RU2091431C1 - Method and installation for preparing gas for transport - Google Patents
Method and installation for preparing gas for transport Download PDFInfo
- Publication number
- RU2091431C1 RU2091431C1 SU4615931A RU2091431C1 RU 2091431 C1 RU2091431 C1 RU 2091431C1 SU 4615931 A SU4615931 A SU 4615931A RU 2091431 C1 RU2091431 C1 RU 2091431C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- separation
- temperature
- low
- column
- Prior art date
Links
Landscapes
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области, связанной с добычей газа. Более конкретно, предлагаемое техническое решение направленно на улучшение параметров добываемого на месторождениях газа в установках комплексной подготовки, перед его направлением в газотранстпортную сеть. The invention relates to the field associated with gas production. More specifically, the proposed technical solution is aimed at improving the parameters of gas produced at the fields in integrated treatment plants, before it is sent to the gas transportation network.
Аналогом является абсорбционный процесс в промысловой подготовке газа. Процесс применяется для извлечения из газа водяных паров и тяжелых углеводородов. Для осушки газа в качестве абсорбента используются гликоли, а для извлечения тяжелых углеводородов углеводородные жидкости. Процесс абсорбции осуществляется в вертикальном цилиндрическом сосуде абсорбере. Газ и абсорбент контактируют на тарелках, смонтированных внутри аппарата, перемещаясь противотоком: газ поднимается снизу вверх, а абсорбент стекает сверху вниз. Абсорбент по мере своего движения насыщается поглощаемыми им компонентами на регенерацию. С верха колонны уходит осушенный газ. Эффективность абсорбции зависит от температуры и давления, числа тарелок в абсорбере (площадь контакта), количества и качества абсорбента.(Басниев К.С. Добыча и транспорт газа и газового конденсата. -М. Недра, 1985 с. 153 156)
К недостаткам абсорбционного способа подготовки газа относится конструктивная сложность установки, использование небезопасных в экологическом отношении реагентов, невысокая степень осушки газа. Известно, что с понижением температуры контакта реагирующих веществ снижается точка росы осушенного газа, однако, при этом значительно возрастает вязкость раствора. Кроме того, с повышением концентрации растворов, возрастает температура их регенерации, что в свою очередь приводит к увеличению потерь гликоля от испарения. Верхний и нижний температурные пределы процесса абсорбции недостаточно широки и определяются соответственно потерями гликоля от испарения и возрастанием его вязкости и равны 35 10oC. Эти физико-химические особенности ограничивают дальнейший рост эффективности процесса подготовки газа на основе абсорбции.An analogue is the absorption process in field gas preparation. The process is used to extract water vapor and heavy hydrocarbons from gas. Glycols are used as an absorbent for drying gas, and hydrocarbon liquids are used to extract heavy hydrocarbons. The absorption process is carried out in a vertical cylindrical vessel absorber. Gas and absorbent contact on plates mounted inside the apparatus, moving countercurrent: gas rises from the bottom up, and the absorbent flows from top to bottom. The absorbent as it moves is saturated with the components absorbed by it for regeneration. Dried gas leaves the top of the column. The efficiency of absorption depends on temperature and pressure, the number of plates in the absorber (contact area), the quantity and quality of the absorbent. (Basniev K.S. Production and transport of gas and gas condensate. -M. Nedra, 1985, p. 153 156)
The disadvantages of the absorption method of gas preparation include the structural complexity of the installation, the use of environmentally unsafe reagents, and a low degree of gas dehydration. It is known that with a decrease in the contact temperature of the reacting substances the dew point of the dried gas decreases, however, the viscosity of the solution increases significantly. In addition, with an increase in the concentration of solutions, the temperature of their regeneration increases, which in turn leads to an increase in glycol loss from evaporation. The upper and lower temperature limits of the absorption process are not wide enough and are determined respectively by the loss of glycol from evaporation and an increase in its viscosity and are equal to 35 10 o C. These physicochemical features limit the further increase in the efficiency of the gas preparation process based on absorption.
Прототипом предлагаемого комплексного технического решения является процесс и установка подготовки газа к транспорту методом низкотемпературной сепарации. В этом варианте технологии газ из скважины под устьевым давлением по шлейфу поступает на установку комплексной подготовки газа, где предварительно очищается в сепараторе от выносимых из скважины твердых частиц, капельной воды и углеводородного конденсата. Далее газ направляется на первую ступень теплообменника, где охлаждается до температуры на 2 3 градуса выше температуры гидратообразования газом, поступающим в межтрубное пространство из низкотемпературного сепаратора, или водой для месторождения с высокой пластовой температурой, на которых технически и экономически целесообразно использовать воду. The prototype of the proposed integrated technical solution is the process and installation of gas preparation for transport by the low-temperature separation method. In this version of the technology, gas from a well under wellhead pressure is supplied by a loop to a complex gas treatment unit, where it is preliminarily cleaned in the separator of particulate matter, droplet water and hydrocarbon condensate removed from the well. Then the gas is sent to the first stage of the heat exchanger, where it is cooled to a temperature 2 to 3 degrees above the hydrate formation temperature by the gas entering the annulus from the low-temperature separator, or by water for the field with a high reservoir temperature, at which it is technically and economically feasible to use water.
Вследствие снижения температуры газа, идущего со скважины, в теплообменнике создаются термодинамические условия для выделения из газа жидкой фазы, которая отбирается в сепараторе. Чтобы предотвратить гидратообразование во второй ступени теплообменника, в поток сырого газа перед вторым теплообменником вводится диэтиленгликоль (ДЭГ), который закачивается насосом через форсунку. Из теплообменника второй ступени на штуцер поступает газ с температурной, необходимой для того, чтобы после дросселирования обеспечивалась заданная его температура в соответствии с требованиями к качеству. Выделившиеся из газа при снижении температуры жидкость (вода, этиленгликоль, конденсат) отделяется от газа в сепараторе, откуда поступает в конденсатосборник. Очищенный и осушенный газ из сепаратора поступает в межтрубное пространство второй ступени теплообменника и далее в газосборный коллектор.(Там же, с. 148 153)
К недостаткам метода низкотемпературной сепарации следует отнести конструктивную сложность установки, недостаточно высокие показатели качества осушки (точка росы), использование агрессивных и экологически опасных реагентов. Кроме этого, в случае, когда запаса пластовой энергии становится недостаточно для получения необходимой температуры сепарации за счет дросселирования газа, должны быть применены на обводной линии холодильные машины, или же установка вместо дросселя турбодетонатора, что серьезно усложняет конструкцию установки.Due to a decrease in the temperature of the gas flowing from the well, thermodynamic conditions are created in the heat exchanger to separate the liquid phase from the gas, which is taken in a separator. To prevent hydrate formation in the second stage of the heat exchanger, diethylene glycol (DEG) is introduced in front of the second heat exchanger, which is pumped through the nozzle. From the heat exchanger of the second stage, gas is supplied to the nozzle with the temperature necessary to ensure that, after throttling, its temperature is set in accordance with the quality requirements. The liquid (water, ethylene glycol, condensate) released from the gas at lower temperatures is separated from the gas in a separator, from where it enters the condensate collector. The purified and dried gas from the separator enters the annulus of the second stage of the heat exchanger and then into the gas collection manifold. (Ibid., P. 148 153)
The disadvantages of the low-temperature separation method include the structural complexity of the installation, insufficiently high drying quality indicators (dew point), and the use of aggressive and environmentally hazardous reagents. In addition, in the case when the reservoir energy supply becomes insufficient to obtain the necessary separation temperature due to gas throttling, refrigeration machines must be used on the bypass line, or the installation instead of a turbo detonator throttle, which seriously complicates the design of the installation.
Целью изобретения является повышение качества осушки и очистки газа, упрощение конструкции установки, уменьшение объема используемых в технологии химреагентов. The aim of the invention is to improve the quality of drying and purification of gas, simplifying the design of the installation, reducing the volume of chemicals used in the technology.
Поставленная цель достигается путем объединения в общую технологическую схему преимуществ массообменных (диффузных) абсорбция, тепловых (низкотемпературная сепарация) и гидродинамических (гравитационная сепарация) процессов. This goal is achieved by combining the advantages of mass transfer (diffuse) absorption, thermal (low temperature separation) and hydrodynamic (gravity separation) processes into a common technological scheme.
