Осушка природного газа и выделение конденсата с применением холода,
Осушка природного газа и выделение конденсата с применением холода, ПОЛУЧАЕМОГО
В ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИНАХ
После того как в процессе разработки месторождения давление газа на устье скважин снизится до 8-9 МПа (80-90 кгс/см2), получать холод (отрицательные температуры газа) в низкотемпературном сепараторе при дросселировании газа в штуцерах на установках НТС не представляется возможным. В данном случае осушить газ и выделить из него конденсат можно как применяя искусственный холод, получаемый в холодильных машинах или турбодетандерах, так и применяя установки адсорбции.
Для решения вопроса о том, что выгоднее применять для обработки газа – искусственный холод, турбодетандеры или адсорбционные установки, необходимо для конкретных месторождений провести технико-экономический анализ работы таких установок и рекомендовать ту из них, которая потребует меньших издержек на строительство и меньших эксплуатационных расходов.
Осушку и выделение конденсата из газа с применением искусственного холода можно осуществлять на компрессорных и абсорбционных установках. Здесь приведем лишь принципиальную схему и разберем работу компрессорной холодильной установки. На рис. 87 приведена принципиальная схема установки НТС на головных сооружениях Газли. Работает она следующим образом.
Газ по шлейфам 1 с давлением около 9,4 МПа и температурой 350С идет на ГСП и в сепараторах 2 освобождается от капельной жидкости. С этим же давлением он «проходит» по сборному коллектору 3 и входит в два кожухотрубчатых теплообменника 4, где температура его понижения до + 200С за счет холодного газа, поступающего по линии 10 из низхкотемпературного сепаратора 13. После теплообменников 4 газ и конденсат с практически прежними давлением и температурой до + 200С поступают в сепаратор 5, где происходит их разделение. Затем газ направляется в абсорбционную колонну осушки 6, где «точка росы» его за счет подачи 99 % - ного ДЭГа насосом 9 доводится до - 150С. После колонны осушки газ предварительно проходит жалюзийную насадку 7, где задерживаются капельки ДЭГа, и поступает в два кожухотрубчатых теплообменника 8, в которых температура газа за счет подачи холодного газаиз сепаратора 13 доводится до + 20С. С такой температурой и джавлением около 9 МПа осушенный газ подходит к штуцеру 11.
В штуцере 11 газ редуцируется до давления 5,5 МПа и поступает в аммиачный испаритель-холодильник 12, где температура его становится равной – 150С, в результате чего выпадает много углеводородного конденсата, который отделяется от газа в сепараторе 13. От колонны осушки газа 6 и до низкотемпературного сепаратора 13 гидраты не образуются, поскольку на этом участке движется осушенный от паров воды газ. На месторождении Газли за счет установки НТС ежесуточно получают из газа горизонта ХІІ около 450 м3 стабильного конденсата. Так работает технологическая цепочка оборудования подготовки газа к транспортированию. Сейчас ознакомимся с работой компрессорной холодильной установки, помогающей штуцеру 11 создавать в сепараторе 13 низкие температуры газа (-150С). После того как давление снизится до 5,5 МПа, штуцер 11 уберется. А холодопроизводительность компрессорной установки по мере попадания давления должна постепенно увеличиться. Теперь разберем работу самой холодильной установки. Она работает следующим образом.
Рекомендуемые материалы
Поршневой компрессор первой ступени 15 сжимает пары аммиака (NH3), поступающего из испарителя-холодильника 12, до 0,5 МПа, в результате чего температура их увеличивается от +130 до +600С. Затем с этими параметрами пары NH3 поступают в маслоотделитель 16 и промежуточный сосуд 17, где они охлаждаются до +400С за счет жидкого NH3, поступающего из ресивера 18. С температурой +400С пары NH3 поступают на прием второй ступени поршневых компрессоров 19 и сжимаются до 1,5 МПа, в результате чего температура их увеличивается до 850С. Пары NH3 с такими параметрами поступают через маслоотделитель 20 в кожухотрубный конденсатор 21, в котором за счет подачи холодной воды температура их становится равной +380С, в результате чего они конденсируются и в жидком состоянии NH3 поступает в ресиверы 22. Затем жидкий NH3 редуцируется штуцером 23 до давления 0,17 МПа и превращается (испаряется) в холодные пары с температурой -230С, которые по трубопроводу 24 подаются снова в испаритель-холодильник 12 для охлаждения природного газа, протекающего через испаритель. После чего цикл снова повторяется.
Теоретическая холодопроизводительность установки искусственного холода (УИХ) равна 7,35 млн. ккал/ч, фактическая с учетом потерь 12% холода в испарителях и трубопроводах – 6,55 млн. ккал/ч. Холодопроизводительность одного компрессора типа 10 ГКН-2-1,69/15 в рабочих условиях равна 1,53 млн. ккал/ч. Номинальная мощность газомоторного привода компрессора равна 1350 л.с. или 1350:!.36=990 кВт.
Теперь дадим определение производительности холодильной установки. Она характеризуется так называемым холодильным коэффициентом ε, который определяется так:
, (1)
где q0 - количество теплоты, отнятой у охлаждаемого газа, Дж (или ккал);
Al – количество теплоты, эквивалентное затрачиваемой механической работе компрессора, дЖ (А-тепловой эквивалент механической работы, равный 1/427 ккал/кгс м; l – работа, или сила на пройденный путь, кгс м).
