СПОСОБ ОСУШКИ ГАЗА И БЛОК ОСУШКИ ГАЗА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
GAS DRYING METHOD AND GAS DRYING UNIT FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли и может быть использовано при технологических операциях в процессе добычи и транспортирования природного и нефтяного газов.
В последнее время при добыче и транспортировании природного газа утверждается концепция повышения надежности и экологичности технологического оборудования и средств автоматики, обеспечивающей заданные параметры технологического цикла указанного процесса.
Известны устройства для осушки воздуха, включающие два адсорбера, соединенных трубопроводами, которые связаны с клапанами, обеспечивающими переключение режимов их работы с режима осушки в режим регенерации по команде от системы управления клапанами (см. заявку Японии N 61-35891 В, МКИ B01D 53/26, 53/02 от 86.08.15; заявка ЕПВ N 0212101, МКИ B01D 53/04, 53/26 от 87.03.04; заявка ФРГ N 3514473, МКИ B01D 53/26, от 86.10.23).
Известен способ и устройство для осушки сжатого воздуха (заявка ФРГ N 3304722, кл B01D 53/26), содержащее два адсорбера, соединенных трубопроводами с установленными на них клапанами, которые обеспечивают поочередное переключение адсорберов с режима осушки в режим регенерации, дроссель с трубопроводом подачи осушенного газа при пониженном давлении, в регенерируемый адсорбер и влагоотделитель с влагоотводящим клапаном, открывающимся согласно ритму переключения адсорберов.
Недостатком известного устройства является то, что выброс накопившегося конденсата и газа регенерации происходит в окружающую среду, а также при высоком давлении. Поэтому использование приведенного устройства невозможно при осушке, например, токсичных и взрывопожароопасных газообразных веществ, например, природного газа, где в конденсате могут содержаться компоненты, опасные для человеческого организма и вредно воздействующие на окружающую среду.
Известен способ осушки газа и устройство для осушки сжатого газа, включающее два адсорбера, соединенных трубопроводами, содержащими клапаны, обеспечивающие переключение адсорберов с режима осушки в режим регенерации, дроссель с трубопроводом подачи осушенного газа при пониженном давлении в регенерируемый адсорбер и влагоотделитель с влагоотводящим клапаном, отличающееся тем, что в нем влагоотделитель разделен на два резервуара: резервуар высокого давления, в полости которого размещен обратный клапан, механически связанный с поплавковым устройством, и резервуар низкого давления с автономно управляемым влагоотводящим клапаном, снабженный предохранительным клапаном (Патент РФ №2165786, МПК B01D 53/26-прототип).
Устройство работает следующим образом.
Влажный газ с конденсатом поступает в резервуар высокого давления влагоотделителя, где конденсат накапливается. Отделенный от конденсата влажный газ поступает в один из адсорберов, работающих поочередно: один в режиме осушки; другой в режиме регенерации. Переключение адсорберов с режима осушки в режим регенерации, по мере насыщения влагой, обеспечивается при помощи распределительных клапанов.
Для регенерации адсорбера используется часть осушенного газа, составляющая 25% при холодной регенерации, и 8…10% при тепловой, который при пониженном давлении, за счет дросселирования дросселем, пропускается через регенерируемый адсорбер. В режиме регенерации часть сухого газа подается в адсорбер в обратном направлении. Газ, проходя через внутреннюю полость адсорбера и слой адсорбента, насыщается влагой.
Основными недостатками указанного блока осушки является то, что после регенерации использованный газ регенерации и конденсат сбрасывается в атмосферу, что в значительной степени, ухудшает экологию и приводит к потерям газа.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание блока осушки с замкнутым циклом регенерации, что позволит исключить выбросы газа регенерации в атмосферу.
Решение указанной задачи достигается тем, что, в предложенном способе осушки газа, заключающемся в попеременном пропускании осушаемого газа через адсорберы с отбором и нагревом части осушенного газа для регенерации адсорбента, причем один из адсорберов используют в режиме осушки, другой - в режиме регенерации, согласно изобретению газ после регенерации адсорберов направляют в первичный охладитель газа, где его охлаждают до заданной температуры и удаляют первичный конденсат, после чего газ после регенерации адсорберов направляют в холодильник, где понижают его температуру для выделения вторичного конденсата, после чего осушенный и охлажденный газ после регенерации адсорберов подают на вход компрессора, где поднимают его давление до величины, по крайней мере, не ниже значения входного давления осушаемого газа, предпочтительно выше, при этом после компрессора газ после регенерации адсорберов направляют в ресивер, и далее, на вход блока осушки.
В варианте применения способа дополнительно контролируют степень осушки адсорбента в регенерируемом адсорбере, для чего используют дополнительный преобразователь температуры и влажности, который устанавливают перед компрессором.
В варианте применения способа регенерацию адсорберов осуществляют при рабочем давлении, для чего упомянутый дроссель открывают полностью или вводят параллельный трубопровод с шаровым краном.
Для реализации указанного способа предложен блок осушки газа который, согласно изобретению содержит, как минимум, входной трубопровод, два адсорбера с входными и выходными трубопроводами, заполненные адсорбентом, соединенных между собой системой трубопроводов, клапаны с системой управления, обеспечивающие переключение адсорберов с режима осушки в режим регенерации, дроссель с трубопроводом подачи осушенного газа в регенерируемый адсорбер и основной кондесатосборник с влагоотводящим клапаном, при этом выходные трубопроводы адсорберов соединены предпочтительно последовательно с теплообменником для первичного охлаждения газа регенерации, холодильником, конденсатосборником, компрессором и ресивером, а выходной трубопровод ресивера соединен с входным трубопроводом блока.
