СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА ПРИ ПОДГОТОВКЕ К ТРАНСПОРТУ

Предлагаемое изобретение относится к газонефтяной промышленности и может быть использовано в процессах промысловой и заводской обработки углеводородного газа, в частности, при охлаждении сырого углеводородного газа после дожимных компрессоров перед последующей осушкой и подготовкой к транспорту.

Известно, что чем ниже температура сырого газа после дожимного компрессора, тем ниже эксплуатационные затраты в процессе осушки и подготовки газа к транспорту и выше качество товарного углеводородного газа.

Известен способ охлаждения сырого углеводородного газа после дожимных компрессоров (см. Гриценко А.И. и др. "Сбор и промысловая подготовка газа на Северных месторождениях России". - М.: ОАО "Недра", 1999, с. 318...320), включающий подачу теплого газа в распределительную камеру аппарата воздушного охлаждения (АВО), затем в пучок горизонтально расположенных теплообменных труб, после чего в сборную камеру и далее на осушку в процессе подготовки к транспорту. Холодильный агент в виде потока холодного атмосферного воздуха подается вентилятором поперек пучка теплообменных труб. Чем ниже температура охлажденного газа, тем ниже эксплуатационные затраты на последующую осушку и подготовку к транспорту в целом.

Однако в этих аппаратах при охлаждении газа ниже температуры гидратообразования (эта температура обычно выше нуля градусов) образуются кристаллогидраты. Появившиеся в теплообменных трубках (ТТ) зародыши гидратов закрепляются (примерзают) на внутренних стенках ТТ в зоне минимальных температур. Процесс отложения гидратов на внутренней стенке ТТ приводит к уменьшению проходного сечения трубки и, соответственно, к снижению расхода охлаждаемого газа через трубку. Снижение расхода приводит к ускорению охлаждения газа и активизации процесса гидратообразования. Таким образом, процесс идет с ускорением и приводит к полному перекрытию внутреннего сечения ТТ, выходу ее из строя и разрушению. Скорость и глубина охлаждения сырого углеводородного газа зависят от колебания температуры атмосферного воздуха. Учитывая фактор неравномерности теплопередачи в аппарате воздушного охлаждения, описанный процесс появления кристаллогидратов может происходить на фоне средней температуры выхода газа из АВО выше температуры начала гидратообразования. В связи с изложенным выше:
1. Не полностью используется технические возможности АВО по охлаждению газа.

2. Температуру охлажденного газа после АВО приходится держать существенно выше температуры гидратообразования.

Известен способ регулирования температуры охлажденного сырого газа в АВО по температуре стенки ТТ (см. Давлетов К.М. и др. "Методика теплового расчета аппаратов воздушного охлаждения газа при ограничениях по минимально допустимой температуре внутренней поверхности трубы". //НТС. Сер. Природный газ в качестве моторного топлива. Подготовка, переработка и использование газа. ИРЦ Газпром. - 1997. - 9-10, - с. 39-45). Однако этот способ использует усредненные показатели и не ориентирован на неравномерность теплопередачи и потоков газа.

Из известных способов охлаждения сырого углеводородного газа в АВО наиболее близким к заявленному является способ, предложенный в работе Давлетов К.М. "Ступенчатое регулирование расхода газа в АВО на месторождениях Крайнего Севера". //НТС. Сер. Газификация. Природный газ в качестве моторного топлива. Подготовка, переработка и использование газа. Энергосбережение. ИРЦ Газпром. - 1998. - 5-6, - с. 15-17 (прототип).

Указанный способ включает поступление теплого сырого углеводородного газа от дожимной компрессорной станции в распределительные камеры блока аппаратов воздушного охлаждения, затем в горизонтально расположенные теплообменные трубки, в сборные камеры и далее на осушку и подготовку газа к транспорту и замер усредненной температуры газа на входе и выходе из отдельного аппарата и на выходе из блока АВО.

При использовании этого способа автор ставит своей целью ступенчатое регулирование расхода газа в АВО и связывает это преимущественно с сезонными изменениями температуры окружающего воздуха. Кроме этого, автор утверждает, что "ступенчатое изменение расхода газа не является собственно регулированием процесса охлаждения".

Основным недостатком этого способа является ориентирование на ступенчатое изменение расхода газа, а не на степень его охлаждение в условиях, способствующих гидратообразованию. Кроме того, ступенчатое изменение расхода газа не привязано к началу гидратообразования в потоке газа при его охлаждении в процессе колебаний температуры холодного атмосферного воздуха
Техническим результатом, положенным в основу создания настоящего изобретения, является обеспечение безгидратного охлаждения сырого углеводородного газа при снижении его температуры в АВО в процессе колебаний температуры атмосферного воздуха в зимних условиях.

