УСТАНОВКА ПО ПОДГОТОВКЕ ПОПУТНОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА

Полезная модель относится к установкам подготовки нефтяного и природного газов для дальнейшей переработки или для подачи в транспортный трубопровод и может быть использовано в газовой, нефтяной, нефтехимической, химической отраслях промышленности.
Известна установка для подготовки нефтяного газа к транспорту, включающая сепараторы, конденсатосборники, компрессор, гидродинамический делитель фаз (ГДФ), циркуляционный газопровод, запорную арматуру, массообменное устройство (a.c. SU1581342, опубл. 30.07.1990).
3+
Установка позволяет проводить рециркуляцию газа второй (и последующих) ступеней сепарации, насыщенного тяжелыми углеводородами, в гидродинамический делитель фаз, где осуществляется абсорбционное перераспределение тяжелых углеводородных компонентов (С) из газовой фазы в жидкую, что обеспечивает дополнительное уменьшение выпадения конденсата в транспортном газопроводе и сокращение его потерь при продувках конденсатосборников.
Недостатком установки является невысокая эффективность процесса перехода тяжелых компонентов в жидкую фазу и соответственно повышение потерь углеводородов при транспортировании, что обусловлено следующим. На начальном участке ГДФ образуется слой динамической пены из-за интенсивного разгазирования поступающей продукции скважин газоводонефтяной эмульсии, и введения диспергированного газа рециркуляции. В результате гидродинамического перемешивания двух потоков каждый пенный пузырек содержит, кроме газа рециркуляции, насыщенного тяжелыми компонентами, также и более легкий газ, выделяющийся из нефти, что уменьшает количество тяжелых компонентов, абсорбируемых из газа. Кроме того, при разгазировании обводненной продукции скважин пенные ячейки могут быть образованы не нефтью, а пластовой водой или эмульсией типа "нефть в воде", что ухудшает массообмен между газом и нефтью.
3+
Поскольку газ рециркуляции после компрессора имеет температуру 50-70°C, то в пенной ячейке происходит локальный нагрев пленки жидкости, и процесс массообмена протекает при повышенной (на 5-15°C) температуре, что приводит к испарению тяжелых углеводородных компонентов пленки нефти в газовый пузырек. После выхода газового пузырька из жидкой фазы в газовую обратный процесс перехода тяжелых компонентов затруднен из-за менее развитой поверхности контакта газ-нефть. В результате газ, поступающий в транспортный газопровод, содержит значительное количество тяжелых углеводородов (С), которые конденсируются в условиях транспортирования в газопроводе, собираются в конденсатосборниках и безвозвратно выбрасываются в атмосферу при продувках последних.
Известна установка для утилизации попутного газа при подготовке нефти на промыслах, включающая последовательно соединенные нефтепроводами три ступени сепарации, содержащих газопроводы, эжектор, задвижки, установленные на первом газопроводе первой ступени сепарации и на каждом нефтепроводе между ступенями сепарации, работающие в автоматическом режиме и соединенные с датчиками давления и приводом (пол. мод. RU 23244, опубл. 10.06.2002).
3
Основным недостатком известной установки является низкая эффективность подготовки газа ввиду ограниченных технологических возможностей, не позволяющих обеспечить достаточно необходимую степень извлечения углеводородов (С и выше).
Наиболее близкой к заявляемой по назначению и совокупности существенных признаков является установка подготовки газоконденсатной смеси к транспорту, включающая линию подачи сырьевого газа, последовательно соединенные линиями отвода газовой фазы сепараторы трех ступеней сепарации с линиями отвода жидкой фазы, рекуперативные теплообменники первой и второй ступеней охлаждения, дроссель, разделитель с линией отвода жидкой фазы, а также линии выхода газа и жидкой углеводородной фазы (пат. RU 2119049, опубл. 20.09.1998).
3
Недостатком известной установки является низкая эффективность подготовки газа ввиду ограниченных технологических возможностей, не позволяющих обеспечить достаточно высокую степень извлечения целевых углеводородов (С и выше).
Заявляемая в качестве полезной модели установка по подготовке попутного нефтяного газа обеспечивает повышение эффективности подготовки газа и снижение эксплуатационных затрат.