В варианте исполнения блок осушки газа содержит дополнительный преобразователь температуры и влажности, установленный перед компрессором.
В варианте исполнения в блоке осушки газа параллельно дросселю установлен дополнительный трубопровод с шаровым краном.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана принципиальная схема предложенного блока осушки газа, на фиг.2 - схема блока в варианте исполнения.
Предложенный способ может быть реализован при помощи блока, имеющего следующую конструкцию.
Агрегаты блока смонтированы на раме. Блок состоит из двух адсорберов 1 и 2, заполненных адсорбентом и снабженных манометрами 3 и 4 соответственно; двух теплообменников 5 и 6, холодильника 7. Теплообменник 5 предназначен для подогрева газа регенерации. Теплообменник 6 предназначен для первичного охлаждения газа регенерации. Холодильник 7 предназначен для окончательного охлаждения газа регенерации. Для первичной очистки газа от механических примесей и капельной влаги на входной магистрали установлен фильтр-влагоотделитель 8. Фильтры 9 и 10 установлены на выходных трубках адсорберов и служат для очистки осушенного газа от механических примесей. Возврат газа регенерации на вход блока осуществляется компрессором 11, установленный на отдельной раме. Смену и переключение адсорберов с режима осушки на режим регенерации осуществляют при помощи 3-ходовых шаровых кранов 12 и 13 с электроприводами. Кран 14, установленный на входной магистрали блока, предназначен для переключения потока сырого газа в один из адсорберов или, минуя блок, в «байпасную» линию. Измерение влажности осушенного газа осуществляется первичным преобразователем температуры и влажности 15, установленным параллельно выходной магистрали. Для сбора и последующего удаления конденсата из пневмосистемы служит конденсатосборник 16. Слив конденсата из конденсатосборника осуществляется автоматически или вручную при помощи электропневмоклапана 17. Для сброса давления газа из агрегатов и трубопроводов блока при техническом обслуживании или появлении аварийной ситуации, установлен электропневмоклапан 18. Для предотвращения потока осушенного газа из магистрали потребителя в блок осушки газа в составе блока предусмотрен обратный клапан 19. Обратные клапаны 20 и 21 предназначены для предотвращения поступления осушенного газа в адсорберы при регенерации. Клапан 22 служит для предотвращения попадания сырого газа в выходную линию компрессора 11 и ресивер 23. Для задания и поддержания давления газа регенерации в заданных пределах на выходных патрубках адсорберов установлен дроссель 24. Ресивер 23 снабжен предохранительным клапаном 25.
В варианте исполнения на входе в компрессор 11 установлен дополнительный преобразователь температуры и влажности 26.
В варианте исполнения параллельно дросселю установлен дополнительный трубопровод 27 с шаровым краном 28.
Для контроля температур процессов нагрева и охлаждения различных устройств и газа в блоке установлены датчики температур. Для контроля давления в различных линиях блока установлено три датчика давления. Шкаф электрооборудования блока установлен в отдельном боксе. Все агрегаты блока связаны между собой трубопроводами с соединительными фитингами.
Предложенный способ реализуется при помощи указанного блока следующим образом.
Через шаровый кран 14, переключенный на расход газа через блок осушки, при выключенных электропневмоклапанах газ поступает в шаровый кран 12, а затем в адсорбер 1, где осуществляется осушка сырого газа. Адсорберы работают поочередно: один - в режиме осушки, другой - в режиме регенерации, а по окончании процесса регенерации - в ожидании.
Режим осушки состоит в том, что влажный газ при рабочем давлении, при этом контроль давления осуществляется по показаниям манометра 3 или 4, попадает в адсорбер 1 или 2, заполненный адсорбентом. Проходя через адсорбент, влажный газ осушается. Далее, пройдя фильтр 9 или 10, поступает на потребление.
Влажность осушенного газа контролируется измерительным преобразователем точки росы 15.
Режим регенерации заключается в следующем. Часть осушенного газа поступает в теплообменник 5, где подогревается до температуры 300…320°C, пройдя обратные клапаны 20, или 21, попадает в адсорбер 1 или 2, корпус которого также нагревается электронагревательным элементом, выполненным в виде ленты, навитой на его наружную поверхность. Сухой горячий газ, проходя через подогретый и насыщенный влагой адсорбент, насыщается влагой, тем самым осушая адсорбент и, пройдя через кран 13, поступает в теплообменник 6, представляющий собой типовой агрегат воздушного охлаждения (АВО), где происходит охлаждение газа регенерации до заданной температуры, превышающей на 10…15°C температуру окружающей среды. Здесь же происходит первичный сбор конденсата в сепараторе, входящем в состав теплообменника АВО. Затем газ поступает в холодильник 7, где происходит дальнейшее понижение его температуры и вторичное выпадение конденсата. Охлажденный и осушенный газ поступает на вход компрессора 11 и далее в ресивер 23. Из ресивера 23 сухой газ возвращается на вход блока.
В варианте исполнения дополнительно контролируют степень осушки адсорбента в регенерируемом адсорбере, для чего используют дополнительный преобразователь температуры и влажности 26, который устанавливают перед компрессором 11. При равенстве значений влажности обоих измерителей процесс регенерации прекращается.
В варианте исполнения регенерацию адсорберов 1 или 2 осуществляют при рабочем давлении, для чего дроссель 24 открывают полностью или вводят параллельный трубопровод 27 с шаровым краном 28.
Система управления (СУ) обеспечивает работу блока в автоматическом режиме.
Использование предложенного технического решения позволит создать блок осушки с замкнутым циклом регенерации, что даст возможность исключить выбросы газа регенерации в атмосферу.