Rezumat pe tema muncii maestrului
Perspectivele dezvoltării industriei gazelor din Rusia sunt asociate în primul rând cu dezvoltarea câmpurilor de gaze și gaze condensate în regiunile din nordul îndepărtat. Transportul gazelor din aceste depozite se efectuează prin conducte de trunchi situate în zona de distribuție a permafrostului. Condițiile de temperatură ale conductelor sunt impuse de cerințe rigide pentru a asigura fiabilitatea lor operațională și conservarea permafrostului [1].
Condentele depozitelor Achimov conțin o cantitate semnificativă de fracțiuni de hidrocarburi grele. Aceste fracțiuni grele conțin, în cantități semnificative, hidrocarburi parafinice normale. Din acest motiv, la temperaturi de 30 ° C și mai scăzute în condensat apare o fază solidă. Când temperatura scade, cantitatea de fază solidă crește. În viitorul apropiat, va exista o creștere semnificativă a proporției de materii prime parafinice grele în producția totală de hidrocarburi lichide în câmpurile din nordul regiunii Tyumen. acest lucru va duce la depunerea parafinelor în sistemele de conducte. În același timp, conducta principală de condensare Urengoi-Surgut, care este singura modalitate de transport a materiilor prime fosile către Surgut ZSK, nu este echipată cu încălzitoare și un strat de izolație termică corespunzător. În acest sens, asigurarea fiabilității furnizării de materii prime lichide împovărate către instalațiile de procesare este o sarcină reală de astăzi.
1. Caracteristicile obiectului de studiu
Obiectul studiului este procesul de depunere a parafinelor în tehnologia de preparare a gazului și a condensatului pe depozitele Achimov din domeniul Urengoy. Tehnologia este implementată într-o unitate complexă de tratare a gazelor (GPP), destinată preparării industriale a gazelor naturale și condensului dintr-un amestec de rezervoare pentru producerea gazului comercial și a condensului instabil (NK).
Depozitele Achimov sunt legate de depozitele de gaze naturale de gaze naturale. Amestecul rezervor este caracterizat de un conținut crescut de fracțiuni de hidrocarburi grele și de un conținut crescut de hidrocarburi alcanice obișnuite în fracțiile de hidrocarburi grele.
Dezvoltarea depozitelor se desfășoară în climatul arctic. Temperatura amestecului de formare la intrarea în GPP este de 20 până la 40 ° C. Temperatura începutului formării parafinei este de aproximativ 24 ° C. Linia de condens cu garnitură subterană fără izolație termică este acționată la temperatura solului minus 6 ° C și alimentarea NC comercială cu o temperatură minus 4 ° C. Astfel, există condiții de depunere a parafinei în rețeaua de colectare a gazelor și în linia de condens. Există condiții pentru depunerea de parafină în echipamentul de proces al unei unități de tratare a gazelor (GCS), deoarece se utilizează un proces cu temperatură scăzută.
2. Baza fizico-chimică a formării parafinei și a depunerii de parafină
Condensul de hidrocarburi al depozitelor Achimov conține de la 4 până la 5,6% din greutate. parafine, până la 0,55 mg / 100 ml rășini și până la 0,043% în greutate. asfaltene. Pierderea depozitelor asfalten și parafină (AFS) complică procesul de colectare și pregătire a formării industriale a amestecului. Procesele de parafină pe pereții tuburilor pot începe deja în puțul de foraj și când colectarea amestecului lichid-gaz din tufișurile forajele la GPP. Parafinizarea echipamentelor este probabilă pe parcursul întregului lanț de procesare.
În instalațiile de separare la temperaturi scăzute, acest lucru se manifestă prin creșterea temperaturii de separare, creșterea presiunii de presiune în schimbătoarele de căldură, reducerea coeficientului de transfer de căldură în ele și degradarea calității gazului produs [2].
