Для сравнения  в табл.2 приведены результаты очистки газа изоэнтропийным способом (Δα_s) и дросселированием (Δα_D):

Δα_s = α₁-α_2S  ; Δα_D = α₁-α_2D

где α_2S и α_2D — расчетные значения суммарной концентрации компонентов 3-9 для изоэнтропийного процесса, соответствующего расширению газа в идеальном турбодетандере, и для процесса дросселирования соответственно.

Разность концентраций целевых компонентов до и после очистки (Δα) по «3S»-технологии близка к значениям для изоэнтропийного процесса, в то время как для процесса дросселирования — значительно выше.  

Рисунок 4. Схема экспериментального стенда.

1 - рабочий газ; 2 — теплообменник; 3 — жидкие компоненты;

4,9,10,14 — трубопроводы; 5 — смеситель;

б —  входной отсек; 7 — сепарационный  отсек;

8 —  разделительный отсек; 11 — шнековый  сепаратор;

12 —  емкость для жидкости; 13 — уровнемер;

15 —  трубы Вентури; 16 —дроссельные шайбы;

17 —расходомерные сопла; 18 — подача смеси на сжигание;

19 —  турбинный расходомер; 20 — клапаны;

21 —-  емкость с целевыми компонентами; 22 — сжатый азот;

23 —  трубопровод для выхода жидкости.

Приборы: П1, П2 — пробоотборники; Т1-Т6 — термопары; Р1-Р10 — датчики давлений;

API, АР2 — датчики перепада давлений для труб Вентури

В сравнении  с традиционными технологиями (JT-клапан — дроссель) установки «3S» при любых условиях работы превосходят по эффективности: выделение тяжелых углеводородов увеличивается не менее чем на 30% (притом же перепаде давления), а экономия компрессорных мощностей при решении задач подготовки газа к транспортировке достигает 50-70%, вследствие чего уменьшаются эксплуатационные издержки. Они эффективно работают и в таких условиях, когда JT-клапан неприменим.

На рис. 3 представлен график сравнительной эффективности «3S»-установки и JT-клапана при сепарации газового потока для одной из серий испытаний в дозвуковом режиме.  

Рисунок 5.  Степень извлечения тяжелых углеводородов по «3S» (эксперимент) и JT (расчет) – технологиям, %.

Каждой  точке на этом графике соответствует  результат испытания «3S»-установки. При этом соответствующее значение по вертикальной оси означает степень извлечения тяжелых углеводородов, достигнутую в этом эксперименте, а по горизонтальной оси — расчетную степень извлечения для JT-клапана притом же перепаде давления.

Уже сейчас (на ранней стадии развития технологии) схемы НТК с использованием «3S»-сепаратора превосходят по эффективности схемы с использованием турбодетандеров (изоэнтропийный процесс) в случае низкого и умеренного расхода газа и для достаточно богатых по содержанию соответствующих компонентов газов. На рис. 4 представлен сравнительный анализ использования двух таких схем с одинаковыми входными и выходными параметрами.

«3S»-Сепараторы можно эффективно использовать во многих ситуациях, когда турбодетандеры неприменимы по техническим (например, высокое входное давление) или экономическим (выделение пропан-бутанов на месторождениях малого и среднего объема) соображениям.

• «3S»-Технология обладает потенциалом использования при решении следующих задач газовой промышленности:
• подготовка газа к транспортировке (дегидратация и выделение тяжелых углеводородов);
• извлечение пропан-бутанов (LPG), H2S и CO₂, этана;
• сжижение метана.

 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица 6. Компонентный состав газа до и после сепарационной отчистки.

В настоящее  время созданы и испытаны установки, способные эффективно извлекать углеводороды С₅₊ и С₃₊. Ведутся испытания «3S»-установки, предназначенной для осушки природного газа от паров воды. Проводятся интенсивные экспериментальные исследования по дальнейшему повышению эффективности «3S»-установок для выделения С3+ и созданию установки для выделения этана.

На основе предлагаемой технологии в сочетании с традиционным оборудованием (теплообменники, газожидкостные сепараторы, холодильники, дистилляционные и ректификационные колонны и т.д.) созданы высокоэффективные схемы низкотемпературной конденсации, которые можно использовать на промыслах и газоперерабатывающих заводах, в том числе при переработке газа на морских платформах.

«3S»-Технологии имеют некоторые преимущества по сравнению с традиционными методами очистки природного газа:

• малогабаритность и, как следствие, — возможность размещения в достаточно ограниченном объеме, легкого включения в комплекс другого оборудования, снижение стоимости монтажа;
• низкие капитальные и эксплуатационные затраты;
• экологическая безопасность;
• отсутствие движущихся деталей;
• отсутствие необходимости постоянного обслуживания;
• возможность использования энергии пласта.

Достигнутые результаты позволяют говорить о том, что технологии с использованием «3S»-сепараторов превзойдут эффективность соответствующих комплексов, основанных на турбодетандерах, в широком диапазоне возможных применений, в том числе при выделении этановой фракции. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Экспериментальная часть

4.1. Описание технологического процесса и схемы установки УКПГ.

      Продукция скважин с узла входа шлейфов  поступает на первую ступень сепарации  в вертикальный сепаратор С-1 через  электроприводной кран ЭКП-6 и регулирующий клапан давления КР-1, который поддерживает давление «после себя». Регулирующий клапан КР-1 прямого действия обеспечивает стабильное давление  на входе в  сепаратор первой ступени С-1 модуля подготовки газа.

