Заказчик: Нефтегазодобывающее предприятие
Месторасположение: Юг Прикамья
Производительность установки по сырьевому газу: min 20 000 нм³ /ч, max 70 000 нм³ /ч.
Продукт:
Осушенный до точки росы не выше минус 10°C летом и не выше минус 20°C зимой попутный нефтяной газ.
Объем работ:
Концептуальный инжиниринг, проектирование, производство и поставка оборудования, шефмонтажные и пусконаладочные работы.
Период выполнения работ: 2019 - 2021 г.г.
Описание установки:
Установка осушки попутного нефтяного газа с использованием триэтиленгликоля (ТЭГ) производительностью по входящему газу 20 000 - 70 000 нм³ /час размещена на площадке нефтяного месторождения, находящегося в Приволжском федеральном округе.
Вырабатываемая продукция – осушенный до точки росы не выше минус 10°C летом и не выше минус 20°C зимой попутный нефтяной газ.
Задачи проекта:
1. Обеспечить работоспособность оборудования в широком диапазоне расходов сырьевого газа с осушением его до требуемой точки росы с целью снижения коррозии в газотранспортных магистралях в круглосуточном непрерывном круглогодичном режиме.
2. Обеспечить безопасную для окружающей среды утилизацию побочных продуктов осушки газа, которые представляют особую опасность в связи с наличием в попутном нефтяном газе сероводорода.
Основные решения:
Для осушки влажного газа применена технология, основанная на абсорбции паров воды из газа жидким поглотителем. В качестве жидкого поглотителя применяется триэтиленгликоль (ТЭГ). Триэтиленгликоль (ТЭГ), как и этиленгликоль, диэтиленгликоль, является прозрачной, бесцветной, вязкой, гигроскопичной жидкостью, не имеет запаха и обладает немного сладковатым вкусом. Повышенная гигроскопичность позволяет эффективно использовать триэтиленгликоль в качестве осушающего агента для природных и нефтяных газов, а также в других различных отраслях промышленности.
Процесс абсорбции влаги из углеводородного газа протекает в вертикальном аппарате – абсорбере заполненном структурированной насадкой. Сверху на насадку подается тощий раствор триэтиленгликоля, а снизу восходящим потоком через насадку протекает влажный газ. В ходе соприкосновения на поверхности структурированной насадке фаз газ-гликоль происходит поглощение влаги триэтиленгликолем. Насыщенный влагой триэтиленгликоль собирается в нижней части абсорбера и выводится на регенерацию, а осушенный газ из верхней части абсорбера выводится за границу установки.
Регенерация гликоля – освобождение насыщенного раствора триэтиленгликоля от влаги это обратный процесс абсорбции (насыщения ТЭГ влагой) – десорбционный процесс. Процесс регенерации протекает при давлении близко к атмосферному и при температуре не более 204°С. Процесс регенерации осуществляется в испарителе гликоля, тепло в испаритель подводится за счет сжигания топливного газа в жаротрубной части испарителя.
Примененная в производстве технология включает следующие процессы: охлаждение и нагрев; сепарация; фильтрация ; абсорбция; конденсация; испарение.
В ходе регенерации триэтиленгликоля образуются водяные пары, содержащие незначительное количество углеводородов и сероводорода, увлеченных гликолем из потока осушаемого газа. Для утилизации этих продуктов предусмотрен блок термического окисления, температура в камере сгорания которого поддерживается на уровне 815˚С с помощью сжигания в горелке топливного газа. Водяные пары с вредными примесями подаются в эту камеру сгорания и находятся в ней не менее 2 секунд. При указанных условиях достигается 99,99% деструкции сероводорода, содержащегося в этих парах. В зону горения с помощью воздуходувки подается воздух для окисления газов и создания требуемой температуры рабочего процесса дожига.
Сброс дымовых газов происходит через дымовую трубу в атмосферу.
Состав оборудования:
- Блок гликолевого абсорбера
- Блок регенерации ТЭГ
- Блок термического окисления
- Комплектная система управления РСУ и ПАЗ
Блок гликолевого абсорбера
Попутный нефтяной газ подается на установку в гликолевый абсорбер для осушки. Производительность абсорбера по сырьевому газу – от 20 000 нм³/ч до 70 000 нм³/ч. На линии подачи сырьевого газа предусмотрена запорная арматура с электроприводом.