Analiza datelor disponibile operare Valanginian și Achimovsk depozit Urengoy conduce la concluzia că, la o concentrație de fracțiuni de fierbere la temperaturi de 253 ° C și mai sus, în fază lichidă, la un nivel de până la 1,0% în greutate. Depunerea parafinelor pe suprafața echipamentului de schimb termic nu are loc [3].
Termenul de parafină este folosit în diferite sensuri:
Când amestecul de hidrocarburi este răcit, particulele solide microscopice încep să fie eliberate din lichid, care constau din hidrocarburi alcanice normale. Pe măsură ce temperatura amestecului scade, particulele de parafină continuă să crească și ajung la o anumită dimensiune, după care încetează să crească. Cu o scădere suplimentară a temperaturii, se formează particule de compoziție diferită. Particulele de parafină din lichid după terminarea creșterii sunt în soluția în vrac în stare suspendată. Cu o scădere suplimentară a temperaturii, nu există o creștere a particulelor datorită unificării lor.
Pentru ca procesul de depunere a parafinei să pornească de la amestecul de hidrocarburi, trebuie îndeplinite următoarele condiții:
- mențineți lichid la o temperatură mai mică decât punctul la care se formează parafina;
- diferența pozitivă între temperatura lichidului parafinic și temperatura peretelui, cauzată de transferul de căldură din fluxul prin perete.
Eliberarea de parafină are loc printr-un mecanism complex. Particulele de parafină sunt atașate la perete și răcite. Există o atașare a unor noi particule de parafină în strat și creșterea lor pe acesta. Atașarea particulelor în stratul de depuneri are loc cu captarea de lichid în spațiul dintre particule. Rata de acumulare a sedimentelor este limitată de turbulența fluxului din spațiul peretelui. În cazul unui debit cu debit constant, debitul crește odată cu creșterea stratului datorită reducerii zonei secțiunii libere a conductei. În timp, stratul îmbătrânește, care este însoțit de întărirea acestuia, o scădere a părții lichidului.
Consecința depunerii de parafină poate fi fie un strat mic de parafină în conducte sau echipament, și un strat esențial care determină o suprapunere semnificativă a secțiunii pe secțiuni lungi ale conductei sau în partea care curge din aparat.
Dacă condițiile de depunere a parafinei în flux sunt periodice, atunci când fluxul cu o temperatură mai mare trece, grosimea stratului lor poate fi redusă până la dizolvarea completă și spălarea fluidului de hidrocarbură de către flux.
Când se lucrează în condițiile de formare a parafinei și în prezența unei faze apoase, este caracteristică formarea de emulsii persistente cum ar fi condensatul în apă. apă în condensat și alte forme mixte. Particulele de parafină sunt stabilizatori ai unor astfel de emulsii [4].
Aplicat la echipamentele tehnologice UKPG. Depunerea de parafină este posibilă:
- în instalația de schimb de căldură pentru răcirea gazului în OPG;
- în instalația de schimb de căldură a răcirii finale a ND în unitatea de preparare a condensului.
Lupta împotriva depunerii de parafine în schimbătoarele de căldură este de a preveni și elimina AFS. Principalele metode includ:
- asigurarea condițiilor care exclud formarea de parafină;
- aplicarea de echipamente rezistente la depunerea de contaminanți;
- introducerea unui inhibitor de parafină.
Îndepărtarea specifică a lichidului din separatoarele primare cu mai mult de 25 g / (mii m 3) poate duce la depunerea de parafină în aparat. Principiul separatoarelor este prezentat în figura 1.
Figura 1 - Principiul dispozitivului: C-1 - separator, debit 1 - amestec de formare, debit 2 - gaz, debit 3 - condens
(animație: 6 cadre, 10 cicluri de repetare, 27 kilobytes)
Pentru schimbătoarele de căldură pentru răcirea ND la temperatura inițială a condensatului comercial, condițiile imediate de lucru în domeniul formării parafinei sunt iminente. Prin urmare, un tip de schimbător de căldură spiralat este utilizat ca fiind cel mai rezistent la depunerea de contaminanți fără utilizarea părților mecanice mobile în mișcare. Într-un schimbător de căldură spiralat, fluxul este întotdeauna orientat într-un unghi față de suprafața de transfer de căldură și turbulent, asigurând astfel un coeficient ridicat de transfer de căldură și o contaminare scăzută a suprafeței. Figurile 2-5 prezintă principiul funcționării și aspectului schimbătorilor de căldură spirale.