Действительная холодопроизводительность компрессора (в ккал/ч) выражается формулой
, (2)
где V – часовой рабочий объем цилиндров компрессора, м3; λ – коэффициент подачи компрессора; qV – удельная объемная холодопроизводительность холодильного агрегата, ккал/м3.
Часовой рабочий объем цилиндра для одноцилиндровых компрессоров простого действия равен
; (3)
для многоцилиндровых компрессоров простого действия
; (180)
для компрессоров двойного действия, работающих обеими сторонами поршня,
, (4)
где D – диаметр цилиндра компрессора, м; S – ход поршня, м; n – число оборотов коленчатого вала в минуту; m – число цилиндров компрессора; d - диаметр штока, м.
Производительность холодильной машины в значительной мере зависит от температуры режима ее работы. Формула 1 подтверждает это. В провой ее части из трех сомножителей (два коэффициент подачи компресора и удельная объемная холодопроизводительность холодильного агента) зависят от температурного режима работы машины. Особенно сильно влияют на производительность машины температура кипения и температура конденсации холодильного агента. Чем выше температура кипения и ниже температура конденсации, т.е. чем меньше разность между этими температурами, тем больше холодопроизводительность машины.
Значительное влияние на холодопроизводительность машины оказывает также и сама температура холодильного агента перед регулирующим вентилем: чем она ниже, тем выше холодопроизводительность машины.
Таким образом, холодопроизводительность сама по себе не может характеризовать машину, если при этом не указаны температурные условия ее работы.
Требования к холодильным агентам
Вещества, применяемые в качестве рабочего тела при осуществлении холодильных циклов, называют холодильными агентами. К холодильным агентами предъявляют следующие требования:
- безвредность для здоровья человека;
- достаточно низкая температура кипения;
- способность сконденсироваться при низких давлениях;
- наибольшая удельная объемная холодопроизводительность;
- критическая температура должна быть выше температуры окружающей воды (только при выполнении этого условия хладоагент может сконденсироваться)
- температура замерзания холодильного агента должна быть ниже, чтобы исключить опасность замерзания в испарителе;
- холодильный агент не должен быть горючим, взрывоопасным, должен обладать химической стойкостью и инертностью по отношению к металлам и смазочным маслам.
В настоящее время отвечают:
- аммиак NH3;
- фреоны Ф-11, Ф-12, Ф-142 и др.
Объемная холодопроизводительность сухого насыщенного пара холодильных агентов при температуре кипения – 150С и температуре конденсации 300С (в ккал/м3) приведена в таблице 1.
| Агент | Аммиак | Фреон Ф-12 | Фреон Ф-22 | Фреон Ф-142 | Углекислый газ |
| Объемная холодопроизводительность | 517,7 | 305,6 | 495 | 155,2 | 1854,4 |
Аммиак и фреоны при давлении 1 ат имеют температуру кипения намного ниже нуля. В таблице 2 приведены основные физические свойства и характеристики холодильных агентов.
| Холодильный агент | Температура кипения при 1 ат, 0С | Критическая температура, 0С | Температура замерзания, 0С | Абс. давление насыщенных паров при -00С | Плотность, кг/л | |
| Жидкости, при 300С | Сухого насыщен. пара при -150С | |||||
| Аммиак | -33,7 | 132,4 | -77,7 | 4,38 | 0,59 | 1,97 |
| Фреон Ф-12 | -30,6 | 11,5 | -155,0 | 3,15 | 1,29 | 10,8 |
| Фреон Ф-22 | -43,7 | 96,0 | -160,0 | 5,09 | 1,17 | 12,8 |
| Фреон Ф-142 | -10,1 | 137,0 | -130,8 | 1,48 | - | - |
| Углекислый газ | -78,9 | 31,0 | -56,0 | 35,54 | 0,59 | 60,2 |
Люди также интересуются этой лекцией: Рекламное агентство как главный действующий субъект рекламного рынка.
Конденсаторы и испарители
Конденсаторы предназначены для сжижения сжатых в компрессоре паров холодильного агента. В конденсаторе от холодильного агента отводится вся теплота, которую он воспринимает в компрессоре, испарители и трубопроводах.
Общее количество теплоты, отводимое от холодильного агента в конденсаторе за единицу времени называют тепловой нагрузкой. Поглощается эта теплота водой, специально подаваемой в конденсатор. Интенсивность теплопередачи в конденсаторах зависит прежде всего от скорости движения охлаждающей воды, скорости отвода холодильного агента и чистоты теплопередающей поверхности.
В практике в качестве конденсаторов чаще всего применяют кожухотрубные теплообменные аппараты.
Испарителями в холодильных машинах называют аппараты, в которых происходят кипение холодильного агента и поглощение теплоты, подаваемой в испаритель природного газа, т.е его охлаждение. Работа испарителя, как и всякого теплообменного аппарата (в том числе и конденсатора), характеризируется прежде всего интенсивностью теплопередачи.
Чаще всего применяют испарители горизонтального типа, многоходовые с оребренными трубами для увеличения поверхности теплообмена.
