CC BY
388
УДК 661.183
А. М. Горбунов, О. Н. Каратун*
Астраханский газоперерабатывающий завод ООО «Астраханьгазпром»
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ УСТАНОВОК ОСУШКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА
Введение
Многие углеводородные газы, подлежащие переработке, содержат влагу. Наличие влаги в углеводородном газе отрицательно сказывается на процессах его переработки. При переработке влажных газов ухудшаются основные технико-экономические показатели работы установок. Осушку промышленных газов осуществляют различными методами [1]. Для получения газов с низким влагосодержанием наиболее эффективно применять адсорбционный метод осушки. Он позволяет максимально извлечь влагу из промышленных газов и, следовательно, снизить температуру точки росы. Транспортировка влажного газа приводит к выпадению водяного конденсата в трубах, а также к образованию кристаллогидратов. Кристаллогидраты отлагаются на поверхности труб и оборудования, сужают диаметр проходных отверстий и приводят к увеличению гидравлического сопротивления при прохождении технологического потока по трубам. Требования по степени осушки, предъявляемые к углеводородным газам, тем выше, чем ниже температура их транспортировки и переработки. Если газ содержит кислые компоненты, то присутствие в нем значительных количеств водяных паров приводит к возникновению активных коррозионных процессов на поверхности труб и оборудования [1].
При взаимодействии компонентов углеводородного газа с водой могут образовываться гидраты. Газовые гидраты - это твердые кристаллические соединения, образующиеся при определенных условиях из воды и низкомолекулярных газов. По внешнему виду гидраты напоминают лед или снег. Отложение гидратов на стенках трубопровода может привести к полному прекращению прохождения газа. Условия образования гидратов - это в первую очередь наличие капельной влаги. Следовательно, чтобы избежать образования гидратов, необходимо производить осушку газа. В исключительных случаях в систему подается метанол или гликоль, которые связывают влагу и предотвращают выпадение гидратов.
Наиболее часто гидраты образуются в местах дросселирования газа, за счет чего происходит резкое снижение его температуры. В этих условиях из газа выделяется влага, которая насыщается газом и превращается в гидраты.
Процесс осушки углеводородных газов можно осуществлять с помощью четырех методов: охлаждением, абсорбцией, адсорбцией и комбинированием предыдущих трех методов. Для получения низких точек росы при невысокой влагоемкости углеводородного газа рекомендуется применять адсорбционный метод осушки. В качестве адсорбентов могут применяться оксид алюминия, силикагель и цеолиты. Применение цеолитов в качестве адсорбентов позволяет получать осушенный газ, имеющий точ-
ку росы до -90 °С. Цеолиты бывают как природные, так и искусственные. В промышленности производятся искусственные цеолиты марок КаЛ, КА, СаА, КаХ, СаХ. Цеолиты типа А относятся к низкокремнистым формам, в них отношение 8і02/А120з не превышает 2, а в цеолитах типа Х отношение 8і02/А120з составляет 2,2-3,3. Диаметр входного окна для цеолитов типа А составляет 0,3-0,5 нм, а для цеолитов типа Х - 0,8-1 нм. Цеолиты имеют кристаллическую структуру, которая позволяет адсорбироваться на их поверхности молекулам определенного диаметра. Цеолиты имеют достаточно высокую стоимость. Однако применение их в промышленности для осушки углеводородного газа экономически целесообразно, т. к. степень осушки газа очень высокая, что способствует снижению точки росы. Кроме этого, цеолиты обладают хорошими эксплуатационными характеристиками, такими как высокая адсорбционная способность, повышенная прочность на раздавливание и истирание, отсутствие химического взаимодействия с компонентами углеводородных газов, восстановление адсорбционных свойств после регенерации, длительный срок службы, устойчивость к взаимодействию с капельной влагой, сохранение высокой активности при повышенной температуре, большая скорость поглощения влаги.
На Астраханском газоперерабатывающем заводе существуют две установки осушки и отбензинивания углеводородного газа (У-174 и У-274). В состав каждой установки входят две идентичные, параллельно работающие полулинии 1Р, 2Р и общее оборудование. Каждая линия состоит из двух секций: секции осушки газа и секции отбензинивания газа. Сырьем установки осушки и отбензинивания является обессеренный газ с установок очистки газа от кислых компонентов при высоком давлении (У-172, У-272).
Процесс осушки и отбензинивания углеводородного газа предназначен для удаления воды, остаточных сернистых соединений и тяжелых углеводородов из обессеренного газа с целью достижения требуемых показателей товарного газа [2].
Осушка газа осуществляется в адсорберах на цеолитах. Отбензинива-ние газа осуществляется за счет процесса низкотемпературной сепарации.
В секцию осушки входят по два адсорбера на каждую линию: один -на адсорбции, один - на регенерации. Продолжительность цикла адсорбции -не более 8 часов. Продолжительность цикла регенерации - не более 8 часов. Цикл регенерации делится на две фазы по 4 часа: на регенерацию -4 часа, охлаждение - не более 3,5 часа (переключение - 30 минут).
Целевым продуктом установки является осушенный и отбензинен-ный газ по ГОСТ 5542-87 «Газы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового назначения». Полупродуктами установки являются: широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ); газ регенерации, направляемый на установку сероочистки (У-172, У-272); углеводородный конденсат, направляемый на установку стабилизации конденсата (У-121).
