Установка для подготовки попутного нефтяного газа низкого давления

Полезная модель относится к нефтегазовой промышленности и может быть использована на небольших узлах промысловой подготовки нефти для подготовки (осушки) попутного нефтяного газа (ПНГ) низкого давления 0,6÷1,3 МПа к использованию. Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении эффективности работы установки для подготовки ПНГ (осушки) низкого давления. Сущность заявленной установки заключается в том, что при подготовки (осушки) ПНГ низкого давления 0,6÷1,3 МПа к использованию, учтена особенность работы вихревой трубы при низком давлении на конденсирующихся газах. В заявленной установке охлаждаемая вихревая труба используется в качестве генератора холода для осуществления конденсационной очистки (осушки) ПНГ. Перед подачей ПНГ в вихревую трубу, с целью обеспечения ее эффективной работы, организованы мероприятия по предотвращению гидратообразования и очистке ПНГ от конденсата. При этом ПНГ, поступающий в установку, подвергается предварительной очистке от конденсата в сепараторе предварительной очистке, затем в него для предотвращения образования при охлаждении ПНГ газогидратов подается ингибитор гидратообразования. Затем ПНГ подвергается охлаждению отходящим из вихревой трубы холодным потоком газа в теплообменниках-сепараторах. При охлаждении ПНГ происходит конденсация тяжелых фракций углеводородов, выделение их из потока ПНГ производится в нижних камерах теплообменников. Окончательную очистку от конденсата ПНГ проходит после теплообменников в сепараторе основной очистки перед подачей ПНГ в вихревую трубу. Охлажденный и очищенный от конденсата тяжелых фракций углеводородов ПНГ подается в вихревую трубу, где происходит расширение и охлаждение ПНГ. Отходящий из вихревой трубы холодный поток газа при прохождении теплообменников нагревается и подается потребителям для использования. Использование предложенной установки для подготовки попутного нефтяного газа низкого давления, преимущественно 0,61,3 МПа, вследствие организации эффективной работы вихревой трубы и утилизации холодного потока обеспечивает более эффективное удаление тяжелых фракций углеводородов из ПНГ и ПНГ пригоден для дальнейшего использования.

Полезная модель относится к нефтегазовой промышленности и может быть использована на небольших узлах промысловой подготовки нефти для подготовки (осушки) попутного нефтяного газа (ПНГ) низкого давления 0,6÷1,3 МПа к использованию.

Наиболее близкой к заявляемой полезной модели, принятой за прототип, является установка, содержащая сепаратор предварительной очистки газа, теплообменники-сепараторы первой и второй ступеней очистки, патрубки выхода конденсата которых соединены с коллектором, соединенным со сборником жидкости и охлаждаемой вихревой трубой [см. Патент RU 2149678, МПК В01D 53/26, 2000 г].

Известная установка предназначена для очистки газа высокого давления ~9,0÷16,0 МПа, обеспечивая при этих условиях высокую эффективность подготовки ПНГ к использованию. Однако при использовании ее для очистки ПНГ в установках подготовки нефтяного газа, характеризующегося давлением 0,6÷1,3 МПа, она обладает следующими недостатками, обусловленными особенностями работы вихревой трубы при таких давлениях [см. стр.135. Вихревые аппараты. А.Д.Суслов, С.В.Иванов, А.В.Мурашкин, Ю.В.Чижиков. - М. Машиностроение, 1985.].

