СПОСОБ ОЧИСТКИ ТЕПЛООБМЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА, ВХОДЯЩЕГО В БЛОК НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА, ОТ ТВЕРДЫХ ПАРАФИНОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF HEAT EXCHANGE SURFACE CLEANING SOLID PARAFFINS FROM RECUPERATIVE HEAT EXCHANGER INTEGRATED IN UNIT OF LOW-TEMPERATURE NATURAL GAS SEPARATION, AND AGGREGATE FOR METHOD IMPLEMENTATION

Изобретение относится к способам очистки зашлакованнной поверхности теплообменной аппаратуры, используемой при низкотемпературной сепарации природного газа в газоперерабатывающей промышленности.
Известен способ переработки природного газа методом низкотемпературной сепарации (НТС), включающий охлаждение газа в рекуперативном теплообменнике, затем охлаждение в дроссельном вентиле и последующий нагрев в рекуперативном теплообменнике (А.В.Язик. Системы и средства охлаждения природного газа. М.: Недра, 1986, 201 с.).
Недостатком известного способа является то, что при использовании природного газа, содержащего твердые парафины, происходит зашлаковывание поверхности теплообмена рекуперативного теплообменника твердыми парафинами и снижение эффективности в работе установки низкотемпературной сепарации (С.А.Мальянов, Н.Н.Ивановский. Оптимизация работы установки низкотемпературной сепарации природного газа, содержащего парафины. Научная Мысль Кавказа. Северо-Кавказский Научный центр Высшей школы. Приложение N13(97), 2006 г., 339 с.)
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ очистки теплообменной поверхности рекуперативного теплообменника от твердых парафинов с помощью пропарки и продувки зашлакованной поверхности насыщенным водяным паром при температуре Т=100°С. Поскольку температура плавления твердых парафинов не превышает 60°С, при пропарке и продувке зашлакованной поверхности теплообмена водяным паром при температуре Т=100°С происходит их расплавление и удаление, после чего эффективность рекуперативного теплообменника восстанавливается. (С.А.Мальянов, Н.Н.Ивановский. Оптимизация работы установки низкотемпературной сепарации природного газа, содержащего парафины. Научная Мысль Кавказа. Северо-Кавказский Научный центр Высшей школы. Приложение N13(97), 2006 г., 339 с.)
Недостатком указанного способа является то, что заранее неизвестно время, за которое происходит зашлаковывание поверхности теплообмена рекуперативного теплообменника твердыми парафинами и неизвестно время, за которое происходит их расплавление и удаление из рекуперативного теплообменника с помощью водяного пара.
Задачей настоящего изобретения является регламентация времени, за которое происходит зашлаковывание поверхности теплообмена рекуперативного теплообменника твердыми парафинами, и регламентация времени, за которое происходит их расплавление и удаления из рекуперативного теплообменника.
Сущность настоящего изобретения заключается в том, что в известном способе очистки теплообменной поверхности рекуперативного теплообменника, входящего в блок низкотемпературной сепарации природного газа, от твердых парафинов, включающем пропарку и продувку зашлакованной поверхности насыщенным водяным паром, согласно изобретению начало пропарки и продувки определяют по эмпирическому уравнению
1
2,52
τ=8,3·L·(l/L),
1
где τ - время (дней), за которое зашлаковывается твердыми парафинами заданная длина теплообменной трубы l (м) рекуперативного теплообменника;
L - штатная длина теплообменной трубы рекуперативного теплообменника, м.
При этом время пропарки и продувки рекуперативного теплообменника определяют по эмпирическому уравнению
2
1,45
τ=1,62·l·(100/t),
2
где τ - время пропарки и продувки рекуперативного теплообменника, час;
l - длина зашлакованной части теплообменной трубы рекуперативного теплообменника, м;
t - температура насыщенного водяного пара, °С.
Причем пропарку и продувку рекуперативного теплообменника выполняют путем подачи насыщенного водяного пара внутрь теплообменных труб на стороне потока природного газа высокого давления.
Известна установка низкотемпературной сепарации природного газа (НТС), состоящая из сепаратора природного газа высокого давления, дроссельного вентиля, рекуперативного теплообменника и сепаратора природного газа низкого давления. (А.В.Язик. Системы и средства охлаждения природного газа. М.: Недра, 1986, 201 с.).