Компонентный состав газа, поступающего на установку из пласта содержит все три фазы: твердую, жидкую и газообразную. По удельному весу компоненты транспортируемых из пласта веществ: газ, жидкость, мехпримесь имеют значительный физический разброс. Разность удельных весов (плотностей) компонентуры открывает техническую возможность их гравитационной сепарации, в которой промежуточное положение займет жидкость, нижнее мехпримесь, верхнее газ. Принципиально возможно освобождение газа от твердой и части жидкой (капельной) фазы при его равномерном (ламинарном) пропускании под давлением через толстый (достаточно высокий) столб фильтрующей жидкости. При этом газ дренируется через слой жидкости в виде множества поднимающихся вверх мелких пузырьков. Мехпримесь, по удельному весу более тяжелая, чем фильтрующая жидкость, задерживается в слое, и образует в нижнем эшелоне фильтрующего столба зону гравитационного осаждения твердого компонента. Жидкая фаза, поступающая с потоком газа в столб фильтрующей жидкости, в зависимости от своего химического состава и термодинамического состояния частично переходит из паровой фазы в капельную, а затем частично растворяется, частично образует азеотропную (несмешивающиеся жидкости) смесь и затем расслаивается под действием гравитационного фактора, частично (меньшая паровая часть) уносится пузырьками газа через весь столб фильтрующей жидкости вверх и определяет потребность в дополнительных мерах по ее отделению. The component composition of the gas entering the installation from the reservoir contains all three phases: solid, liquid and gaseous. In terms of specific gravity, the components of substances transported from the formation: gas, liquid, mechanical impurity, have a significant physical dispersion. The difference in the specific weights (densities) of the component opens up the technical possibility of their gravitational separation, in which the intermediate position is occupied by the liquid, the lower mechanical impurity, and the upper gas. In principle, it is possible to release gas from the solid and part of the liquid (droplet) phase with its uniform (laminar) transmission under pressure through a thick (fairly high) column of filter fluid. In this case, the gas is drained through the liquid layer in the form of a plurality of small bubbles rising upward. The mechadmixture, by its specific gravity heavier than the filtering liquid, is retained in the layer and forms a zone of gravitational deposition of the solid component in the lower echelon of the filtering column. Depending on its chemical composition and thermodynamic state, the liquid phase entering the gas stream into the column of the filtering liquid partially passes from the vapor phase to the droplet phase, and then partially dissolves, partially forms an azeotropic (immiscible liquid) mixture and then delaminates under the influence of the gravitational factor, partially (a smaller vapor part) is carried away by gas bubbles through the entire column of filter fluid upward and determines the need for additional measures for its separation.
Эффективность способа гравитационной сепарации определяется таким образом следующими основными факторами: высотой столба фильтрующей жидкости (главное ), организацией рассредоточенного ламинарного истечения газа через весь объем столба в форме минимальных по размерам пузырьков, обеспечивающих максимум обменной суммарной поверхности контакта фаз, термодинамическими условиями, физической природой фильтрующей жидкости. The efficiency of the gravitational separation method is thus determined by the following main factors: the height of the column of filter fluid (main), the organization of the dispersed laminar flow of gas through the entire volume of the column in the form of bubbles that are minimal in size, ensuring a maximum exchange total contact surface of the phases, thermodynamic conditions, and the physical nature of the filter fluid .
При пропускании потока газа через столб фильтрующей жидкости, помимо описанного процесса гравитационной сепарации, в действительности в столбе параллельно идут и другие физико-химические процессы: диффузионные, механические, тепловые, собственно химические, прочие. При этом, в результате массообмена происходит сложное и непрерывное перемещение фаз. Образуются буферные зоны преимущественного расслоения фаз, отличающиеся друг от друга средней плотностью и вертикальной привязкой по высоте столба жидкости. When a gas stream is passed through a column of filtering liquid, in addition to the described process of gravitational separation, in fact, other physical and chemical processes are parallel to the column: diffusion, mechanical, thermal, actually chemical, and others. In this case, as a result of mass transfer, a complex and continuous movement of phases occurs. Buffer zones of predominant phase separation are formed, differing from each other in average density and vertical reference along the height of the liquid column.
Гравитационная сепарация газа через слой фильтрующей жидкости эффективный процесс, он обеспечивает полное отделение газа от частиц мехпримеси, но теоретически не позволяет добиться полного отделения потока газа от паров пластовых жидкостей. Часть паров все же не переходит в капельную фазу и покидает столб фильтрующей жидкости вместе с газом. Gravitational gas separation through a layer of filtering liquid is an efficient process, it provides complete separation of gas from particles of mechanical impurities, but theoretically does not allow to achieve complete separation of the gas stream from the vapor of formation fluids. Some of the vapors still do not go into the droplet phase and leave the column of filtering liquid with gas.
Для получения высокой степени осушки необходимо обеспечить дополнительный комплекс мер, составляющих второй этап (вторую ступень) предлагаемой технологической схемы подготовки газа. To obtain a high degree of drying, it is necessary to provide an additional set of measures that make up the second stage (second stage) of the proposed technological scheme for gas treatment.
Вторая ступень технологии, дополняет первую, в результате работы которой добиваются существенного отделения жидкой фазы и полного отделения твердой. The second stage of technology complements the first, as a result of which they achieve a significant separation of the liquid phase and complete separation of the solid.
Вторая ступень технологии представляет собой дальнейшее развитие и усовершенствование метода низкотемпературной сепарации. Метод основан на переходе паровой фазы в жидкую (капельную) при понижении температуры газа. При этом существует однозначная зависимость: чем более эффективно охлаждение, тем выше степень осушки. У существующих способов: (дросселирование, теплообмен через стенку) реальные перспективы улучшения качества осушки отсутствуют. Теплообмен через стенку ограничен теоретическим коэффициентом теплопередачи материалов. Эффективность снижения температуры при дросселировании газа, или его адиабатическом расширении в турбодетандерах лимитирована допустимым уровнем перепада давления. Обеспечить это требование без дополнительных затрат и усложнений технологии проблематично. Кроме приведенных недостатков обоих известных вариантов низкотемпературной сепарации, существует крайне нежелательное сопутствующее процессу сепарации явление усиленное гидратообразование. В практике известны множественные случаи разрушения элементов турбодетандеров и других устройств из-за обрастания их гидратной коркой. Для предотвращения нежелательных последствий гидратообразований идут на значительные усложнения технологии, обеспечивая ввод в поток сырого газа диэтиленгликоля, требующего собственной сложной технологии регенерации. The second stage of the technology is the further development and improvement of the low-temperature separation method. The method is based on the transition of the vapor phase to liquid (droplet) with a decrease in gas temperature. At the same time, there is an unambiguous dependence: the more efficient the cooling, the higher the degree of drying. The existing methods: (throttling, heat transfer through the wall) there are no real prospects for improving the quality of drying. Heat transfer through the wall is limited by the theoretical heat transfer coefficient of materials. The efficiency of temperature reduction during gas throttling, or its adiabatic expansion in turboexpander is limited by the permissible level of pressure drop. To provide this requirement without additional costs and complications of the technology is problematic. In addition to the above disadvantages of both known variants of low-temperature separation, there is an extremely undesirable phenomenon associated with the separation process enhanced hydrate formation. In practice, there are many cases of destruction of the elements of turboexpander and other devices due to their fouling with a hydrated crust. To prevent the undesirable consequences of hydrate formation, significant complications of the technology are made, providing the introduction of diethylene glycol into the raw gas stream, which requires its own complex regeneration technology.
