Сепарация природного газа. Основные типы сепараторов

УГЛЕВОДОРОДНЫЙ  СОСТАВ НЕФТИ

     Нефть  представляет химически сложную  многокомпонентную, термодинамически  неустойчивую систему, состоящую  в основном из метановых (парафиновых), нафтеновых и ароматических групп  углеводородов. В ней могут  быть растворены в различных количествах так называемые сопутствующие газы: азот (N ), сероводород (Н S), углекислота (СО ) и другие, а также пластовая вода.

     В  пластовых условиях углеводороды  и сопутствующие газ в большинстве  случаев находятся в жидком  состоянии. Однако при снижении давления сопутствующие газы и парафиновые углеводороды все или частично переходят в газообразное состояние. Смесь этих углеводородов и сопутствующих газов называют нефтепромысловым (попутным) газом, в отличие от природного, полученного  на газовых промыслах, и нефтезаводского, полученного из нефти при ее переработке на заводе.

     Парафиновые  углеводороды имеют молекулярную формулу общего вида С Н . Парафиновые углеводороды являются ценным исходным и дешевым сырьем для нефтехимических производств. В практике сбора и обработки нефти и газа принято ограничиваться выделением из нефти только головной части парафиновых углеводородов и сопутствующих газов. В головной части выделяют углеводороды только до гексана* С Н ,а более высшие члены показывают в семе и обозначают С Н  +. Иногда выделяют С , тогда в сумме показывают С Н  .

     Низшие  углеводороды парафинового ряда  от метана СН  до пентана  С Н   при стандартных условиях (температура t=20 C  и давление р = 101325 н/м ) являются газами, от пентана до гептадекана (С  Н  ) – жидкостями, а более высшие – твердыми телами (парафин и др.).

 

СТУПЕНИ СЕПАРАЦИИ

     Сепарацией  газа от нефти называют процесс отделения от нее головных углеводородов и сопутствующих газов. Он происходит при снижении давления и повышении температуры нефти, а также вследствие    молекулярной    диффузии     углеводородных      и   других

    * До применения хроматографических методов анализа нефти и газа выделить С Н   не представлялось возможным и поэтому ограничивались выделением С Н  .

компонентов, содержащихся в нефти, в пространство с меньшей  концентрацией их, находящееся над  нефтью. Процесс сепарации газа имеет  место на всем , пути движения нети: по скважине, в трубе до газосепаратора, в газосепараторе, в нефтесборной трубе и в резервуарах на промысле и за его пределами, а также при ее транспорте водным или железнодорожным путем. Процессы сепарации углеводородов и сопутствующих им газов от нефти при атмосферных условиях называется испарением нефти.

     Вывод отсепарированного газа осуществляется в газосепараторах, мерниках, резервуарах, в которых поддерживаются определенное давление и температура. Каждый такой пункт вывода отсепарированного газа называется ступенью сепарации газа. Ступеней сепарации газа при движении нефти от забоя к пункту ее переработки всегда бывает несколько: одна часть ступеней приходится на газосепараторы, другая часть – на резервуары. В практике удобны пункты, в которых сепарация газа осуществляется при абсолютном давлении более 1 аm, и первый пункт при абсолютном давлении в 1 аm относить к ступеням сепарации, а последующие пункты, в которых сепарация газа происходит в основном под влиянием повышении температуры или понижения давления ниже атмосферного и диффузионных процессов, - к ступеням испарения . Следовательно, количество ступеней сепарации может быть минимум две: одна – газосепаратор, вторая – первый резервуар или мерник. В последнем происходит выделение газа при атмосферных условиях, в основном под влиянием разницы давления в нем и в газасепараторе. В практике эту последнюю ступень сепарации иногда относят к ступени испарения, и тогда количество ступеней сепарации отождествляют с количеством газасепараторов, через которые последовательно проходит продукция данной скважины.

     Количество  ступеней сепарации устанавливают исходя из максимального использования энергии фонтанных скважин для перемещения отсепарированного газа к пункту его обработки, степени герметизации мерников и резервуаров и обеспеченности отбора продуктов испарения нефти из них на пути движения нефти внутри и за пределами промысла и др.

 

 

ТИПЫ  ГАЗОСЕПАРАТОРОВ

     Сосуд, в котором происходит отделение газа от жидкой продукции скважин, называют газосепаратором. Иногда его называют трапом. В газосепараторе может происходить также и отделение нефти от воды. В этом случае газасепаратор иногда называют нефтеводогазасепаратором.