Недостатком известной установки НТС является то, что при использовании природного газа, содержащего твердые парафины, происходит зашлаковывание поверхности теплообмена рекуперативного теплообменника и снижение эффективности в работе установки низкотемпературной сепарации.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой является передвижная парогенераторная установка для пропарки и продувки зашлакованной поверхности теплообмена рекуперативного теплообменника насыщенным водяным паром при температуре Т=100°С, смонтированная на грузовом автомобиле (С.А.Мальянов, Н.Н.Ивановский. Оптимизация работы установки низкотемпературной сепарации природного газа, содержащего парафины. Научная Мысль Кавказа. Северо-Кавказский научный центр Высшей школы. Приложение N13(97), 2006 г., 339 с.).
Недостатком известной установки является то, что использование передвижного парогенератора в полевых условиях вызывает значительные трудности, связанные с отключением штатной системы природного газа и подсоединением парогенератора, а также то, что по правилам техники безопасности на передвижном парогенераторе температура насыщенного водяного пара ограничивается величиной Т=100°С.
Задачей настоящего изобретения является разработка стационарной и простой в эксплуатации установки для пропарки и продувки зашлакованной поверхности теплообмена рекуперативного теплообменника насыщенным водяным паром с температурой до 150°С, разрешенной по правилам техники безопасности к использованию в промысловых котельных.
Сущность настоящего изобретения заключается в том, что известная установка для пропарки и продувки зашлакованной поверхности теплообмена рекуперативного теплообменника насыщенным водяным паром согласно изобретению состоит из промысловой котельной, рекуперативного теплообменника, автоматических клапанов и таймера, причем промысловая котельная соединена с рекуперативным теплообменником через автоматический клапан, подсоединенный к таймеру, выход водяного пара из рекуперативного теплообменника соединен с автоматическим клапаном, подсоединенным к таймеру, на линиях входа природного газа высокого и низкого давления в рекуперативный теплообменник и выхода природного газа высокого и низкого давления из рекуперативного теплообменника установлены автоматические клапаны, подсоединенные к таймеру.
Изобретение поясняется принципиальной схемой для осуществления способа. Установка состоит из промысловой котельной 1, соединенной через автоматический клапан входа водяного пара 3 с линией входа природного газа высокого давления 4 в рекуперативный теплообменник 7. Автоматический клапан выхода водяного пара 11 подсоединен к линии выхода природного газа высокого давления 9 из рекуперативного теплообменника. Кроме того, на схеме представлены автоматические клапаны входа 2 и выхода 10 природного газа высокого давления из рекуперативного теплообменника, а также автоматические клапаны входа 8 и выхода 5 природного газа низкого давления из рекуперативного теплообменника. Также показана теплообменная труба теплообменника 6, на которой происходит шлакование твердых парафинов.
Способ осуществляется следующим образом. Задаемся длиной шлакования l (м) теплообменной трубы рекуперативного теплообменника. Оптимальной является длина l (м), равная 0,25 от штатной длины L (м) теплообменной трубы. При выборе большей длины l увеличивается период времени, при котором рекуперативный теплообменник работает при пониженном отборе газоконденсата и эффективность установки НТС пониженная. При выборе меньшей длины l возникает необходимость в более частой пропарке рекуперативного теплообменника, что требует повышенного расхода водяного пара и повышенного времени простоя установки НТС.
1
2
Затем по уравнению (1) определяют временя τ (дней), за которое зашлаковывается твердыми парафинами заданная длина теплообменной трубы l (м) и по уравнению (2) определяют время пропарки и продувки рекуперативного теплообменника τ (час), необходимое для того, чтобы очистить зашлакованную длину рекуперативного теплообменника от твердых парафинов. На эти периоды времени настраивается таймер, обеспечивающий работу установки в штатном режиме охлаждения природного газа и в режиме пропарки и продувки рекуперативного теплообменника.
При штатной работе установки НТС автоматические клапаны входа природного газа высокого 2 и низкого 8 давления в рекуперативный теплообменник и выхода природного газа высокого 10 и низкого 5 давления из рекуперативного теплообменника открыты, автоматические клапаны входа водяного пара 3 и выхода водяного пара 11 закрыты. После окончания периода шлакования рекуперативного теплообменника твердыми парафинами наступает этап пропарки и продувки зашлакованной поверхности теплообмена рекуперативного теплообменника насыщенным водяным паром при температуре Т=150°С. В этот момент по сигналу таймера происходит закрытие автоматических клапанов входа природного газа высокого 2 и низкого 8 давления в рекуперативный теплообменник и выхода природного газа высокого 10 и низкого 5 давления из рекуперативного теплообменника, после чего открываются автоматические клапаны входа водяного пара 3 и выхода водяного пара 11. По окончанию периода пропарки и продувки зашлакованной поверхности теплообмена рекуперативного теплообменника по сигналу таймера происходит закрытие автоматических клапанов входа водяного пара 3 и выхода водяного пара 11 и открытие автоматических клапанов входа природного газа высокого 2 и низкого 8 давления и выхода природного газа высокого 10 и низкого 5 давления. Работа установки НТС возобновляется в штатном режиме.
