СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА ПРИ ПОДГОТОВКЕ К ТРАНСПОРТУ Российский патент 2003 года по МПК F25J3/08 

Изобретение относится к газонефтяной промышленности и может быть использовано в процессах промысловой и заводской обработки углеводородного газа, в частности при охлаждении сырого углеводородного газа после дожимных компрессоров перед последующей осушкой и подготовкой к транспорту.

Известно, что чем ниже температура сырого углеводородного газа после дожимного компрессора, тем ниже эксплуатационные затраты в процессе осушки и подготовки газа к транспорту и выше качество товарного углеводородного газа.

Известен способ охлаждения сырого углеводородного газа после дожимных компрессоров (см. Гриценко А.И. и др. Сбор и промысловая подготовка газа на Северных месторождениях России. - М.: ОАО Издательство "Недра", 1999, с. 318-320), включающий подачу теплого газа в распределительную камеру аппарата воздушного охлаждения (АВО), затем в пучок горизонтально расположенных теплообменных труб, после чего в сборную камеру и далее на осушку в процессе подготовки к транспорту. Холодильный агент в виде потока холодного атмосферного воздуха подается вентилятором поперек пучка теплообменных труб. Чем ниже температура охлажденного газа, тем ниже эксплуатационные затраты на последующую осушку и подготовку к транспорту.

Однако в этих аппаратах при охлаждении газа ниже температуры гидратообразования образуются кристаллогидраты. Появившиеся в теплообменных трубках (ТТ) зародыши гидратов закрепляются (примерзают) на внутренних стенках ТТ в зоне минимальных температур. Процесс отложения гидратов на внутренней стенке ТТ приводит к уменьшению проходного сечения трубки и, соответственно, к снижению расхода охлаждаемого газа через трубку. Снижение расхода приводит к ускорению охлаждения газа и активизации процесса гидратообразования. Таким образом, процесс идет с ускорением и приводит к полному перекрытию внутреннего сечения ТТ, выходу ее из строя и разрушению. Скорость и глубина охлаждения углеводородного газа зависит от колебаний температуры атмосферного воздуха. Учитывая фактор неравномерности теплопередачи в АВО, описанный процесс появления кристаллогидратов может происходить на фоне средней температуры выхода газа из АВО выше температуры начала гидратообразования. Из вышеизложенного следует, что:
1. Не полностью используются технические возможности АВО по охлаждению газа.

2. Среднюю температуру охлажденного газа после АВО приходится держать выше температуры начала гидратообразования.

Известен способ регулирования температуры охлажденного сырого газа в АВО по температуре стенки ТТ (см. Давлетов Г.М. и др. Методика теплового расчета аппаратов воздушного охлаждения при ограничениях по минимально допустимой температуре внутренней поверхности трубы. //НТС. Сер. "Природный газ в качестве моторного топлива. Подготовка, переработка и использование газа". ИРЦ Газпром. 1997, 9-10, с.39-45). Однако этот способ использует усредненные показатели и не ориентирован на неравномерность теплопередачи и неравномерность распределения потоков газа по трубному пучку.

Из известных способов охлаждения углеводородного газа в АВО наиболее близким к заявленному является способ, предложенный в работе Струнин B.C. и др. Потери в АВО газа на КС. "Газовая промышленность", 9, 1992, с.21-23. Этот способ включает охлаждение газа в АВО с несколькими рядами теплообменных трубок с входным и выходным коллекторами, циркуляцию жидкости со специальными моющими средствами через теплообменные трубки аппарата воздушного охлаждения и промежуточную буферную атмосферную емкость в период ревизии аппарата. Задача, которая решается этим способом, заключается в очистке внутренней поверхности теплообменных трубок от различных примесей с целью улучшения теплообмена в аппарате.

Техническим результатом, положенным в основу настоящего изобретения, является обеспечение безгидратного охлаждения углеводородного газа при максимальном снижении его температуры в АВО ниже температуры гидратообразования в процессе изменений температуры атмосферного воздуха в зимних условиях.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе охлаждения углеводородных газов при подготовке к транспорту в процессе эксплуатации входной коллектор заполняют ингибитором гидратообразования, например метанолом, до уровня отверстий нижнего ряда теплообменных трубок, газ подают выше уровня ингибитора, а в выходном коллекторе газ и ингибитор сепарируют, после чего отсепарированный ингибитор направляют на рециркуляцию.

Преимущество заявленного способа заключается в том, что при температуре охлажденного газа, близкой или ниже температуры, при которой возможно появление кристаллогидратов, в зону наиболее вероятного появления гидратов (нижний ряд теплообменных трубок со стороны набегающего потока холодного воздуха) подают ингибитор гидратообразования. Циркулирующий через нижний ряд ТТ ингибитор гидратообразования позволит охлаждать сырой углеводородный газ до температуры начала гидратообразования и ниже, не давая возможности появлению кристаллогидратов. Кроме того, слой циркулирующего ингибитора гидратообразования в ТТ частично защитит от переохлаждения нижний ряд ТТ со стороны набегающего потока холодного воздуха с минимальной температурой, т.к. далее поток воздуха начинает прогреваться.

Заявленный способ дополнительно способствует:
- разрушению образовавшихся гидратов и льда не только в нижних теплообменных трубках, но и в входном и выходном коллекторах аппарата воздушного охлаждения;
- эвакуации влаги, жидких углеводородов, механических примесей и т.д. из нижнего ряда ТТ;
- предотвращению развития зародышей гидратов и льда;
- улучшению теплопередачи.

Предлагаемый способ поясняется чертежом, где представлена схема охлаждения углеводородного газа по предлагаемому способу.

