Установка улавливания газовых выбросов
INSTALLATION FOR CAPTURE OF GAS EMISSIONS

Изобретение относится к нефтегазовой, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, в частности к сбору, подготовке, хранению и транспорту продукции скважин,нефти, нефтепродуктов и легкоиспаряющихся жидкостей, в том числе на объектах подготовки нефти и воды, удалённых от систем газосбора.
При сборе, подготовке, хранении из нефти или пластовых вод в газовое пространство резервуаров выделяются легкие фракции углеводорода, газовые выбросы. При увеличении давления в газовом пространстве резервуара включают компрессор установки улавливания легких фракций, который откачивает легкие фракции по выкидному газопроводу в систему утилизации, принятую в проекте.
Известна система улавливания легких фракций из резервуаров и аппаратов низкого и атмосферного давлений, включающая нефтегазопровод, приемный коллектор, установку ступени сепарации, газопровод, соединяющий приемный коллектор с газовой зоной ступени сепарации, трубопровод, газопроводы, соединяющие соответственно газовые зоны коллектора со ступенью сепарации, и выходной патрубок с приемом компрессорной станции, оборудованной винтовыми компрессорами, нефтепровод, приемный коллектор резервуарного парка, трубопровод, газоотделитель,резервуары (патент RU № 2049520, опубл. 10.12.1995).
Известна система улавливания легких фракций из резервуаров и аппаратов низкого и атмосферного давлений, включающая приемный нефтегазопровод, первую ступеньсепарации, напорный газопровод, трубопровод, вторую ступень сепарации с выходными технологическими коммуникациями (газопроводом низкого давления инефтепроводом), сырьевой резервуар с приемным нефтепроводом, выходным нефтепроводоми водопроводом, установку обезвоживания и обессоливания нефти с  выходными нефтепроводом и водопроводом, резервуар товарной нефти с приемным и выходным нефтепроводами, газоуравнительную обвязкурезервуаровгазопровод, импульсную газовую линию, сепаратор-конденсатосборник, компрессор с приемным и выходным газопроводами, газопроводы с установленными на них переключающими клапанами, соединенные линиями контроля и управления с импульсной газовой линией, газопровод, промысловую газокомпрессорную станцию с приемным и напорным газопроводами, датчиками давлений(патент RU № 2050924, опубл. 27.12.1995).
2+высш
2+высш
4
5
Известна установка для улавливания легких фракций нефти из резервуаров, содержащая резервуары, компрессор, источник сухого газа, газопровод промыслового нефтяного газа, линию подачи сухого газа с клапаном, линию подачи нефтяного газа с клапаном, датчик давления, пульт автоматики, газоуравнительную обвязку (патент RU № 2159150, опубл. 20.11.2000). При повышении давления до заданного в резервуарах датчик давления подает сигнал на включение компрессора, который откачивает, сжимает и подает газ в газопровод для сбора промыслового нефтяного газа и далее – на газоперерабатывающий завод. При снижении давления в резервуарах (например, при откачке нефти) ниже заданного датчик давления подает сигнал на пульт автоматики, который распределяет сигнал на отключение компрессора, на открытие клапанов. Проходное сечение клапанов отрегулировано таким образом, чтобы в газоуравнительную обвязку по линиям подачи сухого и нефтяного газа поступала смесь с содержанием компонентов C не менее 32 об. %. Подаваемый подпиточный газ распределяется через газовую обвязку по резервуарам, заполняя их паровое пространство и восстанавливая в них заданное давление. Подпиточный газ с содержанием компонентов C 32 об. % препятствует выделению из нефти ценных компонентов C-C, в результате чего в дальнейшем при цикле откачки газа из резервуаров компрессором в газопровод подают газ без избыточного содержания бутан-пентановых фракций. Таким образом, в нефти сохраняют бензиновый потенциал, а также предотвращают потери от конденсации бутан-пентановых фракций при транспортировании газа по газопроводу.
