автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Повышение эффективности промысловой подготовки газа с использованием диэтиленгликоля в условиях Западной Сибири

0Д , Ц №»

На правах рукописи

КЛЮСОВ ВИТАЛИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОМЫСЛОВОЙ подготовки ГАЗА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДИЭТИЛЕПГЛИКОЛЯ В УСЛОВИЯХ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Специальность 05.15.06 - Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых

месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень, 1998

Работа выполнена на кафедре «Прикладная математика» Тюменского государственного нефтегазового университета и в Открытом акционерном обществе «Запеибгазпром».

Научный руководитель

докт. техн. наук, профессор. Заслуженный деятель науки Республики Башкортостан, академик Международной Академии Информатизации. Р.Я. Кучумов

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор З.А. Хабиб^'ллин

кандидат геолого-млнератогических наук, профессор Н.Л. Шешуков

Ведущее предприятие

- ООО «Уренгойгазлром»

Зашита диссертационной работы состоится 26 декабря 1998 г.. в 15.°° часов, на заседании диссертационного совета Д064.07.03 при Тюменском государственном нефтегазовом университете, по адресу: 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменского государственного нефтегазового университета.

Автореферат разослан м» ноября 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, доктор технических наук, профессор

В.П. Овчинников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Основный показателем в оценке эффективности рименяемой при подготовке газа технологии и аппаратов являются технологические праты на ее обработку. Анализ технологических затрат показал, что более 90 % из них риходится на восполнение потерь дорогостоящего абсорбента - диэтиленгликоля ДЭГ'а). Наибольшие потери приходятся на унос гликоля с осушенным газом. Так, на есторождении Медвежье средние потери диэтиленгликоля на абсорбционных гтановках с традиционными технологическими линиями составляют не более 19-20 'тыс. м3, а на Уренгойском месторождении па установках, использующих ногофункциональные аппарата (МФА), эти потери достигали 40-45 г/тыс. м3 при роектном уровне потерь 4-5 г/тыс.м3. Такой относительно высокий уровень потерь вязан о большими затратами ручного труда и ухудшением качества осушки газа. Таким бразом, основным путем в снижении технологических затрат следует считать меньшение потерь абсорбента, обусловленных капельным уносом с осушенным газом уносом с отогнанной водой при регенерации. Установки регенерации диэтиленгликоля зкже являются источником его потерь, которые составляют в пересчете на осушенный аз от 2 до 31 г/тыс. м3.

Существенное влияние на потери гликоля и технологические затраты в целом казывает эффективность сепарационного оборудования. Неэффективная работа епарагоров ускоряет загрязнение абсорбента механическими примесями, увеличивает зное насосов и арматуры, повышает непроизводительные затраты энергии на егенерацию насыщенного раствора абсорбента. Большие потери гликоля с осушенным азом обуславливаются так же его механическим уносом с фильтров улавливания бсорбционных аппаратов, который возникает при их забивании механическими римесями, содержащимися в циркулирующем на установке гликоле. При этом становлсно, что чем больше примесей осаждается на фильтрующей поверхности, тем ольше капельный унос диэтиленгликоля.

Одной из важных проблем, возникающих при подготовке природного газа с сиользованием диэтиленгликоля, является его очистка от солей. Образующиеся в роцессе осушки газа растворы диэтиленгликоля и солей увеличивают коррозию ехнологического оборудования, снижают эффективность подготовки газа и в конечном ггоге увеличивают технологические затраты.

Поэтому, повышение эффективности промысловой подготовки газа с спользованием диэтиленгликоля в условиях Западной Сибири предполагает омплексное решение следующих задач: снижение потерь диэтиленгликоля в установках подготовки газа; повышение эффективности использования установок вакуумной регенерации диэтиленгликоля;

очистка промыслового гликоля от ферромагнитных примесей; очистка промыслового диэтиленгликоля от солей методом дистилляции.

Решение згой проблемы определяет цель и задачи исследований. Цель работы. Совершенствование технологического оборудования и снижение потерь абсорбента, повышение эффективности его регенерации и очистки при промысловой подготовке природного газа с применением диэтиленгликоля. Основные задачи исследовании:

• обобщение результатов промысловых исследований по уносу диэтиленгликоля с осушенным газом:

• исследование влияния перепада давления на фильтрах на эффективность фильтров улавливания гликоля в МФА;

• исследование эффективности массообмена в МФА;

• анализ вариантов модернизации МФА:

• модернизация МФА серии ГП 365 и 252 и оценка их эффективности:

• исследование влияния технологических параметров на потери ДЭГа с рефлюксом:

• оптимизация фяегмового числа на установках вакуумной регенерации ДЭГа: « лабораторные исследования магнитной очистки ДЭГа от ферропримесей:

• создание экспериментальной установки и методики проведения опытов:

• планирование эксперимента по очистке ДЭГа от механических примесей и анализ их результатов:

• лабораторные исследования очистки промыслового гликоля методом дистилляции я обобщение результатов;

• разработка рекомендаций по проектированию опытной установки:

• исследования периодической и непрерывной дистилляции ДЭГа.

Методы решения задач. При решении поставленных задач использованы методы математической статистики, планирования инженерного эксперимента, а также лабораторные и промысловые исследования с широким применением ПЭВМ. Решение задач осуществлялось на базе фактических данных испытаний многофункциональны* аппаратов на месторождениях «Уренгойгазпрома». Научная новизна.

1. Установлено, что унос капельного абсорбента - диэтиленгликоля с осушеннь» газом носит нестационарный характер и увеличивается со временем наработки аппаратов. Получена зависимость уноса абсорбента от основных технологических параметров: расхода и давления газа.

2. Показано, что из вариантов модернизации абсорберов с использованием нерегулярной насадки, центробежных контактных элементов и сетчатых отбойники наибольшей эффективностью обладают сетчатые отбойники, позволяющие более чем на порядок уменьшить унос гликоля по сравнению с проектными аппаратами.

3. Лабораторными исследованиями установлено, что потери диэтиленгликоля ( рефлюксом полностью зависят от параметров верха десорбера: давления I температуры. Для оперативной оценки этих потерь получено уравнение 1

разработана специальная номограмма. Определена оптимальная величина флегмового числа, колеблющаяся в пределах от 0,4 до 0,6.

Установлено, что основную долю содержащихся в промысловом диэтиленгликоле мсхпримесей составляют окислы железа (до 95 %). Показано, что наибольшей эффективностью из трех наиболее доступных типов насадок обладает сетчатая, эффективность которой за один цикл достигает 90 %. Получены уравнения регрессии для расчета эффективности очистки в зависимости от основных параметров процесса для трех типов насадок.

5. Получены аналитические зависимости для расчета фазового равновесия системы ДЭГ- вода в присутствии хлористого натрия. Установлено, что присутствие солей в растворах диэтиленгликоля требует увеличения температуры регенерации на 3-4 °С.

6. Разработана методика расчета фазового равновесия системы диэтиленгликоль- вода, позволяющая определить необходимые параметры процесса дистилляции диэтиленгликоля.

7. Экспериментально доказано, что атмосферная и вакуумная дистилляции являются эффективным средством очистки диэтиленгликоля от примесей.

На защиту выносится научное обобщение результатов лабораторных и промыслово-экспериментальных исследований по повышению эффективности применения диэтиленгликоля при промысловой подготовке газа путем совершенствования технологического оборудования и процессов.

Достоверность научных результатов. Сформулированные в диссертационной работе положения, выводы и рекомендации обоснованы корректным применением математических методов статистики, планирования инженерного эксперимента, а также результатами статистической обработки большого объема фактического промыслового материала по испытанию МФА с применением ПЭВМ и наличием положительного эффекта от промышленного внедрения - «Инструкция по модернизации десорберов установок вакуумной регенерации диэтиленгликоля» и «Инструкция по определению и поддержанию оптимального флегмового числа» на Уренгойском, Вынгапуровском и Медвежьем месторождениях.

Практическая ценность работы.

1. Модернизированы многофункциональные аппараты подготовки газа серий ГП-252 и ГП-365 на газовых промыслах «Уренгойгазпрома», путем совершенствования массообменных процессов и снижения жидкостной нагрузки на секцию коагуляции, обеспечивающая снижение капельного уноса диэтиленгликоля с осушенным газом.

2. Модернизированы колонны регенерации диэтиленгликоля путем интенсификации массообмена в верхней части.

5. Разработаны методы и технологии очистки промыслового ДЭГа от ферромагнитных

примесей, а также дистилляции абсорбента и его регенерации, к Разработаны нормативные документы: «Инструкция по модернизации многофункциональных аппаратов», «Инструкция по модернизации десорберов

установок вакуумной регенерации диэтиленгликоля» и «Инструкция по определению и поддержанию оптимального флегмового числа». 5. На уровне изобретений разработаны:

« Центробежный сепарационный элемент (A.c. СССР, №799786. Приоритет от 11.01.81 г.);

• Способ изготовления регулируемой тепловой трубы (A.c. СССР. №848953. Приоритет от 23.07.81 г.);

• Способ контроля качества абсорбента для осушки газа (A.c. СССР, №1053862. Приоритет от 15.07.83 г.);

• Способ регенерации абсорбента (A.c. СССР, №1107889. Приоритет от 15.08.84 г.);

• Система для осушки газа (A.c. СССР, №1459697. Приоритет от 22.10.88 г.);

• Вертикальный сепарационный фильтр (A.c. СССР, №1722537. Приоритет oi 24.06.9! г.).

Реализация результатов работы.

Технологии по очистке промыслового диэтиленгликоля от мехпри.месей и соле? методами магнитной очистки, атмосферной и вакуумной дистилляции, а такж« усовершенствованные конструкции многофункциональных аппаратов внедрены не газовых промыслах «Уренгойгазпрома».

Результаты исследования и нормативные документы использованы f инструкциях, широко применяемых в условиях Уренгойского, Медвежьего Ямбургского и Вынгапуровского месторождений.

Годовой экономический эффект от внедрения результатов исследований состав«; 615 тыс. руб. в базовых ценах 1986 г.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работь докладывались на заседаниях ученого Совета института «ТюменНИИгипрогаз», 1988-91 гг.; на заседаниях технического совета ПО «Ямбурггаздобыча», 1988-92 гг.; н; заседаниях технического совета ПО «Уренгойгаздобыча», 1988-92 гг.; на заседанш секции <<Техника и технология добычи газа и газового конденсата» научно-техническоп совета Министерства газовой промышленности «Перспективы развития техники i технологии промысловой подготовки газа и конденсата на месторождениях сложной состава», 19-22 мая 198/ г., г. Саратов; на IV научно-теоретической конференци молодых ученых и специалистов по развитию научных основ разработк месторождений нефти и газа, г. Баку, 1988 г. и на научно-методических семинара кафедры «Прикладная математика» ТгамГНГУ, 1997 и 1998 гг.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 33 печатнь: работы, в том числе 4 обзорные информации по подготовке и переработке газа газового конденсата, б авторских свидетельств и методическое указание г технологическим расчетам систем абсорбционной осушки газа.