Теплый газ подают на входной коллектор 1 аппарата воздушного охлаждения, затем распределяют по рядам теплообменных трубок 2, после чего охлажденный газ собирают в выходном коллекторе 3, откуда газ направляют на дальнейшую обработку.

Для снижения температурного порога охлаждения газа в условиях возможности гидратообразования, конденсации и замерзания влаги в нижнюю зону входного коллектора 1 подают ингибитор гидратообразования 4. При этом уровень ингибитора устанавливают по уровню отверстий нижнего ряда теплообменных трубок (см. узел I на чертеже). Ингибитор гидратообразования потоком охлаждаемого газа перемещают по нижнему, наиболее опасному с точки зрения возможности гидратообразования ряду теплообменных трубок 5 до выходного коллектора 3.

В выходном коллекторе ингибитор гидратообразования сепарируют от газа и подают в промежуточную буферную емкость 6, откуда насосом 7 ингибитор направляют на рециркуляцию по описанной выше схеме. Систему рециркуляции задействуют на постоянной или эпизодической основе.

Холодильный агент, например атмосферный воздух, подают вентилятором 8 поперек рядов теплообменных трубок.

Пример. Режим 1. После дожимной компрессорной станции газ с температурой 50^oС и давлением 6 МПа подавали в аппарат воздушного охлаждения. Температура атмосферного воздуха была минус 12^oС.

При существующем способе охлаждения сырого углеводородного газа и одном (из двух) по ходу газа работающем вентиляторе распределение температур по рядам теплообменных труб (сверху вниз) представлено в таблице, графа 2. Минимальная температура охлажденного газа в нижнем ряду составила 8^oС при средней температуре 16^oС (графа 3). Согласно работе (Истомин В.А. Предупреждение и ликвидация газовых гидратов в системе сбора и промысловой обработки газа и нефти. - М., 1990, с.124 (с.16 и 195), ВНИИЭГазпром, (ВНИИГаз), УДК 622.691.4.052. : 548.562) для давления 6 МПа температура начала гидратообразования в углеводородном газе составила 8^oС. Более низкая средняя температура охлажденного газа после снижения температуры атмосферного воздуха привела к снижению температуры на выходе из нижнего ряда теплообменных трубок. В результате происходило зарождение и накопление гидратов с ухудшением работы всего аппарата воздушного охлаждения.

Режим 2. После подачи ингибитора гидратообразования по предлагаемому способу при тех же параметрах нижним ограничивающим температурным порогом является температура газа на выходе из второго снизу ряда теплообменных трубок (графа 4). Снижение средней температуры охлажденного газа по сравнению с режимом 1 (графа 5) возможно на 4^oС, что позволило снизить температуру точки росы углеводородного газа, подготовленного к транспорту, на 2-3^oC.

Кроме того, такие результаты подтверждаются "Техническим отчетом по результатам экспресс-исследований установки регенерации ТЭГа на УКПГ-5 Ямбургского месторождения газа", п. Ямбург, 2001, а также данными, приведенными в работе (Ананенков А.Г. и др. Анализ и перспективы модернизаций десятимиллионных абсорберов гликолевой осушки газа в целях поддержания высокого качества продукции предприятия OOO "Ямбурггаздобыча". Материалы НТС ОАО "Газпром", п. Ямбург, 2000, с.157).

Режим 3. После дожимной компрессорной станции газ с температурой 50^oС и давлением 4 МПа подают на охлаждение в АВО. Температура атмосферного воздуха минус 12^oС.

При существующем способе охлаждения сырого углеводородного газа и одном (из двух) по ходу газа работающем вентиляторе распределение температур по рядам теплообменных труб (сверху вниз) при параметрах газа, приведенных в режиме 3, представлено в таблице, графа 6. Минимальная температура охлажденного газа в нижнем ряду составляет 4^oС при средней температуре 12^oС (графа 7). Согласно той же работе (Истомин В.А. Предупреждение...) температура начала гидратообразования в углеводородном газе при давлении 4 МПа составляет 4^oС. Более низкая средняя температура охлажденного газа приведет к тем же отрицательным последствиям, что и в режиме 1.

Режим 4. После подачи ингибитора гидратообразования по предлагаемому способу при тех же параметрах, что и в режиме 3, нижним ограничивающим температурным порогом является температура выхода газа из второго снизу ряда теплообменных труб (графа 8). Снижение средней температуры охлажденного газа по сравнению с режимом 3 (см. графа 9) возможно на 4^oС, что позволит снизить температуру точки росы углеводородного газа, подготовленного к транспорту, на 2-3^oC.

В способе охлаждения углеводородного газа охлаждение проводят в аппаратах воздушного охлаждения с несколькими рядами теплообменных трубок с входным и выходным коллекторами. В процессе эксплуатации входной коллектор заполняют ингибитором гидратообразования до уровня отверстий нижнего ряда теплообменных трубок. В качестве ингибитора может использоваться метанол. Газ подают выше уровня ингибитора. В выходном коллекторе газ и ингибитор сепарируют. Использование изобретения позволит обеспечить безгидратное охлаждение углеводородного газа при максимальном снижении его температуры ниже температуры гидратообразования в процессе изменений температуры атмосферного воздуха в зимних условиях. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Способ охлаждения углеводородного газа при подготовке к транспорту, включающий охлаждение газа в аппаратах воздушного охлаждения с несколькими рядами теплообменных трубок с входным и выходным коллекторами, отличающийся тем, что в процессе эксплуатации входной коллектор заполняют ингибитором гидратообразования, например метанолом, до уровня отверстий нижнего ряда теплообменных трубок, газ подают выше уровня ингибитора, а в выходном коллекторе газ и ингибитор сепарируют. 2. Способ охлаждения углеводородного газа по п.1, отличающийся тем, что отсепарированный ингибитор направляют на рециркуляцию.