УСТАНОВКА ДЛЯ ОСУШКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 1998 года по МПК B01D53/26 

Предполагаемое изобретение относится к газодобывающей отрасли, но может быть использовано и в других отраслях, связанных с абсорбционной осушкой газов.

Добыча газа и его подготовка к транспортированию предполагают его безусловную осушку в связи с тем, что сырой газ образует плотные гидраты, отлагающиеся на стенках трубопроводов, что приводит к увеличению шероховатости стенок труб, уменьшению их природного сечения, или полному прекращению прохода газа по трубе.

Надежность и энергоемкость установки осушки газа сказывается на себестоимости газа.

При низком качестве осушки газа, а следовательно, при загидрачивании трубопроводов резко возрастают затраты на транспортировку газа по трубе.

Возрастание сопротивления току газа приводит к увеличению энергетических нагрузок на перекачивающих компрессорных станциях.

Известны установки для осушки газа.

Установка [1] содержит тарельчатый абсорбер с подводящим и отводящим трубопроводами газа, установку регенерации абсорбента, связанную с абсорбером трубопроводами, подводящим регенерированный абсорбент и отводящим насыщенный влагой абсорбент.

В обвязке трубопроводов абсорбента установлен гидроприводный насос с распределительным устройством, электроприводной насос, расположенный в подводящем к поршневому насосу трубопроводе регенерированного абсорбента, двухпозиционный запорный клапан на байпасе отводящего трубопровода насыщенного абсорбента. Двухпозиционный запорный клапан связан через позиционный регулятор с сигнализаторами предельного уровня насыщенного абсорбента в абсорбере, установленными в выносных камерах. Подводящий трубопровод регенерированного абсорбента сообщен через распределительное устройство с надпоршневыми камерами, а отводящий трубопровод насыщенного абсорбента с подпоршневыми камерами гидронасоса.

Такая установка обладает тем недостатком, что переключающее устройство работает на больших перепадах давлений (до 8,5 МПа), а выходящий из абсорбера абсорбент содержит значительное количество выносимых из эксплуатационных скважин песчаных частиц (до 20 г на 1 литр абсорбента). Большие перепады давления и наличие песка в газе приводит к быстрому кавитационному и абразивному износу переключающего устройства, что снижает надежность работы установки.

Выносные буйковые камеры для контроля предельного уровня жидкости в верхней своей части, при понижении температуры загидрачиваются, что нарушает работу буйкового уровнемера и в конечном счете снижают надежность работы установки.

Установка [2] содержит несколько параллельно работающих абсорберов с системой трубопроводов для подвода регенерированного абсорбента и сброса насыщенного абсорбента. В трубопроводах подачи абсорбента установлены клапаны, регулирующие количество подаваемого абсорбента и устройства контроля расхода.

В трубопроводах сброса установлены регулирующие клапаны, управляемые датчиком уровня насыщенного абсорбента. Уровень насыщенного абсорбента в абсорбере поддерживается постоянным, путем дросселирования потока абсорбента на запорном органе регулирующего клапана. Сбрасываемый абсорбент поступает в емкость разгазирования, откуда насосами подается на установку регенерации.

На установке регенерации из насыщенного абсорбента выпаривается влага и абсорбент очищается от твердых включений.

Установка обладает теми недостатками, что дросселирование потока абсорбента на запорном органе происходит на большом перепаде давлений. Давление газа в абсорбере до 9,0 МПа, а давление насыщенного абсорбента в выветривателе (0,2-0,3) МПа. Рабочая среда, насыщенный абсорбент содержат абразивные частицы - песок различных фракций (до 20 на 1 л абсорбента), приносимые газом из продуктивного пласта.

Запорный орган регулирующего клапана при таких условиях подвергается абразивному и кавитационному размыву. Стойкость запорного органа из наиболее прочных материалов в реальных условиях составляет от нескольких дней до нескольких месяцев.

Размытый запорный орган клапана не способен поддерживать уровень абсорбента, выполняющего роль гидрозатвора в абсорбере. Это может привести к прорыву газа в выветриватель и создать аварийную ситуацию. С целью предотвращения прорыва газа в трубопроводе перед регулирующим клапаном устанавливают отсечной клапан.

Установка [3] - прототип содержит насколько (8-16) параллельно работающих абсорберов. Влажный газ проходит через абсорбер снизу вверх, взаимодействуя с движущимся сверху вниз раствором диэтиленгликоля, подаваемого насосом из емкости, газ отдает влагу.

В качестве абсорберов применяются тарельчатые массообменные аппараты.

Осушенный природный газ из всех установок поступает в промысловый газосборный коллектор.