За время эксплуатации установок осушки и отбензинивания углеводородного газа было выявлено много недоработок, отдельные из них были устранены [3, 4].
Совершенствование процесса адсорбционной осушки углеводородного газа на Астраханском газоперерабатывающем заводе можно осуществлять по следующим направлениям:
- оптимизация существующей технологической схемы;
- усовершенствование конструкции адсорберов;
- применение современных цеолитсодержащих адсорбентов;
- улучшение схем подготовки сырья к процессу адсорбции;
- оптимизация технологического режима процесса адсорбции и десорбции;
- комбинация различных методов осушки углеводородного газа.
С момента пуска Астраханского газоперерабатывающего завода из-за различных проектных недоработок установка осушки и отбензини-вания углеводородного газа (У-174) работала нестабильно. Из-за интенсивного гидратообразования в блоке отбензинивания происходило снижение загрузки установки по сырью, а также возникали частые остановки турбодетандеров К/КТ01А/В, что приводило к их выходу из строя. Так как в первые годы работы блок отбензинивания углеводородного газа установки осушки и отбензинивания работал только по линии 1Р У-174 (одна полулиния установки осушки и отбензинивания углеводородного газа), то любая остановка приводила к снижению выпуска продукции по ШФЛУ, а также к снижению качества товарного газа. Интенсивное загид-рачивание вынуждало усиленно производить прокачки метанола, вследствие чего периодически происходила остановка полулинии на отогрев в течение 24-36 часов с периодичностью не менее одного раза в два месяца.
Особенно критическая ситуация складывалась на установке У-174 в летнее время, т. к. обессеренный газ, поступающий с установок очистки газа от кислых компонентов высокого давления (У-172), имел температуру, превышающую регламентные значения на 10 °С и более. Высокая температура обессеренного газа вызывала общее затепление установки У-174, что в конечном итоге приводило к интенсивному гидратообразованию холодного блока, т. к. газ, поступающий на осушку в адсорбер, имел высокое влаго-содержание, и в конце цикла адсорбции на цеолитах происходил их «пробой», т. е. концентрация влаги в товарном газе превышала допустимые пределы.
Для решения вышеуказанных проблем был принят ряд технических решений:
- для охлаждения обессеренного газа с температуры 60-65 до 49 °С была произведена переобвязка теплообменника Е08, находящегося в проектно-технологической схеме на охлаждении товарного газа;
- для оперативного разгидрачивания насосов Р01 А/В, Р12 А/В, теплообменника Е05, турбодетандеров К/КТ01А/В были смонтированы линии подачи метанола в указанные точки;
- были установлены дополнительные сепарирующие устройства на входе газа в промывочную колонну С02 и сепаратор В01, что позволило в случае вспенивания амина и в процессе нормального технологического режима производить более глубокую сепарацию воды;
- для стабильной работы турбодетандерных агрегатов произвели монтаж линии, позволяющей подавать в систему газа уплотнения турбоде-тандерных агрегатов более сухой газ, что привело к уменьшению аварийных остановок из-за срабатывания аварийных блокировок при загидрачи-вании заколесного пространства турбодетандера и проточной части турбодетандерного агрегата.
Вышеперечисленные решения позволили стабилизировать работу установки на определенное время, но периодический отогрев всего холодного блока производили регулярно, т. к. цеолиты не обеспечивали высокий уровень осушки в течение длительного времени работы. Неадсорби-рованная влага осаждалась в виде кристаллогидратов на теплообменниках Е02А/В, Е04,Е05, клапанах 74ЬУ011, ЬУ016, насосах Р01А/В, Р02А/В и трубопроводах. Для устранения вышеназванных явлений на установке осушки и отбензинивания углеводородного газа У-174 были установлены испарители метанола. Часть осушенного газа направлялась в испарители, где, проходя через слой метанола, он насыщался парами метанола и далее подавался в общий поток осушенного газа.
В результате часть влаги, не адсорбированная на цеолитах, связывалась парообразным метанолом и уже не образовывала кристаллогидратов. Вышеописанное техническое решение позволило эксплуатировать установку У-174 без отогревов.
Заключение
Анализ работы установки осушки и отбензинивания углеводородного газа позволил предложить мероприятия, направленные на совершенствование процесса осушки на установке У-174. Предложенные мероприятия позволили стабилизировать работу установки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бекиров Т. М., Ланчаков Г. А. Технология обработки газа и конденсата. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999.
2. Регламент установки осушки и отбензиниваний газа У-174. - Астрахань: АГПЗ, 2000.
3. Модернизация установки для осушки и отбензинивания газа / Р. А. Васильев, С. Д. Барсук, В. П. Свиридов и др. // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2000. - № 11. - С. 17-19.
4. Гидратообразование на Астраханском ГКМ / Ю. П. Васько, Ж. В. Калчахи-на, А. Г. Филиппов, А. И. Масленников // Газовая промышленность. - 2000. -№ 1. - С. 20-21.
Получено 2.11.05
OPERATION EFFICIENCY INCREASE OF HYDROCARBON GAS DEHUMIDIFICATION UNITS
A. M. Gorbunov, O. N. Karatun
Operation of the unit on humidification and petrol withdrawal of the Astrakhan gasprocessing plant hydrocarbon gas has been analysed. Technical designs which have been performed on the unit for the dehumidification process improvement have been studied. Developed and introduced technical designs have allowed to use the dehu-midification unit and petrol withdrawal of gas without heating.