Образование углеводородного конденсата и гидратов из-за охлаждения газа происходит уже в узле соплового входа вихревой трубы, что приводит к попаданию конденсата в камеру энергетического разделения, частичному или полному забиванию проточной части вихревой трубы и нарушению работы, как вихревой, трубы, так и всей установки в целом. Наличие конденсата в камере энергетического разделения без его сепарации и выделения из камеры энергетического разделения приводит к испарению конденсата в горячем потоке, конденсации его в приосевом слое и интенсивному выносу конденсата с холодным потоком газа на выходе из первой вихревой трубы, который поступает в коллектор подачи газа потребителю. Особенно это проявляется при низких давлениях и работе вихревой трубы с долей холодного потока µ>0,8. [см. стр.135. Вихревые аппараты. А.Д.Суслов, С.В.Иванов, А.В.Мурашкин, Ю.В.Чижиков. - М. Машиностроение, 1985.]. Такие же проблемы возникают и на второй ступени снижения давления. Вынос конденсата и отсутствие средств сепарации конденсата в трубопроводах холодного потока за первой и второй ступенью снижения давления приводят к снижению эффективности осушки ПНГ и, как следствие, к проблемам при транспортировке и использовании ПНГ из-за забивания арматуры и трубопроводов гидратами, и в целом к потери ценного сырья.

Вследствие этого применение известной установки для подготовки (осушки) ПНГ для небольших узлов промысловой подготовки нефти, характеризующихся нестабильным расходом ПНГ и небольшим давлением ПНГ 0,6÷1,3 МПа, является малоэффективным.

Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении эффективности работы установки для подготовки ПНГ (осушки) низкого давления.

Эта задача решается тем, что в известной установке для подготовки попутного нефтяного газа низкого давления, преимущественно 0,6÷1,3 МПа, содержащей сепаратор предварительной очистки газа, теплообменники-сепараторы первой и второй ступеней очистки, патрубки выхода конденсата которых соединены с коллектором, соединенным со сборником жидкости, и охлаждаемую вихревую трубу, согласно полезной модели она снабжена узлом ввода ингибитора гидратообразования, сепаратором основной очистки газа и вторым сборником жидкости, при этом узел ввода ингибитора гидратообразования установлен на трубопроводе, соединяющим выход из сепаратора предварительной очистки газа и вход в трубное пространство теплообменника-сепаратора первой ступени, выход из которого соединен со входом в трубное пространство теплообменника-сепаратора второй ступени, а выход из него через сепаратор основной очистки газа соединен с тангенциальным входом охлаждаемой вихревой трубы, выход холодного газа из которой сообщен со входом в нижнюю часть межтрубного пространства теплообменника-сепаратора второй ступени очистки, верхний выход из которого сообщен со входом в нижнюю часть межтрубного пространства теплообменника-сепаратора первой ступени очистки, причем верхний выход из него и выход горячего газа из охлаждаемой вихревой трубы сообщены с коллектором подачи осушенного газа потребителю, при этом выход конденсата из сепараторов предварительной и основной очистки газа, теплообменников-сепараторов первой и второй ступеней соединены с коллектором сбора жидкости в первый сборник, а выход сконденсированной фазы охлаждаемой вихревой трубы соединен со вторым сборником жидкости.

Сущность полезной модели заключается в следующем: предлагаемая установка позволяет при прохождении газа по технологической цепи провести предварительную очистку входящего ПНГ от капель углеводородного и водяного конденсата в первичном сепараторе, предотвратить образование газогидратов, провести охлаждение входящего ПНГ в теплообменниках холодным потоком от вихревой трубы и качественную очистку ПНГ от капель конденсата, охлаждение ПНГ в вихревой трубе и направление холодного потока в теплообменники. Разделение ПНГ в охлаждаемой вихревой трубе происходит с долей холодного потока µ=0,8÷1,0 (основной рабочий режим с µ=1,0), для улучшения работы вихревой трубы на пусковом режиме из камеры энергетического разделения производится отбор конденсата.

На чертеже представлена схема установки для подготовки попутного нефтяного газа низкого давления.