Указанный результат достигается тем, что установка по подготовке попутного нефтяного газа (ПНГ), содержит два параллельно установленных теплообменника, входы каналов для охлаждения которых соединены с компрессорной станцией (КС), а выходы каналов для охлаждения - с первым сепаратором, выход которого для нестабильного конденсата через каналы нагрева второго теплообменника соединен со вторым сепаратором, один выход которого соединен с входом в КС, а второй с хранилищем нестабильного конденсата, газовый выход первого сепаратора соединен с входом сверхзвукового сепаратора, один выход которого через каналы нагрева первого теплообменника соединен с потребителем, а второй соединен с третьим сепаратором, газовый выход из которого соединен с трубопроводом подачи газа в каналы нагрева первого теплообменника, а другой выход третьего сепаратора соединен с трубопроводом подачи конденсата в каналы нагрева второго теплообменника, при этом сверхзвуковой сепаратор содержит сопло с форкамерой, с размещенным в ней средством для закрутки газового потока, сопло снабжено установленным на выходе сверхзвуковым и/или дозвуковым диффузором и средством для отбора жидкой фазы, а теплообменники выполнены с расходом охлаждаемого газа через них в соотношении:
2
1
Q/Q=2,5÷3,5,
1
3
где Q - расход газа через первый теплообменник, м/с
2
3
Q - расход газа через второй теплообменник, м/с.
За счет наличия компрессора и рекуперативных теплообменников, установленных в линии подачи сырьевого газа перед сепаратором первой ступени сепарации достигается возможность предварительного охлаждения сырьевого газа с частичной конденсацией жидкой фазы перед первой ступенью сепарации, что обеспечивает снижение эксплуатационных затрат. Снабжение установки сверхзвуковым сепаратором, который содержит сопло с форкамерой, с размещенным в ней средством для закрутки газового потока, и снабжение сопла установленным на выходе сверхзвуковым и/или дозвуковым диффузором и средством для отбора жидкой фазы, также влечет снижение эксплуатационных затрат и существенно повышает эффективность.
Выполнение теплообменников с расходом охлаждаемого газа через них в соотношении:
2
1
Q/Q=2,5÷3,5,
1
3
где Q - расход газа через первый теплообменник, м/с
2
3
Q - расход газа через второй теплообменник, м/с, обеспечивает возможность регулирования температуры газового потока, поступающего на вход сепаратора за счет изменения расходов газа через теплообменники и тем самым оптимизировать условия эксплуатации установки. Как было установлено экспериментально, для оптимизации режимов работы установки достаточно изменять соотношение расходов в указанных пределах.
3
В целом, за счет предлагаемой совокупности признаков, отраженных в формуле полезной модели предлагаемая установка позволяет при прохождении газа по технологической цепи провести предварительную очистку входящего ПНГ от капель углеводородного и водяного конденсата, предотвратить образование газогидратов, провести охлаждение входящего ПНГ в теплообменниках и качественную очистку ПНГ от капель конденсата. Из вышеизложенного следует, что такое конструктивное выполнение предлагаемой установки обеспечивает возможность максимального выделения из газа жидкой фазы и ее дополнительной дегазации, способствующей более глубокому извлечению целевых компонентов (С и выше) при одновременном повышении качества товарного газа.
Сущность заявляемой установки по подготовке попутного нфтяного газа поясняется примером реализации и чертежами. На фиг.1 представлена структурная схема установки. На фиг.2 представлен продольный разрез сверхзвукового сепаратора. На фиг.3 представлены в графическом виде результаты экспериментов, позволивших выявить оптимальное соотношение расходов газа через теплообменники, позволяющее обеспечить повышение эффективности подготовки газа и снижение эксплуатационных затрат.
