Подготовка попутного нефтяного газа  

Проблема использования попутного нефтяного газа (ПНГ) широко освещается в научно-технической, экономической и политической литературе. Теоретически нет сомнений — сжигать газ вредно и убыточно, а использовать для дальнейшей переработки похвально.

В действительности использование ПНГ требует не только капиталовложений,  серьезной маркетинговой проработки, но и адекватных технологических и инженерных решений. Поэтому так были распространены факелы, еще с советских времен. В СССР экологией особо не интересовались, главная задача — даешь продукт по плану и по валу. Когда с планом ошибались, то тут не только попутный газ сжигался, но и продукты глубокой переработки, например, этилен. В условиях рыночной экономики в сочетании с растущими ценами на энергоносители о ПНГ опять задумались.

Итак,  наиболее распространенные пути использования ПНГ:
• закачка в продуктивный пласт;
• глубокое разделение на газоперерабатывающих заводах;
• получение электроэнергии.

Закачка в продуктивный пласт требует больших капиталовложений  и предъявляет особые требования к скважинам, предназначенным под закачку газа.

Газоперерабатывающие заводы не всегда целесообразно строить не только из-за стоимости строительства, но и по причине отсутствия местного спроса на продукты газоразделения.

В настоящее время особенно актуально стало использование ПНГ для получения электроэнергии. По мнению многих аналитиков, основным сдерживающим фактором роста экономики станет дефицит электроэнергии.

Действительно, сложилась ситуация, когда у энергетиков нет возможностей подключать новых потребителей, а у «Газпрома» дефицит газа. При этом, если энергетики вводят в строй новые электрогенерирующие мощности, то совсем не факт, что «Газпром» подаст туда газ. В условиях растущей экономики, масштабного строительства жилых домов проблема подключения жилого или промышленного объекта к «газовой трубе» или кабелю становится ЗАДАЧЕЙ именно большими буквами и крупным жирным шрифтом. А что говорить о негазифицированных и неэлекрифицированных отдаленных районах нефтедобычи? Поэтому многие нефтедобывающие компании развивают газовую энергетику для собственных нужд.

Для нормальной работы таких электростанций требуется тщательная подготовка газа. Газ должен быть очищен до тонкости 1-5 мкм. Следует принять во внимание, что посторонние включения выводят из строя узлы учета газа, регуляторы давления и арматуру. Если газоперерабатывающий завод, обладая  развитой инфраструктурой, квалифицированными механиками и технологами, осуществляет глубокую осушку газа и дорогостоящую очистку, то электростанция для объекта «в чистом поле», как на фотографии, не может по экономическим причинам себе это позволить. В противном случае, получение электроэнергии утратит всякий экономический смысл. Практически, на электростанции нецелесообразно осушать газ по причине энергоемкости, сложности этого процесса и потерь газа, затраченного на регенерацию.

В итоге, в распоряжении технолога остается только механическая очистка в фильтрах-сепараторах.

Особенности очистки ПНГ определяются спецификой его получения. Поток газа, поступающего на подготовку, имеет переменный компонентный состав, значительные колебания по расходу, в зависимости от количества подключенных скважин, значительные колебания по температуре, в зависимости от времени года, и  залповые выбросы жидких углеводородов и пластовой воды при сбое в работе нефтесепараторов. Следует иметь ввиду, что ПНГ в отличие от природного газа имеет плотность в 1,5-2 раза выше, что ухудшает процесс сепарации, основанный на разности плотностей разделяемых фаз.

В настоящее время получили распространение фильтры-коалесцеры, в которых фильтрующий волокнистый элемент коагулирует туманообразную жидкость в более крупные капли, стекающие в нижнюю часть фильтра. К недостатку этого вида фильтров следует отнести потерю работоспособности при залповых выбросах жидкости в газовый поток и быстрое накопление на фильтрующей поверхности твердых частиц, ухудшающих качество очистки и повышающих гидравлическое сопротивление фильтра. Фильтрующий элемент подлежит периодической замене.

