться водой пли углеводородным конденсатом, сильно сорбироваться почвой или предметами, находящимися в помещениях. Одоранты должны быть недорогими. Этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяет этилмеркаптан. Однако при использовании этилмеркаптана следует учитывать присущие ему недостатки. Так, по токсичности он равноценен сероводороду; если газ идет на химическую переработку, то необходимо очищать его от меркаптана, так как последний отравляет катализаторы. Этилмеркаптан химически взаимодействует с окислами металла, поэтому при транспорте одорированного газа запах его постепенно ослабевает.

Кроме этилмеркаптана также используют сульфан, метилмеркаптан, пропилмеркаптан, калодорант, пенталарам и др. В качестве одоранта также применяют смесь меркаптанов, получаемых при очистке природного газа с высоким содержанием серы и сернистых соединений. Одоризацию газа проводят на головных сооружениях газопровода и газораспределительных станциях.

Концентрация паров одоранта в газе должна быть такой, чтобы резкий запах ощущался при объемной концентрации газа, не превышающей 1/5 от нижнего предела взрываемости. Среднегодовая норма расхода этилмеркаптана составляет 16 г на 1000 м3 газа. В летнее время расход одоранта примерно в 2 раза меньше, чем зимой.

Устройства, при помощи которых одорант вводится в поток газа, называются одоризаторами. Они бывают капельные, испарительные и барботажные. Капельными одоризаторами одорант вводится в газопровод каплями или тонкой струей (рис. 3.31). Одоризатор действует за счет перепада давления, создаваемого диафрагмой. Одорант из поплавковой камеры проходит через диафрагму, смотровое стекло и по трубке поступает в газопровод. В поплавковой камере все время сохраняется постоянный уровень. Расход одоранта можно изменять при помощи сменной диафрагмы.

Наибольшее распространение имеют испарительные (фитильные) и барботажные одоризаторы (рис. 3.32). В резервуар с одорантом частично погружены фланелевые полосы. Над поверхностью одоранта между полосами фланели проходит газ и насыщается одорантом. Резервуар снабжен подогревателем (на схеме не показан). Температура одоранта, от которой зависит интенсивность испарения (а следовательно, и степень одоризации), поддерживается терморегулятором.

Барботажный одоризатор изображен на рис. 3.33. Из газопровода 3 часть газа попадает в барботажную камеру 2, в которой происходит насыщение газа одорантом, поступающим из расходного бака 13. При помощи поплавкового регулятора в барботажной камере поддерживается постоянный уровень. Отсюда газ проходит через емкость одоризатора 17, входит в газопровод сзади диафрагмы 1, создающей перепад давления для прохождения газа через одоризатор. Капли неиспарившегося одоранта, захватываемые газом из барботажной камеры, оседают на дно емкости 17. Накапливающийся там одорант сливается через кран 20. Регулирование степени одоризации осуществляется вентилем 19.

Однако для рассмотренных одоризаторов характерно отсутствие прямой пропорциональной зависимости расхода одоранта от расхода газа, так как ввод одоранта происходит под действием меняющегося столба жидкости, не зависящего от количества проходящего газа. При колебании расхода в течение суток часто приходится менять режим работы установки. Регулировку выполняют вручную игольчатым вентилем, поэтому точность дозирования зависит от опытности обслуживающего персонала.

На некоторых газораспределительных станциях внедрены полуавтоматические установки одоризации газа, которые просты по конструкции, надежны в работе и обеспечивают практически полную пропорциональную зависимость расхода одоранта от расхода газа.

 

1.39 Вывод формулы для определения массового расхода газа в газопроводе

При установившемся режиме работы газопровода (без отборов и подкачек) массовый расход газа, проходящий через любое сечение газопровода, остается постоянным

 

, (2.16)

где r – плотность газа;

F – площадь живого сечения газопровода;

w – средняя скорость движения газа;

1¼n – индексы соответственно 1-го и n-го произвольных сечений.

При движении газа происходит значительное снижение давления по длине газопровода вследствие преодоления гидравлического сопротивления. Поскольку газ является сжимаемой средой, плотность газа по длине газопровода уменьшается. Это приводит к возрастанию скорости движения газа. Поэтому для газового потока уравнение баланса удельной энергии можно записать только в дифференциальной форме

.(2.17)

В условиях магистрального газопровода в большинстве случаев можно пренебречь силами инерции и разностью геодезических отметок g×dy.

Тогда уравнение энергии можно переписать в виде

.(2.18)

Для решения уравнения (2.18) в случае изотермического установившегося движения газа воспользуемся уравнением состояния

, (2.19)

уравнением неразрывности

,(2.20)

уравнением Дарси-Вейсбаха

,(2.21)

где T – температура газа;

x – продольная координата для произвольного сечения;

D – внутренний диаметр газопровода.

Умножив левую и правую части (2.18) на r² и выразив dh_t с помощью уравнения Дарси-Вейсбаха (2.21), получим

.(2.22)

Выразим значение r в левой части (2.22) из уравнения состояния (2.19), а произведение r×w из уравнения неразрывности (2.20). В результате выражение (2.22) можно представить в виде

или

.(2.23)

Интегрируя левую часть уравнения (2.23) от P_Н до P_К, а правую от 0 до L, получим

.(2.24)

или

,(2.25)

где P_Н, P_К – соответственно давление в начале и конце газопровода;

L – длина газопровода.

Таким образом, выражение (2.25) является решением уравнения движения.

Уравнение (2.25) можно решить относительно массового расхода газа

.(2.27)

 

 

1.40 Вывод формулы для определения коммерческого расхода газа в газопроводе

В практических расчетах газопроводов используется понятие коммерческого расхода, то есть объемного расхода газа, приведенного к стандартным условиям (для магистральных газопроводов эти понятия опускаются как само собой разумеющееся). На основании уравнения состояния, а также с учетом D=r/r_В=R_В/R, коммерческий расход составит

 

, (2.29)

 

где z_СТ – коэффициент сжимаемости газа при стандартных условиях, z_СТ=1;

D – относительная плотность газа по воздуху;

R_В – газовая постоянная воздуха;

r_СТ – плотность газа при стандартных условиях.

 

С учетом (2.29) значение коммерческого расхода определяется из выражения

, (2.30)

 

где K – коэффициент, зависящий от размерностей величин, входящих в выражение (2.30), и равный

. (2.31)

При использовании смешанной системы единиц D(м), T(К), P(МПа), L(км) и Q(млн.м³/сут) значение коэффициента K составляет

K=105,087.