Известна установка улавливания паров нефти и нефтепродуктов из резервуаров, содержащая резервуары и емкости, соединенные газовыми трубопроводами, клапанами, датчиками давления, конденсатосборником (а.с. SU № 1729956, опубл. 30.04.1992). Датчик давления-вакуума и клапан аварийного сброса расположены на приемном трубопроводе. Два исполнительных клапана расположены: один на приемном, а второй – на газовом трубопроводах. Вход газового сепаратора подключен к выходу клапана аварийного сброса, а выход через газовый трубопровод – к входу компрессора внешнего газопровода. Понижающий ресивер входом соединен с газовым трубопроводом выкида компрессора внешнего газопровода, а выходом через исполнительный клапан подключен к приемному трубопроводу.
Недостатками известных установок являются:
- во-первых, сложность конструкции и эксплуатации установки улавливания газовых выбросов;
- во-вторых, низкая эффективность использования установки на объектах подготовки нефти и воды, содержащих сероводород, удалённых от систем газосбора;
- в-третьих, высокие эксплуатационные и материальные затраты, связанные со строительством данной установки, обслуживанием компрессоров, потреблением электроэнергии на очистном сооружении установки подготовки высоковязкой сернистой нефти.
На практике установка подготовки сверхвязкой нефти (УПСВН) включает резервуары и емкости, оборудованные установкой улавливания легких фракций (УУЛФ). УУЛФ это блочная установка, обеспечивающая отбор и утилизацию легких фракций нефти и нефтепродуктов при повышении давления в газовом пространстве резервуара до того, как произойдет их «выдох» в атмосферу.
Их стоимость, как правило, выше, так как они включают в себя энергопотребляющее оборудование (компрессор, насосы, отопление и т.д.).
Применение установки улавливания легких фракций является стандартным решением проблемы выбросов из резервуаров. В данной установке используют газовые компрессоры для откачки газа с газовых пространств емкостного оборудования.
Основными источниками выбросов в атмосферу на очистных сооружениях на УПСВН «Ашальчи» являются резервуары РВС-2000 и РВС-400, емкость буферная БЕ-1, удалённые от систем газосбора, не оборудованные УУЛФ. Данные технологические резервуары и емкость работают в непрерывном режиме с соблюдением баланса поступления и откачки пластовой воды. Поэтому источником загрязнения воздуха являются «большие дыхания» и выделение растворённого в пластовой воде газа. Выбросы, обусловленные разгазированием пластовой воды, могут составить фактически половину общих выбросов из резервуаров и емкости.
Недостатками известной установки являются высокая инертность системы и раннее сбрасывание газов через клапаны дыхательные с резервуаров и ёмкости в атмосферу и загрязнение воздушного бассейна вредными выбросами в особенности при добыче и использовании сероводородсодержащей нефти.
Наиболее близкой по технической сущности является установка улавливания легких фракций из резервуаров, содержащая резервуары, соединенные газоуравнительной обвязкой, подключенной к паровым объемам резервуаров через огнепреградители, газопровод, соединяющий газоуравнительную обвязку с конденсатосборником, газопровод, соединяющий газорегуляторный пункт с регулирующими клапанами, соединенными функционально – с помощью датчиков давлений – с паровыми объемами резервуаров(патент SU № 1837932, опубл. 30.08.1993).Установка включает газопровод от конденсатосборника до подключения к нисходящему участку сифона, на котором установлен газорегуляторный пункт с входным и выходным регулирующими клапанами, соединенными с паровыми объемами резервуаров и объемом, заключенным между внутренней и наружной трубами нисходящего участка сифона. Установка снабжена также нефтерегуляторным пунктом и гидродинамическим трубным абсорбером.
Недостатками установки являются:
- во-первых, сложность конструкции и эксплуатации установки улавливания газовых выбросов;
- во-вторых, низкая эффективность использования установки на объектах подготовки нефти и воды, содержащих сероводород, удалённых от систем газосбора;
- в-третьих, высокие эксплуатационные и материальные затраты, связанные с капитальным строительством данной установки, обслуживанием, потреблением электроэнергии на очистном сооружении установки подготовки высоковязкой сернистой нефти.