Сырьевой газ с рабочим давлением 1,0 ÷ 1,3 МПа (а) и рабочей температурой 10 ÷ 40°С поступает в сепарационную секцию абсорбера, где происходит сепарация капельной влаги и свободных углеводородов, присутствующих в газе.
Жидкость из сепарационной части абсорбера отводится под контролем регулирующего клапана по уровню за пределы установки осушки в дренажную систему Заказчика.
Отсепарированный газ поступает в массообменную секцию абсорбера, где осуществляется осушка газа регенерированным раствором триэтиленгликоля (ТЭГ). Движущей силой процесса является разница парциальных давлений воды над поверхностью регенерированного ТЭГа и в природном газе. При контакте «газ-ТЭГ» происходит переход воды из газовой фазы в жидкую снизу-вверх по колонне, вплоть до выравнивания парциального давления воды в газе до парциального давления воды над поверхностью регенерированного ТЭГа.
Результатом процесса становятся следующие продукты:
- Осушенный газ с температурой точки росы по воде минус 10°C (лето) и минус 20°С (зима);
- Насыщенный водой ТЭГ, который скапливается в кубовой секции абсорбера и далее отводится на регенерацию.
Верхняя часть абсорбера – секция каплеуловителя, предназначенная для максимально эффективного удаления гликоля из потока осушенного газа. Таким образом снижается уровень потерь абсорбента.
После секции каплеуловителя осушенный газа покидает абсорбер и поступает в пластинчатый теплообменник «осушенный газ – регенерированный ТЭГ», где охлаждает поток регенерированного ТЭГ до температуры 20 ÷ 55 ⁰С (в зависимости от исходной температуры и объема осушаемого газа), и направляется в коллектор осушенного газа, с последующей подачей на внешний транспорт.
На линии отвода осушенного газа предусмотрена запорная арматура с электроприводом.
Для аварийной разгрузки блока абсорбера предусмотрена разгрузочная линия с электроприводной запорной арматурой, которая обеспечивает сброс среды на факел высокого давления.
Защита абсорбера от превышения давления обеспечивается установкой блока предохранительных клапанов с переключающим устройством. Сброс осуществляется на факел высокого давления системы Заказчика.
Предусмотрена байпасная линия сырьевого газа в обход установки осушки. На байпасной линии предусмотрена запорная арматура с электроприводом.
Блок регенерации ТЭГ
Блок регенерации ТЭГ предназначен для восстановления необходимой концентрации ТЭГ.
Производительность блока 4 500 ÷ 9 000 кг/ч по регенерированному ТЭГ.
Насыщенный ТЭГ из кубовой части абсорбера блока абсорбции под контролем регулирующего клапана по уровню поступает в трехфазный сепаратор, предварительно нагреваясь до температуры 35 ÷ 100°С в конденсаторе ТЭГ, конденсаторе рефлюкса и теплообменнике насыщенный ТЭГ/тощий ТЭГ.
В трехфазном сепараторе происходит отделение от гликоля легких углеводородов и углеводородного конденсата. Давление в сепараторе поддерживается клапанами прямого действия «после себя» на линии топливного газа в сепаратор и «до себя» на линии вывода легких углеводородов на факел на значении 0,2…0,5 МПа.
Отделившийся углеводродный конденсат выводится за пределы установки осушки в дренажную систему заказчика.
Насыщенный ТЭГ под контролем регулирующего клапана по уровню направляется на фильтрацию, где последовательно проходит механический фильтр, угольный фильтр и фильтр тонкой очистки.
Защита трёхфазного сепаратора от превышения давления обеспечивается установкой блока предохранительных клапанов с переключающим устройством. Сброс осуществляется на факел высокого давления системы заказчика.
Механический фильтр необходим для улавливания механических примесей во избежание забивания последующего за ним угольного фильтра и ухудшения его качества фильтрации. Угольный фильтр необходим для фильтрации насыщенного ТЭГ от углеводородных примесей и смол, которые ухудшают свойства гликоля и способствуют пенообразованию. Фильтр тонкой очистки предназначен для улавливания частиц угля перед подачей гликоля на регенерацию.
Механические фильтры имеют датчики перепада давления, по показаниям которых отслеживается необходимость очистки/замены фильтрующих элементов.
Защита фильтров от превышения давления за счет термического расширения обеспечивается установкой предохранительных клапанов со сбросом в дренажную систему заказчика.
После фильтрации с температурой 35 ÷ 100°С насыщенный ТЭГ поступает в теплообменник насыщенный ТЭГ/тощий ТЭГ, где за счет рекуперации тепла, отходящего из испарителя, нагревается до температуры 112 ÷ 175°С и направляется в качестве питания в испарительную колонну.
Регенерация ТЭГ в испарительной колонне производится ректификацией при давлении максимально близким к атмосферному и температуре низа колонны не более 204ºС. Нижний продукт колонны – концентрированный ТЭГ, верхний – пары воды.
Пары воды из верхней части колонны конденсируются в конденсаторе рефлюкса и с температурой 80 ÷ 120⁰С подаются на утилизацию в блок термического окисления.
ТЭГ из нижней части колонны поступает в испаритель, где нагревается теплом дымовых газов, образующихся при сгорании топливного газа в горелке. Пары воды, легких углеводородов и ТЭГ поступают в колонну регенерации под нижнюю тарелку, а неиспарившийся жидкий остаток представляющий собой регенерированный ТЭГ, который, переливаясь через перегородку испарителя, накапливается в буферной емкости части испарителя.
Для увеличения концентрации гликоля, на испарителе установлен конденсатор. Секция конденсатора связана напрямую с секцией испарителя. Холодный змеевик конденсатора смещает равновесие воды «пар/жидкость» в испарителе гликоля за счет холодного потока над поверхностью гликоля, как бы «вытягивает» на себя пары (преимущественно состоящие из воды и углеводородов) из секции отпаренного гликоля, тем самым увеличивая концентрацию регенерированного гликоля. В секции конденсатора происходит конденсация этих паров, образовавшиеся жидкость скапливается в чашеобразном устройстве внизу секции, откуда отводится в секцию испарителя с меньшей концентрацией гликоля.
В качестве вспомогательной меры для получения гликоля высокой концентрации предусмотрена возможность подачи стриппинг-газа в испаритель. В нормальном режиме работы использование стриппинг-газа не требуется. В качестве стриппинг–газа применяется топливный газ.
Для подвода необходимого тепла с целью обеспечения процесса регенерации ТЭГ используется топочная камера, погруженная в испаритель, в которую подается топливный газ и воздух от воздуходувки в требуемом стехиометрическом соотношении с помощью регулирующих клапанов на линиях воздуха и топливного газа соответственно. Сброс продуктов сгорания осуществляется через дымовую трубу в атмосферу.
Защита испарителя от превышения давления обеспечивается установкой блока предохранительных клапанов с переключающим устройством. Сброс осуществляется на факел низкого давления системы заказчика.
Регенерированный ТЭГ с концентрацией до 99,0…99,7% масс. из буферной части испарителя с помощью насосов подается в верхнюю часть абсорбера, предварительно охлаждаясь до температуры 20 ÷ 55˚С в теплообменнике насыщенный ТЭГ/тощий ТЭГ и осушенный газ/тощий ТЭГ.
Расход регенерированного ТЭГ регулируется с помощью частотного преобразователя на приводе насосов. На линии нагнетания насосов предусмотрена запорная арматура с электроприводом.
Поступающий от системы Заказчика топливный газ с давлением 1,6 - 2,1 МПа(а) в количестве до 700 нм³/ч поступает в фильтр-сепаратор для улавливания возможных примесей и капельной влаги. Фильтр имеет датчик перепада давления, по показаниям которого отслеживается необходимость очистки/замены фильтрующих элементов, а также реле уровня, по которым контролируется наличие жидкой фазы в фильтрах. Отвод жидкой фазы осуществляется через клапан с электроприводом автоматически. На линии подачи топливного газа в сепаратор предусмотрена запорная арматура с электроприводом.
Отсепарированный от примесей и влаги топливный газ проходит через клапан прямого действия «после себя», где его давление снижается до 0,7 МПа(а) и подается к потребителям, немного нагреваясь, проходя через испаритель. Защита потребителей топливного газа от превышения давления обеспечивается установкой блока предохранительных клапанов с переключающим устройством. Сброс осуществляется на факел высокого давления систему заказчика.