Для сравнения известного и предлагаемого способов рассмотрены примеры 1-6, а результаты приведены в таблице.
Пример 1. Известный способ пропарки и продувки зашлакованной поверхности теплообмена рекуперативного теплообменника насыщенным водяным паром при температуре Т=100°С, штатной длине теплообменной трубы рекуперативного теплообменника L=3 м и отношении l/L=0,25.
Время шлакования поверхности теплообмена рекуперативного теплообменника и время их пропарки и продувки определить невозможно.
Пример 2. Предлагаемый способ пропарки и продувки зашлакованной поверхности теплообмена рекуперативного теплообменника насыщенным водяным паром при температуре Т=100°С, штатной длине теплообменной трубы рекуперативного теплообменника L=3 м и отношении l/L=0,25.
Получаем по уравнениям (1) и (2):
1
2,52
Время шлакования τ=8,3·L·(l/L)=0,747 суток
2
1,45
Время пропарки и продувки τ=1,62·1,5·(100/100)=4,86 часа
Пример 3. Предлагаемый способ пропарки и продувки зашлакованной поверхности теплообмена рекуперативного теплообменника насыщенным водяным паром при температуре Т=150°С, штатной длине теплообменной трубы рекуперативного теплообменника L=3 м и отношении l/L=0,25.
Получаем по уравнениям (1) и (2):
1
2,52
Время шлакования τ=8,3·L·(l/L)=0,747 суток.
2
1,45
Время пропарки и продувки τ=1,62·1,5·(100/150)=1,31 часа.
Пример 4. Предлагаемый способ пропарки и продувки зашлакованной поверхности теплообмена рекуперативного теплообменника насыщенным водяным паром при температуре Т=150°С, штатной длине теплообменной трубы рекуперативного теплообменника L=6 м и отношении l/L=0,25.
Получаем по уравнениям (1) и (2):
1
2,52
Время шлакования τ=8,3·L·(l/L)=1,494 суток.
2
1,45
Время пропарки и продувки τ=1,62·l·(100/t)=2,62 часа.
Пример 5. Предлагаемый способ пропарки и продувки зашлакованной поверхности теплообмена рекуперативного теплообменника насыщенным водяным паром при температуре Т=150°С, штатной длине теплообменной трубы рекуперативного теплообменника L=12 м и отношении l/L=0,25.
Получаем по уравнениям (1) и (2):
1
2,52
Время шлакования τ=8,3·12·(l/L)=2,988 суток.
2
1,45
Время пропарки и продувки τ=1,62·6·(100/t)=5,24 часа.
Пример 6. Предлагаемый способ пропарки и продувки зашлакованной поверхности теплообмена рекуперативного теплообменника насыщенным водяным паром при температуре Т=150°С, штатной длине теплообменной трубы рекуперативного теплообменника L=12 м и отношении l/L=0,5.
Получаем по уравнениям (1) и (2):
1
2,52
Время шлакования τ=8,3·12·(l/L)=17,32 суток.
2
1,45
Время пропарки и продувки τ=1,62·6·(100/t)=10,48 часа.
Из рассмотрения примеров 2 и 3 видно, что увеличение температуры водяного пара со 100 до 150°С позволяет значительно снизить время пропарки и продувки рекуперативного теплообменника.
Из рассмотрения примеров 5 и 6 видно, что увеличение отношения 1/L с 0,25 до 0,5 значительно увеличивает время шлакования и время пропарки и продувки рекуперативного теплообменника.
Предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет нормировать время шлакования поверхности теплообмена рекуперативного теплообменника твердыми парафинами и необходимое время их пропарки и продувки, а также позволяет повысить температуру пропарки зашлакованной поверхности, в результате чего сокращает время пропарки и продувки зашлакованной поверхности теплообмена рекуперативного теплообменника, повышается эффективность работы установки НТС. Кроме того, предлагаемая установка является стационарной и простой в эксплуатации, в результате чего упрощается ее эксплуатация.
Таблица
Пара-метры
l/L
L, м
l, м
t° C
τ<sub>1</sub>, дней
τ<sub>2</sub>, час
Пример 1
0,25
3,0
0,75
100
-
-
Пример 2
0,25
3,0
0,75
100
0,747
4,86
Пример 3
0,25
3,0
0,75
150
0,747
1,31
Пример 4
0,25
6,0
1,5
150
1,494
2,62
Пример 5
0,25
12,0
3,0
150
2,988
5,24
Пример 6
0,5
12,0
6,0
150
17,32
10,48