Figura 2 - Principiul de funcționare al dispozitivului
Figura 3 - Vederea canalelor de schimb de căldură cu capacul eliminat
Figura 4 - Instalarea verticală a dispozitivului
Figura 5 - Instalarea orizontală a dispozitivului
Principalele modalități de eliminare a depozitelor de parafină în echipamentele de schimb termic sunt:
- curățarea mecanică periodică a echipamentelor;
- spălare cu solvent fizic străin;
- spălarea cu un lichid de hidrocarbură fierbinte.
Spălarea schimbătorilor de căldură cu un lichid de hidrocarbură fierbinte din compoziția fluxurilor de proces cu revenirea lichidului în proces permite ca AFS dizolvat să fie înlăturat fără deșeuri suplimentare.
Pentru conducte UKPG. în care lichidul de hidrocarbură poate fi în condiții de formare a parafinei, în plus față de izolația termică, se presupune încălzirea pentru lucrul cu un perete cald [4].
Figura 6 prezintă rezultatele calculării caracteristicilor depunerii de parafină în conducta de condensare pentru condițiile de absență a inhibitorului și începerea lucrului cu o țeavă curată la două viteze de curgere și două valori de temperatură de 0 ° C și 4 ° C [4]. Valoarea temperaturii solului la adâncimea conductei este minus 6 ° C. Calculele sunt efectuate pentru o perioadă de timp de 250 de zile fără îmbătrânirea stratului parafinic.
a) temperatura 0 ° C; consumul este de 39,8 t / h.
b) temperatura 4 ° C; consum 39,8 t / h
c) temperatura 0 ° C; consum 201 t / h
d) temperatura 4 ° C; consum 201 t / h
Figura 6 - Caracteristicile depunerii parafinei în conducta de condensare la diferite temperaturi și debite
Rezultatele calculului depunerii de parafine în linia de condens sunt în acord cu proprietățile generale ale procesului în condițiile transportului conductelor cu pierderi termice:
- atunci când se apropie de temperatura fluidului de hidrocarburi și temperatura ambiantă, transportată a conductei la un mediu de hidrocarbură parafină debit constant este redus prin reducerea forța motrice a procesului - diferența de temperatură dintre suprafața peretelui interior și a mediului;
- când viteza mediei de hidrocarburi transportate crește, intensitatea depunerii de parafină scade [4].
3. Baza fizico-chimică a procesului de formare a hidratului
Atunci când se dezvoltă majoritatea câmpurilor de gaz și gaz condensat, apare problema combaterii formării hidraților. În acest caz, rata de volum a acumulării hidratului depinde de rata de schimbare a conținutului de umiditate al gazului cu o schimbare a presiunii și a temperaturii.
Prevenirea formării dopurilor de hidrat este susținută de o temperatură destul de ridicată la puțurile de găuri și la intrarea în GPP. În plus, se presupune că inhibitorul hidrat-metanol se alimentează la începutul plumului și în locurile în care sunt combinate gazoductele.
Cauze posibile de formare a hidratului:
- la temperaturi scăzute ale gazelor la puțurile de foraj;
- atunci când se emite bucle în modul la pornire și după perioade lungi de repaus;
- înainte de ieșirea duzelor la capacitatea lor maximă, la rate relativ scăzute ale amestecului de gaz condensat;
- încălcarea integrității izolației.
Cele mai multe situri posibile pentru formarea zăcămintelor hidrat și parafin-hidrat sunt:
- în locurile în care există o schimbare bruscă a vitezei fluxului de gaz;
- în locurile de pene în linie în colectorul de gaze;
- pe supapa de oprire [2].