Потребители топливного газа включают в себя:
- Блок термического окисления, для подачи в камеру окисления. На линии подачи топливного газа предусмотрена запорная арматура с электроприводом;
- Трехфазный сепаратор для поддержания давления;
- Буферная часть испарителя, в качестве стриппинг-газа. На линии установлен клапан прямого действия «после себя» для сброса давления до 0,2 МПа(а). Расход стриппинг-газа регулируется с помощью автоматического регулирующего клапана;
- Основная и пилотная горелки испарителя.
На общей линии к горелкам установлен клапан прямого действия «после себя» для сброса давления до 0,2 МПа(а) и запорная арматура с электроприводом.
На линии к основной горелке установлен клапан прямого действия «после себя» для сброса давления до 0,1025 МПа(а).
В составе блока регенерации предусмотрены:
- Емкость антивспенивателя с насосом антивспенивателя.
Антивспениватель с помощью насоса подается в испаритель для предотвращения вспенивания ТЭГ в отпарной колонне, а также на всас насосов ТЭГ по показаниям датчика перепада давления на абсорбере для предотвращения вспенивания ТЭГ в абсорбере.
- Емкость pH-регулятора и емкость свежего ТЭГ с насосами.
pH-регулятор с помощью насоса вводится в линию подачи насыщенного гликоля в колонну абсорбер. Необходимо поддерживать pH регенерированного гликоля на уровне 6,5÷8,0. Слишком высока величина pH может оказать негативное воздействие на гликоль, в частности, образование пены.
Защита емкостей антивспенивателя и регулятора кислотности от превышения давления обеспечивается установкой предохранительного клапана. Сброс осуществляется на свечу.
Свежий ТЭГ для подпитки вводится в линию подачи насыщенного гликоля в отпарную колонну напрямую из пункта заправки ТЭГ. При невозможности подпитки напрямую из пункта заправки ТЭГ, подпитка осуществляется непрерывно насосом из емкости подпитки ТЭГ.
Для препятствования насыщения pH-регулятора и свежего ТЭГ влагой из воздуха, емкости регулятора кислотности и свежего ТЭГ находятся под азотной подушкой, которая поддерживает небольшое избыточное давление с помощью клапанов прямого действия «после себя» и «до себя».
Блок термического окисления
Верхний продукт испарительной колоны – водяные пары – содержат незначительное количество углеводородов и сероводорода, увлеченных гликолем из потока осушаемого газа. Для утилизации верхнего продукта, образующегося в колонне регенерации, предусматривается блок термического окисления.
Верхний продукт колонны с температурой 80 ÷ 120⁰С поступает в сепаратор. На линии подачи предусмотрена запорная арматура с электроприводом. Сепаратор предназначен для отвода образовавшегося углеводородного конденсата в дренажную систему заказчика. Газовая фаза из сепаратора поступает в термический окислитель.
Температура в камере окисления термического окислителя поддерживается на уровне 815˚С, время удержания 2 секунды. При указанных условиях достигается 99,99% деструкции сероводорода, содержащегося в верхнем продукте отпарной колонны. В камере окисления осуществляется сжигание топливного газа и верхнего продукта колонны с помощью горелки. В зону горения подается воздух с помощью воздуходувки, для окисления газов и создания требуемой температуры рабочего процесса дожига.
Система автоматики и противоаварийной защиты
Все блоки и аппараты блоков оборудованы современными контрольно-измерительными приборами, предохранительной, запорной, отсечной арматурой и снабжены автоматически управляемыми клапанами. Это позволяет вести технологический процесс в автоматическом, а также дистанционном режиме из помещения управления.
Результаты
• Всего за 6 месяцев с начала проектирования оборудование было выпущено с производственной площадки в высокой степени заводской готовности.
- Из-за переменного характера подачи ПНГ установка доказала возможность работы в широких диапазонах регулирования.
- Пары воды с вредными примесями, образующиеся в результате осушения ПНГ, эффективно утилизируются в блоке термического окисления, не нанося вреда окружающей среде.
- Собственная производственная площадка позволяет осуществлять сборку блочного оборудования, производство и монтаж конструкций металлических и трубопроводов, а также выполнять все виды электромонтажных работ в сжатые сроки.