Структура н объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литератур

включающего 121 наименование, и приложения. Работа изложена на 212 страницах машинописного текста, содержит 38 рисунков и 42 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы повышения эффективности промысловой подготовки газа с использованием ДЭГа на основе совершенствования технологического оборудования и процессов.

В первой главе приведены краткий обзор и анализ работ в области очистки жидкости от механических примесей, исследования по совершенствованию установок комплексной подготовки газа и дистилляции диэтиленгликоля.

Показано, что в настоящее время для целей сепарации наибольшее распространение получили центробежные конструкции, особенно с набором элементов. Однако, большинство исследований носит лабораторный характер, и эффективность конструкций часто не подтверждается результатами промышленных испытаний. Большой разброс по эффективности сепарации часто объясняется применением измерительных устройств с различной погрешностью. Средние и наиболее достоверные показатели центробежных элементов сепараторов по уносу капельной жидкости составляют 30-40 г/тыс.м3. Для эксплуатируемых аппаратов величина уиоса жидкости с газом колеблется в широких пределах и для Уренгойского и Вынгапуровского месторождений составляет от 6 до 340 г/тыс.м3.

Для многофункциональных аппаратов подготовки газа, в отличие от сепараторов, не проводилось исчерпывающих исследований эксплуатационных характеристик. Частично это положение можно объяснить их сравнительной новизной и недостатком информации о возможных негативных последствиях их применения, в частности, по уносу гликоля с осушенным газом. Как показали отдельные исследования, унос гликоля из аппарата не является постоянным и изменяется во времени. Это требует детального исследования и разработки мероприятий по снижению потерь гликоля с осушенным газом.

К большим потерям абсорбента и повышению эксплуатационных затрат приводит также неудовлетворительная работа систем регенерации, на которых потери гликоля с дистиллятом достигают в пересчете на осушенный газ 31 г/тыс.м3. Предложенные в технической литературе решения по совершенствованию регенерации требуют существенной реконструкции аппаратов, что практически трудно осуществимо на эксплуатируемом оборудовании. Некоторого улучшения в работе установок регенерации можно добиться путем оптимизации их технологического режима.

Патентная проработка тематики показала, что для промысловых условий 1аиболее приемлемым способом обессоливания гликоля является процесс дистилляции, сличающийся простотой технологии, аппаратуры и не требующий дополнительных ^агентов. Кроме этого, указанный метод позволяет произвести^ одновременно с )бсссоливанием очистку гликоля от механических примесей и осуществить его «шцентрирование путем установки дополнительной фракционирующей секции.

s

Дистилляция диэтиленгликоля может быть осуществлена как под вакуумом, так и под атмосферным давлением, причем первый способ отличается меньшими потерями продукта, но большей металлоемкостью. Несмотря на то, что процесс дистилляция изучен достаточно полно, в настоящее время отсутствуют данные, удобные для проведения инженерных расчетов, в частности, расчетов по фазовому равновесию системы ддатиленгликоль- вода и оценке влияния солей. растворенных в ДЭГе. на его равновесное состояние.

Учитывая невысокие темпы засоления и объем циркулирующего в системе осушки диэтиленгликоля (150-200 т. на одном УКПГ), достаточно иметь производительность установки обессоливания на уровне 0.25-0.5 м7ч. Такая установка позволит осуществить однократную очистку абсорбента за 1-2 месяца. Однако, положение осложняется те.м, что однократная очистка предполагает наличие свободных емкостей на весь объем системы, остановку промысла и очистку технологических аппаратов от осадков мехпри.месей и солен.

Наиболее реальным выходом из этого положения является налаживание многократной очистки с отбором части циркулирующего гликоля и' возвратом очищенного продукта обратно в систему, при этом концентрация примесей будет постепенно снижаться. Затраты на обессоливая не при таком способе значительно выше, чем при однократном, а полная очистка практически недостижима. Положительным качеством такого способа является возможность проведения обессоливания без остановки технологического процесса осушки и постепенное вымывание осадков из аппаратов очищенным гликолем.

Поскольку полное обессоливание гликоля при этом способе недостижимо, а с увеличением кратности очистки затраты возрастают, то целесообразно ограничить глубину обессоливания величиной, которая меньше, чем растворимость солей при параметрах регенерации (наиболее жесткие условия), что предотвратит выпадение солей на геплопередаюших поверхностях и создаст некоторый запас по растворимости, достаточный для нормальной работы установки в течение 3-4 лет. Такое снижение концентрации солей может быть получено при трехкратной очистке а течение трех-щести месяцев. ,

Учитывая отсутствие в промысловых условиях высокотемпературного источник! тепла, вакуумная дистилляция является более удобной для целей обессоливания поскольку нагрев куба колонны может быть осуществлен водяным паром, применяемы!, в качестве теплоносителя установки регенерации. Другой путь - использование качестве сырья нагретого гликоля с установки регенерации, что устраняет какой-либ подогрев на установке обессоливания. При этом необходимо учесть, что дистилляци диэтиленгликоля при температуре 165-170°С потребует снижения давления до 7-10 кП (близкое к предельному при вакуумировании водокольцевыми вакуум-насосами) любое снижение температуры приведет к срыву процесса. Источником снижет температуры являются теплопотери в окружающую среду и затраты тепла на испареш гликоля. В связи с этим в опытной установке целесообразно совместить оба способа, т.

предусмотреть ввод нагретого сырья, а потери тепла восполнить за счет дополнительного подогрева куба колонны водяным паром.

Приведенный краткий обзор и анализ результатов работ показал, что до сих пор не проведены глубокие исследования, посвященные следующим проблемам:

• анализ работы эксплуатируемого оборудования подготовки газа по основным технологическим показателям;

• обоснование и разработка возможных направлений совершенствования аппаратов подготовки газа;

• промысловые испытания модернизированных: аппаратов и обобщение их результатов;

• оценка влияния солей на фазовое равновесие растворов диэтиленгликоля;

• разработка метода расчета фазового равновесия системы диэтиленгликоль - вода;

• определение качественных показателей и потерь продуктов при атмосферной и вакуумной дистилляции;

• оценка эксплуатационных характеристик процесса непрерывной дистилляции: стабильности, места ввода сырья, способа удаления шлама;

• разработка промысловой установки по очистке диэтиленгликоля от механических примесей.

Недостаточная изученность проблемы промысловой подготовки газа с применением диэтиленгликоля препятствует повышению ее эффективности в условиях Западной Сибири.

Вторая глава посвящена исследованиям по снижению потерь ДЭГа в установках подготовки газа.

Многофункциональный аппарат (МФА) по подготовке газа в настоящее время является основным типом оборудования, которым оснащаются установки осушки газа. Основное отличие МФА от традиционной технологической линии заключается в объединении в одном корпусе трех технологических процессов (сепарация, абсорбция и улавливание гликоля), ранее осуществляемых в отдельных аппаратах. Такое решение . дало экономию производственной площади и существенное снижение металлоемкости основного оборудования.

Однако, получение этих преимуществ привело к необходимости интенсификации 1роцсссов, происходящих в аппарате, к сокращению рабочих объемов, отводимых для гх осуществления. Интенсификация процесса абсорбции за счет применения ситчатых арелок резко повысила межтарельчатый унос абсорбента и нагрузку на коагулирующие шльтры, что в сочетании с большой загрязненностью промыслового гликоля привело к быстрому забиванию фильтрующего материала механическими примесям и, как ледствие, большому уносу гликоля осушенным газом.

Увеличение потерь дорогостоящего абсорбента, на восполнение которых риходится до 90 % технологических затрат, ухудшает экономические показатели сушки газа, требует частых и длительных остановок аппаратов, больших затрат очного труда.

В процессе эксплуатации многофункциональных аппаратов на Уренгойского месторождении было замечено существенное ухудшение их характеристик по уносу гликоля с осушенным газом с течением времени наработки. В результате ревизш коагулирующей секции кроме обычных неисправностей (негерметичность перегородки сливного патрубка, нарушение уплотнений патронов) было отмечено забиванш фильтрующего материала механическими примесями следующего состава в % масс:

1) содержание растворимых в воде соединений (соли) - 4,4;

2) содержание органических соединений после прокаливания

(углеводороды, продукты разложения гликоля) - 22.7;

3) остаток (песок, ржавчина) - 72.9.

Общее количество механических загрязнений достигает 8-10 кг. приче;.

наибольшая загрязненность характерна для аппаратов, работающих с малой подаче! гликоля или вообще без нее. В этих случаях основу загрязнений составляет песок выносимый из входной сепарационной ступени (более 95%). При эксплуатации аппарат; в номинальном режиме с постоянной подачей гликоля основу загрязнений, забивающи: материал фильтр-патронов, составляют окислы железа (80-100%), находящиеся : гликоле во взвешенном состоянии и транспортируемые вместе с ним на фильтры за сче уноса из массообменной секции. При этом песок, выносимый из сепарацноннсн ступени, не попадает на фильтры, а захватывается в массообменной секции гликолем i отводится с ним в вьшетриватель.

Таки.^ образом, основной причиной постепенного увеличения уноса гликоля осушенным газом являются механические примеси, содержащиеся в нем (до 0,2 ° масс.). Перенос механических примесей на фильтры осуществляется совместно гликолем, уносимым из массообменной секции.

В связи с этим для получения обобщенных характеристик МФА по унос абсорбента ТюменНИИГипрогазом совместно с инженерной службой Уренгойгазпром были проведены статистические исследования многофункциональных аппаратов н УКПГ-7 Уренгойского месторождения. В процессе исследований проводилис систематические измерения величины уноса гликоля начиная с момента пуска аппарат после ревизии и до следующей ревизии и перемотки патронов. Испытанш подвергались практически все технологические линии. После хронологическог совмещения результатов исследований были получены экспериментальные данны Показано, что основная масса данных в полулогарифмических координатах может бьп описана зависимостью, которая для среднестагаческого аппарата УКПГ-7, работающе! при средних режимах (расход газа 210 тыс.м7ч, давление газа 7,75 МПа, температу] 285°К), имеет вид:

U = 5ехр(0,554г), где т - время наработки аппарата, мес.

Разброс экспериментальных данных объясняется различным состоянием анутренн устройств аппарата и нагрузкой по газу и жидкости.

При отклонении рабочих параметров от средних интенсивность забивания фильтрующего материала мехпримесями и величина уноса также изменяются. Так увеличение расхода газа через аппарат ведет к увеличению жидкостной нагрузки на коагулирующую секцию, увеличивая интенсивность ее загрязнения, и возрастанию величины абсолютного уноса.