Техническими задачами являются создание установки улавливания газовых выбросов простой и эффективной в эксплуатации на объектах подготовки нефти и воды, содержащих сероводород, удалённых от систем газосбора, обеспечивающей непрерывную регулируемую работу сбора и отвода газовых выбросов, исключающей потерю времени срабатывания регулирующих клапанов и загрязнение воздушного бассейна вредными выбросами, позволяющей снизить эксплуатационные и материальные затраты, связанные со строительством, обслуживанием устройства, потреблением электроэнергии на очистном сооружении установки подготовки высоковязкой сернистой нефти.
3
3
Технические задачи решаются установкой улавливания газовых выбросов на объектах подготовки нефти и воды, содержащих сероводород, удаленных от систем газосбора, включающей два резервуара с объемами 400 ми 2000 м, соответственно, соединенных газоуравнительной обвязкой, подключенной к паровым объемам резервуаров через огнепреградители, газопровод, соединяющий газоуравнительную обвязку с конденсатосборником, газопровод, соединяющий газорегуляторный пункт с регулирующими клапанами и датчиком давления.
Новым является то, что выходная линия конденсатосборника соединена с факелом, между конденсатосборником и газопроводами, соединяющими с паровыми пространствами резервуаров, установлена площадка задвижек, включающая электрозадвижки, установленные на каждом газопроводе, соединяющем газоуравнительную обвязку с паровыми объемами резервуаров, и два регулирующих клапана, связывающих газоуравнительную обвязку с газорегуляторным пунктом и конденсатосборником, датчики давления установлены на газопроводе до и после первого регулирующего клапана, а конденсатосборник дополнительно соединен газопроводом с буферной емкостью и затрубным пространством скважин.
На фиг. 1 изображена установка улавливания газовых выбросов на УПСВН (работающая сегодня).
На фиг. 2 изображена установка улавливания газобых выбросов на УПСВН (предлагаемая).
3
3
3
3
3
3
Установка улавливания газовых выбросов на объектах подготовки нефти и воды, содержащих сероводород, удаленных от систем газосбора,(фиг. 2) включает резервуар 1 (РВС-1 400 м) и резервуар 2 (РВС-2 2000 м), соединенные газопроводами 3, 4, образуя газоуравнительную обвязку 5. Газоуравнительная обвязка подключена к паровым объемам резервуаров через огнепреградители (показано условно). На каждом газопроводе 3, 4 установлена электрозадвижка 6, 7,соединяющая газоуравнительную обвязку с паровыми объемами резервуара 1 (РВС-1 400 м) и резервуара 2 (РВС-2 2000 м). Газоуравнительная обвязка связана газопроводом 8, с конденсатосборником 9. Выходная линия конденсатосборника соединена газопроводом 10 с факелом 11. Между конденсатосборником 9 и газопроводами 3, 4, соединяющими с паровыми пространствами резервуара 1(РВС-1 400 м) и резервуара 2 (РВС-2 2000 м), установлена площадка задвижек. Площадка задвижек включает электрозадвижки 6, 7и два регулирующих клапана 12, 13,связывающих газоуравнительную обвязку с газорегуляторным пунктом 14, соединенных функционально – с помощью датчика давления 16 – с паровыми объемами резервуаров, и конденсатосборником 9.Датчики давления 15, 16 установлены на газопроводе до и после первого регулирующего клапана 12.Буферная емкость 18 соединена с  конденсатосборником 9 газопроводом 17. Конденсатосборник 9 дополнительно соединен с затрубным пространством скважин (на чертеже не показано).
Предлагаемая конструкция устройства улавливания газовых выбросов является простой и эффективной в эксплуатации на объектах подготовки нефти и воды, содержащих сероводород, удалённых от систем газосбора, обеспечивает непрерывную регулируемую работу сбора и отвода газовых выбросов, исключающую потерю времени срабатывания регулирующих клапанов, загрязнение воздушного бассейна вредными выбросами, позволяет снизить эксплуатационные и материальные затраты, связанные со строительством, обслуживанием устройства, потреблением электроэнергии на очистном сооружении установки подготовки высоковязкой сернистой нефти.