Насыщенный влагой диэтиленгликоль с растворенным в нем газом и твердыми частицами под высоким давлением подается в емкость разгазирования - выветриватель. Выделившийся в результате снижения давления газ отводится в газопровод собственных нужд промысла, а насыщенный раствор диэтиленгликоля насосом подается на установку регенерации.

Твердые частицы оседают в нижней части выветривателя, отстойнике, и периодически сбрасываются и утилизируются.

В установке регенерации из нагретого насыщенного диэтиленгликоля выпаривается влага. Регенерированный диэтиленгликоль собирается в емкость для дальнейшей подачи в абсорбер.

К недостаткам такой установки относятся:
1. Низкая надежность работы установки вследствие работы клапанов системы сброса насыщенного диэтиленгликоля в условиях большого перепада давления на запорном органе до 8,5 МПа, наличие в рабочей среде, диэтиленгликоле абразивных частиц различных фракций (песка до 20 г на 1 л). Это приводит к быстрому размыву запорного органа вследствие абразивной и кавитационной эрозии седла и клапана. Стойкость запорного органа составляет от нескольких дней до нескольких месяцев.

- система сброса диэтиленгликоля имеет большую номенклатуру приборов и исполнительных устройств, работающих последовательно, что также снижает надежность;
- буйковая камера датчика уровня является "тупиковой", находится вне потока абсорбента - тупике и может загидрачиваться при понижении температуры.

Большое количество приборов и исполнительных устройств повышает энергоемкость установки.

Целью данного изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, а техническим результатом - повышение надежности и снижение энергоемкости установки.

Технический результат по надежности достигается за счет уменьшения количества приборов и исполнительных устройств, повышения стойкости запорных органов регулирующих устройств вследствие изменения условий их работы (уменьшается перепад давления на них с 8,5 МПа до 0,3 - 1,0 МПа), что позволяет использовать на клапане запорного органа резину вместо стали, исключается вероятность загидрачивания буйковых камер, так как сбросная камера становится проточной и вся возможная влага будет поглощаться потоком ДЭГа.

Технический результат по энергоемкости за счет исключения приборов и устройств,требующих для работы сжатый воздух и электроэнергию.

Это достигается за счет того, что система сброса насыщенного абсорбента содержит на каждом абсорбере сбросную камеру, выполненную в виде вертикального цилиндра, камера соединена с абсорбером двумя трубопроводами: жидкостным с переливной кромкой в камере, обеспечивающей постоянный уровень абсорбента в абсорбере, и газовым над уровнем абсорбента, нижняя часть камеры соединена трубопроводом с коллектором, в трубопроводе установлен запорный орган регуляторов уровня абсорбента в сбросной камере. Клапан запорного органа соединен штоком с мембранным чувствительным регулируемым элементом, размещенным в корпусе и делящим его на две полости: нижнюю, подмембранную, сообщающуюся с нижней частью камеры и воспринимающую давление столба абсорбента в камере, и верхнюю, надмембранную, соединенную трубопроводом с верней частью камеры.

В целом для всей установки в коллекторе насыщенного абсорбента перед выветривателем установлен регулирующий клапан, один на всю установку, дросселирующий поток насыщенного абсорбента и управляемый регулятором по давлению в коллекторе, контролируемому датчиком давления в коллекторе. Задание на регулятор давления задается таким, что давление в коллекторе поддерживается на (0,3 - 1) МПа ниже давления газа в абсорбере.

Технический результат по повышению надежности в варианте исполнения фиг. 3 достигается тем, что надмембранная полость регулятора соединена импульсным трубопроводом с объемом абсорбента до переливной кромки и постоянно заполнена насыщенным абсорбентом с постоянным уровнем, а давление столба жидкости НДЭГа компенсируется пружиной.

Более подробно сущность изобретения будет описана ниже: на фиг. 1 представлен схематичный чертеж установки осушки газа; на фиг. 2 - узел сброса абсорбента в коллектор; на фиг. 3 - вариант исполнения узла сброса абсорбера в коллектор.

Установка по фиг. 1 содержит 8-12 аппаратов осушки газа абсорберов 1 (на фиг. 1 показано 2 абсорбера). Каждый абсорбер 1 содержит 4-6 массообменных тарелок 2 и одну глухую нижнюю 3, снабженную патрубком 4, верхний срез которого выше входа в абсорбер 1 трубопровода 5.

Абсорбер 1 посредством двух трубопроводов, верхнего газового 6 и нижнего жидкостного 5, над глухой тарелкой соединены со сбросными камерами 7 . Жидкостный трубопровод 5 внутри сбросной камеры 7 имеет переливную кромку 8 (см. фиг. 2). Сбросная камера в нижней части соединена трубопроводом 9 со сбросным коллектором 10 насыщенного абсорбента, НДЭГа, установки.