Поэтому общее уравнение уноса гликоля для среднестатистического многофункционального аппарата в зависимости от времени наработки и рабочих параметров примет вид

и = 5 ехр{г ехр[(2,01^ - 9,86) + - 4,66)]}, в которых фактор скорости для природного газа может быть вычислен из выражения

а4т

/ = «7?= 3,94*10-'

5*107Р2

где С! - расход газа через аппарат, тыс. м3/ч; Р - рабочее давление в аппарате, МПа; Т - рабочая температура, К.

Формула позволяет рассчитать величину уноса гликоля с осушенным газом для среднестатистического многофункционального аппарата в зависимости от его рабочих параметров и времени наработки, а также оценить влияние каждого из параметров в отдельности. Следует отметить, что она получена для условий работы аппаратов, которые существуют на УКПГ-7 Уренгойского месторождения. К таким условиям следует отнести материал и конструкцию намотки коагулирующих патронов, степень загрязнения гликоля, состояние внутренних устройств. При отклонении этих факторов от принятых коэффициенты формулы должны быть уточнены. Однако, как показала практическая проверка состояния МФА на других УКПГ подобного типа, полученная зависимость может быть с допустимой погрешностью применима и для них.

Анализ формулы показал, что на величину уноса, кроме времени наработки, большое влияние оказывает расход газа через аппарат и его давление. Так, для расхода газа 210 тыс. нм3/ч (около 5 млн.м'/сут) при давлении 8,82 МПа наработка аппарата до уровня уноса 15 г/тыс.м3 составляет 4,5 мес., а для давления 7,75 МПа тот же уровень достигается через 2 мес.

Наряду с величиной текущего уноса гликоля из аппарата большой интерес представляют расчеты его средних потерь за определенный период наработки, которые позволяют планировать ремонтные работы и осуществлять нормирование общих потерь. Такое выражение может быть получено путем интегрирования формулы для текущего уноса по времени наработки, которая имеет вид

= -1), кг

где и0 - начальный унос из аппарата, г/тыс. м3;

к - коэффициент, зависящий от свойств материала, характеристики загрязнения и режима работы аппарата;

п - коэффициент, зависящий от расхода газа.

Анализ полученной формулы показывает, что при расходе газа через аппарат 211 тыс.м"7ч и давлении 8,8 МПа уровень проектных потерь 15 г/тыс.м3 достигается чере 6,5 мес. наработки аппарата, а при давлении 7,75 МПа через 3,1 мес. При дальнейше; снижении давления срок наработки аппарата при проектном уровне потерь сокращаете; и при давлении 7,35 МПа составляет около 2,2-2.5 месяцев. Отсюда следует, что дл; поддержания нормируемых потерь в 30-40 г/тыс.м" необходимо либо сокращен» межремонтного периода до 3-3,5 месяцев, либо принятие срочных мер п< совершенствованию многофункциональных аппаратов.

Для многофункциональных аппаратов с наработкой до 3 месяцев и уровне» уноса, не превышающим 50 г/тыс.м\ увеличение подачи уменьшает потери гликол: (экспериментальные линии имеют заметный отрицательный наклон). Однако, а!: аппаратов с большим периодом наработки и уносом выше 80-100 г.тыс.м" влияши подачи гликоля меняются на обратное.

Это явление может быть объяснено следующим образом. Для аппаратов со слаб< загрязненным фильтрующим материалом увеличение подачи гликоля вызывает еп повышенный унос в коагулирующую секцию аппарата, где он, оседая на волокна: материала, увеличивает толщину жидкостной пленки, способствуя сокращении расстояния для диффузионного захвата дисперсных капель. Если такая модель являете: верней, то при пусках аппаратов после ремонта, когда пористость материал; наибольшая, должен наблюдаться повышенный унос гликоля. Экспериментальна: проверка, проведенная на аппаратах УКПГ-7, подтвердила это предположение. Пост пусков аппаратов систематически наблюдался повышенный унос, достигающий 4( г/тыс.м^ (технологическая линия Лг«11), который в течение трех суток снижался до 4 5 г/тыс.м\

Для аппаратов с большим временем наработки увеличение подачи гликоля и следовательно, увеличение жидкостной нагрузки на коагулирующую секцию ведет 1 возрастанию уноса, т.к. для загрязненных фильтров скорость фильтрации достаточн« высока, и превалирующим механизмом осаждения становится не диффузионный, ; инерционный, зависящий, в основном, только от скорости газа.

Оценивая влияние подачи гликоля с качественной стороны, следует отметить, чгг< ее увеличение ведет к повышению жидкостной нагрузки на фильтры и, как следствие повышению интенсивности их забивания механическими примесями, в итоге - 1 увеличению потерь. Небольшой выигрыш в потерях, получаемый на относительш чистых фильтр-патронах в начальный период работы аппарата, будет с избытко! перекрыт потерями в конце периода наработки за счет увеличения крутизш характеристики по уносу.

Из наиболее важных характеристик МФА были исследованы перепад давления п секциям аппарата и эффективность массообмена. Типичная зависимость перепад давления по секциям аппарата от времени наработки в логарифмических координата может быть описана прямой линией с уравнением

13

СМ.ббДР'-55,

где U - унос гликоля с осушенным газом, г/тыс. мЗ;

ЛР - перепад давления на коагулирующей секши, кГТа.

Основным достоинством этой формулы следует считать возможность ее использования для оперативной оценки уноса из аппарата при любых сочетаниях его рабочих параметров, поскольку величина перепада давления зависит от их суммарного воздействия.

Испытанные варианты модернизации МФА. выполненные с целью снижения жидкостной нагрузки на коагулирующую секцию, показали недостаточную эффективность центробежных сешрацлонных элементов для улавливания диспергированного гликоля и сравнительно большую трудоемкость модернизации. Наиболее приемлемыми характеристиками обладает насадочный зариант с размешенными в слое насадки дренажными желобами, позволяющий в 1,5-2 раза уменьшить жидкостную нагрузку на коагулирующую секцию.

Наилучшие результаты по снижению жидкостной нагрузки на фильтр-патроны были получены с применением сетчатых барабанов с лобовой поверхностью фильтрации, в 5 раз превышающей свободное сечение аппарата. Указанная модернизация позволяет более, чем в !0 раз уменьшить интенсивность забивания фильфующего материала основных фильтр-пагронов мехпримесями и продлить межремонтный период аппарата до 1.5-2 лет при величине средних потерь около 10-12 г/гыс.лг. Кроме того, предотвращение уноса большого количества регенерированного абсорбента в секцию коагуляции позволяет, в отличие от проектного варианта, вернуть его в секцию массообмена и вовлечь в процесс осушки. Это дает возможность на 15-20 % уменьшить подачу гликоля в аппарат, а низкие гидравлические потери на сетчатых барабанах, не превышающие 1 кПа. обеспечивают надежный слив гликоля через внутренний гидрозатвор аппарата с располагаемой высотой около одного метра. Следует отметить также возможность работы аппаратов с такой модернизацией на расходах газа до 250 тыс.м'7ч (6 млн.м'/сутки), при этом среднегодовые потери гликоля будут составлять 35-45 г/тыс.м'> (при периодичности ремонтов один год). Модернизация аппаратов с установкой сетчатых барабанов отличается простотой, малыми затратами труда и материалов. Для модернизации одного аппарата потребуется около 50 кг металла я 90 кг рукавной сетки по ТУ 26-02-354-76.

Дальнейшего улучшения характеристик аппаратов можно достичь путем разделения потока обрабатываемого в массообмеяной ступени газа на две части с использованием системы переточных труб и разделяющих перегородок. При этом предполагается, что снижение линейных скоростей а контактной ступени существенно снизит унос абсорбента в капельном виде на секцию фильтрации и доулавливания гликоля. Снижение жидкостной нагрузки на фильтрующую секцию в свою очередь позволяет обеспечить более длительный (до 1,5-2 лет и более) период межремонтной эксплуатации аппарата с сохранением средней величины потерь гликоля на уровне 15 г/тыс.mj обрабатываемого газа. С другой стороны, в случае постепенного снижения

рабочего давления в системе осушки (что фактически происходит при размещении дожимных компрессорных станций (ДКС) на выходе УКПГ), данная модернизация позволяет поддерживать номинальную производительность аппаратов осушки газа с приемлемыми характеристиками по гидравлическому сопротивлению и уносу гликоля.

Усовершенствованная конструкция сетчатой тарелки с отбортованными вверх краями отверстий имеет более высокие технические характеристики, однако более сложна в изготовлении, чем ситчатые тарелки из плоского листа. Для изготовления ситчатых тарелок с отбортовкой краев отверстий необходимо иметь специализированное оборудование и отработанную технологию. При отсутствии спецоборудования можно допустить изготовление ситчатых тарелок из плоского листа путем сверления в нем отверстий.

В ситчатых тарелках диаметр отверстий выбирают не более 10 мм. но в основном в пределах 3-6 мм, а их шаг от 2,5 до 4,5 диаметров. Проведен гидравлический расчет ситчатой тарелки, выполненной из плоского листа толщиной 2.0 мм. Конструктивные размеры тарелки определялись габаритами колпачковых тарелок модернизируемого абсорбера и соответствовали ранее разработанным чертежам в техдокументации ЗР.00.000 ( дет. ЗР.022-1 шт. и дет. ЗР.006-1- 2 шт. ). Размеры рабочей поверхности ситчатых полотен с учетом свободной от отверстий полосы по краям в 25 мм приняты следующие: боковые полотна 650x205 мм; центральное полотно 1490x310 мм с двумя отверстиями диаметром 230 мм.

Проведенные расчеты показали, что ситчатая тарелка работоспособна. Гидравлическое сопротивление тарелки должно быть на величину выше сопротивления слоя орошаемой насадки, которое составляет около 300 Па.

Третья глава посвящена исследованию влияния технологических параметров на потери диэтиленгликоля с рефлюксом и оптимизации флегмового числа на установках вакуумной регенерации диэтиленгликоля.

Одним из основных показателей при оценке эффективности работы системы регенерации является величина потерь диэтиленгликоля с рефлюксом десорбера. Исследования систем регенерации показали, что средняя величина этих потерь составляет 0,8-1,5 % масс, из которых 75-95 % приходится на равновесные потери, а остальное на механический унос. Существенного снижения равновесных потерь можно достичь только путем увеличения эффективности массообмена. Основную долю эксплуатационных затрат на проведение процесса регенерации составляют затраты на восполнение потерь ДЭГа с рефлюксом десорбера.

Потери ДЭГа с рефлюксом десорбера складываются из равновесных потерь, зависящих от эффективности контакта на массообменных тарелках, и механических потерь, зависящих от гидродинамического режима работы колонны. Испытаниями промысловых десорберов установлено, что основную долю потерь ДЭГа с рефлюксом составляют равновесные (75-95 %),

Равновесные потери ДЭГа с рефлюксом определяются через параметры верхе десорбера- давление и температуру. Для их расчета автором предложена номограмма

Применение полученной номограммы при проведении исследовательских испытаний позволило сделать вывод, что равновесные потери составляют основную долю потерь ДЭГа с рефлюксом десорбера. В отличие от механических потерь ДЭГа, которые могут быть устранены или сведены к минимуму с помощью различных отбойных устройств (сетки, жалюзи), равновесные потери могут быть устранены только путем интенсификации массообмена между паровой и жидкой фазами.

Увеличение эффективности контакта в десорбере может быть достигнуто путем переоснащения колонны более совершенными тарелками (например, с центробежными элементами) или установкой дополнительных контактных ступеней в свободных частях колонн. Оба способа имеют существенные недостатки: первый требует больших капитальных затрат на реконструкцию, второй вызывает трудности в реализации из-за отсутствия свободного пространства и необходимости приварки к корпусу аппарата.

Наиболее простым способом увеличения эффективности массообмена является размещение насадки в пространстве между 17 и 18 тарелками с вводом орошения через специальный распределитель непосредственно на насадку. При этом большая поверхность контакта и распределение орошения по насадке позволяют увеличить эффективность массообмена эквивалентно дополнительно установленным двум колпачковым тарелкам (0,5 теоретических тарелок).

В качестве насадки могут быть использованы следующие типы:

• стальные и керамические кольца Палля размером 50x50x1.0 я 50x50x5,0:

• стальные и керамические кольца Рашига размером 50x50x1,0 и 50x50x6,0;

• керамические седла "ИНТАЛОКС" размером 50.

Выполнены расчеты на ПЭВМ, определено необходимое число теоретических тарелок в верхней секции для того, чтобы иметь заданное значение концентрации ДЭГа в рефлюксе. Расчеты выполнены для концентраций насыщенного ДЭГа. поступающего на регенерацию, 96 и 97 % масс, то есть тех, которые наиболее часто имеют место в промысловой практике.

Поскольку в верхней секции колонны регенерации обычно работает 6-8 тарелок, а концентрация ДЭГа в рефлюксе составляет 0,8-1,5 %, КПД верхней секции находятся в пределах 0,2-0,3. Если демонтировать верхнюю тарелку, го число теоретических тарелок уменьшится на 17 % и будет составлять 1,4-1.6. Засыпка на освободившееся место слоя насадки высотой 0,5 м с учетом указанной ранее ВЭТТ 1 м дает дополнительно 0,5 теоретической тарелки. Таким образом, общее чисто теоретических тарелок в результате модернизации составит 1,9-2,1, что дает возможность снизить концентрацию ДЭГа в рефлюксе до 0,1-0,2 % масс.

Необходимая масса колец Рашига составляет 530 кг при объёме засыпки 1 м'1. Для равновесного орошения слоя насадки необходимо установить распределительное устройство.

Предложенный вариант модернизации прошел испытания на УКПГ-7 Уренгойского месторождения. Из результатов испытаний следует, что размещение насадки в верхней

части десорбера позволяет при флегмовом числе 0,5-0,6 снизить потери ДЭГа рефлюксом до 0.2-0.4 % масс.

Эксплуатационные затраты при работе установки регенерации складываются и затрат тепла на испарение влаги, поглощенной абсорбентом на стадии абсорбции вод] из осушаемого газа, затрат энергии, расходуемой на насосе орошения, затрат н охлаждение в конденсаторе и потерь дорогостоящего абсорбента с удаляемой водой, также из энергетических затрат, связанных с нагревом кубовой жидкости.

Результаты исследований влияния изменений флегмового числа для различны условий работы вакуумной установки регенерации ДЭГа показали, что диапазо изменения минимального флегмового числа широк и количество абсорбента, теряемс со сбрасываемой водой, зависит от температуры плавления верха десорбера. Наприме| с поиышением температуры верха колонны от 65 до 97°С при давлении 0,02 МПа и УК'ПГ-7 месторождения Медвежье увеличивается концентрация гликоля в рефлюксе 2.9 ло 8.9 % масс., и потери гликоля составляют от 10.5 до 31.2г/1000 Суммарны потери абсорбента на установках регенерации гликоля зависят от количеств сбрасываемой с установки воды. Минимальное значение затрат на регенерацию гликол приходится на интервал флегмовых чисел 0.4-0.6.

При увеличении флегмового числа растут затраты, связанные с повышение; подачи пара в испаритель, но при этом понижается температура верха, что позволяв снизить потери абсорбента со сбрасываемой водой.

По результатам исследований составлена инструкция по определению поддержанию оптимального флегмового числа, которая внедрена на Уренгойско месторождении.

Четвертая глава посвящена лабораторным исследованиям магнитной очистк промыслового диэтиленгликоля от ферромагнитных примесей.

Исследованы теоретические основы магнитного осаждения ферропрнмесей. Ка отмечалось выше, применение приведённых в литературе уравнений, полученных дл конкретных систем, может привести к большим погрешностям, так как вязкость эти систем существенно ниже вязкости промысловых растворов диэтиленгликол; Существенные отклонения могут наблюдаться также в расчёте перепада давления к слое и оценке его ёмкости по примесям, что влияет на размеры и проектные показател установки очистки.

Поэтому задачей лабораторных исследований является получение явного вил ' зависимостей эффективности очистки от основных технологических параметре (расхода, температуры, длины слоя), перепада давления - от вида насадки и расход очищаемой жидкости, степени регенерации слоя - от расхода регенерирующей средь Для изучения процесса очистки ДЭГа от феррочастиц в поле постоянных магните создана экспериментальная установка и методика проведения опытов.

Основные параметры установки: расход по гликолю - 0 - 22 л/ч; погрешност измерения расхода гликоля - ± 2.5 %; расход по воде - 0 - 80 л/ч; погрешность измерени расхода по воде - ± 2.5 %; расход воздуха на регенерацию - до 0.6 м7ч; погрешност

измерения расхода воздуха - ± 2.5 %; емкость сырьевого бака (ДЭГ) - 60х10"3 м3; ёмкость сырьевого бака (вода) - 20x10° м3; объём магнитного сепаратора - 0.282x10"' м3; диапазон измерения перепада давления - 1 мм.ст.ж.; погрешность измерения перепада давления - ± 1 мм.ст.ж.; температура -жидкости и газа - +14 - +26°С; погрешность измерения температуры - ± 0.5°С; диапазон концентрации ДЭГ - 60 - 100 %масс; погрешность измерения концентрации гликоля - ± 0.5 %масс; погрешность измерения содержания мехпримесей - ± 1 %.

Лабораторные исследования по очистке ДЭГа от мехпримесей предполагали решение следующих задач:

• выбор наиболее эффективного материала хтя магнитного слоя;

• оценка влияния расхода гликоля и концентрации ферропримесей в нем на степень очистки;

• выбор основных технологических факторов, сигнализирующих об отработке магнитного слоя и необходимости перевода его на регенерацию;

• выбор способа регенерации магнитного слоя и степени его эффективности.

Основными параметрами регенерации являются скорость отмывки, объем пошедшей на отмывку воды, соотношение воздух-вода при совместной регенерации водой и воздухом, распределение ферропримесей по фиксированным объемам промывочной жидкости.

В качестве основных критериев при выборе вида насадки были приняты различная конфигурация элементов насадки и материал, из которого эта насадка изготовлена. В экспериментах использованы следующие три вида насадок: •

• сетка "Corbon Stec" (Япония) с ячеей 1x1 мм с расположением слоев сетки в сепараторе вдоль потока жидкости;

• шурупы длиной 8 мм и диаметром в средней части 2 мм;

• стальные шары диаметром 4,763 мм, материал - сталь ШХ 15.

Химический состав стали ШХ 15 (то ГОСТ 801 - 60: углерод - 0,95 - 1.05 %; хром -1,3 -1,65 %; марганец - 0,2 - 0,4 %; кремний - 0.17 - 0.37 %.

Опьггы проведены с применением теории планирования эксперимента (полный факторный эксперимент). При планировании по схеме полного факторного эксперимента (ПФЭ) реализуются все возможные комбинации факторов на двух уровнях.

Применительно к нашему случаю в результате общего анализа процесса осаждения и целей эксперимента в качестве варьируемых факторов выбраны расход гликоля через магнитный осадитель, длина насадочного слоя и вязкость раствора гликоля. Именно эти параметры, как предполагается, при прочих постоянных условиях (напряжённость магнитного поля, дисперсия осаждаемых частиц и их магнитная проницаемость) наиболее сильно влияют на эффективность осаждения.

Выбор диапазона изменения длины слоя насадки и расхода гликоля производился на основании предварительных опытов, которые показали, что в диапазоне изменения

длины слоя насадки от 900 до 300 мм и расхода гликоля от 2 до 10 л/ч изменени эффективности очистки хорошо различается и надёжно измеряется принятым методе! измерения содержания примесей. При больших и меньших длинах слоя для получени измеряемых изменений эффективности необходимо было соответственно увеличиваг или уменьшать расходы загрязнённого гликоля. Этот путь оказался неприемлемы; ввиду отсутствия достаточно большого количества загрязнённого гликоля ограничений по средствам измерения расхода жидкости.

Диапазон изменения вязкости гликоля был принят равным 7-34 мПа.с. Перво значение соответствует вязкости 60% гликоля при 20°С, а второе значени соответствует вязкости чистого диэтиленгликоля (100%) при 20°С. Такое болыно разбавление (до 60%) было принято для имитации снижения вязкости гликоля пр! увеличении его температуры до 40 - 45°С, что вполне достижимо в условиях промысле Таким образом, выбор фактора вязкости позволяет учесть единовременно фактор! концентрации гликоля и его температуры и, по крайней мере в 2 раза уменьшить объё» экспериментальных работ.

Поскольку матрица планирования экспериментов обладает свойство! ортогональности (равенства нулю скалярных произведений всех векторов - столбцов^ то резко уменьшаются трудности с определением коэффициентов уравнения рецессии т.к. матрица коэффициентов нормальных уравнений становится диагональной.

Анализ результатов лабораторных исследований по очистке гликоля показал, чт> при исходном содержании механических примесей 0,4-0,5 г/л средняя степень очистю при использовании шаров составляет 48,6 %, шурупов - 58,9 %, сетки - 63,4 %. А пр| исходном содержании мехпримесей 0,5-0,6 г/л степень очистки соответствен» составляет 58,0 %, 68,6 %, 77,8 %. Таким образом, чем выше загрязненность ДЭГа, те» выше и степень очистки. Из трех типов насадок, использованных в экспериментах наиболее эффективной является сетка с ячеей 1x1 мм. Результаты экспериментов центре плана для определения ошибки воспроизводимости опытов и значимост] коэффициентов регрессии в уравнении дня расчёта эффективности очистки показам что средняя степень очистки при применении шаров составляет 54,5 %, для шурупов ■ 57,5 %, а в случае применения сетки - 60,4 %.

Проведены опыты по регенерации (отмывке) примесей после магнитной очистю раствора гликоля. В качестве регенерирующего агента использовалась вода. ГХроцес регенерации и его полнота контролировалась отбором последовательных проб воды и выходе из слоя при снятии магнитного поля. Всего последовательно отбиралось 6 про по 0,5 л каждая. После опытов пробы фильтровались через бумажный фильтр ] определялся их привес на аналитических весах ВЛА-200. Доля отмытого осадка о общей массы колеблется от 44,86 до 68,48 %. Наибольшей эффективностью и регенерации (отмывке) насадочного слоя обладают шурупы и сетка. В то же врем? увеличение расхода жидкости промывки на 75 % приводит к увеличению доли отмытог осадка (например, шары - с 44,86 до 77,45 %).

Более глубокий анализ результатов по отмывке показали, что наибольшая масса отмытого осадка приходится на начало цикла регенерации. Например, для насадки -шары - 40,41 % от общей массы; шурупы - 65,98 %; сетка - 65,49 %. К концу цикла они снижаются, соответственно, до 0,18, 0,05 и 0,04 %. При увеличении расхода промывочной жидкости для насадки из шаров конечные доли отмытого осадка остаются постоянными.

Для увеличения степени регенерации ставились опьггы с вводом в поток воды воздуха. Результаты опытов показали, что при отмывке загрязненной насадки водо-воздушной смесью наибольшей степенью регенерации обладает сетка (86 %) против 71 % - шурупы. В начале цикла регенерации насадочного слоя наблюдается высокая отмывка осадка, колеблющаяся от 84.6 % - шары до 66.3 % - шурупы. Последующие пробы показали резкое уменьшение массы отмытого осадка. Общая доля оставшихся примесей при использовании насадки шары составляет 10.43 %. шурупы - 28.5 %. сетка - 14.0 %. Поэтому, наиболее регенерируемой насадкой являются стальные шары.

Проведены опыты по исследованию зависимости перепада давления на шариковой насадке от расходов воды, загрязненного и чистого гликоля. Необходимость проведения этих экспериментов вызвана отклонениями перепада давления на гликоле от теоретических зависимостей, полученных для маловязких жидкостей.

Полученные результаты исследований показали, что перепад давления на слое насадки уменьшается от 690 до 420 мм.ст.ж. ( без магнита ) и от 720 до 420 мм.ст.ж. ( с магнитом ) при расходе загрязненного гликоля 10 л/ч и уменьшении длины слоя насадки, соответственно, от 0.9 до 0.3 м. При расходе гликоля 2 л/ч перепад давления на слое насадки, без магнита, при прочих равных условиях уменьшается от 210 до 80 мм.ст.ж., а с магнитом от 240 до 90 мм.ст.ж.

Таким образом, при малых расходах гликоля имеет место меньший перепад давления на слое насадки. Аналогичная картина наблюдается и для зависимостей перепада давления на слое насадки от расхода чистого гликоля, без магнита, при прочих равных условиях.

Несмотря на то, что основная масса исследований проведена на искусственных :месях, состоящих из чистого гликоля и осадка из буферной емкости регенерированного гликоля Е-4, результаты экспериментов могут существенно отличаться от показателей эчистки циркулирующего потока гликоля. Эти отличия могут быть обусловлены другим дисперсным составом взвешенных в потоке примесей, в то время, как осажденные примеси могут образовывать конгломераты с большим размером частиц. Хотя при приготовлении рабочих растворов принимались меры для тщательного перемешивания [с помощью мешалки) полное отсутствие конгломератов не гарантировалось. В связи с >тим для уточнения показателей очистки при работе на потоке гликоля были проведены экспериментальные лабораторные исследования с применением в качестве сырья промыслового регенерированного гликоля (концентрация 98,5 % масс.) с УКПГ-8 (после теплообменника Т-3) Уренгойского ГКМ. Проведенные эксперименты показали, что эффективность очистки гликоля, отобранного из циркуляционного потока, не ниже, чем

в опытах с искусственными смесями. Наибольший процент очистки наблюдается у шурупов и сетки (92,9 и 80,8 %) при длине слоя насадки 0,6 м, температуре 16°С и скорости потока 2 л/ч. По мере увеличения скорости циркуляции потока эффективность очистки снижается в среднем на 19 %, а при типе насадки - шары - на 23,7 %. Перепал давления на слое насадки при увеличении скорости потока с 2 до 10 л/ч резко возрастает на 530 мм.ст.ж. для шурупов, на 350 мм.ст.ж. для сетки и на 470 мм.ст.ж. для шаров. Эти данные наглядно показывают, что в промысловых условиях рекомендуется использовать насадки из сетки и шурупов, а для расчета показателей систем очистки промыслового гликоля могут быть применены те же соотношения, что и для искусственных смесей.

Результаты исследований очистки диэгиленгликоля для трех типов насадок-шары, шурупы, сетка показали, что наибольшей эффективностью обладает сетчатая, которая эффективнее шурупов на 5 % и шаров на 10 % при степенях очистки от 80 % до 90 %.

При очистке разбавленных растворов гликоля (85%) наименьшим гидравлическим сопротивлением обладает сетчатая насадка, а сопротивление шаров и шурупов практически одинаково. Для промысловых концентраций гликоля (95%) наименьшее сопротивление наблюдается у шаров, а наибольшее у шурупов. В целом величина гидравлического сопротивления при очистке не является лимитирующей, т.к. в рассмотренном диапазоне расходов гликоля она не превышает 1000 мм.вод.ст. Необходимо отметить, что аналитические выражения для расчета гидравлического сопротивления не всегда применимы для гликоля и требуют существенной корректировки с учетом его вязкости.

Наибольшее влияние на эффективность очистки оказывает длина слоя насадки, далее по сгспени влияния идут расход гликоля и вязкость очищаемого раствора. Уменьшение длины слоя в 3 раза влечет уменьшение эффективности на 15-20 %. То же изменение эффективности наблюдается при увеличении расхода гликоля и вязкости примерно в 5 раз. Поэтому повышения степени очистки целесообразно достичь увеличением длины слоя и его поперечного сечения.

Для оценки длительности цикла очистки необходимо оценить влияние осажденных в насадке примесей на ее эффективность. При накоплении примесей массой 25 г на 1 л объема в насадке из шурупов эффективность очистки снизилась на 11 % (от 75,3 % до 64,5 %), а то же количество примесей в сетке уменьшило эффективность только на 6,2 % (от 83,3 % до 77,1 %). В общем случае при накоплении осадка наблюдается рост гидравлического сопротивления в 1,8-2 раза, что позволяет использовать величину перепада давления в качестве надежного сигнала для переключения с цикла очистки на регенерацию.

Регенерацию насадочного слоя наиболее удобно производить жидкостью, в качестве которой можно использовать дистиллят десорбера, который в настоящее время сбрасывлется в нефтеловушку УКПГ. Исследования регенерации показывают, что основная доля примесей (примерно 90 %) отмывается объемом воды в 5 раз

превышающим объем насадочного слоя яри скорости отмывки в 4-10 раз большей, чем скорость гликоля при очистке. Перед отмывкой для уменьшения потерь целесообразно удалить гликоль из насадочного слоя воздухом при включенной магнитной системе. Наиболее легко регенерируются шурупы и сетка, что в отличие от регенерации шаров является результатом малой остаточной намагниченности металла. Эффективность отмывки слоя повышается в 1.5-2 раза при использовании водо-воздушных смесей. Длительность цикла регенерации задается программатором и при возможностях насоса откачки дистиллята составляет 3-5 минут.

Таким образом, для оснащения опытной установки целесообразно использовать насадку из шурупов (или подобную) из низколегированной стали, обладающей высокой эффективностью очистки и хорошей регенерируемостыо. Переключение со стадии очистки на регенерацию осуществляется при увеличении перепада давления з 2-2.5 раза относительно первоначального. Рекомендуется перед регенерацией для уменьшения потерь гликоля производить его удаление из насадочного слоя воздухом, а для регенерации использовать дистиллят десорбера. прокачивая его через слой насадки в течение 3-5 минут, после чего произвести эвакуацию воды в нефтеловушку воздухом из системы КИП.

Очистка промыслового гликоля осуществляется при его циркуляции, поэтому даже степень очистки устройства равная 0,5 позволяет за 2-3 раза очистить раствор на 75-80 %. В связи с этим не имеет смысла слишком завышать требования по степени очистки и ограничивать ее уровнем близким к максимальному.

Пятая глава посвящена лабораторным исследованиям дистилляции диэтиленгликоля.

Известно, что система диэтиленгликоль - вода обладает резко выраженными свойствами неидеальности и обычные уравнения для идеальных систем дают большую погрешность в описании её фазового равновесия. Поэтому в настоящее время широко используются графические данные по температурам кипения (давление паров) для жидкостей различной концентрации, полученные экспериментально. Однако, пользоваться такими графиками неудобно ввиду их мелкомасштабноспг и низкой точности. Кроме того, в имеющихся графических данных отсутствуют сведения о составе равновесного пара над гликолями различной концентрации.

Проведено аналитическое исследование равновесия системы диэтиленгликоль -вода при различных температурах и давлениях. В связи с тем, что не представляется возможным решить в явном виде равновесие системы относительно концентрации, автором для инженерных расчетов предложены номограммы. Они позволяют определить давление и температуру, необходимые для проведения дистилляции раствора известной концентрации и состав получаемого дистиллята.

Влияние солей, растворенных в диэтиленгликоле, на процесс его дистилляции рассмотрено в литературе весьма слабо. Имеются лишь качественные указания на то, что процесс регенерации растворов диэтиленгликоля затрудняется присутствием солей.

Количественную оценку влияния солей на дистилляцию диэтиленгликоля (или что тоже самое на фазовое равновесие ) можно осуществить при наличии следующих данных:

• зависимость растворимости солей от концентрации и температуры;

• распределение солей между гжколевой и водной частью раствора ;

• зависимости давления насыщенных паров воды и диэтиленгликоля от содержания солей.

Растворимость хлористого натрия, составляющего основную часть солей растворенных в диэтиленгликоле, изучена достаточно полно. На основании экспериментальных данных получено уравнение, описывающее растворимость хлористого натрия в диэтиленгликоле с погрешностью не более 1% в диапазоне концентраций от 70 до 100% масс. Зная содержание солей в растворе в массовых процентах можно определить коэффициент активности воды в водной части раствора. Расчеты, проведенные по изложенной методике, показали, что при большой загрязненности диэтиленгликоля солями отклонения в его равновесной концентрации при одних и тех же значениях давления и температуры составляют от 0,15 до 0,5 % масс, в диапазоне концентраций от 97,0 до 99,5 % масс. Такие отклонения в концентрации при проведении процесса дистилляции являются несущественными, поскольку вызывают повышение необходимой температуры процесса всего лишь на 3 - 4°С.