Сущность предлагаемой технологии низкотемпературной сепарации позволяет добиться практически любой желаемой температуры точки росы, т.е. очень высокого качества осушки. Цель достигается путем организованного пропускания всего потока газа через слой (достаточной высоты столб) жидкости, температура которой искусственно поддерживается на очень низком (субкриогенном) уровне. Низкотемпературная сепарация газа через слой субкриогенной жидкости решает одновременно две технологические проблемы: проблему максимально интенсивного теплообмена (глубокого охлаждения) и, второе, проблему надежного отделения твердых включений (гидратов) от сепарируемого потока. Действительно, дезинтегрированный (микропузырьки) газовый поток, пронизывающий снизу вверх столб субкриогенной жидкости имеет максимально возможную поверхность контакта (теплообмена) с жидкой субкриогенной фазой. При оптимальной высоте столба времени миграции газа от низа до верха столба достаточно для совершения полного теплообмена. В верхней зоне столба наступает термодинамическое равновесие газообразной и жидкой фаз, температуру последней всегда можно принять заданной, т. е. назначаемой в соответствии с требованиями к качеству. Температура точки росы, таким образом, может достигать субкриогенных значений. При правильно организованном ламинарном истечении дезинтегрированного потока газа, образующиеся преимущественно в нижней зоне столба твердые включения - кристаллическая вода, гидратообразования, благодаря более высокому удельному весу, не способны подняться вверх и покинуть слой субкриогенной жидкости достаточной высоты вместе с исходящим потоком газа. Они удаляются из нижнего эшелона, и перерабатываются затем средствами традиционной технологии. The essence of the proposed low-temperature separation technology allows to achieve almost any desired dew point temperature, i.e. very high quality dehydration. The goal is achieved by organized transmission of the entire gas flow through a layer (of sufficient column height) of liquid, the temperature of which is artificially maintained at a very low (subcryogenic) level. Low-temperature gas separation through a layer of subcryogenic liquid simultaneously solves two technological problems: the problem of the most intense heat transfer (deep cooling) and, second, the problem of reliable separation of solid inclusions (hydrates) from the separated stream. Indeed, a disintegrated (microbubbles) gas stream penetrating from the bottom up the column of subcryogenic liquid has the maximum possible contact surface (heat exchange) with the liquid subcryogenic phase. At the optimum height of the column, the gas migration time from the bottom to the top of the column is sufficient for complete heat transfer. In the upper zone of the column, the thermodynamic equilibrium of the gaseous and liquid phases sets in, the temperature of the latter can always be assumed to be set, i.e. assigned in accordance with the quality requirements. The dew point temperature, therefore, can reach subcryogenic values. With a properly organized laminar outflow of a disintegrated gas stream, solid inclusions formed mainly in the lower zone of the column - crystalline water, hydrate formation, due to the higher specific gravity, are not able to rise up and leave a layer of subcryogenic liquid of sufficient height along with the outgoing gas stream. They are removed from the lower echelon, and then processed using traditional technology.
Таким образом, осуществляется двухстадийный процесс подготовки газа. Процесс производится в двух, последовательно установленных и обвязанных, устройствах колоннах. В качестве жидкости, заполняющей обе колонны, используется углеводородное сырье попутно добываемый конденсат, или близкое к нему по химсоставу вещество с достаточно низкой температурой застывания (например, керосин, лигроин, бензин и пр.) Использование конденсата выгодно по многим причинам: он дешев, легче воды, имеет достаточно низкую температуру застывания (-65oC и ниже). Но главное преимущество его в том, что в конденсате технологически проще всего отделить (растворить) большую часть спектра попутных пластовых жидкостей углеводородного происхождения (подобное растворяется в подобном). Т.е. решить простейшим способом задачу отделения одного из элементов компонентуры очищаемого газа. Использование в качестве основного химреагента технологии подготовки газа вещества, содержащегося в потоке самого газа, существенно упрощает целый блок технологических проблем подготовки газа, в том числе проблемы транспортного обеспечения установок, проблемы экологии, хранения и уничтожения вредных химреагентов.Thus, a two-stage gas preparation process is carried out. The process is performed in two, sequentially installed and tied, device columns. As a liquid filling both columns, hydrocarbon feedstock is used along with the condensate produced, or a substance close to it with a sufficiently low pour point (for example, kerosene, naphtha, gasoline, etc.). The use of condensate is beneficial for many reasons: it is cheaper, easier water, has a sufficiently low pour point (-65 o C and below). But its main advantage is that in the condensate it is technologically easiest to separate (dissolve) a large part of the spectrum of associated formation fluids of hydrocarbon origin (like dissolves in like). Those. solve in the simplest way the task of separating one of the components of the component gas to be purified. Using the technology of gas preparation of the substance contained in the gas stream as the main chemical reagent greatly simplifies the whole block of technological problems of gas preparation, including the problems of transportation facilities, environmental problems, storage and destruction of harmful chemicals.
Способ низкотемпературной сепарации газа путем пропускания всего потока через слой субкриогенной жидкости при предъявлении еще более жестких требований к качеству имеет неограниченные перспективы: конденсат может быть заменен во второй ступени на субкриогенные жидкости иной химической природы, позволяющие добиться сепарационного значения температуры точки росы до уровня критической температуры температуры перехода метана в жидкое состояние при заданном давлении. The method of low-temperature gas separation by passing the entire stream through a layer of subcryogenic liquid with even more stringent quality requirements has unlimited prospects: the condensate can be replaced in the second stage with subcryogenic liquids of a different chemical nature, which allow to achieve a dew point temperature separation to a critical temperature temperature transition of methane to a liquid state at a given pressure.
В целях уточнения и конкретизации раздела "Сущность изобретения" приводится изложение всех существенных признаков, характеризующих новизну и полезность предложенного комплексного технологического решения. In order to clarify and concretize the section "Summary of the invention" is an account of all the essential features characterizing the novelty and usefulness of the proposed integrated technological solutions.
Предлагаемый способ отличается тем, что сначала производят организованное пропускание всего потока газа через слой фильтрующей жидкости, обеспечивая гравитационное разделение компонентуры потока по признаку разной плотности, затем направляют частично подготовленный организационный поток газа через второй слой фильтрующей жидкости, находящейся в отличие от первого слоя в низкотемпературных (субкриогенных) условиях, которые непрерывно поддерживают путем организации работы холодильного устройства. Причем эффективность процесса низкотемпературной сепарации газа в слое субкриогенной фильтрующей жидкости усиливают путем обеспечения теплообмена между входящим и исходящим потоками низкотемпературной ступени сепарации, а удаление продуктов сепарации из гравитационной и низкотемпературной ступеней технологии обеспечивают благодаря автоматически работающим устройствам, отслеживающим предельные уровни накопления фильтратов на разных вертикальных эшелонах обоих слоев фильтрующих жидкостей. The proposed method is characterized in that at first an organized transmission of the entire gas flow through the filtering fluid layer is performed, providing gravitational separation of the flow components according to different densities, then a partially prepared organizational gas flow is directed through the second filtering fluid layer, which, unlike the first layer, is in low-temperature ( subcryogenic) conditions that are continuously maintained by organizing the operation of the refrigeration device. Moreover, the efficiency of the process of low-temperature gas separation in the layer of subcryogenic filter fluid is enhanced by providing heat exchange between the incoming and outgoing flows of the low-temperature separation stage, and the removal of separation products from the gravitational and low-temperature stages of the technology is ensured by automatically working devices that monitor the maximum levels of filtrate accumulation at different vertical levels of both layers of filtering liquids.
Обоим слоям фильтрующих жидкостей конструктивно задают значительную высоту. Причем, сепарируемый поток газа подают из нижнего в верхний эшелон каждого из обоих слоев фильтрующих жидкостей в дезинтегрированной до мелких пузырьков форме. Both layers of filter liquids are structurally assigned a significant height. Moreover, the separated gas stream is supplied from the lower to the upper echelon of each of both layers of filtering liquids in a form disintegrated to small bubbles.
В качестве фильтрующих жидкостей преимущественно используют конденсат флюидов углеводородного происхождения, свойственных для среднего состава газа данного конкретного месторождения, имеющих низкую температуру застывания. Condensate of hydrocarbonic fluids characteristic of the average gas composition of a given field having a low pour point is mainly used as filtering liquids.
Низкотемпературную сепарацию проводят при температурах -(30 120)oC. Причем субкриогенная жидкость может иметь иную, нежели углеводородную химическую природу.Low-temperature separation is carried out at temperatures of - (30 120) o C. Moreover, the subcryogenic liquid may be of a different nature than the hydrocarbon chemical.
Исходящий из низкотемпературной ступени сепарации газ подвергают последовательно затем центробежному сепарированию с целью отделения капель субкриогенной жидкости. Затем подвергают встречному теплообмену с потоком входящего в низкотемпературную ступень газа, после чего направляют очищенный газ потребителю. The gas emanating from the low-temperature stage of separation is then subsequently subjected to centrifugal separation in order to separate droplets of subcryogenic liquid. Then they are subjected to counter heat exchange with a stream of gas entering the low-temperature stage, after which the purified gas is sent to the consumer.