НАЗВАНИЕ, НАЗНАЧЕНИЕ И СХЕМА ИЗДЕЛИЯ

     Газовые сепараторы сетчатые предназначены для окончательной очистки природного и попутного нефтяного газа от жидкости (конденсата, ингибитора гидратообразования, воды) в промысловых установках подготовки газа к транспорту, подземных хранилищах, а также на газо- и нефтеперерабатывающих заводах.  
БЕЛКАМИТ изготавливает следующие виды газовые сепараторы в соответствии с требованиями ГОСТов и ASME часть VIII раздел I:  
- газовые сепараторы тонкой очистки газа, предназначенные для высокоэффективной очистки попутного газа от капельной жидкости и механических примесей;  
- газовые сепараторы сетчатые для окончательной очистки природного и нефтяного попутного газа от жидкости (конденсата, ингибитора гидратообразования, воды) в промысловых установках подготовки газа к транспорту, подземных хранилищах, а также на газо- и нефтеперерабатывающих заводах;  
- газовые сепараторы факельные для очистки природного газа от капельной жидкости, поступающей в факельный коллектор при срабатывании предохранительных клапанов и продувках оборудования и трубопроводов на установках комплексной подготовки газа объектов добычи и переработки, подземных хранилищах.  
ГОСТ устанавливает 2 типа газовые сепараторы:  
Тип 1 - цилиндрические вертикальные с корпусным фланцем разъемом диаметром 600, 800 мм на условное давление от 1,6 до 6,4 Мпа (от 16 до 64 кгс/см2).  
Тип 2 - цилиндрические вертикальные диаметром 1200, 1600, 2000 мм на услов¬ное давление от 0,6 до 4,0 МПа (от 6 до 40 кгс/см2).

                           Рис.1                                                                                  Рис.2

 
Соответствие  стандартам

Национальные	Международные
ТУ 3683-014-00217389-97	ASME часть  VIII раздел 1
ОСТ 26-02-2059-79	-
Правила устройства и безопасной эксплуатации  сосудов, работающих под давлением РК	-

 

 
Характеристика (условные обозначения)  
Принятое условное обозначение: ГС x-x,x-xxx-х:  
X тип сепаратора (I, II)  
X,X условное давление, МПа (от 2000 до 3000 мм)  
XXX внутренний диаметр, мм (от 600 до 2000 мм)  
Х материальное исполнение (1, 2): 1 - в условиях эксплуатации до -40оС, 2 – от -40оС до -60оС.

 

 

 
Опыт изготовления подобной продукции

 

№	Дата изготовления	Наименование  емкости	Объем емкости, куб.м	Кол-во, единиц
1	апрель 2004	ГС	0,8	2
2	май 2004	Факельные сепараторы	16	6
3	июнь 2004	ГС	1,6	1
4	ноябрь 2005	ГС	1,6	1
5	ноябрь 2005	ГС  сетчатый	8	1

 
Всего БЕЛКАМИТом было изготовлено  около 15 газосепараторов различной конфигурации по заказу таких компаний как: JGC Corporation (для АНПЗ), Каракудукмунай ЗАО, Казахтуркмунай ЗАО.

 

Фото  готовых изделий

Рис.3

 

 

Рис.4

 

По конструкции газосепараторы  делятся на следующие типы:

• тип 1 – сетчатые ;
• тип 2 – входные с насадкой из центробежных элементов;
• тип 3 – концевые с насадкой из центробежных элементов ;
• тип 4 – горизонтальные с сетчатой насадкой ;
• тип 5 – промывочные с насадкой из центробежных и массообменных элементов;         
• тип 6 – замерные с насадкой из центробежных элементов, вертикальными перегородками для разделения жидкости на легкую и тяжелую фазу ;
• тип 7 – замерные вертикальные с насадкой из центробежных элементов, встроенные в горизонтальную емкость для разделения жидкости на легкую и тяжелую фазы