Лабораторные исследования процесса периодической дистилляции гликоля имели целью установить возможность проведения процесса как при атмосферном давлении, так и вакууме различной глубины, а также определить качество продуктов после перегонки - содержание солей, основного вещества и примесей, количество остатка и визу;шьно разложение гликоля.

Для проведения исследований создана экспериментальная установка атмосферной и вакуумной дистилляции. При выполнении анализов были использованы известные методики. В качестве сырья для проведения исследований использован свежий диэтиленгликоль, на основе которого готовились искусственные смеси концентраций 20; 30 и 40 г/л. Наряду с искусственными смесями использовался также и промысловый гликоль, отобранный из систем осушки газа на УКПГ Уренгойского, Медвежьего и Вынгапуровского месторождений.

Основными определяемыми параметрами при проведении исследований являлись:

• содержание воды и солей в исходном продукте и дистилляте ;

• содержание основного вещества и примесей;

• процент выхода продукта и остаток ;

• температура перегонки при различном рабочем давлении.

Влияние давления и температуры перегонки можно проследить по опытным данным, которые показывают, что с ростом давления имеет место частичное разложение гликоля. На это обстоятельство указывает, хотя и незначительно, уменьшение содержания в дистилляте ДЭГа до 97,4 %. При этом увеличилось содержали« триэтиленгликоля и нерасшифрованных примесей, а содержание этиленглшаш

практически не изменилось. Учитывая это обстоятельство и то, что в промысловых условиях глубокий вакуум обеспечить довольно сложно, дальнейшие исследования по вакуумной дистилляции проводились при рабочих параметрах, соответствующих давлению в системе 20 кПа.

Анализ результатов лабораторных исследований позволил установить, что составы дистиллятов и их выход при атмосферной и вакуумной перегонке практически одинаковы, и при однократной дистилляции ни один из рассмотренных способов не имеет преимуществ. Качество дистиллятов соответствует ГОСТ 10136-77 на технический диэтиленгликоль. соли в них практически во всех случаях отсутствуют. Содержание основного вещества - ДЭГа составляет 98 - 99 % масс. После разгонки промыслового гликоля в колбе оставался вязкий при обычной температуре остаток черного цвета с неприятным запахом. Доля остатка от перегонки при атмосферной ¡1 вакуумной дистилляции составила для чистого гликоля 0.5 % масс, для промыслового -около 2 % масс. При разгонке чистого гликоля остатка в колбе почти нет. а при засоленном гликоле на стенках остается налет хлористого натрия, который смывается горячей водой.

Отмечено, что атмосферная дистилляция обводненного гликоля (80% масс) затруднена, т.к. даже при незначительном увеличении подводимой мощности нагрева происходит вспенивание и выброс гликоля в систему охлаждения. При вакуумной дистилляции такого явления не наблюдалось и кипение было спокойным, что, видимо, обеспечивалось барботажем воздуха через капилляр, опущенный, в перегоняемый раствор.

Лабораторные исследования периодической дистилляции, описанные выше, не позволяют с уверенностью определить эксплуатационные характеристики процесса ввиду малости перегоняемых объемов, отсутствия постоянной подпитки и постоянного изменения составов фаз в процессе перегонки. Поэтому данные, полученные при исследовании периодической дистилляции, могут характеризовать лишь качественные стороны процесса. В связи с этим целью исследований непрерывной дистилляции являлось определение эксплуатационных характеристик процесса, необходимых для проектирования опытной установки: оценка стабильности, выбор места ввода сырья, проверка возможности концентрирования очищенного гликоля, выбор способа обработки и удаления остатка, определение технологических параметров дистилляции.

Разработана и создана экспериментальная лабораторная установка для проведения исследований непрерывной атмосферной и вакуумной дистилляции промыслового диэтиленгликоля, а также методика проведения опытов.

При проведении исследований была опробована подача сырья в три различные точки: на нижнюю тарелку, в верхнюю часть куба и в куб непосредственно в слой жидкости. Существенных преимуществ того или иного способа подачи сырья в процессе эксперимента выявлено не было. Однако подача сырья в нижнюю часть куба позволила иметь более низкие температуры в нем. В первых двух случаях происходил некоторый перегрев кубовой жидкости, что объясняется моментальным испарением

сырьевого гликоля с перегретой поверхности. Во всех случаях при резкой подач большого количества обводненного сырья отмечался выброс кубовой жидкости : колонну. Максимальная производительность установки по очищенному гликолн составила 2,0 - 2,5 л/ч. Качество обессоленного ДЭГа удовлетворяло требованиям ГОС 10136-77.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Показано, что унос диэтиленгликоля из МФА имеет нестационарный характер i увеличивается для вновь отревизированного аппарата от 4-5 г/тыс.м3 до 500 г/тыс.м и более через 8-9 месяцев наработки. На срок наработки МФА и тгтенсивноег, возрастания уноса гликоля существенное влияние оказывает расход и давлен» обрабатываемого газа. Увеличение расхода газа с 200 до 220 тыс.м3/ч (на 10 % приводит к увеличению уноса на 35-40 %.

2. Применение сетчатых сепарационных устройств (барабанов) показало, чт< жидкостная нагрузка на секцию коагуляции при номинальном расходе 210 тыс.м3/1 (5 млн.м3/сут) не превышала 40-50 г/тыс.м3. При увеличении расхода до 250 тыс.м3/1 (6 млн.м3/сут) жидкостная нагрузка увеличилась до 500 г/тыс.м3 (для проектны: аппаратов - 5-7 кг/тыс.м3). При этом унос жидкости в секцию коагуляции более чек на порядок ниже, чем для вариантов с насадкой и мнжекционными элементами.

3. На основании обработки статистических данных по работе МФА на УКПГ-' Уренгойского ГКМ получены зависимости, позволяющие прогнозировать потер! диэтиленгликоля и определять срок наработки аппарата при требуемых уровня: уноса гликоля.

4. Разработана номограмма, позволяющая оперативно оценить потери гликоля п< технологическим параметрам. Сопоставление теоретических и фактически: промысловых данных показало, что большие потери абсорбента связаны недостаточной эффективностью массообмена в верхней части десорбера. Анали возможных вариантов увеличения эффективности массообмена показал, что dti может быть достигнуто путем размещения насадки в межтарельчатом пространств: на верху десорбера с подачей орошения на насадку через специальны! распределитель.

5. Разработана "Инструкция по модернизации десорберов установок вакуумно! регенерации диэтиленгликоля", которая внедрена на 11 УКПГ Уренгойскоп месторождения и 4 УКПГ Медвежьего месторождения. Годовой экономически! эффект от внедрения составил 615 тыс. руб. в ценах 1986 года.

6. Проведен анализ эксплуатационных затрат на регенерацию абсорбента, в результат которого установлено, что зависимость эксплуатационных затрат от флегмовоп числа (отношение флегмы к дистилляту) имеет минимум в диапазоне от 0,4 до 0,6 Составлена "Инструкция по определению и поддержанию оптимального флегмовоп числа", применение которой позволяет снизить затраты топливного газа j

электроэнергии на осушку. Мероприятие внедрено на Уренгойском и Вынгапуровском месторождениях.

7. При проведении лабораторных опытов использовано планирование эксперимента по магнитной очистке ДЭГа от механических примесей. Получены уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс очистки ДЭГа от ферромагнитных примесей в зависимости от типа насадки, длины фильтрующего слоя, расхода гликоля и его вязкости, а также их парных эффектов взаимодействия. Установлено, что парные эффекты взаимодействия не оказывают влияния на эффективность очистки. Среднеквадратическая ошибка колеблется от 1.5 до 10 %. Наименьшие погрешности получены для моделей с типами насадок - стальные шары и шурупы.

S. Анализ результатов лабораторных исследований магнитной очистки показал, что наибольшее влияние на ее эффективность оказывает хшна слоя насадки, расход гликоля и его вязкость. Для повышения степени очистки предложено увеличить длину слоя и его поперечное сечение. Результаты исследований очистки ДЭГа для трех типов насадок - шары, шурупы, сетка показали, что наибольшей эффективностью обладает сетчатая насадка, которая эффективнее шурупов на 5 % и шаров на 10 % при степенях очистки от S0 до 90 %.

9. Разработана методика расчета фазового равновесия системы диэтиленгликоль -вода, позволяющая определить необходимые параметры процесса дистилляции в широком интервале температур, давлений и концентраций, и построены номограммы для их реализации. Установлено, что растворенные соли повышают температуру кипения раствора на 3 - 4°С.

10. Показано, что процесс дистилляции является эффективным способом обессоливания промыслового гликоля как под атмосферным давлением, так и под вакуумом. При атмосферной дистилляции достигается высокий температурный уровень (выше 200°С) и увеличиваются потери гликоля от разложения (до 0,5 % от перегоняемого); вакуумная дистилляции имеет низкий температурный уровень, допускающий применение имеющихся на промысле теплоносителей, и отличается незначительными потерями ДЭГа от разложения. Указанные методы обессоливания позволяют осуществить одновременную очистку гликоля от механических примесей и его концентрирование при наличии фракционирующей секции.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Гухман Л.М., Клюсов В.А., Мог.роносов А.Л. Анализ работы систем подготовки газа на Пунгинском промысле. // Газовое дело. N°o - М.: ВНИИОЭНГ, 1972 г.

2. Гухман Л.М., Клюсов В.А. Разработка и промысловые исследования центробежных сепарационных элементов. // Природный газ Сибири. Выпуск 6 - М.: ВНИИОЭНГ, 1973 г.

3. Гухман Л.М., Клюсов В.А. Рациональное размещение дожимной компрессорной станции на промысловых установках подготовки газа с турбохолодильными агрегатами. (Обз. информация. Сер. Переработка газа и газового конденсата, Вып. 4) - М: ВНИИЭГазпром, 1976 г.

4. Клюсов В.А., Касперович А.Г. Анализ эффективности работы систем абсорбционной осушки природного газа. (Обз. информация. Сер. Подготовка и переработка газа и газового конденсата, Выи. 9) - М.: ВНИИЭГазпром, 1984, с.8-13.

5. Клюсов В.А., Изосимова Н.П., Щипачев Э.И., Безноскова В.Н., Лосева И.В., Савельева A.A. Методические указания по технологическим расчетам систем абсорбционной осушки газа. - Тюмень, НПО «Тюменгазтехнология», 1988 г.

6. Клюсов В.А. Номограмма для определения равновесной концентрации диэтиленгликоля в рефлюксе десорбера. (Обз. информация. Сер. Подготовка и переработка газа и газового конденсата, Вып. 1) - М.: ВНИИЭГазпром, 1983, с.6-7.

7. Истомин В.А., Клюсов В.А., Ставицкий В.А., Абсалямова А.Х., Щипачев В.Б., Квон В.Г. Особенности нормирования технологических потерь гликолей на установках абсорбционной осушки газа. (Обз. информация. Сер. Подготовка и переработка газа и газового конденсата) - М.: ИРЦ РАО Газпром, 1997, 48 е..

8. Клюсов В.А. Выбор параметров низкотемпературной сепарации при обработке газа газоконденсатных месторождений. (Экспресс информация «Геология, бурение и разработка газовых месторождений» Вып. 10) - ВНИИЭгазпром, 1976 г.

9. Клюсов В.А., Щипачев В.Б., Гузов В.Ф., Салихов Ю.Б. Опыт эксплуатации многофункциональных аппаратов на Уренгойском месторождении. (Обз. информация. Сер. Подготовка и переработка газа и газового конденсата, Вып. 4). -М.: ВНИИЭГазпром, 1987 г. - 26 с.

10. Гухман Л.М., Клюсов В.А., Вализер А.Н. Контактный элемент для абсорбционной осушки газа, (Экспресс информация «Геология, бурение и разработка газовых месторождений» Вып. 11) - ВНИИЭГазпром, 1977 г.

11. Клюсов В.А. Система осушки газа. A.c. № 1459697. Заявка 22.10.88 г.

12. Г'ухман Л.М., Минаков В.В., Клюсов В.А. О совершенствовании технологии абсорбционной осушки для северных месторождений природного газа. ( Обз. информация. Сер. Переработка газа и газового конденсата. Вып. 3) - М.: ВНИИЭГазпром, 1976 г.

13. Айзенберг С.И., Гухман Л.М., Клюсов В.А. Выбор рациональной степени извлечения углеводородов на абсорбционных установках. ( Обз. информация. Сер. Переработка газа и газового конденсата. Вып. 9) - М.: ВНИИЭГазпром, 1976 г.

14. Гухман Л.М., Клюсов В.А., Вализер А.Н. Сепаратор природного газа. ( Обз. информация. Сер. Геология, бурение и разработка газовых месторождений. Вып. 14) -М.: ВНИИЭГазпром, 1977 г.

15. Клюсов В.А., Гухман Л.М., Цвиккер Л.Э. Методика расчета на ЭВМ установок НТС с турбодетандером. ( Труды ВНИИЭГазпрома. Сер. Бурение, разработка и

эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений Сибири. Вып. 1/9) -М.: ВНИИЭГазпром, 1977 г.

16. Гухман Л.М.. Клюсов В.А.. Мокроносов А.Л., Маричев Ф.Н., Макаров В.Н. Испытание сепаратора нефтяного газа. // Машины и нефтяное оборудование. №11. -1977 г.

17. Гухман Л.М., Клюсов В.А.. Вализер А.Н. Сепаратор нефтяного газа. Информационный листок Лк78-77 - Тюмень, Изд-во Тюменского межотраслевого территориального ЦНТИ, 1977 г.

18. Гухман Л.М., Клюсов В.А., Вализер А.Н. Газовый малогабаритный каплеуловитель rVIK-l. Информационный листок .Vo79-77 - Тюмень. Изд-во Тюменского межотраслевого территориального ЦНТИ. 1977 г.

19. Клюсов В.А. Автоматический титратор ( Обз. информация. Сер. Геология, бурение и разработка газовых месторождений. Вып. 10 )-М.: ВНИИЭГазпром. 1978 г.

20. Клюсов В.А., Касперович А.Г., Титусов В.А. Экспериментальная установка для исследования глубокой регенерации гликоля отпарным газом. ( Обз. информация. Сер. Подготовка и переработка газа и газового конденсата. Вып. 9) -М.: ВНИИЭГазпром, 1982 г.

21. Клюсов В.А.. Касперович А.Г. Способ регенерации абсорбента. A.c. СССР JV» 1107889. Кл. B01D53/14, Заявка от 15.08.84 г.

22. Клюсов В.А. Способ изготовления регулируемой тепловой трубы. A.c. СССР № 848953. Кл. F28D15/00, Заявка от 23.07.81 г.

23. Клюсов В.А. Эффективность абсорберов Уренгойского месторождения. '/' Газовая промышленность. Xsl. - М.: Недра. 1989 г.

24. Клюсов В.А., Мокроносов А.Л., Щипачев В.Б.. Гузов В.Ф.. Ланчаков Г.А.. Дудов А.Н. Модернизация десорберов установки вакуумной регенерации диэтиленгликоля. п Повышение эффективности подготовки и переработки серосодержащих газов и газовых конденсатов. Сборник научных трудов ВНИПИГаз. - Баку, 1985 г.

25. Клюсов В.А., Ершов A.A. Опыт эксплуатации установок подготовки газа на Ямбургском месторождении. // Нефтяное машиностроение, 1996 г.

16. Ланчаков Г.А., Клюсов В.А., Щипачев В.Б. Эффективность абсорбционного оборудования на газовых месторождениях Тюменской области (Обз. информация. Сер. Подготовка и переработка газа и газового конденсата) - М.: ИРЦ РАО «Газпром», 1994 г. - 26 с.

¡7. Клюсов В.А., Щипачев В.Б., Минаков В.В., Белан С.А. Экономичный метод осушки газа. ¡1 Газовая промышленность Хз 10 - 1986 г.

>8. Титусов В.А., Клюсов В.А. Модернизация многофункциональных аппаратов подготовки газа с целью снижения потерь диэтиленгликоля. // Материалы IV научно-теоретической конференции молодых ученых и специалистов по развитию научных основ разработки месторождений нефти и газа. - Баку, 1988 г.

19. Титусов В.А., Клюсов В.А. Новый способ определения влагосодержания природного газа на УКПГ. // Информационный сборник «Научно-технические

достижения, опыт и рекомендации для внедрения в газовой промышленности». Вып 1.-М.: ИРЦ РАО «Газпром», 1990 г.

30. Казак Ф.В., Клюсов В.А., Шутка Л.М., Овчаренко В.Г. Вертикальный сепарационный фильтр. A.c. СССР, №1722537, Заявка от 24.06.91 г.

31. Гухман Л.М., Клюсов В,А. Способ контроля качества абсорбента для осушки газа A.c. СССР, №1053862. Заявка от 15.07.83 г.

32. Макаров В.Н., Клюсов В.А., Гухман Л.Г., Маричев Ф.Н., Дунаев Н.П Центробежный сепарационный элемент. A.c. СССР, №799786. Заявкаог 11.01.81 г.

33. Клюсов В.А. Установка для титрирования с использованием автоматической: титратора. Информационный листок №51-78 - Тюмень, Изд-во Тюменского межотраслевого территориального ЦНТИ, 1978 г.

Соискатель

Тираж - 100 экз. Зак.1261

Пописано к печати 19 ноября 1998 г. Объем 1,2 п.л.

РИЗО ОМТ ОАО «Запсибгазпром» 625026, г. Тюмень, ул. Республики 143 А

/

/

/

Тюменский государственный нефтегазовый университет

КЛЮСОВ ВИТАЛИИ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОМЫСЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ ГАЗА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДИЭТИЛЕНГЛИКОЛЯ В УСЛОВИЯХ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Специальность 05.15.06 - Разработка и эксплуатация нефтяных и

газовых месторождений

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Заслуж. деят. науки Республики Башкортостан, академик МАИ, член-корреспондент РАЕН, Р.Я. Кучумов

Тюмень, 1998

СОДЕРЖАНИЕ

* Введение.............................................................................. 4

1. Краткий обзор работ в области очистки диэтиленгликоля и снижения его потерь.............................................................. 7

1.1. Анализ результатов исследований по очистке жидкостей от механических примесей............................................................ 7

1.2. Исследования по совершенствованию установок комплексной подготовки газа...................................................................... 19

1.3. Исследования по дистилляции диэтиленгликоля............................ 25

1.4. Постановка проблемы, цели и задачи исследований........................ 33

2. Исследования по снижению потерь диэтиленгликоля в установках подготовки газа.................................................... 39

2.1. Устройство и принцип работы многофункциональных аппаратов по подготовке газа...................................................................... 39

2.2. Анализ результатов промысловых исследований по уносу диэтиленгликоля с осушенным газом.......................................... 44

2.3. Исследование перепада давления на фильтрах и эффективности массообмена в многофункциональных аппаратах........................... 58

2.4. Анализ вариантов модернизации многофункциональных аппаратов.... 65

2.5. Модернизация многофункциональных аппаратов серии ГП-365, 252 и

результаты исследования их эффективности................................. 76

Выводы по главе..................................................................... 92

3. Исследования по повышению эффективности использования установок вакуумной регенерации диэтиленгликоля.................. 94

3.1. Исследование влияния технологических параметров на потери

диэтиленгликоля с рефлюксом................................................... 94

*

3.2. Оптимизация флегмового числа на установках вакуумной

регенерации диэтиленгликоля......................................................................................................106

Выводы по главе..........................................................................................................................................111

4. Лабораторные исследования магнитной очистки

диэтиленгликоля от ферропримесей..................................................................................113

4.1. Теоретические основы магнитного осаждения ферромагнитных частиц..................................................................................................................................................................113

4.2. Описание экспериментальной установки и методика проведения опытов.........................................................................................................................122

4.3. Планирование экспериментов по очистке диэтиленгликоля от механических примесей и анализ их результатов........................................................132

4.4. Лабораторные исследования очистки промыслового гликоля........................152

4.5. Обобщение результатов лабораторных исследований и рекомендации

по проектированию опытной установки..............................................................................159

Выводы по главе..........................................................................................................................................168

* 5. Лабораторные исследования дистилляции диэтиленгликоля................170

5.1. Теоретические основы исследования процесса дистилляции диэтиленгликоля..........................................................................................................................................170

5.2. Исследования периодической дистилляции диэтиленгликоля........................177

5.3. Исследования непрерывной дистилляции диэтиленгликоля..............................183

Выводы по главе..........................................................................................................................................192

Основные выводы и рекомендации....................................................................................193

Список использованных источников................................................................................196

Приложения..................................................................................................................................................207

ВВЕДЕНИЕ

Очистка и осушка газа на месторождениях Западной Сибири осуществляется на установках комплексной подготовки газа, использующих преимущественно абсорбционную технологию, с применением в качестве абсорбента диэтиленгликоля. Установки включают в себя ряд идентичных технологических линий, состоящих из сепаратора, абсорбера и фильтра улавливания капельного гликоля. В настоящее время основные аппараты технологической линии объединены в один многофункциональный аппарат по подготовке газа (МФА), преимущества которого заключаются в резком уменьшении металлоемкости и занимаемой производственной площади.

Основным показателем в оценке эффективности применяемой технологии и аппаратов являются технологические затраты на обработку газа, анализ которых показал, что более 90 % из них приходится на затраты, связанные с восполнением потерь дорогостоящего абсорбента - диэтиленгликоля. Таким образом, основным путем в снижении технологических затрат следует считать уменьшение потерь абсорбента, обусловленных капельным уносом с осушенным газом и уносом с отогнанной водой при регенерации.