      Для предотвращения гидратообразования перед  КР-1 постоянно подается метанол  через обратный клапан ОК10 и В25 из блока дозирования ингибитора БДИ-2/2 или метанол с концентрацией  до 40% от дозировочного насоса Н-2/1,2. Давление в метанолопроводе замеряется техническим манометром  по месту.

      В сепараторе первой ступени С-1, под  действием сил гравитации происходит предварительное отделение из газового потока капельной жидкости и мехпримесей.

      Отсепарированная  жидкая фаза (газовый конденсат, метанольная  вода) и мехпримеси по уровню поз.23 через  клапан регулятор уровня Клр-1 и клапан запорный Клз-1 отводится в разделитель  жидкости РЖ-1.

      Частично  отсепарированный газовый поток  по трубопроводу с давлением из сепаратора С-1 подается в трубное пространство двухсекционного теплообменника «Газ-Газ» Т-1, где охлаждается обратным холодным потоком осушенного газа, проходящего  по межтрубному пространству теплообменника Т-1.

      На  газопроводе между С-1 и Т-1 установлены  два отсекающих крана К-45 и К-46 с контрольным вентилем В38 и три  крана К47, К48 и К49 с заглушками для подключения в перспективе  аппаратов воздушного охлаждения и  дожимной компрессорной станции. Все  краны с ручным управлением.

      Перед кранами К45 и К46 и перед теплообменником  Т-1, для предотвращения гидратообразования в аппаратах воздушного охлаждения и в трубном пространстве Т-1, предусмотрена  подача метанола по метанолопроводу  через обратные клапаны ОК13, ОК14 и вентили В36,В37.

      Подача  метанола осуществляется от БДИ-2/2. Продувка форсунок для впрыскивания метанола ведется обратным потоком газа при  закрытом вентиле В36, В37 и открытом вентиле В103, В104 на трубопроводе сброса продуктов продувки в продувочный  трубопровод технологического модуля.

      Охлажденный в теплообменнике Т-1 прямой поток  газа по трубопроводу поступает через  регулирующий клапан давления КР-2 в  сепаратор второй ступени С-2.

      Регулирующий  клапан прямого действия КР-2 обеспечивает стабильное давление газа на входе  в блок сепаратора С-2 модуля подготовки газа. Давление до КР-2 и после него замеряется электроконтактными манометрами  ЭКМ с выводом предупредительной  сигнализации давления в операторную.

      После клапана КР-2 газовый поток по трубопроводу поступает в сепаратор  С-2.

      Для предотвращения превышения давления на входе в сепаратор С-2 установлены  сдвоенные предохранительные клапаны  ПК-2. Метанол поступает от блока распределения метанола БДИ-2/1. Открытие клапана Клз-3 производится при срабатывании предохранительного клапана ПК-2 и повышении давления после него до давления 0,02 МПа.

      В сепараторе С-2 происходит отделение  капельной жидкости, которая сконденсировалась  в результате снижения температуры  в теплообменнике Т-1 и снижения давления после клапана    КР-2.

      Освобожденный от капельной жидкости основной газовый  поток из С-2 поступает в трубное  пространство теплообменника "Газ-Газ" Т-2, где охлаждается обратным холодным потоком осушенного газа, проходящего  по межтрубному пространству теплообменника Т-2.

      Перед теплообменником Т-2 предусмотрена  подача метанола по метанолопроводу  через обратные клапаны ОК14 и  вентиль В59 для предотвращения гидратообразований в теплообменнике Т-2.

      Охлажденный в теплообменнике Т-2 прямой поток  газа по трубопроводу Ду300 через кран К56 направляется на регулирующий клапан давления КР-3, на котором дросселируется и охлаждается за счет дроссельэффекта.

      После клапана КР-3 газовый поток при  температуре направляется в сепаратор  С-3.

      Часть потока газа, из сепаратора С-2 в качестве активного газа подается на два эжектора ЭЖ-1, ЭЖ-2 для утилизации низконапорного газа стабилизации и газа выветривания от установки деэтанизации и стабилизации УДСК и газа выветривания из разделителя  жидкости РЖ-2.

      На  вход низкотемпературного сепаратора С-3 поступают газы дегазации конденсата из РЖ-1 через задвижку Зд28, а также впрыскивается часть «тяжелого» газового конденсата из РЖ-1 в межтрубном пространстве теплообменника ТР-1 газовым конденсатом из сепаратора С-3.

      Расход  «тяжелого» газового конденсата поступающего на впрыск, регулируется клапаном регулятором  расхода Клр-9, установленного на входе  в межтрубное пространство теплообменника ТР-1

      Подача  «тяжелого» газового конденсата перед С-3 производится через форсунки, с целью более полного извлечения углеводородов С₅+высшие из газожидкостного потока.

      Для предотвращения превышения давления на входе в сепаратор С-3 установлены  сдвоенные предохранительные клапаны  ПК-3. Для предупреждения гидратообразования, в момент срабатывания предохранительного клапана ПК-3, перед ними, по метанолопроводу  через обратный клапан ОК21 и клапан запорный Клз5 производится ввод метанола в поток газожидкостной смеси. Метанол  поступает от блока распределения  метанола БДИ-2/1. Открытие клапана Клз5 производится при срабатывании предохранительного клапана ПК-3 и повышении давления после него.