В трубопроводе 9 установлен запорный орган 11 регулятора уровня жидкости 12 в сбросной камере 7. Клапан 13 регулятора 12 соединен штоком 13 с чувствительным элементом - мембраной 14. Нижняя подмембранная полость 15 регулятора 12 сообщается с нижней частью сбросной камеры 7.

Верхняя надмембранная полость 16 регулятора 12 импульсным трубопроводом 17 соединена с верхней частью сбросной камеры 7.

Мембрана регулятора уравновешивается пружинами 18.

В варианте 2 (фиг. 3) надмембранная полость 16 регулятора 12 соединена импульсным трубопроводом 19 с полостью переливной кромки 8 в сбросной камере 7.

Сбросной коллектор НДЭГа 10 установки фиг. 1 соединен трубопроводом 20 через выветриватель 21 с установкой регенерации насыщенного абсорбента (НДЭГа) 22.

В трубопроводе 20 до выветривателя 21 установлены последовательно отсечной клапан 23 и регулирующий клапан 24 (один на всю установку).

Управляющий вход регулирующего клапана 24 соединен с регулятором 25, вход которого соединен с датчиком давления 26 в коллекторе сброса 10.

Установка регенерации соединена трубопроводом 27 с емкостью 28, а емкость 28 через плунжерные насосы высокого давления 29 - с коллектором регенерированного абсорбента (РДЭГа) 30. Коллектор через регулирующие и измерительные устройства (на схема не показаны) соединен трубопроводами 31 подачи РДЭГа с каждым аппаратом.

Работает установка следующим образом.

Регенерированный абсорбент, диэтиленгликоль (РДЭГа) концентрацией 98,7 - 99,3% с помощью плунжерных насосов высокого давления 29 подается в коллектор РДЭГа 30, фиг. 1.

Из коллектора РДЭГ через регуляторы и измерители расхода подается на верхнюю массообменную тарелку 2 абсорбера 1. Последовательно заполняя тарелки, абсорбер контактирует с движущимся снизу вверх газом и отбирает от него влагу.

Насыщенный влагой абсорбент собирается на нижней глухой тарелке 3 и содержит уже до 20 г/л твердых частиц - песка, отданного газом, вынесенным из продуктивного газоносного горизонта.

С нижней тарелки 3 по трубопроводу 5 и через переливную кромку 8 (фиг. 2) стекает в сбросную камеру 7 (фиг. 1). Переливная кромка 8 в камере обеспечивает постоянный уровень НДЭГа на нижней тарелке 3 абсорбера 1.

Из сбросной камеры через регулятор уровня 12 (фиг. 2) РДЭГ сбрасывается в коллектор 10.

В сбросном коллекторе посредством регулирующего клапана 24, регулятора 25 и датчика 26 поддерживается давление на (0,3 - 1,0) МПа меньше давления газа в абсорберах.

Регулятор уровня прямого действия 12 (фиг. 2) дросселирует поток сбрасываемого из абсорбера РДЭГа на запорном органе 11 при давлении (0,3 - 1,0) МПа, поддерживая уровень в сбросной камере в пределах, исключающих, с одной стороны, прорыв газа из камеры в коллектор, и другой - исключая переполнение камеры выше передней кромки. Пружины 18 регулятора настраиваются таким образом, что при понижении уровня до допустимой величины равновесие давления и усилие пружин нарушаются и мембрана 14 перемещает клапан 13 запорного органа 11 на закрытие, уменьшая проход органа. При повышении уровня в камере возрастает сила давления столба жидкости на мембрану 14 в подмембранной полости 15 и при превышении ее над силой пружин 18 перемещает клапан 13 запорного органа 11 в сторону увеличения прохода.

Надмембранная полость 16 регулятора при этом сообщается через импульсный трубопровод 17 с газовой полостью камеры, где давление газа равно давлению газа в абсорбере.

Таким образом мембрана 14 воспринимает только силу от давления столба жидкости в камере. Работа узла сброса НДЭГа по варианту 2 (см. фиг. 3) происходит следующим образом.

При соединении импульсным трубопроводом надмембранной полости с полостью переливной кромки 8 трубопроводом 19 (фиг. 3) надмембранная полость 16 будет заполнена жидкостью с постоянной величиной столба.

Усилие давления жидкости на мембрану со стороны надмембранной полости компенсируется пружиной. В связи с тем, что импульсный трубопровод заполнен НДЭГом полностью, исключается его загидрачивание.