Удаление продуктов сепарации из различных вертикальных эшелонов толщи обоих фильтрующих жидкостей обеспечивают путем автоматического управления несколькими дренажными магистралями, запорные органы которых оборудуют приводом, связанным исполнительной связью с поплавковыми элементами, отслеживающими критические уровни накопления фильтратов. The removal of separation products from different vertical layers of the thickness of both filter liquids is ensured by automatic control of several drainage lines, the shut-off bodies of which are equipped with a drive connected by actuator connection with float elements that monitor critical levels of filtrate accumulation.
Сама технологическая схема конструктивно включает последовательно соединенные между собой магистралями: газосборный коллектор, гусак, колонну гравитационной сепарации, теплообменник, колонну низкотемпературной сепарации, центробежный сепаратор, выходной коллектор, а также сбросные магистрали, связанные через запорные органы с конденсато- и шламосборниками. The technological scheme itself constructively includes the following main lines: a gas collector, a gander, a gravity separation column, a heat exchanger, a low-temperature separation column, a centrifugal separator, an output collector, as well as discharge lines connected through condensate and sludge collectors through shut-off bodies.
Запорные органы сбросных магистралей имеют исполнительную автоматическую связь с размещенными внутри колонны поплавковыми элементами, а в нижнем эшелоне каждой колонны смонтировано устройство дезинтеграции газового потока - рукавная сетка. The locking bodies of the discharge lines have executive automatic communication with the float elements located inside the column, and a gas flow disintegration device, a hose mesh, is mounted in the lower echelon of each column.
Теплообменник, колонна низкотемпературной сепарации, сепаратор и связывающая эти устройства газовая магистраль снабжены надежной теплоизоляцией. The heat exchanger, the low-temperature separation column, the separator and the gas main connecting these devices are provided with reliable thermal insulation.
Предлагаемая технологическая схема также содержит запорные органы, приборы КИП и автоматики, предохранительные и сигнальные устройства, обеспечивающие ее нормальную безаварийную эксплуатацию с подачей интегральной информации на общий управляющий щит. The proposed technological scheme also contains locking elements, instrumentation and automation devices, safety and signaling devices, ensuring its normal trouble-free operation with the supply of integral information to a common control panel.
Перед началом процесса сепарации производит заливку жидкостью (преимущественно конденсатом) объемов обеих колонн. Затем обеспечивают предприточное заблаговременное охлаждение до нормы объема жидкости второй низкотемпературной ступени. После чего плавно обеспечивают начало притока газа через всю технологическую схему, изображенную на чертеже. Before starting the separation process, it pours a liquid (mainly condensate) of the volumes of both columns. Then provide enterprise-wide advance cooling to the norm of the liquid volume of the second low-temperature stage. Then smoothly provide the beginning of gas flow through the entire technological scheme shown in the drawing.
Пример. На чертеже изображена принципиальная технологическая схема установки комплексной подготовки газа, содержащая две ступени сепарации: гравитационную (1) и низкотемпературную (2). Каждая ступень представлена вертикальной сепарационной колонной, имеющей высоту в пределах 15 20 м. С газосборным коллектором (3) через гусак (4) внизу соединена гравитационная колонна (5). В нижней части цилиндрической колонны (5) смонтировано устройство дезинтегрирующее поток газа до мелких струй (пузырьков) рукавная сетка (6). В дно гравитационной колонны вмонтирована сбросная шламовая магистраль (7), соединенная с отстойником (8) через автоматически управляемую задвижку (9). Верхняя куполообразная часть гравитационной колонны снабжена магистралью (10), соединяющей обе (1, 2) ступени сепарации (обе колонны) между собой. Example. The drawing shows a schematic flow diagram of a complex gas treatment unit containing two stages of separation: gravity (1) and low temperature (2). Each stage is represented by a vertical separation column having a height within 15–20 m. A gravity column (5) is connected to the gas collector (3) through a gander (4) below. In the lower part of the cylindrical column (5), a device for disintegrating the gas flow to small jets (bubbles) of a hose mesh (6) is mounted. A discharge slurry line (7) is connected to the bottom of the gravity column, connected to the sump (8) through an automatically controlled valve (9). The upper domed part of the gravitational column is equipped with a main (10), connecting both (1, 2) separation stages (both columns) to each other.
Внутренний герметичный объем гравитационной колонны изначально примерно на 3/4 заполнен конденсатом. Верхний уровень конденсата регистрируется следящим автоматическим устройством (11) поплавкового типа. В средней части колонны расположен второй поплавковый следящий элемент (12), расчетная плавучесть которого обеспечивает его нахождение на грани раздела "конденсат-вода". (Т. е. поплавок (12) тяжелее конденсата, но легче воды). Его функция регистрация вертикального уровня границы раздела сред "конденсат
вода". В среднюю часть колонны вмонтирована магистраль сброса (13) излишков конденсата, соединенная через автоматически управляемую задвижку (14) с конденсатосборником (15)
Между первой и второй ступенями сепарации в технологическую схему потоков газа включен промежуточный теплообменник (16). Цель сокращение расхода энергии на привод устройств, поддерживающих субкриогенные термодинамические условия процесса низкотемпературной сепарации второй ступени. Входящий и исходящий потоки второй ступени находятся таким образом в термодинамической увязке. В теплообменнике (16) отсепарированный поток, исходящий от второй ступени сепарации, охлаждает поступающий на вход этой ступени газовый поток, идущий от колонны первой ступени. В свою очередь субкриогенный исходящий поток повышает свою температуру путем теплообмена с более высокотемпературным потоком газа, идущим от первой гравитационной ступени. Теплообменник (16) имеет типовое исполнение, это устройство, в объем которого интегрирована соединительная магистраль (10), снабженная элементами, развивающими ее поверхность контакта (теплообмена) со встречным субкриогенным потоком, движущимся противотоком. Встречное (не параллельное) движение газовых потоков интенсифицирует теплообмен, уменьшает габариты теплообменника. Причем, соединительная магистраль (10) внутри теплообменника дифференцируется (дробится) на множество более мелких магистралей, которые затем на выходе суммируются в общий поток. Цель получение максимального показателя теплообмена. Теплообменник выполнен в виде герметичного протяженного сосуда цилиндрической формы, снабжен внешней теплоизоляцией и устанавливается на фундаменте (раме в горизонтальном, или предпочтительно вертикальном положении).The internal sealed volume of the gravity column is initially approximately 3/4 filled with condensate. The upper level of condensate is registered by the float type tracking automatic device (11). In the middle part of the column there is a second float tracking element (12), the calculated buoyancy of which ensures that it is located on the condensate-water interface. (I.e., the float (12) is heavier than condensate, but lighter than water). Its function is the registration of the vertical level of the interface “condensate”
water ". In the middle part of the column is mounted a discharge line (13) of excess condensate, connected through an automatically controlled valve (14) to a condensate collector (15)
Between the first and second stages of separation, an intermediate heat exchanger (16) is included in the technological scheme of gas flows. The goal is to reduce energy consumption for the drive of devices supporting the subcryogenic thermodynamic conditions of the low-temperature separation of the second stage. The incoming and outgoing flows of the second stage are thus in a thermodynamic relationship. In the heat exchanger (16), the separated stream coming from the second separation stage cools the gas stream entering the input of this stage, coming from the column of the first stage. In turn, a subcryogenic effluent increases its temperature by heat exchange with a higher-temperature gas flow coming from the first gravitational stage. The heat exchanger (16) has a typical design, this device, into the volume of which the connecting line (10) is integrated, equipped with elements that develop its contact surface (heat exchange) with an oncoming subcryogenic flow, moving countercurrent. Oncoming (not parallel) movement of gas flows intensifies heat transfer, reduces the dimensions of the heat exchanger. Moreover, the connecting line (10) inside the heat exchanger is differentiated (crushed) into many smaller lines, which are then summed at the output into a common stream. The goal is to obtain the maximum heat transfer rate. The heat exchanger is made in the form of a sealed elongated vessel of cylindrical shape, is equipped with external thermal insulation and is installed on the foundation (frame in a horizontal, or preferably vertical position).
