1. Общие сведения об очистке природного газа
Для очистки природных газов от пыли и механических примесей применяют коалесцентные сепараторы, пылеуловители, сепараторы "газ-жидкость", центробежные скрубберы, сепараторы электростатического осаждения и масляные скрубберы. Все они фактически имеют двойное назначение: удаление основной массы жидкости и пыли из газа и одновременная очистка газа от мельчайших частиц.
Пылеуловители. Проблема удаления пыли из газа возникает в основном при эксплуатации газопроводов. Фильтры, применяемые для очистки газа, от пыли, отличаются от коагуляторов насадочными элементами, которые изготавливают ив плотной ткани. Между волокнами ткани фильтра проходит газ, а частицы пыли задерживаются на поверхности ткани. Одним из наилучших материалов для изготовления фильтров является войлок, спрессованный в мягкую подушку и расположенный параллельно направлению потока газа. Однако тканевые фильеры очень трудно очищать от пыли, все они разрушаются под действием газа, особенно в присутствии жидкости. Отчасти этот недостаток удалось преодолеть путем применения наиболее устойчивых к действию органических жидкостей. Тканевые фильтры даже с насадкой синтетических материалов малоэффективны при улавливании из газа капель жидкости. Дело в том, что капельки жидкости собираются на нижней стороне фильтра и виде затвердевшей пленки. Газ, проходя через эту пленку, разрывает ее. При этом образуются новые капли жидкости, которые уносятся из фильтра. В результате газ как бы возвращается и свое первоначальное состояние с той лишь разницей, что в нем нет пыли, а капельки жидкости стали крупнее и их легче отделить от газа в любом коагуляторе.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что наилучшим аппаратом для очистки газа от механических примесей и жидкости является сепаратор с фильтрональным и коагулирующими элементами. К фильтровальным элементам предъявляются следующие требования: самоочищаемость; доступность при замене и чистке; устойчивость к действию органических жидкостей и воды (особенно к набуханию и разрушению); конструктивная прочность и оснастка, позволяющие сохранять форму при длительной эксплуатации; сравнительно малое гидравлическое сопротивление; слабая смачиваемость поверхности; компоновка, позволяющая крупным примесям (песок, буровой раствор, большие объемы жидкости), поступающим в сепаратор, отделиться от газа раньше, чем газ достигнет фильтра. [1, с.45]
Практика применения фильтров показывает, что многие из них хорошо работают в одних местах и плохо в других. Результаты, полученные в промышленных установках, очень трудно, а иногда и невозможно оценить. Наблюдались случаи, когда после установки фильтров некоторые из проблем эксплуатации Пыли ликвидированы, но определить точно причину их исчезновения невозможно, так как полученные результаты обычно неустойчивы во времени.
Один из фильтров, применяемых в настоящее время в промышленности, состоит из сложных круговых элементов, число которых зависит от поверхности. Газ поступает в верхнюю часть фильтра, проходит через фильтровальные элементы и отводится через трубки. Механические примеси задерживаются в фильтровальных элементах, мелкие капли жидкости за счет коалесценции укрупняются и могут быть легко отделены от газа с помощью коагулятора, который устанавливается после фильтра. Концевой фланец этого фильтра съемный, что позволяет в случае необходимости легко заменять элементы. Преимущество данного фильтра - большая удельная поверхность его. Величина поверхности фильтра зависит от материала, его плотности и конструкции фильтра.
Наличие механических примесей и их влияние на пропускную способность магистральных газопроводов - одна из главных проблем, возникающих при транспортировке природных газов. Хотя очистка газа от пыли и капельной жидкости - в основном проблема транспортировки газа, а не его переработки, она заслуживает обсуждения, так как частично ее источником является все возрастающая переработка газа непосредственно на промыслах.
Проблемы, возникающие при очистке газов, определяются широко изменяющимися свойствами примесей и отсутствием классификационных стандартов, необходимых для проектирования оборудования, поэтому многие из них решается экспериментальным путем.
Рис. 1. Конструкции Вертикального и горизонтального пылеуловителей: 1,7 - коагулятор на выходе; 2 - сепарационная секция; 3 - контактные элементы; 4 - жидкость; 5 - входной фланец; 6 - скрубберный элемент; 8 - фланец для отвода газа; 9 - редуктор; 10 - 10 электродвигатель; 11 - постоянный уровень масла; 12 - дренаж и заполнение маслом; 13 - разделительная перегородка; 14 - коагулятор на входе; J - вход газа; II - выход газа; III - выход жидкости
Оборудование, которое применяется для очистки газов, можно разделить па дна вида: использующее и не использующее жидкость. Все жидкостные аппараты конструируют таким образом, чтобы обеспечить хороший контакт между очищаемым газом и жидкостью.
