книги / Основы газоснабжения

вой характеризует жидкую фазу, над правой — газовую фазу, а зона между ветвями — парожидкостную смесь газа. Линии по­ стоянных температур (изотермы) обозначены цифрами —30, —20, —10, 0 °С и т. д., причем изотерма, проходящая через точку критического состояния, соответствует критической температуре, выше которой газ никаким давлением не может быть превращен

Рис. II.3. Диаграмма состояния и-бутана.

в жидкость. Линии постоянных удельных объемов жидкости, насыщенного и перегретого пара (изохоры) обозначены буквой у, а буквой х — линии постоянной сухости пара. Линии постоянной энтропии (адиабаты), обозначенные буквой s, характеризуют тепловую энергию газа. При расчете процессов на диаграмму наносятся вспомогательные линии.

П р и м е р 9. Определить плотность паров бутана при нормальных условиях (760 мм рт. ст. и О9 С).

Решение. По рис. II.3 определяем, что точка пересечения изобары Рабе3 ■*= 1 кгс/сма с изотермой t = 0°- С находится в зоне перегретого пара и

31

Г л а в а I I I

Г а з о в ы е п р о м ы с л ы и м а г и с т р а л ь н ы е г а з о п р о в о д ы

§ III. 1. Схема сбора и транспорта газа

Рассмотрим схему транспорта газа от скважины до городапотребителя (рис. III.1). Газ из скважин 1 по газопроводам 2 поступает на газосборный пункт 3. Здесь замеряется количество газа, поступившего от каждой скважины, и в сепараторах про­ изводится грубая очистка его от механических примесей и влаги. Далее по шлейфу 4 газ через обратный клапан поступает в газо­ сборный промысловый коллектор 5, который в зависимости от расположения скважин на промысле может быть линейным, коль­ цевым или лучевым. На головных сооружениях 6 газ тщательно осушают и очищают от вредных, балластных и механических при­ месей. Здесь же в него вводят одорант для придания запаха. После такой подготовки газ направляется в магистральный газо­ провод 7. Для преодоления сил трения и местных сопротивлений в трубопроводе и поддержания в нем давления на заданном уровне на трассе газопровода через каждые 100—150 км сооружаются компрессорные станции (КС) 8.

Особо ответственными участками магистрального газопровода являются узлы переходов через железные дороги, реки, овраги и другие препятствия. Один из таких узлов — двухниточный пере­ ход 11 через реку — показан на схеме. К магистральному газо­ проводу могут быть подключены ответвления от головных сооружений других близко расположенных промыслов. Передача газа из магистрального газопровода в городские газовые сети 10 осуществляется через газораспределительные станции (ГРС) 9. Для выравнивания неравномерности потребления газа городами и населенными пунктами вблизи больших городов желательно иметь запас газа в хранилищах.

На рис. III .2 показана схема подземного и наземного оборудо­ вания скважины. Подземная часть состоит из оборудования забоя,

33

ствола скважины и опущенных в него фонтанных труб. Наземная часть размещена на устье скважины и представляет собой обвязку этого устья комплектом фонтанной запорной арматуры, обеспе­ чивающей возможность отбора газа из скважины и осуществле­ ния контроля за режимом ее эксплуатации.

Современная техника бурения позволяет бурить скважины на глубины до 15 км. Пластовые давления в газоносных горизонтах зависят от глубины их залегания и колеблются от нескольких десятков до нескольких сотен килограмм-силы на квадратный сантиметр. Неодинаков состав газа различных залежей, и тем более неодинаковы структуры пород, в которых бурятся сква­ жины, а поэтому и конструкции скважин различны.

В представленной на рис. II 1.2 простейшей схеме скважины показана обсадная колонна 3, предохраняющая ствол скважины от обвалов породы и проникновения пластовой воды. В глубоких скважинах обсадная колонна имеет телескопическое строение из труб двух-трех диаметров. Зазор между породой и наружными стенками обсадных труб, особенно на стыковке труб разного диаметра, уплотнен цементным раствором. Низ обсадной колонны опирается на цементный башмак 1.