Hidrații de gaze sunt compuși cristalini - incluziuni (clatrate), caracterizate printr-o structură strict definită pentru diferite gaze. O mulțime de lucrări au fost dedicate studiului structurii hidraților de gaze, dintre care principalele sunt studiile BA Nikitin [5]. În hidrați, moleculele de gaz sunt reținute de o rețea de cristal construită din molecule de apă.
În condiții practice de producție a gazelor naturale și de transport de formare a hidraților mixte care pot include hidrați duble, mari goluri sunt ocupate de propan și izobutan și mici - metan, hidrogen sulfurat, bioxid de carbon și altele, precum și hidrați simpli [6].
Forma de creștere a hidraților cristalini este destul de diversă. Depinde de compoziția gazului și de forma moleculelor de gaze. Cu cât este mai mică masa moleculară a agentului de formare a hidratului de gaz, cu atât sunt mai rectilinii cristalele hidratului. Hidratul de metan are, de obicei, cristale aproape de forma rectilinie. Hidratul de propan se caracterizează prin o mare eroziune a formelor. Gazele naturale, care constau din amestecuri de componente individuale, formează hidrați amestecați [7].
În ciuda toxicității ridicate, a costului relativ ridicat și a complexității regenerării, alcoolii sintetici sunt utilizați pe scară largă pentru a controla hidrații de gaze. Astfel, în 1972, în industria de gaze pentru a preveni hidrați cheltuit mai mult de 70 de mii. Tone de metanol, adică per mia de metri cubi de gaz produs a fost de 0,3 kg de alcool consumate pentru a combate formarea de hidrat.
Esența procedeului pentru inhibarea alcoolilor hidrat de gaz aceeași ca și în inhibarea electroliți, adică modifica raportul structural de apă pură și energie a legăturilor intermoleculare în volumul de apă, iar în stratul de tranziție pe interfața soluției - gazul și, în consecință, scade presiunea vaporilor apă. Dar efectul alcoolilor este puțin diferit de efectul electroliților. Dacă, în orice concentrație de electroliți reduce temperatura formării hidratului, alcoolii în anumite presiuni și concentrații scăzute, crește temperatura formării hidratului, dar la concentrații mari - reduce (figurile 7 și 8). Probabil, există o înlocuire parțială a golurilor în structura apei cu CH3 radical. cu amplificarea simultană a formării clatratului cu molecule de gaz ale golurilor învecinate. Se știe că creșterea lanțului hidrat facilitează organizarea unei structuri asemănătoare gheții adiacentă moleculei organice [6].
Figura 7 - Efectul concentrației soluțiilor de alcool și a presiunii asupra scăderii temperaturii formării hidratului de metan (p, kgf / cm2)
Figura 8 - Efectul concentrației soluțiilor de alcool și a presiunii asupra reducerii temperaturii de formare a hidraților de gaze naturale (C,% masă)
Cu o creștere a concentrației de alcooli în apă, există o încălcare a organizării structurale a agregatelor de apă și de formare a clatratului și, ca o consecință, o scădere a probabilității de formare a hidratului. Odată cu creșterea concentrației de alcool, structura soluției de alcool se apropie de cea mai întărită structură a apei în sine. În acest caz, o moleculă de alcool este înconjurată de patru molecule de apă. Această ipoteză este confirmată de o anumită viteză a sunetului, amestecării căldurii, compresibilității adiabatice a soluțiilor.
Discrepanța dintre efectul de a reduce temperatura de formare a hidratului pentru compoziția gazului inegal la presiuni diferite și subliniază fapt divergență schimbări structurale de apă soluție - gaz în prezența unui al treilea component (inhibitor). Acest fapt este de acord cu modificarea solubilității gazelor în apă la presiuni variabile [6].
Pe baza lucrărilor efectuate, puteți trage astfel de concluzii:
Lista de referințe
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: