Результат интеллектуальной деятельности: Способ подачи реагента в трубопровод

Изобретение относится к способу транспортировки газовых продуктов с ингибированием образования в текучей среде препятствующих транспортировке продуктов, а именно к способам введения ингибирующих веществ в трубопроводы, и может быть использовано при ингибировании образования гидратов газа в трубопроводе, применяемом для транспортирования газообразных углеводородов.

В природном газе, как и других углеводородных текучих средах, присутствуют диоксид углерода, сероводород и различные углеводороды, например метан, этан, пропан, нормальный бутан и изобутан. Было обнаружено, что с такими компонентами углеводородной текучей среды обычно взаимодействует в различных количествах вода. Когда такие компоненты углеводородной текучей среды или другие вещества, способные образовывать гидраты, вступают во взаимодействие с водой в условиях повышенного давления и пониженной температуры, могут образоваться гидраты клатратов. Гидраты клатратов представляют собой водные кристаллы, которые образуют вокруг молекул "гостя", например, гидратообразующих углеводородов или газов, структуру, похожую на призму, некоторые гидратообразующие углеводороды включают метан, этан, пропан, изобутан, бутан, неопентан, этилен, пропилен, изобутилен, циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклогексан и бензол, а также другие углеводороды.

Кристаллы гидрата газа или гидраты газа представляют собой класс гидратов клатрата и имеют особое значение при добыче и/или транспортировании природного газа и других углеводородных газообразных сред, они могут образовывать пробки в трубопроводе. Так, например, при давлении около 1 МПа этан может образовывать гидраты газа при температурах ниже 4°С, а при давлении 3 МПа этан может образовывать гидраты газа при температурах ниже 14°С. Такие температуры и давления являются обычными для многих рабочих условий, в которых добывают и транспортируют природный газ и другие углеводородные текучие среды /жидкости/.

Так как гидраты газа склонны к накапливанию, они могут образовывать в трубе или трубопроводе, применяемом для добычи и/или транспортирования природного газа или другой углеводородной текучей среды, гидратные пробки. Образование таких гидратных пробок может привести к простою оборудования при добыче, транспортировке и переработке углеводородного сырья, и вследствие этого к существенным финансовым расходам. Кроме того, повторный запуск находящегося в простое оборудования, в частности оборудования в открытом море или транспортного оборудования, может быть затруднен вследствие того, что для безопасного удаления гидратных пробок необходимы значительные количества времени, энергии и материалов, а также различные механические приспособления.

Для предотвращения образования гидратных пробок в потоках углеводородной текучей среды или природного газа применяют разные меры (https://studfiles.net/preview/6864280/page:3/). Такие меры включают поддержание внешних температуры, препятствующих образованию гидратных пробок, и/или давления и введение антифриза, например, метанола, этанола, пропанола или этиленгликоля. С инженерно-технической точки зрения для поддержания внешних температуры и/или давления необходима модификация оборудования, например, применение изолированного или снабженного рубашкой трубопровода. Такие модификации очень дорого осуществлять и воспроизводить.

В настоящее время в газовой промышленности в трубопроводы, в местах, где расположена различная арматура, на которой предпочтительно образуются гидраты, преимущественно подают метанол для предотвращения гидратообразования (т.е. образования кристаллической структуры С+H₂O на узлах арматуры внутри трубопровода). Впрыск производится обычно через одну форсунку, которая устанавливалась по оси трубопровода.

Известен (RU, патент 2532822, опубл. 10.11.2014) способ введения реагента в трубопровод с использованием эжектора, включающий подачу газа и реагента в эжектор. При реализации способа через соответствующие средства подают на эжектор низконапорный и высоконапорный газ, от средства подачи высоконапорного газа подают высоконапорный газ через четырехходовой кран в объем пневмоцилипдра, внутри которого установлена с возможностью перемещения ось, на одном конце которой размещены последовательно два поршня, а на другом конце оси установлен затвор эжектора, между затвором эжектора и ближним к нему поршнем, смещая поршни пневмоцилиндра и затвор эжектора с освобождением проходного отверстия в эжекторе, и одновременно подают высоконапорный газ на пневмоклапан подачи реагента в эжектор с поступлением реагента из магистрали в эжектор и затем в трубопровод, для прекращения подачи реагента подают высокопапорный газ в трубопровод па закрытие пневмоклапана и одновременно в пространство между поршнями с последующим смещением поршней и затвора эжектора с перекрытием эжектора.

Известен (RU. патент 2559383, опубл. 10.08.2015) способ введения ингибитора гидратообразования в трубопровод природного газа. Ингибитор гидратообразования от магистрального источника метанола или насосной установки под давлением, превышающим давление газового потока, подается на вход устройства, во входной патрубок. Входная магистраль разделяется на два канала ввода ингибитора. Ингибитор поступает на микрорасходомер и регулятор расхода с электроприводом. По команде, сформированной из автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора, блок управления подает питание на привод электродвигателя, который изменяет проходное сечение регулятора расхода. Поток жидкости, протекающий через трубопровод изделия, проходит через микрорасходомер. Система управления получает от микрорасходомера данные о пропущенном расходе ингибитора. При необходимости, перекрывают автоматическую линию регулирования подачи ингибитора.