Установка для подготовки попутного нефтяного газа низкого давления содержит сепаратор предварительной очистки газа 1 центробежного типа, соединенный входным патрубком с трубопроводом подачи ПНГ. Патрубок слива конденсата из сепаратора 1 соединен со сборником жидкости 7, а выходной патрубок из сепаратора 1 соединен с входом узла ввода ингибитора гидратообразования 2, выход из которого соединен с патрубком верхней камеры теплообменника 3, соединенной с его трубным пространством. Нижняя камера теплообменника 3 является корпусом сепаратора конденсата, патрубок слива конденсата из которого соединен со сборником жидкости 7, при этом выходной патрубок из нижней камеры теплообменника 3 соединен с патрубком верхней камеры теплообменника 4. При этом верхняя камера теплообменника 4 сообщена с трубным пространством теплообменника 4, а нижняя камера теплообменника является корпусом сепаратора конденсата, причем патрубок слива конденсата из сепаратора соединен со сборником жидкости 7. Выходной патрубок нижней камеры теплообменника 4 соединен с входным патрубком сепаратора основной очистки 5 центробежного типа, причем патрубок слива конденсата из сепаратора 5 соединен со сборником жидкости 7, а выходной патрубок сепаратора основной очистки 5 соединен с тангенциальным входом охлаждаемой вихревой трубы 6. Сепарационный узел конденсата вихревой трубы соединен со сборником жидкости 8, а патрубок вывода горячего потока вихревой трубы трубопроводом соединен с патрубком выдачи очищенного основного потока газа из установки потребителю. При этом патрубок вывода холодного потока вихревой трубы трубопроводом соединен с нижним патрубком межтрубного пространства теплообменника 4, а его верхний патрубок межтрубного пространства соединен с нижним патрубком межтрубного пространства теплообменника 3, при этом верхний патрубок межтрубного пространства которого является патрубком выдачи основного очищенного потока ПНГ из установки потребителю.

Известно [см. стр.134. Вихревые аппараты. А.Д.Суслов, С.В.Иванов, А.В.Мурашкин, Ю.В.Чижиков. - М. Машиностроение, 1985.], что при охлаждении в вихревой трубе конденсирующихся газов, для обеспечения эффективной работы вихревой трубы необходимо предотвратить подачу на вход вихревой трубы двухфазного потока и производить отбор образовавшегося конденсата из камеры энергетического разделения вихревой трубы. При охлаждении в вихревой трубе конденсирующих газов, генерируется мелкодисперсный туман, причем размеры капель конденсата лежат в диапазоне от 0,1 до 0,6 мкм, что делает сепарацию и отвод образовавшегося конденсата в камере энергетического разделения недостаточно эффективным. В связи с этим при осушке ПНГ с давлением 0,6÷1,3 МПа вихревая труба используется практически только для генерации холода, а охлаждение, конденсация и сепарация основного количества конденсата из потока газа производится в теплообменниках-сепараторах 3 и 4.