Устройство работает следующим образом.
3
3
3
3
3
3
3
3
Работа устройства, резервуаров и емкостей УПСВН представлена на фиг. 2. Пластовая вода высокосернистой нефти с установки предварительного сброса воды (УПСВ-7) поступает в буферный резервуар 1 (РВС-1 400 м). Попутная вода с установки подготовки сверхвязкой нефти (СВН) поступает первоначально в буферную ёмкость 18 (Е-1), где сепарируется часть растворённого газа. Газ из буферной емкости 18 Е-1 подают под собственным давлением совместно с газом из затрубья скважин в подземную ёмкость (ЕП-1) – конденсатосборник 9, где отделяется унесённая потоком газа капельная и сконденсировавшаяся жидкость. Попутная вода из буферной емкости Е-1 поступает далее в буферный резервуар 2 (РВС-2 2000 м). В резервуарах 1(РВС-1 400 м) и 2(РВС-2 2000 м) происходит сепарация из пластовых вод остаточного растворённого газа. Резервуары 1(РВС-1 400 м) и 2(РВС-2 2000 м) работают в режиме наполнения и опорожнения,изменения уровня жидкости, и соответственно «большие дыхания» в резервуарах значительны. Газовые пространства резервуаров 1(РВС-1 400 м) и 2(РВС-2 2000 м) связаны между собой газоуравнительной обвязкой 5, частично компенсирующей «дыхания». Выделяющиеся в резервуарах растворённые газы во время «выдохов» направляются через конденсатосборник 9 на факел 11.
3
3
Установка улавливания газовых выбросов из резервуаров и емкостей предназначена для их сбора и обезвреживания путём сжигания на факеле. При этом токсичный сероводород превращается в менее ядовитый диоксид серы. Углеводороды, обладающие высоким парниковым эффектом, превращаются в менее выраженный в этом отношении диоксид углерода. К тому же обезвреженные нагретые продукты сгорания рассеиваются в более высоких слоях атмосферы, давая меньшую концентрацию в приземной области. Резервуары оборудованы автоматизированной системой улавливания газовых выбросов, работающей таким образом, что при поднятии давления в газоуравнительной системе выше определённого заданного значения газ из резервуаров 1(РВС-1 400 м) и 2(РВС-2 2000 м) направляют через конденсатосборник 9 ЕП-1 на факел, а при понижении давления ниже заданного значения в резервуары подают подпиточный газ, в качестве которого используют сетевой природный газ, подаваемый также на дежурную горелку факела для исключения его потухания. Таким образом исключается создание в газовой шапке резервуаров взрывоопасной и агрессивной в отношении коррозии газовоздушной смеси, а в атмосферу уменьшается поступление вредных выбросов.
3
3
В операторной УПСВ-7 «Ашальчи» установлен TREI –контроллер регулирования системы улавливания, который предназначен для автоматического регулирования работы установки. При поступлении соответствующих сигналов от датчиков давление происходит открытие или закрытие клапанов КР1 и КР2. При нештатных ситуациях производится закрытие Эз-1, Эз-2.Управление работой установки осуществляют со специально оборудованной площадки задвижек. От резервуаров 1(РВС-1 400 м) и 2(РВС-2 2000 м) к площадке задвижек проложены газопроводы 3, 4, оснащённые электрозадвижками 6, 7(Эз), например задвижка клиновая ЗКЛП-200-16 DN 200мм. PN 16кгс/см2 с электроприводом В-Б1-06 АИМ-А80В4 N=1,5кВт, для дистанционного отключения резервуаров при нештатных ситуациях. В рабочем состоянии электрозадвижки открыты, вследствие чего данные газопроводы 3, 4, присоединённые к общему коллектору, составляют газоуравнительную обвязку резервуаров.
