Результат интеллектуальной деятельности: Узел комплексной очистки природного газа

Изобретение относится к технике распределения газов и может быть использовано для очистки природных газов от вредных примесей: капель конденсата, кристаллогидратов углеводородов и механических частиц, в газораспределительных станциях (ГРС) и газораспределительных пунктах (ГРП).

Известна установка для комплексной очистки газов, включающая напорный (входной) газопровод, конденсатосборник, выполненный диаметром, значительно большим, чем диаметр основного газопровода, и снабженный патрубками входа газа и отвода жидкости, внутри которого помещены суживающее устройство, выполненное в виде дроссельной шайбы, сепарационная решетка и патрубок отвода конденсата, а напорный газопровод снабжен байпасом и запорной арматурой [Патент РФ №2363881, МПК F 17 D 1/02, 2009].

Основными недостатками известной установки комплексной очистки газа являются ее габариты и незначительная низкая скорость выделения из газовой смеси вредных примесей, что снижает надежность защиты газопровода от закупорки кристаллогидратными пробками.

Более близким к предлагаемому изобретению является расширенный узел очистки ГРС, снабженной дополнительным технологическим блоком, содержащим последовательно расположенные узлы переключения (запорную арматуру), расширительную камеру с завихрителем, конденсатосборник и собственно узел очистки (фильтр), при этом исключение гидратообразования в газопроводе обеспечивается подогревом газа перед редуцированием и подогревом внутреннего пространства технологического блока [Патент РФ №2079040, МПК F 17 D 1/04, 1997].

Основным недостатком известного устройства является наличие в его конструкции расширительного бака с завихрителем, выполненным в форме направляющих лопаток, который занимает значительный объем помещения ГРС, не обеспечивая в то же время требуемую степень очистки, отсутствие подогрева самого конденсатосборника, приводящее к повышению концентрации остаточных газов (метана и др.) в конденсате, что снижает экономическую и экологическую эффективность очистки газа.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение экономической и экологической эффективности узла комплексной очистки природного газа.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый узел комплексной очистки природного газа содержит входной газопровод с отсекающим запорным устройством (арматурой), соединенные с ним через отводные газопроводы и запорную арматуру, циклон (вариант – батарея циклонов), фильтр, конденсатосборник–отстойник, выполненный в виде вертикального прямоугольного корпуса с пирамидальным днищем, средняя зона корпуса которого снабжена продольными щелевыми воздушными каналами, образуя зону нагрева, коническое днище циклона соединено через трубопровод, снабженный запорной арматурой, гидрозатвором и дросселем, с боковой стенкой корпуса конденсатосборника–отстойника ниже зоны нагрева, крышка конденсатосборника–отстойника соединена через выхлопной газопровод, снабженный обратным клапаном и запорной арматурой, с выходным газопроводом, а его пирамидальное днище соединено через трубопровод и запорную арматуру с емкостью сбора конденсата, расположенной за пределами помещения ГРС.

Предлагаемый узел комплексной очистки природного газа (УКОПГ) изображен на фиг.1, 2 (на фиг.1 – принципиальная схема УКОПГ, на фиг. 2 – разрез конденсатосборника).

УКОПГ содержит входной газопровод 1 с отсекающей запорной арматурой 2, соединенные с ним через отводные газопроводы 3, 4 и запорную арматуру 5, циклон 6 (вариант – батарея циклонов 6), фильтр 7, конденсатосборник–отстойник 8, выполненный в виде вертикального прямоугольного корпуса с пирамидальным днищем, средняя зона корпуса которого снабжена продольными щелевыми воздушными каналами 9, образуя зону нагрева 10, коническое днище циклона 6 соединено через трубопровод 11, снабженный запорной арматурой 12, гидрозатвором 13 и дросселем 14, с боковой стенкой корпуса конденсатосборника–отстойника 8 несколько ниже зоны нагрева 10, крышка конденсатосборника–отстойника 8 соединена через выхлопной газопровод 15, снабженный обратным клапаном 16 и запорной арматурой 17, с выходным газопроводом 18 с запорной арматурой, а его пирамидальное днище через трубопровод 19 с запорной арматурой 12 соединено с емкостью сбора конденсата (на фиг.1, 2 не показана), расположенной за пределами помещения ГРС.

