Эффективность применения турбодетандерных агрегатов в технологии извлечения СУГ на месторождениях

Альтернативное топливо

Р

Эффективность применения турбодетандерных агрегатов в технологии извлечения СУГ на месторождениях

С.В. Моисеев, главный инженер ОАО «Турбогаз» (Украина, г. Харьков), В.И. Поливанов, начальник сектора ОАО «Турбогаз», к.т.н.

От эффективности технологии подготовки газа к использованию на автотранспорте во многом зависит получение кондиционного газа, более полное извлечение сжиженных углеводородных газов (СУГ) и углеводородного конденсата.

В настоящее время основной способ подготовки газа на га-зоконденсатных месторождениях - низкотемпературная сепарация. Существенный фактор увеличения эффективности подготовки газа и производства СУГ на месторождениях - повышение технического уровня обустройства промыслов путем использования автоматизированных установок комплексной подготовки газа, использующих турбодетандерные агрегаты (ТДА).

В установках подготовки газа, использующих ТДА для охлаждения газа, низкотемпературная сепарация осуществляется без потребления энергии от внешних источников. Это - энергосберегающий технологический процесс в отличие от альтернативных вари-

антов с парокомпрессорными или абсорбционными холодильными установками.

Технологический процесс низкотемпературной обработки газа предопределяет область работы ТДА по разности температур газа в турбо-детандере №). По своей значимости этот параметр является одним из определяющих для конструкции агрегатов. На рис. 1 показаны области работы ТДА (по dt) в зависимости от отношения давлений газа на входе и на выходе турбодетандера и та же зависимость для дроссельного устройства. Отметим, что dt для дроссельного устройства уменьшается с падением давления перед ним, а для процесса расширения в турбодетандере эта зависимость практически остается неизменной.

60

30

15

1

И! ЦП !че> ие ПУ1

1

хл

П1)ДГ0Т(Н

мы

ЕIIИ !Е

1,15

1,35

1,55

1,75

1,95

2,15

2,35 Р1/Р2

1-на детандере при Р2 = 55 бар; 2-на дросселе при Р2 = 55 бар; 3-на дросселе при Р2 = 20 бар; Р, -давление на входе; Р2 -давление на выходе

Рис. 1. Температурный перепад ^ в дросселе и в детандере

Поэтому турбодетандерная техника находит применение на весь период эксплуатации газоконденсатных месторождений.

Для ТДА, работающих в установках комплексной подготовки газа (УКПГ), перепад температур составляет, как правило, 12-25°С, при этом отношение давлений вход/выход не превышает 1,3. Такой уровень перепада температур достаточен, чтобы турбодетандер совместно с рекуперативным теплообменником обеспечил требуемый уровень температуры осушки пластового газа (-5^-25°С, но не ниже -30°С). Низкотемпературные турбодетан-дерные агрегаты (НТДА) работают в области более низких температур и предназначены для получения глубокого холода в установках подготовки с извлечением СУГ. При достижении уровня температур -60^-70°С, кроме бензиновых фракций, извлекаются и пропан-бутано-вые фракции.

В установках охлаждения пластового газа в промысловых условиях, принципиальная схема которых показана на рис. 2, охлаждение газа происходит в рекуперативном теплообменнике (ТО) и в результате расширения газа в турбодетандере (Т). Получаемая энергия от турбо-детандера посредством вала передается компрессору. Компрессор агрегата (К) частично восстанавливает давление газа после снижения его в турбодетандере и гидравлических потерь в подводящих трубопроводах.

ОАО «Турбогаз» поставляет тур-бодетандерную технику, которая применяется в составе промысловых установок подготовки газа к транспорту, охлаждения газа перед подачей в магистральный газопровод. Турбодетандерные агрегаты ОАО «Турбогаз» широко применялись на месторождениях Украины,

«Транспорт на альтернативном топливе» № 2 (2) март 2008 г.

иВЬ»|Щ|Ц .....ШТШД^т

Средней Азии и Коми АССР. Только на Ямбургском месторождении с 1987 г. и по настоящее время на станциях охлаждения газа работает 63 агрегата.