С газоуравнительной обвязки газ сбрасывают через электроклапан регулирующий 13 (КР-2) и конденсатосборник ЕП-1 на факел. Для предупреждения нештатных ситуаций, когда давление в ЕП-1 превысит давление в резервуарах и поток газа может пойти при открытом регулирующем клапане 13 (КР-2) в резервуары, на линии установлен обратный клапан19,который находится на газопроводе 8 идущем на факел. На площадке задвижек к газоуравнительной обвязке подведен от газорегуляторного пункта (ГРП) газопровод природного газа с установленным на нем регулирующим клапаном 12 (КР-1).
3
3
На площадке задвижек установлен датчик давления 15,например, датчик давления марки Метран-150СG0 (-0,63-0,63кПа) 2-2-2-1- L3-A-EMх D5-2-B1-k20, по сигналам которых осуществляют автоматическое открытие и закрытие регулирующегоклапана12, например, клапан запорный DN 80мм. PN 40кгс/см2, с электроприводом AUMA SQEx05.2-16-F07/AMExC01.1, и регулирующего клапана 13, например клапан запорный DN 200мм. PN 40кгс/см2, с электроприводом AUMA SQEx10.2-16/AMExC01.1(КР-1 и КР-2) со сбросом избыточного газа из резервуаров на факел или, наоборот, с подачей подпиточного природного газа во избежание возникновения вакуума в них. При повышении давления газа в резервуарах 1(РВС-1 400 м) и 2(РВС-2 2000 м)  выше заданного верхнего значения происходит открытие регулирующего клапана КР-2 для сброса газа на факел, при этом клапан КР-1 подачи природного газа остаётся в закрытом положении. При последующем снижении давления до определённого рабочего значения происходит закрытие регулирующего клапана КР-2. При понижении давления в резервуарах ниже заданного нижнего предела происходит открытие регулирующего клапана КР-1 с подачей природного газа в воздушное пространство резервуаров. При поднятии давления до определённого рабочего значения происходит закрытие регулирующего клапана КР-1. При давлении в резервуарах в рабочем диапазоне оба регулирующих клапана КР-1 и КР-2 закрыты, и система находится в режиме ожидания в состоянии равновесия.
3
3
Выходы газопроводов из резервуаров 1(РВС-1 400 м) и 2(РВС-2 2000 м) и ёмкости Е-1 оснащены огнепреградителями, напримерОПФ-100 (200) – огневой преградитель фланцевый,и запорной арматурой для случаев продолжительного отсечения. Все газопроводы и огнепреградители теплоизолированы и имеют электрообогрев для предотвращения замерзания жидкости в зимнее время.
Подбор диаметров газопроводов проводят согласно гидравлическим расчетам таким образом, чтобы при максимальных расходах газов давления в резервуарах не выходили за необходимые пределы, обозначенные настройками дыхательных клапанов, и не происходило их срабатывания.
При поднятии давления в газоуравнительной обвязке на площадке задвижеквыше 0,8кПа, что фиксирует датчик давления 16, газ из них направляется через конденсатосборник на факел, а при понижении давления ниже 0,3 кПа в резервуары начинает подаваться подпиточный газ, в качестве которого используется сетевой природный газ. Таким образом исключается создание в газовой шапке резервуаров взрывоопасной и агрессивной в отношении коррозии газовоздушной смеси, а в атмосферу уменьшается поступление вредных выбросов.
При повышении давления газа выше 0,8кПа происходит открытие клапана КР-2 для сброса газа на факел, при этом клапан КР-1 подачи природного газа остаётся в закрытом положении. При последующем снижении давления до 0,3кПа происходит закрытие клапана КР-2 и происходит открытие клапана КР-1 с подачей природного газа в воздушное пространство резервуаров. При поднятии давления до 0,6кПа происходит закрытие клапана КР-1. При давлении в резервуарах в рабочем диапазоне 0,3-0,8кПа оба клапана КР-1 и КР-2 закрыты, и система находится в режиме ожидания: в состоянии равновесия.