Следующий элемент колонна (17) ступени низкотемпературной сепарации. Нижняя часть колонны снабжена устройством дезинтеграции газового потока - рукавной сеткой (6), с которой связан вход соединительной магистрали (10). Колонна на 3/4 высоты заполнена конденсатом (или веществом его заменяющим), верхний уровень которого отслеживается поплавковым элементом (11). В днище колонны вмонтирована дренажная магистраль (18), связанная с отстойником (19) через автоматически управляемую задвижку (20). В верхнюю куполообразную (сферическую) часть колонны (17) вмонтирована теплоизолированная магистраль (21) выхода субкриогенно очищенного газа, связанная через теплоизоляционный центробежный сепаратор (22) конденсата, теплообменник (16) и автоматическую задвижку (23) с линейной частью (24) магистрального газопровода (или дожимной компрессорной станцией). The next element is the column (17) of the low-temperature separation stage. The lower part of the column is equipped with a device for the disintegration of the gas stream - a hose net (6), to which the input of the connecting line (10) is connected. The column at 3/4 height is filled with condensate (or a substitute substance), the upper level of which is monitored by the float element (11). A drain line (18) is mounted in the bottom of the column, connected to the sump (19) through an automatically controlled valve (20). In the upper domed (spherical) part of the column (17), a heat-insulated line (21) for the exit of sub-cryogenic purified gas is connected, connected through a heat-insulating centrifugal separator (22) of condensate, a heat exchanger (16) and an automatic valve (23) with a linear part (24) of the main gas pipeline (or booster compressor station).
Центробежный сепаратор конденсата (или иной субкриогенной жидкости) выполнен по традиционной для технологии подготовки газа схеме и устанавливается перед входом низкотемпературного потока газа в теплообменник (16). Цель отделить от газового потока капельную фазу субкриогенной жидкости. The centrifugal condensate separator (or other subcryogenic liquid) is made according to the scheme traditional for gas preparation technology and is installed before the low-temperature gas stream enters the heat exchanger (16). The goal is to separate the drip phase of the subcryogenic liquid from the gas stream.
В верхней части колонны субкриогенной сепарации смонтирован теплообменник (25), погруженный в верхний эшелон субкриогенной жидкости (конденсат, пр. ). Он связан двумя магистралями с холодопроизводительной установкой (холодильником) (26), устанавливаемой вне колонны на общем фундаменте. Движущийся по магистралям хладоагент (фреон, аммиак, др.) охлаждает верхний эшелон субкриогенной жидкости, а он в свою очередь путем массо- и теплообмена весь нижележащий объем жидкости, содержащейся в колонне второй ступени. A heat exchanger (25) is mounted in the upper part of the subcryogenic separation column immersed in the upper echelon of the subcryogenic liquid (condensate, etc.). It is connected by two lines with a refrigeration unit (refrigerator) (26), installed outside the column on a common foundation. The refrigerant moving along the mains (freon, ammonia, etc.) cools the upper echelon of the subcryogenic liquid, and it, in turn, mass and heat exchange the entire underlying volume of the liquid contained in the column of the second stage.
Колонна второй ступени надежно теплоизолирована от окружающего воздуха и содержит в верхней части магистраль (27) сброса плавучего шлама из верхнего эшелона субкриогенной жидкости. Магистраль (27) связана со шламосборником (8) через задвижку (28), управляемую сервомеханизмом и реле времени. The column of the second stage is reliably insulated from ambient air and contains in the upper part of the line (27) discharge of floating sludge from the upper echelon of subcryogenic liquid. The line (27) is connected to the sludge collector (8) through a valve (28) controlled by a servo mechanism and a time relay.
Обе колонны (гравитационная и низкотемпературная) и смежные аппараты содержат набор контрольно-измерительных приборов, средств автоматики, запорной, регулирующей, предохранительной и иной газовой арматуры используемой в традиционной технологии подготовки газа. Кроме этого, технологическая схема дополняется средствами, обеспечивающими безопасность работы установки, исходя из экологических, противопожарных, взрывобезопасных и иных технологических требований (на схеме для простоты не обозначено). Both columns (gravity and low temperature) and adjacent apparatuses contain a set of instrumentation, automation, shut-off, control, safety and other gas fittings used in traditional gas preparation technology. In addition, the technological scheme is supplemented by means ensuring the safety of the installation, based on environmental, fire, explosion-proof and other technological requirements (it is not indicated on the scheme for simplicity).
В зависимости от суммарного дебета подключенных скважин предлагаемая технологическая схема может быть рационально тиражирована на группу однотипных технологических блоков, в которых процесс протекает параллельно. Управление и контроль за параметрами работы установки сконцентрированы на общем щите. Depending on the total debit of connected wells, the proposed technological scheme can be rationally replicated to a group of similar technological units in which the process runs in parallel. Management and control of the installation parameters are concentrated on a common panel.
Описание способа технологической подготовки газа по предлагаемой схеме в плане физико-химических особенностей изложено в разделе "Сущность изобретения". Процесс проводится последовательно в два этапа. 1) Гравитационный. 2) Низкотемпературный (субкриогенный). Протекание процесса в каждой из колонн (1, 2) в принципе носит смешанный характер. Так, в гравитационной колонне помимо гравитационной сепарации параллельно идет не резко выраженный процесс низкотемпературной сепарации. Часть паров пластовых жидкостей переходит в капельную фазу вследствие теплообмена с жидкостью колонны первой ступени и увеличения объема пузырьков по мере их подъема вверх (уменьшения величины гидростатического давления столба жидкости). При этом вновь образовавшаяся капельная фаза и капельная фаза, уже присутствовавшая в потоке, мигрирует под действием силы тяжести в нижнюю зону пузырька и затем интегрируется с жидкостью колонны первой ступени. При этом капельная фаза компонентов углеводородного происхождения растворяется в среде конденсата, капельная фаза воды мигрирует постепенно в нижний эшелон колонны и там образует буферную (смешанную) зону "конденсат-вода". В самой нижней части колонны концентрируется шламо-водяная взвесь, содержащая мехпримесь. A description of the method of technological preparation of gas according to the proposed scheme in terms of physico-chemical features is set out in the section "Summary of the invention". The process is carried out sequentially in two stages. 1) Gravity. 2) Low temperature (subcryogenic). The process in each of the columns (1, 2), in principle, is mixed. So, in a gravitational column, in addition to gravitational separation, a non-pronounced process of low-temperature separation is simultaneously running. Part of the reservoir fluid vapors goes into the droplet phase due to heat exchange with the liquid of the first stage column and an increase in the volume of bubbles as they rise up (decrease in the hydrostatic pressure of the liquid column). In this case, the newly formed drop phase and the drop phase, already present in the flow, migrate under the action of gravity into the lower zone of the bubble and then integrate with the liquid of the first stage column. In this case, the droplet phase of components of hydrocarbon origin is dissolved in the condensate medium, the droplet phase of water migrates gradually to the lower echelon of the column and there forms a buffer (mixed) condensate-water zone. At the very bottom of the column, a sludge-water suspension containing a mechanical impurity is concentrated.
Второй этап сепарации низкотемпературный, также носит смешанный характер. Преимущественный процесс низкотемпературная сепарация, сопровождается процессом гравитационного осаждения, т.е. конденсирующаяся из паровой жидкая фаза претерпевает процесс гравитационного разделения в каждом элементе (пузырьке) дезинтегрированного газового потока. Выделяющиеся в процессе сепарации кристаллогидраты также подвержены действию гравитационного фактора в среде субкриогенной жидкости они постепенно мигрируют вниз и скапливаются в нижнем эшелоне колонны. The second stage of separation is low temperature, also has a mixed character. The predominant low-temperature separation process is accompanied by the process of gravitational deposition, i.e. the liquid phase condensing from the vapor undergoes the process of gravitational separation in each element (bubble) of the disintegrated gas stream. Crystalline hydrates released during the separation process are also subject to the action of the gravitational factor in a subcryogenic liquid medium; they gradually migrate downward and accumulate in the lower echelon of the column.