Давление в коллекторе 10 (фиг. 1) обеспечивается путем дросселирования НДЭГа на запорном органе регулирующего клапана 24 по сигналу от регулятора 25, соединенного с датчиком давления в коллекторе 26.

Через коллектор 26 НДЭГ поступает в выветриватель 21, где под давлением (0,2- 0,3) МПа он разгазируется и отстаивается от твердых включений.

Из выветривателя 21 разгазированный НДЭГ насосами подается на установку регенерации 22, где НДЭГ нагревается и под вакуумом регенерируется, выпаривается влага.

Регенерированный абсорбент (РДЭГ) по трубопроводу 27 поступает в емкость 28. Из емкости 28 насосами высокого давления 29 РДЭГ подается в коллектор 30, откуда по трубопроводам 31 через регуляторы и измерители вновь подается в абсорбер. Цикл работы окончен. Далее все повторяется сначала.

Из описанной работы установки видно, что технический результат достигается.

Промышленная применимость предполагаемого изобретения очевидна.

В настоящее время на установку разработана конструкторская документация и изготовлен ее опытный образец для промышленного опробывания на Ямбургском газовом промысле.

Экономическая эффективность от ее использования по сравнению с серийными установками может быть получена:
1. За счет уменьшения количества комплектующих изделий - в 1,5 раза и повышения надежности работы установки;
2. Снижение трудоемкости по обслуживанию и ремонту ;
3. Повышение качества осушки газа;
4. Снижение удельного расхода абсорбента за счет повышения надежности работы абсорбера и снижения энергоемкости установки в целом.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. А.С.СССР N 1386260 от 15 октября 1986 г. B 01 D авторы: Бырко В.Я. и др.

2. Кн. : "Автоматическое управление газопромысловыми объектами." - М.: Недра, 1976. Авт. Тараненко Б.Ф. и др., стр. 129, рис 46.

3. Там же, стр. 114, рис. 43 - прототип.

Изобретение относится к газодобывающей отрасли и адсорбционной осушке природного газа. Установка содержит абсорберы, систему нагнетания и регулирования количества подаваемого регенерированного абсорбента, систему сброса насыщенного абсорбента, содержащую на каждом абсорбере буйковые камеры с измерителями уровня, регулятор, регулирующий клапан, коллектор, емкость разгазирования, установку регенерации, нагнетательные насосы, причем система сброса насыщенного абсорбента содержит сбросную камеру с регуляторами уровня абсорбента. Камера соединена с абсорбером двумя трубопроводами, один из которых жидкостный с переливной кромкой в камере, обеспечивающей постоянный уровень абсорбента в абсорбере. В коллекторе до емкости разгазирования установлен регулирующий клапан и датчик давления, обеспечивающие давление в коллекторе на 0,3 - 1,0 МПа меньше давления газа в абсорберах. В узле сброса надмембранная полость регулятора уровня соединена импульсным трубопроводом с объемом насыщенного абсорбента до переливной кромки. Использование изобретения повышает надежность и снижает энергоемкость установки. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Установка для осушки природного газа, содержащая адсорберы, систему нагнетания и регулирования количества подаваемого регенерированного абсорбента, систему сброса насыщенного абсорбента, содержащую на каждом абсорбере буйковые камеры с измерителями уровня, регулятор, регулирующий клапан, отсекающий клапан, общий на установку коллектор, емкость разгазирования, установку регенерации абсорбента, группу нагнетательных насосов, отличающаяся тем, что система сброса насыщенного абсорбента содержит на каждом абсорбере сбросную камеру, выполненную в виде вертикального цилиндра, камера соединена с абсорбером двумя трубопроводами: жидкостным с переливной кромкой в камере, обеспечивающей постоянный уровень абсорбента в абсорбере, и газовым над уровнем абсорбента, нижняя часть камеры соединена трубопроводом с коллектором, в трубопроводе установлен запорный орган регулятора уровня абсорбента, клапан запорного органа соединен штоком с мембранным чувствительным регулируемым элементом, размещенным в корпусе и делящим его на две полости: нижнюю, подмембранную, сообщающуюся с нижней часть камеры и воспринимающую давление столба абсорбента в камере, и верхнюю, надмембранную, соединенную трубопроводом с верхней частью камеры. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что коллектор системы сброса насыщенного абсорбента содержит регулирующий клапан, регулятор, датчик давления в коллекторе, функционально обеспечивающие давление в коллекторе на 0,3 - 1,0 МПа ниже давления газа в абсорбере и сброс абсорбента в выветриватель, аварийный клапан-отсекатель. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что верхняя полость регулятора соединена трубопроводом с объемом насыщенного абсорбента до переливной кромки.