Основные параметры

Наименование, единица измерения параметров	Газовые сепараторы
	Тип1	Тип 2	ТипЗ	Тип 4	Тип 5	Тип 6	Тип 7
Температура расчетная, °С	от 20 до 300
Давление  расчетное, МПа не более	16,0			1,6	16,0
Внутренний  диаметр корпуса аппарата, мм	от 500 до 2400			от 800 до 3200	от 500 до 2400	от 1000 до 1400	от 400 до 1000 (корпус сепаратора) от 1000 до 2000(корпус ёмкости)
Обрабатываемая  среда, газовая: жидкостная:	Природный или попутный нефтяной газ, воздух Углеводородный конденсат, вода, метанол, жидкие углеводороды	Природный или попутный газ, воздух Углеводородный конденсат, нефть, вода, метанол, ДЭГ	Природный или попутный нефтяной газ, воздух Углеводородный конденсат, вода метанол, ДЭГ	Природный или попутный нефтяной газ, воздух Углеводородный конденсат, нефть, вода, метанол	Природный или попутный нефтяной газ, воздух Углеводородный конденсат, пластовая вода, промывочная  жидкость	Природный или попутный нефтяной газ Углеводородный конденсат, вода	Природный или попутный нефтяной газ Углеводородный конденсат, метанольная вода
Место установки сепараторов в технологической  схеме	Концевая  ступень сепарации в установках подготовки и переработки газа, газового конденсата и др.	Предварительная ступень сепарации в установках подготовки и переработки газа	Концевая  ступень сепарации на промысловых  установках подготовки газа к транспорту и др.	Очистка газа, идущего на факел	В промысловых  установках подготовки газа, на ПХГ	В промысловых  установках подготовки газа	В промысловых установках подготовки газа

 

 

 

 

 

Рис.5

 

 

 

 

Рис.6

Рис.7

 

 

Рис.8

 

  В каждом типе газосепаратора  из числа используемых на промыслах имеется четыре секции со следующими названиями.

    1. Основная сепарационная. Служит для основного разделения продукции скважины на газ и жидкость. Ввод продукции скважины в секцию осуществляют тангенциально или нормально, но с применением специальных конструкций газоотбойника (дефлектора). Газ, выделившийся из продукции скважины, из подвода, а также дополнительно под влиянием центробежной силы и в результате изменения потока жидкости, поднимается вверх, и выводится из газосепаратора, а жидкость опускается вниз.

     2. Осадительная. В ней происходит дополнительное выделение пузырьков газа, содержащихся в нефти в состоянии окклюзии, т. е. поглощенные ею или не успевшие из нее выделиться. В осадительной секции происходит выделение газа из нефти, которое усиливается, если нефть будет стекать по одной или нескольким наклонно расположенным плоскостям (рис.1), называемым дефлекторами, и плавно без брызг сливаться в слой, расположенный в нижней части газосепаратора.

     3. Секция сбора жидкости служит для сбора жидкости, из которой почти полностью выделился газ при давлении и температуре, поддерживаемых в газосепараторе. Однако некоторое количество окклюдированного газа в ней еще меняется. Эта секция может быть подразделена на две, из которых одна – верхняя служит для нефти и нижняя – для воды, и имеет самостоятельные выводы из газасепаратора. Слой жидкости, устанавливаемый в секции, поддерживается уровнедержателем. Секция сбора жидкости в газасепараторе имеет высоту: в вертикальном газосепараторе преимущественно равную диаметру, а в горизонтальном – половине или 0,75 его диаметра.

   4. Влагоуловительная. Она расположена в верхней части газасепаратора. Ее назначение улавливать частицы жидкости, увлекаемые потоком газа. В этой секции конструкции монтируются из твердых поверхностей, состоящих из швеллерков, жалюзей, проволочной сетки, плетеных проволочных набивок, а также рифленых или перфорированных или сплошных стальных полос, предназначенных для осаждения на них мельчайших частиц жидкости. Такое давление внутренней части газосепаратора носит условный характер, однако оно соответствует процессам, происходящим в нем.

     Высота каждой секции определяет эффективность работы газосепаратора.

     Имеются  конструкции вертикальных газосепараторов,  в которых наряду с сепарацией  газа осуществляются сепарация  и замер нефти и воды, и поэтому  их называют мерными или мерниками.  Отличие их от газосепараторов, в которых происходит также и отделение воды от нефти, заключается в том, что в секции сбора жидкости вмонтированы соответствующие счетчики с интеграторами. В мерниках и нефтеводогазосепараторах иногда предусмотрен подогрев жидкости для ускорения ее разделения и уменьшения высоты пены. Подогрев осуществляется в печи, вмонтированной в газосепаратор, топливо для которой служит газ.

     Вывод  газа из вертикального газосепаратора  осуществляют по-разному: непосредственно  через верхнее его днище (рис.2, а), через центральную трубу, расположенную внутри газосепаратора (рис.2, б).

     Вывод  нефти осуществляют преимущественно  тангенциально к нижнему днищу  газосепаратора, плавно без резких  поворотов. Это позволяет удалять  из газосепаратора осадки вместе с потоком жидкости и более эффективно использовать его высоту. Однако в практике встречаются и менее удачные решения – это вывод нефти через корпус газосепаратора.