Процесс интеграции капельной фазы в основной объем субкриогенной жидкости носит сложный физический характер, связанный с факторами химического средства жидкостей, перепадом давлений, интенсивностью теплообменного процесса, интенсивностью расхода газа через объем колонны, геометрическими параметрами колонны и пр. т.е. фактически процесс сукриогенной сепарации значительно сложнее, чем в описанной здесь в основных контурах схеме. Кроме описанных факторов действуют механические, концентрационные, массообменные, химические и иные реальные причины. The process of integrating the droplet phase into the bulk of the subcryogenic liquid is of a complex physical nature, associated with factors of the chemical means of the liquids, pressure drop, the intensity of the heat exchange process, the rate of gas flow through the column volume, the geometric parameters of the column, etc., i.e. in fact, the process of sucriogenic separation is much more complicated than in the scheme described here in the main contours. In addition to the factors described, mechanical, concentration, mass transfer, chemical, and other real causes also apply.
Однако, важнейшим фактором остается температура субкриогенной жидкости, которая в предлагаемой схеме может широко варьироваться, вплоть до замены рода жидкости, не загустевающей при температуре жидкого метана. Конструктивные особенности схемы реально позволяют это сделать. Вторым важнейшим фактором, определяющим качество осушки газа является высота колонны, задающая время миграции потока от низа до верха колонны. Время миграции определяет полноту теплообмена. Таким образом, первый и второй факторы взаимозависимы: увеличение высоты колонны позволяет проводить процесс при меньших отрицательных температурах, и наоборот, уменьшение высоты колонны ужесточает требования к нижнему пределу температур. В связи с большими различиями в химсоставе природного газа различных месторождений, конкретные параметры второй ступени привести затруднительно. Однако, представляется оптимальными высота колонны в пределах 15 20 м, и температура жидкости в пределах -(40 50)oC. Средства для сепарации иных газовых включений (азот, углекислый газ, сероводород, пр. ), представленных в средних составах некоторых месторождений, могут быть исполнены по традиционным схемам и дополнять предлагаемую.However, the most important factor remains the temperature of the subcryogenic liquid, which in the proposed scheme can vary widely, up to replacing the kind of liquid that does not thicken at the temperature of liquid methane. The design features of the circuit really allow this to be done. The second most important factor determining the quality of gas dehydration is the height of the column, which sets the time of flow migration from the bottom to the top of the column. The migration time determines the completeness of heat transfer. Thus, the first and second factors are interdependent: an increase in the height of the column allows the process to be carried out at lower negative temperatures, and vice versa, a decrease in the height of the column toughens the requirements for the lower temperature limit. Due to large differences in the chemical composition of natural gas of different fields, it is difficult to give specific parameters of the second stage. However, it seems optimal column height within 15 20 m, and the temperature of the liquid in the range - (40 50) o C. Means for the separation of other gas inclusions (nitrogen, carbon dioxide, hydrogen sulfide, etc.), presented in the average composition of some fields, can be performed according to traditional schemes and complement the proposed one.
Конкретно технологическая схема, представленная на чертеже, функционирует следующим образом: неочищенный газ от газосборного коллектора (3) через гусак (4) направляется через рукавную сетку (6) в объем гравитационной колонны (5) первой ступени. Пройдя весь объем конденсата, газ через соединительную магистраль (10) направляется в теплообменник (16). При этом в объеме конденсата, как описывалось ранее, отфильтровываются мехпримесь, капельная и значительная часть паровой фазы, перешедшей в капельную. Постоянный приток газа в колонну, идущий сепарционный процесс, вызывают накопление в объеме колонны жидкого и твердого фильтратов (продуктов сепарации). При этом верхний уровень конденсата растет. Одновременно растет объем отсепарированной пластовой воды и объем мехпримеси, т.е. все три основных компонента увеличивают свою удельную долю в объеме колонны. Доли выносимых из продуктивных коллекторов пластовых жидкостей существенно изменяются в процессе эксплуатации месторождений, кроме этого для каждого месторождения состав пластовых компонентов строго индивидуален. Поэтому процесс аккумулирования в колонне отдельных объемов компонентов сепарации есть процесс нестационарный, меняющийся со временем. Нестационарность процесса аккумулирования определяет потребность в разделении процесса удаления (дренажа) конденсатной и углеводородной магистралей. Затем с началом подачи газа идет накопление продуктов сепарации, при этом как описано ранее углеводородные компоненты растворяются в конденсате, в нижнем эшелоне колонны идет рост по высоте зоны водно-шламовой взвеси. Объем водно-шламовой взвеси достигает уровня, отслеживаемого своим (нижним) поплавком, через некоторый промежуток времени Δt В течение этого накопительного (латентного) периода из верхнего эшелона колонны идет преимущественный сброс конденсато-углеводородной компонентуры в алгоритме, заданном условиями регулировки (верхний, нижний пределы) поплавка верхнего уровня. Затем, по достижению заданного уровня x водно-шламовой взвеси, технология входит в штатный режим, т.е. идет сепарация и дренаж уже по двум сбросным магистралям. Specifically, the process diagram shown in the drawing operates as follows: the raw gas from the gas collection manifold (3) is sent through the gusset (4) through a hose net (6) to the volume of the first stage gravity column (5). Having passed the entire volume of condensate, the gas through the connecting line (10) is sent to the heat exchanger (16). In this case, in the volume of the condensate, as described earlier, the mechanical impurity, the droplet and a significant part of the vapor phase that has passed into the droplet, are filtered out. A constant flow of gas into the column, which is undergoing a separation process, causes accumulation of liquid and solid filtrates (separation products) in the column volume. In this case, the upper level of condensate increases. At the same time, the volume of separated formation water and the volume of mechanical impurities, i.e. all three main components increase their specific share in the column volume. The fractions of formation fluids carried out from productive reservoirs significantly change during the operation of fields, in addition, for each field, the composition of formation components is strictly individual. Therefore, the process of accumulation in the column of individual volumes of separation components is a non-stationary process that changes over time. The non-stationary nature of the accumulation process determines the need for separation of the process of removal (drainage) of condensate and hydrocarbon pipelines. Then, with the beginning of the gas supply, the accumulation of separation products takes place, while, as previously described, the hydrocarbon components dissolve in the condensate, and in the lower echelon of the column, the height of the zone of water-slurry suspension increases. The volume of water-slurry suspension reaches the level monitored by its (lower) float, after a certain period of time Δt During this accumulative (latent) period, the condensate-hydrocarbon component is predominantly discharged from the upper echelon of the column in the algorithm specified by the adjustment conditions (upper, lower limits ) top level float. Then, upon reaching the given level x of water-slurry suspension, the technology enters the normal mode, i.e. separation and drainage are already underway on two discharge lines.
Существенный элемент технологии гравитационной очистки и осушки газа - назначаемая высота расположения нижнего (водно-шламового) поплавка X, определяющая оптимальные результаты массообмена. Для различного среднего состава газа различных месторождений этот параметр назначается индивидуально опытно-расчетным путем. Причем, главный оценочный показатель основан на приоритете, задаваемом химическим средством. Известно, что подобное лучше растворяется в подобном. Если имеется фонд сильно обводненных скважин и доля выносимой пластовой воды велика, то необходимо увеличить высоту X. Более высокий столб водно-шламовой рецептуры увеличит время течения тепло-массообменного процесса в водной фазе колонны, позволит добиться более полного отделения именно того элемента рецептуры, который является превалирующим в данном среднем составе газа. Если предлагаемая схема работает на газо-конденсатном продуктивном пласте с большим содержанием флюидов углеводородов, необходимо уменьшить высоту "X" нижнего поплавка, соответственно увеличив высоту конденсатного эшелона. На сильно обводненном газо-конденсатном месторождении необходимо выбирать паллиативное решение относительно размещения поплавка в средней зоне, одновременно решив вопрос максимального увеличения высоты колонны в целом. An essential element of the technology of gravitational cleaning and gas drying is the assigned height of the bottom (water-slurry) float X, which determines the optimal mass transfer results. For different average gas composition of different fields, this parameter is assigned individually by experimental calculation. Moreover, the main assessment indicator is based on the priority given by the chemical agent. It is known that like dissolves better in like. If there is a fund of heavily flooded wells and the proportion of produced formation water is large, then you need to increase the height X. A higher column of the water-slurry formulation will increase the flow time of the heat-mass transfer process in the aqueous phase of the column, and will allow for more complete separation of exactly that formulation element that is prevailing in a given average gas composition. If the proposed scheme works on a gas-condensate reservoir with a high content of hydrocarbon fluids, it is necessary to reduce the height "X" of the lower float, respectively increasing the height of the condensate level. In a heavily watered gas condensate field, it is necessary to choose a palliative decision regarding the placement of the float in the middle zone, while solving the issue of maximizing the height of the column as a whole.
Поступившие в шламосборник (8) и конденсатосборник (15) отдельные продукты сепарации утилизируются средствами традиционной технологии, не являющимися предметом настоящего изобретения. The individual separation products received in the sludge collector (8) and the condensate collector (15) are disposed of using conventional technology that is not the subject of the present invention.
Характерная особенность технологии в период запуска объем колонны на 3/4 заполнен только конденсатом. Заполнение производят до начала процесса подготовки газа путем закачки из постороннего резервуара через одну из двух сбросных независимых индивидуальных магистралей. Фактически в колонне существует две характерные границы раздела фаз:
1) верхняя: "конденсат-газ"
2) срединная: "конденсат-вода"
Вертикальные миграции этих двух границ существенно различны по времени и зависят от конкретного состава и расхода потока газа. Поэтому каждая граница отслеживается индивидуальным поплавковым элементом (11 и 12), имеющим электрическую, электромеханическую, механическую или иную автоматическую связь с задвижками (9, 14), обеспечивающими автоматическое открытие (сброс) излишков через магистрали (7, 13) в шламо- и конденсатосборник. При достижении поплавком (11) максимального положения по вертикали происходит замыкание (или размыкание) в зависимости от исполнения электрических контактов. Командный сигнал подается на автоматически управляемую задвижку и вызывает миграцию запорного элемента (клапана) задвижки. Например, при помощи электромагнитного реле обеспечивается сброс конкретной фазы. После понижения уровня фазы, поплавок, опустившись, выдает на задвижку команду обратного знака задвижка запирается.A characteristic feature of the technology during the start-up period is 3/4 column volume filled only with condensate. Filling is carried out before the start of the gas preparation process by injection from an external tank through one of two separate independent individual lines. In fact, there are two characteristic phase boundaries in the column:
1) top: condensate gas
2) median: "condensate-water"
The vertical migrations of these two boundaries are significantly different in time and depend on the specific composition and flow rate of the gas stream. Therefore, each boundary is monitored by an individual float element (11 and 12), which has electrical, electromechanical, mechanical or other automatic communication with valves (9, 14) that automatically open (discharge) the excess through lines (7, 13) into the sludge and condensate collector . When the float (11) reaches its maximum vertical position, closure (or opening) occurs, depending on the design of the electrical contacts. The command signal is supplied to the automatically controlled valve and causes the migration of the locking element (valve) of the valve. For example, using an electromagnetic relay, a specific phase is reset. After lowering the phase level, the float, having lowered, issues the reverse sign command to the valve, the valve is locked.
Весь процесс, протекающий в колонне первой ступени, помимо поплавковой автоматики отслеживается по температуре, давлению, расходу, химсоставу и иным параметрам, устройствами контрольно-измерительных приборов (КИП) по схемам, известным в традиционной технологии с подачей интегральной информации на общий щит (пульт) (на схеме не обозначено). The entire process taking place in the first-stage column, in addition to float control, is monitored by temperature, pressure, flow, chemical composition and other parameters, devices of control and measuring devices (CIP) according to the schemes known in traditional technology with the supply of integral information to a common shield (remote control) (not indicated on the diagram).
Перед вторым этапом предлагаемой технологии низкотемпературной сепарацией, очищенный от мехпримеси, капельной и большей части паровой фазы газ поступает в теплообменник (16). Отдав свою тепловую энергию исходящему из второй ступени субкриогенноосушенному потоку, газ первой ступени на выходе из теплообменника (16) приобретает более низкую температуру, зависящую от К. П. Д. и размеров работающего теплообменника. При движении газа на пути от первой до второй ступени через теплообменник происходит частичная конденсация паров фазы и уменьшение объема газа вследствие его охлаждения. Затем газ, пройдя устройство дезинтеграции рукавную сетку (6), направляется в виде множества мелких пузырьков в вертикальный дрейф от низа до верха колонны, заполненной на 3/4 конденсатом (или веществом его заменяющим). Здесь в толще субкриогенно охлажденного конденсатата происходят физико-химические процессы, природа которых описана ранее. Эффективность работы ступени низкотемпературной сепарации обеспечивается постоянным притоком хладоагента (фреон, аммиак и др.) в теплообменник (25) второй ступени, постоянно погруженный в субкриогенную жидкость в районе верхнего эшелона. Теплообменник (25) связан с холодопроизводительной установкой (26) двумя теплоизолированными магистралями. Before the second stage of the proposed technology, low-temperature separation, purified from mechanical impurities, droplets and most of the vapor phase, gas enters the heat exchanger (16). Having given its thermal energy to a subcryogenically dried stream coming from the second stage, the gas of the first stage at the outlet of the heat exchanger (16) acquires a lower temperature, which depends on the KPD and the dimensions of the working heat exchanger. When the gas moves on the way from the first to the second stage through the heat exchanger, partial condensation of phase vapor occurs and a decrease in the volume of gas due to its cooling. Then, the gas, having passed through the hose mesh disintegration device (6), is sent in the form of many small bubbles into a vertical drift from the bottom to the top of the column filled with 3/4 condensate (or a substance replacing it). Here, in the thickness of the subcryogenic chilled condensate, physicochemical processes occur, the nature of which has been described previously. The efficiency of the low-temperature separation stage is ensured by a constant influx of refrigerant (freon, ammonia, etc.) into the heat exchanger (25) of the second stage, constantly immersed in a subcryogenic liquid in the upper echelon region. The heat exchanger (25) is connected to the refrigeration unit (26) by two heat-insulated lines.
Колонна второй ступени оборудована поплавком (11) верхнего уровня жидкости, сбросной магистралью (18) с автоматически управляемой задвижкой (20) шламосборника, средствами КИП и автоматики, которые функционируют аналогично, подобно тем процессам, которые изложены при описании работы первой ступени. The column of the second stage is equipped with a float (11) for the upper liquid level, a discharge line (18) with an automatically controlled gate valve (20) of the sludge collector, instrumentation and automation tools that function similarly, similar to those processes described in the description of the operation of the first stage.
В верхнем эшелоне субкриогенной жидкости могут при определенных термодинамических условиях и составах газов скапливаться (всплывать) кристаллогидраты и иные твердые и низкие включения различного химсостава. Для их удаления предназначена верхняя сбросная магистраль (27), оборудованная автоматической задвижкой (28), управляемая от реле времени. Сброс инородных включений (легче конденсата) из верхнего эшелона производится автоматически через интервалы времени, увязанные с расходом газа и среднестатистическим объемом накопления за расчетный период времени. Через одну из двух (верхнюю, нижнюю) сбросных магистралей производится первичная закачка колонны второй ступени конденсатом перед началом ее работы, а затем предприточное его охлаждение. Under certain thermodynamic conditions and gas compositions, crystalline hydrates and other solid and low inclusions of different chemical composition can accumulate (float) in the upper echelon of a subcryogenic liquid. To remove them, the upper discharge line (27) is equipped, equipped with an automatic shutter (28), controlled by a time relay. Foreign inclusions (lighter than condensate) are discharged from the upper echelon automatically at time intervals linked to the gas flow rate and the average accumulation volume over the estimated time period. Through one of the two (upper, lower) discharge lines, the second stage column is first pumped with condensate before it starts to work, and then it is pre-vented cooled.