Установка по подготовке попутного нефтяного газа, содержит компрессорную станцию (КС) 1 и два параллельно установленных теплообменника 2 и 3, входы каналов для охлаждения которых соединены с КС, а выходы каналов для охлаждения - с первым сепаратором 4, выход которого для нестабильного конденсата через каналы нагрева второго теплообменника 3 соединен со вторым сепаратором 5, один выход которого соединен с входом в КС, а второй, с хранилищем нестабильного конденсата 6, газовый выход первого сепаратора 4 соединен с входом сверхзвукового сепаратора 7, один выход которого через каналы нагрева первого теплообменника 2 соединен с потребителем, а второй выход соединен с третьим сепаратором 8, газовый выход из которого соединен с трубопроводом подачи газа в каналы нагрева первого теплообменника, а другой выход третьего сепаратора соединен с трубопроводом подачи конденсата в каналы нагрева второго теплообменника. При этом сверхзвуковой сепаратор содержит сопло 9 с форкамерой 10, в которой размещено средство 11 для закрутки газового потока, в качестве которого могут быть использованы закручивающие лопатки, тангенциальный подвод газа, шнековый механизм и т.п. Форкамера 10 соединена со сверхзвуковым соплом 9, внутри которого на определенном расстоянии от выходного сечения сопла установлена комбинация диффузоров - сверхзвукового 12 и дозвукового 13. Указанная комбинация диффузоров соединена со стенками сопла известным образом (например, с помощью пилонов), так что между стенками сопла и сверхзвукового диффузора образуется кольцевая щель 14 для отбора конденсированной фазы. Кроме того, в частных случаях для отбора жидкой фазы в стенках сопла может быть выполнена перфорация 15. Число и размер отверстий, плотность перфорации определяются расчетным или экспериментальным путем.
Установка функционирует следующим образом. Часть газа с выхода компрессорной станции 1 разделяется на два потока и поступает в рекуперативные теплообменники 2 и 3. Охлажденный в теплообменниках газ поступает в трехфазный сепаратор 4, где происходит отделение от газа углеводородного конденсата и водометанольной смеси. Газовая фаза с выхода сепаратора 4 направляется на вход сверхзвукового сепаратора 7. Очищенный газ из сверхзвукового сепаратора направляется в теплообменник 2 и далее в газопровод для потребителя. Двухфазный поток из сверхзвукового сепаратора поступает в сепаратор 8. Газовая фаза из сепаратора 8 смешивается с очищенным газом из сверхзвукового сепаратора. Жидкость из сепаратора 8 вместе с нестабильным конденсатом из сепаратора 1 после дросселирования направляется в теплообменник 3, после нагрева в теплообменнике часть жидкости испаряется и в сепараторе 5 происходит отделение газовой фазы от конденсата. Газ из сепаратора 5 направляется на вход КС, а конденсат из сепаратора 5 направляется в хранилище нестабильного конденсата 6. Сверхзвуковой сепаратор работает следующим образом. Газовый поток под давлением подается на вход форкамеры 10, подвергается закрутке с помощью средства 11 и проходит через сопло 9 (сверхзвуковое или дозвуковое). В результате адиабатического расширения газ охлаждается, и на некотором расстоянии от критического сечения сопла начнется процесс конденсации жидкой фазы. Под воздействием центробежных сил в закрученном потоке сконденсировавшиеся капли будут отбрасываться к стенкам сопла 9 с образованием на них слоя жидкой фазы, которая будет поступать в кольцевую щель 14, образованную стенками сопла и диффузора, или удаляться через перфорацию 15 и далее транспортироваться в приемник сжиженного газа. Несконденсировавшийся газ поступает в диффузор 12 (или комбинацию диффузоров 12 и 13), где происходит преобразование кинетической энергии потока в потенциальную, что приводит к повышению давления в газовом потоке.
Эффективность предлагаемой установки по подготовке попутного газа в определяющем смысле зависит от температуры газовой смеси в низкотемпературном сепараторе 8, куда попадает газожидкостная смесь из сверхзвукового сепаратора 7. При обычном, для транспортировки пропана, давлении 16 атм. нахождение его в жидком состоянии обеспечивается температурой ниже -27°C (горизонтальная линия на фиг.3) Поддержание такой температуры в сепараторе 8 обеспечивает сохранение (переход) пропана в жидкое состояние и тем самым высокую эффективность работы установки. Эта температура существенным образом зависит от температуры потока, получающегося после смешения холодных потоков из теплообменников 2 и 3. Температура смеси этих потоков определяет температуру на входе в сверхзвуковой сепаратор 7, которая в свою очередь определяет температуру в сепараторе 8. На фиг 3 изображены измеренные величины температуры в сепараторе 8 при различных соотношениях объемов потоков Q2 и Q1. Из соответствующей кривой R видно, что эффективная работа установки возможна при регулировке ее параметров, обеспечивающих соотношение 2,5<Q2/Q1<3,5.