За последние пять лет ОАО «Тур-богаз» по заказу дочерних предприятий НАК «Нефтегаз Украины» разработало, поставило и ввело в эксплуатацию пять низкотемпературных турбодетандерных агрегатов на Юльевском НГКМ ГПУ «Харь-ковгаздобыча», Котелевском УСП ГПУ «Полтавагаздобыча», ГС «Крес-тище» ГПУ «Шебелинкагаздобыча» и на ГКМ «Шуртан» (Республика Узбекистан).

Ниже в табл. 1 приведены основные параметры НТДА.

Для современной энергетики характерно постоянное развитие индустрии получения сжиженных природных газов (СПГ) и СУГ. Если сжижение метана требует относительно дорогих установок криогенной техники, то получение сжиженного углеводородного газа достигается умеренным холодом в более простых установках.

К ним, в первую очередь, относятся установки стабилизации конденсата с использованием деэтанизатора и одной ректификационной колонны, которые реализованы на нескольких месторождениях Украины.

На Юльевском НГКМ пластовый газ, как показано на технологичес-

ТО - Теплообменник С - Сепаратор Т - Турбина К - Компрессор

Рис. 2. Принципиальная схема установки охлаждения пластового газа

Таблица 1

Основные характеристики НТДА

Наименование параметров Параметры на номинальном режиме

ГКМ Юльевское ГКМ Шуртан

Производительность по газу, млн.нм3/сут. 2,4 9,0

Давление газа на входе в турбодетандер, МПа 6,4 4,44

Давление газа на выходе из турбодетандера, МПа 4,1 2,76

Температура газа на входе в турбодетандер, °С -30 -52

Температура газа на выходе из турбодетандера, °С -60 -76

Давление газа на выходе из компрессора, МПа 4,5 2,9

Температура газа на входе в компрессор, °С 41 38,0

Температура газа на выходе из компрессора, °С 50 49,0

Частота вращения ротора, об/мин-1 12000-17000 8000

Холодопроизводительность, кВт 840 2054

Фв ЯШИР ИИ Фв д^йаь ПИВ Л

«Транспорт на альтернативном топливе» № 2 (2) март 2008 г.

Альтернативное топливо

кой схеме рис. 3, после сепараторов первой ступени ГО-4 поступает на теплообменник Т-1, где охлаждается до -25°С. В поток газа перед Т-1 впрыскивается метанол. Далее основная часть газа поступает на турбодетандер ТД, а оставшаяся направляется на эжектор для дожатия газа деэтанизации.

После снижения давления в тур-бодетандере ТД от 6,4 до 4,0 МПа газ направляется в низкотемпературный сепаратор С-2, где при температуре -60°С происходит разделение на газ, конденсат и насыщенный метанол. Газ из сепаратора С-2 поступает в теплообменник Т-1, где нагревается до -5-7°С, и далее в теплообменники Т-4, Т-8, нагреваясь до температуры 5-20°С, поступает в компрессор К турбодетандерного агрегата ТК и далее в газопровод. Конденсат углеводородов из сепараторов С-1 и С-2 поступает в теплообменник Т-3, где нагревается до температуры -50°С конденсатом, идущим из первой ступени сепарации, затем дросселируется при давлении 2,6 МПа и с температурой -60°С подается на верхнюю тарелку колонны К-1 (деэтанизатора). На 10-ю тарелку колонны К-1 с температурой -65°С поступает конденсат с первой ступени сепарации, предварительно охлажденный в теп-

«Транспорт на альтернативном топливе» № 2 (2) март 2008 г.

лообменнике Т-3 и выветренный в разделителе Р-1 после дросселирования до 2,6 МПа.

В колонне К-1 происходит отделение легких компонентов, метанола, этана. Деэтанизированный конденсат после дросселирования в Д-7 до 1,4 МПа поступает в пропан-бутановую колонну К-2. В колонне К-2 происходит разделение на про-пан-бутановую фракцию (верх колонны) и стабильный конденсат (низ колонны). Пропан-бутановая фрак-

ция с помощью насоса с температурой 42°С направляется частично на орошение колонны, а частично - на склад готовой продукции СУГ.