После начала притока газа во вторую ступень сепарации процесс выпадения кристаллической воды и кристаллогидратов подчиняется законам, диктуемым диаграммой фазовых состояний газ-гидрат. Однако, наряду с процессом сепарации капельной и твердой фаз в толще субкриогенной жидкости, существует процесс выноса частиц объема субкриогенной жидкости в самом верхнем ее эшелоне на границе раздела фаз жидкость-газ. Это процесс поверхностный часть субкриогенной жидкости механически отделяется (несмотря на спокойный, рассредоточенно-ламинарный характер вертикальной миграции пузырьков) от зеркала поверхности и уносится из колонны вместе с потоком газа. В целях утилизации этой весьма небольшой доли на теплоизолированной магистрали (21) между колонной второй ступени и теплообменником функционирует теплоизолированный центробежный отделительный сепаратор, выделяющий частички субкриогенной жидкости из основного потока газа. Сброс этой отсепарированной жидкости производится в конденсатосборник (15). Пройдя сепаратор, газ направляется в теплообменник (16), где повышает свою температуру и, подготовленный таким образом, поступает окончательно в линейную часть магистрального газопровода или на ДКС (дожимную компрессорную станцию). After the start of the gas influx into the second separation stage, the process of precipitation of crystalline water and crystalline hydrates obeys the laws dictated by the phase diagram of the gas hydrate state. However, along with the process of separation of the droplet and solid phases in the thickness of the subcryogenic liquid, there is a process of removal of particles of the volume of the subcryogenic liquid in its highest echelon at the liquid-gas interface. This process is the surface part of the subcryogenic fluid is mechanically separated (despite the calm, dispersed-laminar nature of the vertical migration of bubbles) from the surface mirror and carried away from the column along with the gas stream. In order to dispose of this very small fraction on the heat-insulated line (21) between the second-stage column and the heat exchanger, a heat-insulated centrifugal separation separator functions to separate particles of subcryogenic liquid from the main gas stream. This separated liquid is discharged to a condensate collector (15). Having passed the separator, the gas is directed to the heat exchanger (16), where it raises its temperature and, thus prepared, goes finally to the linear part of the main gas pipeline or to the booster compressor station (booster compressor station).
Функционирование предложенной схемы подготовки газа обеспечивается кранами (29), предназначенными для нормальной эксплуатации установки и ее отключения в аварийных ситуациях. Кроме этого, функционирование поддерживается устройствами, обеспечивающими взрыво- и пожаробезопасность, экологическую безопасность, приборами КИП и автоматики управления процессами. В особо сложных случаях большие расходы газа, многокомпонентный, агрессивный состав, предлагаемая технологическая схема может быть развита комплексом дополнительных технологий, в том числе технологий регенерации фильтрующих жидкостей. В оптимальном варианте двухступенчатая схема подготовки газа выглядит как блоки из нескольких параллельно функционирующих двухступенчатых модулей, решающих общую технологическую задачу индивидуально. (Принцип тиражирования). Предлагаемая технологическая схема хорошо адаптируется к существующим и работающим на промыслах схемам. Кроме этого, отдельные двухступенчатые модули данной технологии можно монтировать непосредственно на аномально работающем фонде скважин (например, обводненных). При этом, обеспечив минимум автоматики, можно применять как модуль двухступенчатой, так и одноступенчатой (только гравитационной) подготовки. В северных районах рационально дублировать часть магистралей технологии (сбросных) теплоспутниками. Скважинное размещение модулей может быть энергетически обеспечено путем использования гидравлического напора газа для привода турбины и электрогенератора малых размеров. The functioning of the proposed gas treatment scheme is provided by valves (29) designed for the normal operation of the installation and its shutdown in emergency situations. In addition, the operation is supported by devices providing explosion and fire safety, environmental safety, instrumentation and process control automation. In particularly difficult cases, high gas consumption, multicomponent, aggressive composition, the proposed technological scheme can be developed by a set of additional technologies, including filter fluid regeneration technologies. In the best case scenario, a two-stage gas treatment scheme looks like blocks of several parallel-functioning two-stage modules that solve a common technological task individually. (The principle of replication). The proposed technological scheme is well adapted to existing and working schemes in the fields. In addition, individual two-stage modules of this technology can be mounted directly on an abnormally working well stock (for example, flooded). At the same time, providing a minimum of automation, you can use both a two-stage module and a single-stage (only gravitational) preparation. In the northern regions, it is rational to duplicate part of the technology highways (waste) with heat satellites. The downhole placement of the modules can be energetically ensured by using a hydraulic gas pressure to drive a turbine and a small generator.
Технико-экономическое обоснование. Feasibility study.
Предлагаемое комплексное техническое решение позволит:
1. Повысить качество очистки и осушки газа.The proposed comprehensive technical solution will allow:
1. Improve the quality of gas cleaning and drying.
2. Упростить конструкцию и удешевить строительство установок подготовки газа. 2. Simplify the design and reduce the cost of construction of gas treatment plants.
3. Сократить использование химреагентов. 3. Reduce the use of chemicals.
4. Решить вопрос скважинной (устьевой) подготовки газа для отдельных аномально работающих скважин. 4. Solve the issue of downhole (wellhead) gas treatment for individual abnormally working wells.
5. Повысить в связи с этим надежность работы части шлейфов. 5. In this regard, increase the reliability of part of the loops.
Названные преимущества главные, в числе многих других, в том числе транспортные позволят ускорить и удешевить развитие газодобывающего и газотраспортного комплекса страны. The named advantages are the main ones, among many others, including transport ones, which will speed up and reduce the cost of development of the country's gas production and gas transmission complex.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4615931 RU2091431C1 (en) | 1988-08-29 | 1988-08-29 | Method and installation for preparing gas for transport |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4615931 RU2091431C1 (en) | 1988-08-29 | 1988-08-29 | Method and installation for preparing gas for transport |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2091431C1 true RU2091431C1 (en) | 1997-09-27 |
Family
ID=21413261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4615931 RU2091431C1 (en) | 1988-08-29 | 1988-08-29 | Method and installation for preparing gas for transport |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2091431C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2633766C2 (en) * | 2012-08-09 | 2017-10-18 | Линде Акциенгезелльшафт | Method and device to detect moving objects in gas flow during cryogenic separation of gas |
-
1988
- 1988-08-29 RU SU4615931 patent/RU2091431C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Басниев К.С. Добыча и транспорт газа и газового конденсата. -М.: Недра, 1985, с. 150 - 151. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2633766C2 (en) * | 2012-08-09 | 2017-10-18 | Линде Акциенгезелльшафт | Method and device to detect moving objects in gas flow during cryogenic separation of gas |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6991722B2 (en) | Hydrate desalination for water purification | |
| AU2001287128A1 (en) | Improved hydrate desalination for water purification | |
| US6830682B2 (en) | Controlled cooling of input water by dissociation of hydrate in an artificially pressurized assisted desalination fractionation apparatus | |
| CN201484944U (en) | Automatic oil outlet and drain system | |
| CN102741170A (en) | Systems and methods for concentrating waste water fluids | |
| US2747002A (en) | Well fluid separators and methods for separating well fluids | |
| EA006001B1 (en) | Process and device for production of lng by removal of freezable solids | |
| US20220402777A1 (en) | Apparatus, Method, and System to Remove Contaminates from Contaminated Fluids | |
| CN102531261B (en) | Liquefied natural gas (LNG) cold energy-driving seawater desalination device and method with double functions of vaporization and freezing | |
| CN101792193A (en) | Device and method for desalting seawater by using cold energy of liquefied natural gas | |
| RU2091431C1 (en) | Method and installation for preparing gas for transport | |
| US6565715B1 (en) | Land-based desalination using buoyant hydrate | |
| US2728406A (en) | Low temperature separation processes and units | |
| US3012629A (en) | Methods and means for low temperature separation | |
| CN108467743A (en) | A kind of petroleum vapor recovery lime set is collected and conveying device and its method | |
| US3690116A (en) | Freezing process with a low pressure ice-making and a high pressure ice-melting operation | |
| CN104567442B (en) | Afterheat refrigerating system for slag flushing water of blast furnace | |
| CN107697970A (en) | The switching of refrigerating medium unit drives multigroup icing desalination pond | |
| CN208748026U (en) | A kind of petroleum vapor recovery lime set is collected and conveying device | |
| CN208022967U (en) | A kind of natural gas lyophilization device | |
| CN108559559B (en) | Natural gas freeze dehydration device | |
| RU75461U1 (en) | HYDROCARBON GAS PREPARATION INSTALLATION BY LOW-TEMPERATURE SEPARATION | |
| CN1329483C (en) | Refrigerating oil absorption method | |
| CN110207369A (en) | A kind of heat pump energy-saving system recycling sewerage heat energy | |
| CN211946591U (en) | Oil separation tank and boiler return water recycling system |