Оборудование забоя скважины зависит от характера пород, из которых сложена призабойная зона продуктивного пласта. Если она сложена из крепких пород, то нижняя часть колонны обсад­ ных труб с пробуренным башмаком размещается под кровлей про­ дуктивного пласта и газ поступает в скважину через открытый забой обсадной колонны. Если же призабойная зона состоит из неустойчивых рыхлых пород, то обсадная колонна пропускается через всю толщу продуктивного пласта и для доступа Газа в сква­ жину нижняя часть обсадной колонны перфорируется пулевым электроперфоратором.

При движении газа с забоя к устью скважины с большими ско­ ростями основная эксплуатационная колонна обсадных труб вслед­ ствие выноса механических примесей может подвергнуться эрози­ онному (а при содержании в газе сероводорода и коррозионному)

34

35

Очистка газа о т механических примесей — капель влаги, кон­ денсата, частиц породы, окалины осуществляется в сепарато­ рах объемного или циклонного типов (рис. I II .3).

В сепараторе объемного типа изменяется направление и умень­ шается скорость движения газа. В результате более тяжелые взвешенные частицы примесей осаждаются и периодически проду­ ваются из сепаратора за счет давления газа.

В сепараторах циклонного типа газ через входной патрубок тангенциально поступает в циклон, где приобретает вращатель­ ное движение и направляется вниз по винтовой линии к вершине

Рис. II 1.3. Схемы сепараторов объемного (а) и циклонного (б) типов.

1 — удаление пыли; 2 — выход газа; з — вход газа; 4 — циклон; 5 — бункер.

конуса в виде нисходящего вихря. За счет скорости вращения потока газа в центре циклона создается пониженное статическое давление. Взвешенные частицы примесей, как более тяжелые, отжимаются на периферию, к стенкам циклона, и под действием силы тяжести движутся вниз, в бункер. За счет разрежения в цен­ тральной части циклона вращающиеся слои очищенного газа ме­ няют направление и движутся в виде восходящего потока к вы­ ходному патрубку циклона. Частицы пыли и жидкости, ско­ пившиеся в бункере, периодически удаляются. При небольших размерах циклонные сепараторы весьма производительны и обес­ печивают лучшую очистку газа, чем объемные.

Осушка газа перед подачей в магистральный газопровод необ­ ходима прежде всего потому, что при определенных температурах и повышенных давлениях в газопроводе пары воды могут образо­ вать с углеводородами кристаллогидратные соединения, внешне напоминающие снег, а в уплотненном виде — лед, способные

37

закупорить газопровод. Осушка газа также предотвращает вну­ треннюю коррозию газопровода и установленной на нем арма­ туры.

Осуществляется осушка следующими способами: адсорбцион­ ным при помощи твердых поглотителей, абсорбционным с исполь­ зованием жидких поглотителей и физическими методами за счет вымораживания влаги из газа или применением низкотемпера­ турной сепарации газа.

В качестве твердых поглотителей используют активированную окись алюминия, боксит, силикагель и др. Газ, проходя в адсорберной емкости через слой такого поглотителя, оставляет в его порах влагу и осушается. Последующей просушкой сорбента горячим газом с температурой 180—200° С влага из него уда­ ляется.

Из жидких поглотителей влаги используются диэтиленгликоль (С4Н 10О3) и триэтиленгликоль (СвН 140 2). При контактировании встречных потоков газа и гликоля в абсорберной колонне по­ следний поглощает водяные пары, осушая газ. При нагреве сор­ бента влага из него удаляется. Применением этиленгликолей до­ стигается понижение точки росы на 25—45° С.