В основу работы предлагаемого УКОПГ положены: состав природных газов, состоящих из углеводородов (СН4, С2Н6, С3Н8 и др.,) [Роддатис К.Ф., Соколовский Я.Б. Справочник по котельным установкам малой производительности.-М.: Энергия, 1975, С. 31, 32], которые способны при зимних температурах образовывать с водой, присутствующей в недостаточно осушенных газах, кристаллогидраты, скорость образования которых многократно возрастает при интенсивном перемешивании и понижении температуры газа [Стаскевич Н.А., Северинец Г.Н., Вигдорчик Д.Я.- Л.: Недра, 1990, С. 39], а плотность на порядки превышает плотность самого газа [Справочник химика, т. VI.-Л.: 1967, 21], конденсация водяных паров и образование кристаллогидратов при понижении температуры газа.

Установка используется в зимний период, когда наиболее возможно образование кристаллогидратных пробок, а расход природного газа максимальный.

УКОПГ работает следующим образом. Газ, содержащий капли конденсата, частицы кристаллогидратов углеводородов и механических примесей с давлением Р₁ из входного газопровод 1 при закрытой запорной арматуре 2 и открытых запорных арматурах 5 через отводной газопровод 3, поступает в циклон 6 или батарею циклонов 6 (количество циклонов 6 зависит от производительности ГРС и диапазона изменения ее нагрузок), где за счет центробежных сил и значительной разности плотностей газовой фазы и примесей происходит его очистка от вышеупомянутых примесей, после чего газ, очищенный от капель конденсата, частиц кристаллогидратов углеводородов и механических примесей при давлении Р₂, которое меньше Р₁ за счет сопротивления циклона 6, через отводной газопровод 4 поступает во входной газопровод 1 и фильтр 7, где происходит его окончательная очистка. Отброшенные к стенке циклона 6 капли конденсата, частицы кристаллогидратов углеводородов и механических примесей, под действием сил тяжести стекают вниз в его коническое днище, откуда полученная жидкая смесь при давлении Р₂ по трубопроводу 11 при открытой запорной арматуре 12 через гидрозатвор 13 и дроссель 14, где давление смеси снижается до Р₃, поступает в конденсатосборник–отстойник 8. При этом сопротивление дросселя 14 регулируется таким образом, чтобы величина Р₃ превышала величину давления редуцированного газа Р₄ на величину сопротивления выхлопного газопровода 15, обратного клапана 16 и запорной арматурой 17, расположенной на нем с некоторым запасом (3–5%). В конденсатосборнике–отстойнике 8 происходит разделение жидкой смеси, состоящей из конденсата, частиц кристаллогидратов углеводородов и механических примесей за счет разности их плотностей под действием сил тяжести, в результате чего в верхнем слое собираются углеводороды, а нижний состоит из смеси водного конденсата и механических примесей. В то же время в результате снижения давления в конденсаторе–отстойнике 8 до Р₃ и подогрева углеводородного слоя в зоне нагрева 10 воздухом, циркулирующим в помещении ГРС через щелевые воздушные каналы 9, в углеводородном слое происходит интенсивное разрушение кристаллогидратов с выделением углеводородных газов, которые через выхлопной газопровод 15 поступают в выходной газопровод 18, где смешиваются с редуцированным газом.

Удаление конденсата с механическими примесями из конденсатосборника–отстойника 8 осуществляется в зависимости от производительности ГРС постоянно или периодически через трубопровод 19 в емкость сбора конденсата (на фиг.1, 2 не показана), расположенную за пределами помещения ГРС.

Таким образом, узел комплексной очистки природного газа обеспечивает эффективную и экологичную очистку газа от водного конденсата, частиц кристаллогидратов и механических примесей, что предотвращает образование кристаллогидратной пробки в регуляторе давления (на фиг.1, 2 не показан) внутри ГРС (ГРП) и в выходном газопроводе 18 на выходе из ГРС (ГРП) и повышает надежность защиты газопровода от закупорки кристаллогидратными пробками.