Наибольшие потери приходятся на унос гликоля с осушенным газом. По этому параметру традиционные технологические линии, состоящие из дискретных аппаратов, оказались существенно лучше, чем относительно новый многофункциональный аппарат подготовки газа. Так, на месторождении Медвежье средние потери диэтиленгликоля на абсорбционных установках с традиционными технологическими линиями составляют не более 19-20 г/тыс. м , а на Уренгойском месторождении на установках, использующих МФА, эти

о

потери достигали 40-45 г/тыс. м . Такой относительно высокий уровень потерь связан с большими затратами ручного труда и ухудшением качества осушки газа.

Установки регенерации диэтиленгликоля также являются источником его потерь, которые составляют в пересчете на осушенный газ величину от 2 до 31 г/тыс. м3.

Существенное влияние на потери гликоля и технологические затраты в целом оказывает эффективность сепарационного оборудования. Неэффективная # работа сепараторов ускоряет загрязнение абсорбента механическими примесями, увеличивает износ насосов и арматуры, повышает непроизводительные затраты энергии на регенерацию насыщенного раствора абсорбента.

Большие потери гликоля с осушенным газом так же обуславливаются его механическим уносом с фильтров улавливания абсорбционных аппаратов, который возникает при их забивании механическими примесями, содержащимися в циркулирующем на установке гликоле. При этом установлено, что чем больше примесей осаждается на фильтрующей поверхности, тем больше капельный унос диэтиленгликоля. Если бы циркулирующий гликоль не содержал механических включений, то потери гликоля с газом могли бы поддерживаться на достижимом в настоящее время уровне - 2-5 г/тыс. м3 в течение длительного периода времени. При этом резко сократились бы затраты на проведение периодических ремонтов абсорберов и уменьшился износ запорной арматуры и насосов.

Анализ состава примесей показал, что их основу (до 95 %) составляют продукты эрозии и коррозии оборудования, обладающие ферромагнитными свойствами. Причем именно эта фракция примесей наиболее стабильна в растворе гликоля и осаждается при отстое со скоростью не более 20-30 см/сут. Такая скорость осаждения присуща частицам с размерами не более 5-15 мкм, для которых емкость обычных систем фильтрации через пористую перегородку оказывается слишком малой и требующей частой замены фильтрующего материала. В этом случае наиболее целесообразно исследовать возможность использования для целей очистки способа магнитного осаждения частиц, характеризующего большой эффективностью, грязеемкостью, и относительной простотой регенерации. Установка такого типа автоматизируется и ресурс ее работы практически не ограничен.

Одной из важных проблем, возникающих при подготовке природного газа с использованием диэтиленгликоля, является его очистка от солей. Образующиеся в процессе осушки газа растворы диэтиленгликоля и солей увеличивают коррозию

технологического оборудования, снижают эффективность подготовки газа и в конечном итоге увеличивают технологические затраты.

*

Для обессоливания диэтиленгликоля наиболее эффективен процесс дистилляции. В настоящее время процесс дистилляции изучен достаточно полно, однако, отсутствуют методы, удобные для проведения инженерных расчетов, в частности, расчетов по фазовому равновесию систем «диэтиленгликоль - вода» и оценки влияния солей, растворенных в промышленном гликоле, на его равновесное состояние и т.д.

В связи с вышеизложенным целью настоящей диссертационной работы является повышение эффективности промысловой подготовки природного газа с использованием диэтиленгликоля для условий месторождений Западной Сибири. Повышение эффективности промысловой подготовки газа с использованием диэтиленгликоля предполагает комплексное решение следующих задач:

• снижение потерь диэтиленгликоля в установках подготовки газа;

• повышение эффективности использования установок вакуумной регенерации диэтиленгликоля;

• очистка промыслового гликоля от ферромагнитных примесей;

• повышение эффективности дистилляции диэтиленгликоля.

Работа выполнена на кафедре «Прикладная математика» Тюменского государственного нефтегазового университета и в Комплексе по добыче газа ОАО «Запсибгазпром». Автор выражает признательность научному руководителю профессору Кучумову Р.Я., сотрудникам кафедры прикладной математики и производственных подразделений Комплекса по добыче газа к.т.н. Нурбаеву Б.А., к.т.н. Кучумову P.P., Ермаку В.В., Бындикову A.B. за научные консультации и ценные замечания, сотрудникам института «ТюменНИИгипрогаз» Щипачеву В.Б., Титусову В.А., Касперовичу А.Г. и работникам ООО «Уренгойгазпром» Гузову В.Ф., Ланчакову Г.А., Салихову Ю.Б. и Кулькову А.Н. за помощь и участие в проведении промысловых исследований.

1. КРАТКИЙ ОБЗОР РАБОТ В ОБЛАСТИ ОЧИСТКИ ДИЭТИЛЕНГЛИКОЛЯ И СНИЖЕНИЯ ЕГО ПОТЕРЬ

1.1. Анализ результатов исследований по очистке жидкостей от механических примесей

Одной из основных проблем во многих отраслях промышленности является повышение качества жидкостей на разных стадиях технологического процесса. Это относится к производствам, где возможно образование железосодержащих примесей, образующихся в результате непрерывно прогрессирующей коррозии оборудования. В химической технологии широко распространены процессы с разделением неоднородных систем. Выбор метода разделения обуславливается главным образом размерами взвешенных частиц, разностью плотностей дисперсной и сплошной фаз, а также вязкостью сплошной фазы. Применяются следующие основные методы очистки: осаждение, центрифугирование, мокрое разделение. Эти методы лежат в основе гидрохимических процессов разделения неоднородных систем.

Осаждение представляет собой процесс разделения, при котором взвешенные в жидкости твердые частицы отделяются от сплошной фазы под действием силы тяжести, сил инерции или электростатических сил. Осаждение, происходящее под действием силы тяжести, называется отстаиванием. Отстаивание, в основном, применяется для предварительного грубого разделения неоднородных систем. В промышленности процессы осаждения очень часто проводятся в ограниченном объеме при большой концентрации дисперсной фазы, т.е. в условиях, когда оседающие частицы могут влиять на движение друг друга. Опыт показывает, что при отстаивании неоднородных систем наблюдается постепенное увеличение концентрации диспергированных частиц в аппарате по направлению сверху вниз. Над слоем осадка образуется зона сгущенной суспензии, в которой происходит стесненное осаждение частиц. Скорость стесненного осаждения меньше скорости свободного осаждения. Это объясняется

тем, что при стесненном осаждении частицы испытывают не только большое сопротивление среды, но и добавочное сопротивление, обусловленное трением и сопротивлением частиц. Отстаивание является более дешевым процессом разделения неоднородных систем, чем фильтрование. Отстаивание частично используется в качестве первичного процесса разделения, когда стремятся предварительно удалить возможно большее количество твердого вещества из сплошной фазы. Отстаивание проводят в аппаратах, называемых отстойниками [41].

Фильтрование - процесс разделения суспензий с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкость, но задерживать Взвешенные частицы. Оно осуществляется под действием сил давления или центробежных сил и применяется для более тонкого разделения суспензий, чем при обычном осаждении. Разделение суспензий, состоящих из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц, происходит за счет разности давлений, под действием которого жидкость проходит через поры фильтровальной перегородки, а твердые частицы ^ задерживаются на ее поверхности. Таким образом, суспензия разделяется на чистый фильтрат и влажный осадок. Этот процесс разделения суспензии называется фильтрованием и разделением осадка. Разность давлений по обе стороны фильтровальной перегородки создается разными способами и в зависимости от этого осуществляются различные процессы фильтрования. Если пространство под фильтровальной перегородкой присоединяется к источнику вакуума то процесс фильтрования идет при постоянной разности давлений, при этом скорость процесса фильтрования уменьшается в связи с увеличением сопротивления слоя осадка при возрастающей толщине слоя. Если суспензия транспортируется центробежным насосом, производительность которого уменьшается при возрастании сопротивления осадка, что обуславливает повышение разности давлений, то в этом случае процесс фильтрования происходит при переменных разностях давлений и скоростях.

В производстве фильтрование, обычно производят при следующих разностях давлений:

• под вакуумом 5*104 - 9*104 н/м2;

под давлением сжатого воздуха не более 30* 104 н/м2;

• при подаче поршневым или центробежным насосом до 50*104 н/м2;

• под гидростатическим давлением слоя суспензии до 5* 104 н/м2.

Работа фильтров при наибольшей производительности обычно не совпадает с экономически целесообразными условиями фильтрования. Это связано с тем, что для достижения наибольшей производительности фильтра необходимо довольно часто производить дополнительную операцию разгрузки осадка, требующую определенных затрат труда и энергии.

Центрифугирование - процесс разделения суспензий или эмульсий в поле центробежных сил с использованием сплошных или проницаемых для жидкости перегородок. Под действием этих сил осаждение сочетается с уплотнением образовавшегося осадка, а фильтрование - с уплотнением и механической сушкой 4 осадка. Под действием центробежных сил суспензия разделяется на осадок и жидкую фазу, называемую фугатом. Осадок остается на роторе, а жидкая фаза удаляется из него. Процесс центрифугирования производится в аппаратах, называемых центрифугами. Процессы центрифугирования осуществляются периодически или непрерывно.

В связи со сложностью центрифугирования и разнообразием конструкций, применяемых на практике, разработка процесса и методов расчета затруднительна.

По степени разделения центрифугирование можно разделить на две группы : нормальные центрифуги (Кр< 3500) и сверхцентрифуги (Кр > 3500).

Нормальные центрифуги применяются главным образом для разделения различных суспензий с очень малой концентрацией твердой фазой, а также для удаления влаги из материалов. Сверхцентрифуги являются аппаратами отстойного типа и подразделяются на трубчатые центрифуги, используемые для

разделения тонкодисперсных суспензий и жидкостные сепараторы, служащие для разделения эмульсий.

*

Существенным признаком различия центрифуг является способ выгрузки из них осадка [35]. Выгрузка производится вручную или механически при помощи ножей, скребков, шнеков и поршней, а также под действием силы тяжести или центробежной силы.

По расположению оси вращения различают наклонные, вертикальные и горизонтальные центрифуги.

В зависимости от организации процесса центрифуги делятся на периодические и постоянно действующие.

В практике осушки углеводородных газов применяют абсорбционные и адсорбционные методы [35]. Из абсорбционных методов наиболее часто используют осушку гликолями (триэтиленгликолем - ТЭГ и диэтиленгликолем -ДЭГ), а из адсорбционных - силикагелями или цеолитами. Гликоли, используемые для абсорбционной осушки, представляют собой прозрачные бесцветные или 4 слабоокрашенные в желтый цвет гигроскопические жидкости. Это вещества с относительно низкой токс