Предложенная установка подготовки ПНГ позволяет при прохождении газа по технологической цепи провести очистку газа в следующей последовательности. В предварительном сепараторе 1 центробежного типа ПНГ очищается от капель водяного и углеводородного конденсата и подается в узел ввода ингибитора гидратообразования 2. В узле ввода ингибитора гидратообразования 2 подаваемый насосом-дозатором ингибитор гидратообразования (например, диэтиленгликоль) распыляется в потоке ПНГ форсункой, пары ингибитора гидратообразования с водяными парами образуют растворы, переводящие водяные пары в конденсат, а обработанный ПНГ поступает через верхнюю камеру в трубное пространство теплообменника-сепаратора 3. В теплообменнике-сепараторе 3, поступающий в трубное пространство теплообменника-сепаратора 3 ПНГ охлаждается отходящим из теплообменника-сепаратора 4 холодным потоком ПНГ, в нижней камере теплообменника, служащей сепаратором, при повороте газа на 180°, образовавшийся конденсат отделяется от газа и выводится в приемную емкость 7. Очищенный от конденсата газ подается через верхнюю камеру в трубное пространство теплообменника 4. В теплообменнике-сепараторе 4, поступающий в трубное пространство теплообменника-сепаратора 4 ПНГ охлаждается холодным потоком ПНГ отходящим из вихревой трубы 6, в нижней камере теплообменника, служащей сепаратором, при повороте газа на 180°, образовавшийся конденсат отделяется от газа и выводится в приемную емкость 7. ПНГ, после охлаждения, конденсации и сепарации основного количества углеводородного конденсата в теплообменниках-сепараторах 3 и 4, подается в сепаратор основной очистки центробежного типа 5, где проходит качественную очистку от капель конденсата, предотвращающую попадание жидкой фазы в вихревую трубу 6. Конденсат из сепаратора основной очистки 5 ПНГ выводится в приемную емкость 7. Из сепаратора основной очистки 5 ПНГ поступает в вихревую трубу 6. С целью получения максимальной холодопроизводительности для охлаждения потока ПНГ используется охлаждаемая вихревая труба 6 с долей холодного потока µ=0,8÷1,0 (основной рабочий режим с µ=1,0). Для улучшения работы вихревой трубы 6 из камеры энергетического разделения производится отбор конденсата и отвод его в приемную емкость 8. Горячий поток газа из вихревой трубы поступает на выход установки и смешивается с основным очищенным потоком. Холодный поток газа из вихревой трубы 6 поступает в нижний патрубок межтрубного пространства теплообменника 4, омывая трубный пучок холодный газ поднимается вверх, охлаждая при этом поступающий в вихревую трубу 6 ПНГ. Из верхнего патрубка межтрубного пространства теплообменника 4 газ поступает в нижний патрубок межтрубного пространства теплообменника 3. Газ, омывая трубный пучок, поднимается вверх, охлаждая поступивший из узла ввода ингибитора гидратообразования 2 в теплообменник 3 ПНГ, из верхнего патрубка межтрубного пространства теплообменника 3 очищенный газ поступает в линию выдачи газа из установки. При прохождении теплообменников 4 и 3 происходит нагрев холодного потока из вихревой трубы 6 до температур на 5° ниже температуры поступающего в установку ПНГ, при этом произойдет испарение углеводородного конденсата пропан-бутановой фракции, который может быть вынесен из камеры энергетического разделения вихревой трубы 6.

Использование предложенной установки для подготовки попутного нефтяного газа низкого давления, преимущественно 0,61,3 МПа, вследствие организации эффективной работы вихревой трубы и утилизации холодного потока обеспечивает более эффективное удаление тяжелых фракций углеводородов из ПНГ.

Подготовленный таким образом ПНГ может подаваться для использования: в установки мембранного разделения, в поршневые энергетические установки для выработки электроэнергии, для сжигания в технологических установках и котельных.

Установка для подготовки попутного нефтяного газа низкого давления преимущественно 0,61,3 МПа, содержащая сепаратор предварительной очистки газа, теплообменники-сепараторы первой и второй ступеней очистки, патрубки выхода конденсата которых соединены с коллектором, соединенным со сборником жидкости, и охлаждаемую вихревую трубу, отличающаяся тем, что она снабжена узлом ввода ингибитора гидратообразования, сепаратором основной очистки газа и вторым сборником жидкости, при этом узел ввода ингибитора гидратообразования установлен на трубопроводе, соединяющим выход из сепаратора предварительной очистки газа и вход в трубное пространство теплообменника-сепаратора первой ступени, выход из которого соединен со входом в трубное пространство теплообменника-сепаратора второй ступени, а выход из него через сепаратор основной очистки газа соединен с тангенциальным входом охлаждаемой вихревой трубы, выход холодного газа из которой сообщен со входом в нижнюю часть межтрубного пространства теплообменника-сепаратора второй ступени очистки, верхний выход из которого сообщен со входом в нижнюю часть межтрубного пространства теплообменника-сепаратора первой ступени очистки, причем верхний выход из него и выход горячего газа из охлаждаемой вихревой трубы сообщены с коллектором подачи осушенного газа потребителю, при этом выход конденсата из сепараторов предварительной и основной очистки газа, теплообменников-сепараторов первой и второй ступеней соединены с коллектором сбора жидкости в первый сборник, а выход сконденсированной фазы охлаждаемой вихревой трубы соединен со вторым сборником жидкости.