Следующий традиционный способ очистки — очистка газа на сепараторах инерционного действия. Это сепараторы с пакетами жалюзи, циклоны, центробежные сепараторы со всевозможными статическими устройствами вращения потока. В этих аппаратах очистка производится за счет разности плотностей газа, жидкости и твердых частиц. Несомненные достоинства — надежность конструкции, простота эксплуатации и невысокая стоимость. Недостаток — чувствительность к колебаниям расхода и концентрации жидкости и твердых частиц в разделяемом потоке.

На системах со значительными колебаниями параметров очищаемого потока успешно работают роторные сепараторы. Основным элементом роторного сепаратора является ротор с проницаемой насадкой переменной пористости. Ротор вращается потоком очищаемого газа, проходящим через осевую турбину. Загрязненный газ подается с внешней стороны ротора и проходит через вращающуюся насадку, при этом частицы, имеющиеся в потоке, под действием центробежных сил отбрасываются на стенки аппарата и удаляются через нижний штуцер. Очищенный газ выходит через штуцер в крышке. Центробежное ускорение, действующее на частицу на поверхности ротора значительно превышает ускорение свободного падения, под действием которого работают гравитационные сепараторы, и обеспечивает высокую эффективность роторного сепаратора.

Многолетний опыт разработки, наладки и эксплуатации позволил «ПЕТЕРБУРГНИИХИММАШ» добиться высокой надежности основных элементов конструкции: подшипниковых узлов, уплотнений, вращающегося фильтра. При высокой эксплуатационной надежности  сепаратор сохраняет технологическую работоспособность в широком диапазоне колебания расхода, температуры и давления газового потока.

Вследствие этого роторные сепараторы обладают целым рядом преимуществ по сравнению с фильтрами и инерционными сепараторами:

• эффективная работа в широком диапазоне расхода и давления газа;
• фильтрующий элемент не засоряется и не разрушается механическими примесями, в том числе склонными к налипанию, вызывающими абразивный износ;
• меньшие габариты и металлоемкость;
• высокая надежность;
• гарантированное обеспечение заданной тонкости очистки.

Роторные сепараторы изготавливаются в заданном заказчиком климатическом исполнении, в том числе для Крайнего Севера. Стоит обратить внимание, что работающие сепараторы наглухо закрыты теплоизоляцией с защитным кожухом. Всё обслуживание заключается в открытии и закрытии дренажного штуцера. Учитывая отсутствие на электростанциях небольшой производительности специалистов-технологов (в отличие от крупных газоперерабатывающих заводов), суровые климатические условия и серьезные экономические потери от некачественной очистки газа, целесообразно максимально автоматизировать работу сепаратора и смежных систем.

По согласованию с потребителем роторные сепараторы могут включать системы:

• контроля и управления уровнем газового конденсата;
• контроля скорости вращения ротора;
• контроля и управления перепадом давления.

Каждая опция  может интегрироваться в существующую систему управления потребителя или поставляться с местным щитом контроля и управления.

Контроль уровня газового конденсата

В простейшем варианте  сепаратор оснащается двумя датчиками-реле уровня, генерирующими сигналы наличия или отсутствия конденсата. По сигналу верхнего реле кран на дренажном трубопроводе открывается, по сигналу нижнего реле закрывается. Сигнал может подаваться на пульт оператору для ручного открытия дренажного крана или на управляющий механизм приводного крана.

Для жидких продуктов может устанавливаться уровнемер непрерывного действия, управляющий работой перекачивающего насоса или приводной арматуры.

Контроль скорости вращения ротора

Скорость вращения ротора  контролируется индуктивным датчиком оборотов, сигнал которого передается на модуль контроля оборотов. Датчик оборотов устанавливается в специальном штуцере на корпусе сепаратора, модуль контроля — на щите управления.

Контроль перепада давления

Перепад давления измеряется дифференциальным манометром. При выходе за установленный диапазон генерируется сигнал оператору и, при необходимости, управляющий сигнал на открытие дренажного крана для обратной продувки сепаратора.

Роторные сепараторы в сочетании с надежными контрольно-измерительными приборами и исполнительными механизмами позволяют без лишних хлопот и сбоев подготовить ПНГ к использованию.