Стабильный конденсат с колонны К-2 поступает в теплообменник Т-4, где охлаждается до температуры 40°С, и далее в подпорную емкость, откуда насосами подается в конденсатопровод. Следует отметить, что данная схема реализована практически с полной рекуперацией тепла потоков газа и конденсата, а следовательно - с минимальными энергетическими затратами.

Промышленная эксплуатация на Юльевском НГКМ (рис. 4) установки извлечения СУГ начата в феврале 2004 г. и продолжается по настоящее время без остановки турбодетандерного агрегата НТДА-2,4-6,4-УХЛ4. При давлении газа на входе в установку 7,5-8 МПа и температуре сепарации -50 * -60°С выход товарного СУГ составляет 60-63 т/сут., стабильного конденсата 80-85 т/сут.

Все турбодетандерные агрегаты ОАО «Турбогаз» поставляет в блочном исполнении, как, например, показано на рис. 4, в комплекте с маслоохладителем, шкафами КИП и САУ, что существенно сокращает сроки проведения строительных и монтажных работ.

Рис. 6. УДЭУ-2500 на ГС «Солоха»

Таблица 2

Основные технические характеристики установки УДЭУ-2500

Наименование параметра рабочей среды Значение параметра

Расход газа, млн. м3/сут. 3,0-5,5

Давление газа на входе, МПа 5,0-5,5

Температура газа на входе, °С -4^-8

Холодопроизводительность, кВт 2760

Давление газа на выходе, МПа 2,7-3,5

Температура газа на выходе, °С -30ч—20

Мощность на клеммах генератора, кВт 2500

Диапазон мощностей, кВт 1200-2650

Напряжение на клеммах генератора, кВ Трехфазное, 10,5

Частота переменного тока, Гц 50

Выход газа

<-

Вход газа

TOI Т02

Cl

С2

Ail

—^

— —

— А2 —

—

ТО - Теплообменник С - Сепаратор Г - Генератор Т- Турбина А - Абсорбер

Рис. 7. Принципиальная схема установки УДЭУ-2500

После внедрения ТДА на Юль-евском месторождении выход товарного СУГ увеличился в 1,8 раза, а стабильного конденсата - в 2,5 раза.

В 2007 г. на месторождении Шур-тан (Республика Узбекистан) введен в эксплуатацию низкотемпературный турбодетандер НТДА-9,0-4,5-У1 с ротором на электромагнитных опорах (рис. 5).

При использовании ТДА выход газового конденсата увеличился в 2,4 раза, товарного СУГ - в 1,8 раза. Вследствие увеличения выхода СУГ и стабильного конденсата срок окупаемости агрегатов составляет полтора года.

Наибольшая рентабельность эксплуатации НТДА выявляется при одновременном производстве электроэнергии и извлечении пропан-бутана.

В настоящее время на ГС «Солоха» ГПУ «Полтавагаздобыча» внедрена уникальная энергетическая установка УДЭУ-2500, мощностью 2500 кВт (рис. 6), предназначенная для получения холода и выработки электроэнергии.

На рис. 7 приведена принципиальная схема установки УДЭУ-2500, в которой газ поступает на охлаждение в два теплообменника ТО1 и ТО2, после чего поступает в турбогенераторный блок ТГ.

Из охлажденного газа до умерено низких температур (-30°С), благодаря применению в схеме низкотемпературной абсорбции в колонах А1 и А2, извлекается СУГ

- 85,95 тыс. т/г., одновременно вырабатывается электроэнергия

- 13024,8 тыс. кВт-ч/г.

Основные технические характеристики установки УДЭУ-2500 приведены в табл. 2.

Таким образом, на основании практического опыта в настоящее время с уверенностью можно утверждать, что результаты промышленной эксплуатации подтверждают эффективность применения турбодетандерной техники для решения задач добычи сжиженных компонентов природного газа непосредственно на промыслах.

ЩИ дШи. 0 4

«Транспорт на альтернативном топливе» № 2 (2) март 2008 г.