Известен (RU. патент 2574159, опубл. 10.02.2016) способ подачи ингибитора гидратообразования в трубопровод природного газа, включающий подачу ингибитора с регулированием расхода. Способ осуществляют посредством устройства для регулирования расхода ингибитора, содержащего корпус с входным и выходным штуцерами и рабочим органом в виде плунжерной пары, размещенной внутри корпуса и выполненной с поршнем в виде цилиндра, имеющего возможность возвратно-поступательного движения посредством электропривода, при этом на внешней поверхности упомянутого цилиндра плунжерной пары выполняют радиальные канавки и, по меньшей мере, одну продольную канавку переменного сечения, проходную площадь, которой уменьшают от периферийной части упомянутого цилиндра к его центральной части, а расход ингибитора регулируют путем изменения проходного сечения канала, образованного плунжерной парой, посредством осевого перемещения упомянутого цилиндра к выходному или от выходного штуцера корпуса упомянутого устройства, или путем изменения частоты электрического тока, подаваемого на электропривод упомянутого цилиндра плунжерной пары.

Недостатком всех приведенных технических решений следует признать их недостаточную эффективность, приводящую к образованию гидратов в трубопроводе.

Техническая проблема, решаемая с использованием разработанного способа, состоит в усовершенствовании подачи ингибиторов в трубопровод транспортировки природного газа.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного способа, состоит в увеличении ресурса безаварийной работы трубопровода за счет уменьшения отложения нежелательных образований на стенках трубопровода и запорной арматуре, а также оптимизации расхода ингибитора.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ подачи реагента в трубопровод. При реализации разработанного способа реагент подают, по меньшей мере, из двух форсунок, подключенных к источнику реагента, каждая из которых обладает различными расходными характеристиками, при этом количество реагента определяют по параметрам потока газа в точке впрыска: давление, расход, температура, влагосодержание, концентрация удаляемой примеси в потоке, а форсунки включают в различном сочетании, обеспечивающее необходимое количество реагента, при этом каждая форсунка обеспечивает высокую степень распыления реагента (понятие «степень распыления» раскрыто в www.chem21.info/info/1037484/).

В некоторых вариантах реализации способа используют три и более форсунок, подключенных к источнику реагента, каждая из которых обладает различными расходными характеристиками

В некоторых вариантах реализации узлы ввода реагента располагают по осевой линии трубопровода.

Возможен вариант реализации способа, когда узлы ввода реагента располагают по окружности трубопровода.

При подаче в трубопровод в качестве реагента метанола дополнительно проверяют расход конденсата - растворителя метанола.

Для реализации разработанного способа может быть использована следующая система подачи реагента в трубопровод природного газа. Система содержит магистраль-источник реагента, далее два патрубка, подключенные к указанной магистрали, к каждому из которых последовательно подключены первый запорный кран, фильтр и второй запорный кран, выходы вторых запорных кранов подключены к входу датчика расхода реагента, выход которого подключен к входу обратного клапана, выход которого подключен через запорные краны с приводами к входам форсунок. Кроме того, система дополнительно содержит блок управления, а также, по меньшей мере, один из датчиков давления, температуры, расхода реагента, установленных на трубопроводе, предпочтительно, но не исключительно, в районе точки ввода ингибитора, которые подключены к входу блока управления, выходы блока управления подключены к приводам запорных кранов, причем блок управления выполнен с возможностью в зависимости от измеренных параметров транспортируемого газа устанавливать оптимальный расход реагента за счет включения необходимых запорных кранов, которые установлены на патрубках ввода реагента, а форсунки использованы различной производительности или с различными расходными характеристиками. Система может дополнительно содержать первый контрольный манометр, установленный с возможностью измерения давления в магистрали-источнике реагента. Также система может дополнительно содержать второй контрольный манометр, установленный с возможностью измерения давления на выходе обратного клапана. Кроме того, система может дополнительно содержать запорный кран, установленный с возможностью сброса газа из трубопровода через форсунки для их очистки.

Для того чтобы добиться тонкой регулировки расхода реагента три форсунки изготовлены с разными расходными характеристиками, а именно, 15%, 25% и 60% от номинала. Широкое регулирование расхода на одной форсунке приведет к резкому ухудшению или полному прекращению распыла реагента. Именно по этой причине при реализации разработанного способа использовано несколько форсунок с разными расходными характеристиками, которые обеспечат и регулирование по расходу реагента, и необходимую тонкость распыла. В этом случае включая одну, две или три форсунки в разном сочетании можно получить следующие величины расходов метанола от номинала: 15%, 25%, 40%, 60%, 75%, 85%, 100%, кроме того, каждая форсунка дает регулировку расхода с хорошим распылом метанола в пределах 10%-15%. В этом случае при требуемом распыле - не более 10 мкм возможно плавное регулирование расхода метанола от 12% до 115%.

Расход реагента определяют по параметрам потока газа в точке впрыска: давление, расход, температура, влагосодержание и т.д., Эти величины используют для расчета необходимого расхода реагента.

Использование разработанной системы позволяет увеличить работу трубопровода между операциями очистки, по меньшей мере, в 2,7 раза, а также уменьшить расход метанола за счет распыления реагента на 50%.