Эффективным физическим способом осушки газа является низ­

ходит дросселирующее устройство, где температура его пони­ жается до отрицательных значений, и поступает в сепаратор. За счет снижения температуры из газа выделяется конденсат паров

ществляться применением сухих и твердых поглотителей. Распро­ странена очистка щелочными растворами этаноламинов, которые при взаимодействии с сероводородом и углекислым газом образуют нестойкие соединения. Реакции моноэтаноламина с сероводоро­ дом и водного раствора моноэтаноламина с углекислым газом про­ текают по следующим уравнениям:

2 (C2H eO)NH2+ t t 2S ^ [(C2H 60)NH3]2S;

2(C2H 60)NH2+ Н 20 + C02^ [ ( C 2H60)NH3]2C03.

Обе реакции обратимы, так как при температурах 20—40° С они идут слева направо с поглощением H 2S и С 0 2, а при повыше­ нии температуры до 105° С и более — справа налево, т. е. про­ исходит регенерация этаноламина.

По схеме очистки газа этаноламинами (рис. III .4) неочищенный газ проходит через абсорбер 1 снизу вверх, контактирует с встреч­ ным потоком этаноламина, освобождается от сероводорода и углекислого газа и через верх абсорбера уходит в газопровод очищенного газа. Продукты химического соединения этанол­

38

амина с примесями (ЭСУ) насосом 4 перемещаются через тепло­ обменник 5 в отгонную колонну (десорбер) 6, где они за счет подключенного к колонне кипятильника 7 нагреваются до темпе­ ратуры более 105° С. При повышении температуры в растворе ЭСУ протекает обратная реакция с регенерацией этаноламина (Э) и выделением примесей (СУ). Смесь паров СУ с некоторым количе­ ством паров Э охлаждается в конденсаторе в и в сепараторе 9 разделяется на удаляемые газы СУ и конденсат этаноламина К , возвращаемый насосом 10 в десорбер. Регенерированный раствор Э

Рис. III.4. Технологическая схема очистки газа от сероводорода и угле­ кислого газа раствором этаноламина.

1 —абсорбер; 2 —холодильник; 3, 4, 10 —насосы; 5 —теплообменник; в — отгонная колонна; 7 —кипятильник; 8 —конденсатор; 9 —сепаратор.

Гн —гае неочищенный; ГО —газ очищенный; 9СУ — соединение этаноламина с серо­ водородом и углекислым газом; 9 —этаноламин; К —конденсат; СУ — сероводород

и углекислый газ.

проходит две ступени охлаждения — в теплообменнике 5 и хо­ лодильнике 2 — и насосом 3 подается в абсорбер для повторения цикла.

рода газ не имеет запаха, необходимого для обнаружения уте­ чек. Поэтому в газ, как упоминалось выше, вводят одорант. Обычно применяемый для этой цели этилмеркаптан (C2H5SH) пред­ ставляет собой прозрачную, легко испаряющуюся жидкость с рез­ ким характерным запахом. Помимо этилмеркаптана в качестве одоранта могут быть применены каптан, тетрагидротиофен, пентал арм и др. Одоризация может осуществляться на головных со­ оружениях магистрального газопровода, но чаще газ одорируют на ГРС, применяя для этой цели одоризационные установки ка­ пельного, барботажного и инжекторного типов.

Универсальный автоматический одоризатор УОГ-I разработан ВНИПИгаздобычей (Саратов) и изготовляется Щекинским заводом

39

РТО. Принцип работы одоризатора заключается в следующем. Ответвленный от основного газопровода поток газа, создаваемый в результате перепада давления на диафрагме, проходит через инжекторный дозатор 5 (рис. III .5). Одорант поступает в зону разрежения дозатора и, увлекаемый ответвленным потоком газа, вводится в основной газопровод в количестве, пропорциональ-

лируемая емкость; 5 — дозатор; в —поплавковая камера; 7 — фильтр одоранта; 8 —замерная емкость; 9 — расходная емкость; ю —подземная емкость для хранения одоранта.

ном перепаду давления на диафрагме, т. е. расходу газа. Таким образом, принцип инжектирования обеспечивает ввод одоранта в количестве, строго пропорциональном расходу газа. Удельный расход одоранта устанавливается с помощью регулируемой емко­ сти 4, реле времени 2 и клапана 5, связанных с дозатором 5* Технические данные одоризатора УОГ-I приведены ниже.

40