Указанный технический результат достигается способом охлаждения углеводородного газа при подготовке к транспорту после дожимных компрессоров в блоке из нескольких параллельно включенных работающих и резервных АВО, включающим поступление теплого сырого углеводородного газа от дожимной компрессорной станции в распределительные камеры блока аппаратов воздушного охлаждения, затем в горизонтально расположенные теплообменные трубки, в сборные камеры и далее на осушку, замер усредненной температуры газа на входе и выходе из отдельного аппарата и на выходе из блока АВО, отключение в резерв одного аппарата, если температура газа на выходе из блока АВО опустилась до температуры (Т₂+t)^oС, включение в работу резервного аппарата, если температура "Т" газа на выходе из блока АВО достигла температуры, определяемой из формулы:

где Т - температура газа на выходе из блока аппаратов воздушного охлаждения;
T₁ - температура газа на входе в блок аппаратов воздушного охлаждения;
Т₂ - температура начала гидратообразования в термобарических условиях на выходе газа из блока аппаратов;
t - температурный градиент, обеспечивающий безгидратное охлаждение газа в блоке аппаратов воздушного охлаждения в условиях неравномерности теплопередачи и потоков газа по отдельным аппаратам, секциям, теплообменным трубкам и т.д.

n - количество работающих аппаратов перед включением резервного.

Технический результат предлагаемого способа состоит в том, что при колебании температуры холодного атмосферного воздуха в зимних условиях этот способ обеспечивает оптимальное ступенчатое регулирование температуры охлажденного сырого углеводородного газа без образования кристаллогидратов в аппарате воздушного охлаждения.

Кроме того, в результате использования предлагаемого способа имеется достаточное количество вариантов ступенчатого регулирования температуры охлажденного газа. Так, один аппарат воздушного охлаждения имеет три варианта ступенчатого регулирования температуры при двух вентиляторах на аппарате: вариант охлаждения без работающих вентиляторов, с одним и двумя работающими вентиляторами. Каждый дополнительный аппарат в блоке АВО дает дополнительно четыре варианта регулирования (три плюс отключение аппарата). Таким образом, блок АВО из десяти аппаратов имеет 39 вариантов ступенчатого регулирования температуры охлажденного газа, блок АВО из 15 аппаратов имеет 59 вариантов ступенчатого регулирования температуры охлажденного газа. В общем случае число возможных вариантов "В" определяется формулой:
В=4n-1,
где n - число аппаратов в блоке АВО.

Сущность способа заключается в том, что при минимальной температуре охлажденного газа, ниже которой возможно появление кристаллогидратов, выключают в резерв один аппарат, а поток газа, поступавший через этот аппарат, перераспределяют по остальным работающим аппаратам. При этом увеличивается масса и скорость потока через единичный аппарат. Вместе с массой увеличивается количество тепла, поступающего в каждый оставшийся в работе аппарат, и увеличивается температура охлажденного газа на выходе из аппарата. С увеличением скорости быстрее уносятся зародыши гидратов из опасной зоны теплообменных труб. Тем самым температура охлажденного газа как бы отодвигается от границы опасного с точки зрения гидратообразования режима.

Пример. Работают 6 аппаратов. Если температура газа на выходе опустилась до 11^oС или появился сигнал на пульт операторам о температуре на выходе одного из аппаратов 10^oС, осуществляют отключение в резерв одного из аппаратов. Приведенные цифры получены в результате исследований. Оставшиеся в работе 5 аппаратов получают дополнительное количество газа, тепла и повышенную скорость в теплообменных трубках, что в свою очередь способствует удалению жидкости и зародышей гидратов из трубок. Пять аппаратов могут оптимально работать в интервале температур (см. таблицу) 11,0...15,8^oС.

При снижении температуры атмосферного воздуха и температуры газа после АВО отключение аппаратов можно повторять неоднократно. Количество работающих аппаратов должно быть не менее 3...4, при этом массовый расход газа через аппарат следует держать не более 300...450 т/ч. При более высоких массовых расходах значительно вырастают потери давления на АВО.

В случае повышения температуры атмосферного воздуха включение очередного аппарата для дополнительного охлаждения осуществляется при температуре газа на выходе АВО 15,8^oС и выше (при 5-и работающих аппаратах). Новый режим работы АВО на 6-и аппаратах будет обеспечивать безгидратный режим охлаждения газа без подачи в газ специального ингибитора гидратообразования. Для более быстрого прогрева вновь включенного аппарата необходимо, чтобы вентиляторы были отключены.

Данные по примерам 1...5 осуществления способа приведены в таблице.