На рис.1 показано устройство вертикального горизонтального пылеуловителей. Вертикальный пылеуловитель отличается от сепараторов "газ-жидкость" только в нижней части аппарата. В скрубберной секции аппарата применяется много различных устройств, но наибольший эффект достигается при барботаже газа через слой жидкости. Контакт между ними осуществляется с помощью специальных приспособлений. Жидкость отделена от газа в сепарационной секции аппарата и под действием силы тяжести капает в сборник.
В промышленности применяются пылеуловители и других конструкций, использующих главным образом внешний источник энергии.
Жидкостные скрубберы являются сравнительно высокоэффективными пылеуловителями. Их недостаток - необходимость постоянного перетока жидкости в нижнюю часть аппарата, что не всегда получается (тогда жидкость уносится газом). Потери, не превышающие 13,4 л на 1 млн. м3 газа, считаются нормальными, однако бывают случаи выноса в газопровод всей жидкости. При этом, если газ поступает на компрессорную станцию, создается опасность гидравлического удара в компрессорных цилиндрах и их разрушения. Нормальный унос жидкости из скрубберов поддерживается с помощью коагуляторов.
Повышенный унос жидкости из пылеуловителей наблюдается в следующих случаях: разбавление масла углеводородным конденсатом, поступающим с газом, поступление и аппарат большого количества жидкости и результате резких изменений пропускной способности и давления в газопроводе; превышение проектной скорости. Разбавление масла можно уменьшить, если установить перед пылеуловителем обычный сухой скруббер, однако это ухудшает экономические, показатели. В некоторых случаях в пылеуловителях применяют жидкости, которые не смешиваются с углеводородами и имеют малую упругость паров, например дизэтиленгликоль. Накопившиеся углеводороды периодически дренируют из аппарата, однако применять для этих целей гликоль сравнительно дорого. Разбавление масла из-за абсорбции углеводородов из газа отрицательно влияет па показатели работы пылеуловителя только при очистке очень жирных газов. При очистке других газов абсорбция очень мала и практически не снижает эффективности очистки газа. Причины вспенивания масла могут быть самыми различными, однако чаще всего оно происходит из-за наличия в газе ароматических углеводородов и ингибиторов коррозии. Вынос жидкости из газопроводов и попадание ее в пылеуловители можно значительно уменьшить, эксплуатируя газопровод на проектном режиме. На время продувки газопровода рекомендуется отключать пылеуловители от потока газа с помощью обводных линий. При пиковых отборах газа давление в газопроводе может изменяться, поэтому пылеуловители должны рассчитываться на максимальные и минимальные давления и скорости газа, возможные при эксплуатации газопровода. Например, на одной из станций очистки газа повышенные потери масла имеют место при давлении газа, на 12% превышающем проектное, и при скорости газа, - на 16,5% превышающей проектную. На другой станции, где давление газа превысило проектное на 37,7%, а пропускная способность при этом увеличилась только на 2,5%, потери масла возросли до 68 л на 1 млн. м3 очищенного газа. Из-за уноса масла из пылеуловителей многие эксплуатационники предпочитают применять для очистки газа от пыли скрубберы сухого типа, хотя жидкостные пылеуловители имеют хорошие показатели в работе и также широко применяются.
Жидкости, применяемые в пылеуловителях. Такие жидкости должны иметь малую упругость паров, низкую температуру застывания, сравнительно малую вязкость и обладать способностью смачивать пыль. Одна из фирм, поставляющих оборудование, рекомендует применять в пылеуловителях масло, имеющее минимальную температуру кипения 260° С; максимальную температуру вспенивания паров 426,7° С; плотность 0,9042-0,8498 г/см3; вязкость 100 с по универсальному вискозиметру Сейболта при 37,8° С для очистки тощих газов (при давлении очистки ниже 35 кгс/см2) и 150 с - для очистки жирных газов (при той же температуре и давлении 35 кгс/см2 и выше).
Основная масса пыли, и других механических примесей, содержащихся и газе, легко извлекается из него с помощью любой жидкости. Однако из практики известны два случая, когда механические примеси, попавшие в газ на промысле, прошли через два сепаратора, абсорбер установки гликолевой осушки, где имелось четыре контактных тарелки, и осели в абсорбере установки сероочистки газа. К счастью, такие случаи являются исключением.
Определение производительности пылеуловителей. Производительность вертикального, пылеуловителя Q (при проектном, давлении и температуре 15,7° О) можно определить с помощью следующего уравнения:
