CC BY
97
УДК 665.6
DOI 10.25513/1812-3996.2018.23(4).93-97
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОДГОТОВКИ ГАЗОВ ГКМ В СРЕДЕ ASPEN HYSYS Д. Б. Гилязутдинов, В. Н. Носенко
Омский государственный университет им. Ф. М. Достоевского, г. Омск, Россия
Информация о статье Аннотация. Выполнен анализ работы установок НТС-НТС-НТА, НТС-НТА-СК в приклад-
Дата поступления ной программе ASPEN HYSYS. Показано, что использование нестабильного газового
07.06.2018 конденсата в качестве абсорбента с последующей его стабилизацией позволяет до-
полнительно извлечь фракции С5+ из газа и получить товарные СГК и ШФЛУ.
Дата принятия в печать 17.10.2018
Дата онлайн-размещения 14.12.2018
Ключевые слова
Низкотемпературная сепарация, низкотемпературная абсорбция, стабильный газовый конденсат, широкая фракция легких углеводородов
RESEARCH OF PROCESS OF THE PREPARATION OF GASES GAS-CONDENSATE FIELDS IN THE ASPEN HYSYS PROGRAM
D. B. Gilyazutdinov, V. N. Nosenko
Dostoevsky Omsk State University, Omsk, Russia
Article info Abstract. Analysis of the LTS-LTS-LTA, LTS-LTA-CS unit in the ASPEN HYSYS application pro-
Received gram is made. It is shown that use of unstable gas condensate as absorbent with the subse-
07.06.2018 quent its stabilization allows to take follow-up C5+ fractions from gas and to receive com-
modity SGC and NGL.
Accepted 17.10.2018
Available online 14.12.2018
Keywords
The low-temperature separation, the low-temperature absorption, stable gas condensate, natural gas liquids
Промысловая подготовка газов большинства газоконденсатных месторождений в России осуществляется по технологии низкотемпературной сепарации (НТС). В пластовых газах газоконденсатных месторождений содержится от 2 г/м3 до 100350 г/м3 углеводородов (УВ) С5+. Эффективность работы установок низкотемпературной сепарации определяется, главным образом, степенью извлечения УВ С5+, вовлекаемых в газовые конденсаты. Та-
ким образом, газовые конденсаты являются существенным ресурсом углеводородного сырья. Их суммарная добыча на сегодня достигает 25-28 млн т/год, что в среднем по стране составляет около 40 г на 1 м3 добываемого газа. Однако на эксплуатируемых в России и странах СНГ месторождениях извлечение конденсата от потенциала не превышает 5060 %. В то же время в развитых капиталистических странах, обладающих крупными газоконденсат- 93
■ ISSN 1812-3996
ными месторождениями (США, Канада), отбор конденсата от потенциального содержания в газе значительно выше и может составить 95 % [1].
Увеличение степени извлечения УВ С5+ из пластового газа может быть достигнуто совершенствованием технологических схем низкотемпературной сепарации (НТС).
Принципиальная технологическая схема НТС представлена на рис. 1 [2]. В пластовый газ вводится метанол для предотвращения гидратообразования. Газ поступает в первичный сепаратор С-1, где отделяется жидкая фаза, затем после охлаждения - во вторичный сепаратор С-2. Жидкая фаза из сепараторов направляется в разделители Р-1 и Р-2. Углеводородная жидкая часть затем собирается в разделителе Р-3. Выходящие потоки разделителя Р-3: газ, водно-метанольный раствор, нестабильный газовый конденсат (НГК). Далее газ проходит дроссельный клапан, где происходит его изоэнтальпийное расширение и охлаждение до температуры -25 °С, и
поступает в сепаратор С-3. Товарными продуктами являются товарный газ и НГК.
Работа установки подготовки газа была исследована на модели по двум схемам:
- НТС;
- НТС и низкотемпературной абсорбции (НТА) с блоком стабилизации газового конденсата (НТС-НТА-СК).
В схеме НТС-НТА-СК насыщенный абсорбент предлагается смешивать с НГК из разделителя Р-3 и направить в колонну стабилизации газового конденсата. Параметры работы колонны: Рверх.= 7 кгс/см2, Рниз.= 9 кгс/см2, Тверх.= 62 °С, Тниз.= 201 °С, число теоретических тарелок в колонне - 8.
Имитационная модель установки НТС-НТА-СК в прикладной программе ASPEN HYSYS [3] представлена на рис. 2.
Исходные данные для моделирования процесса подготовки газа представлены в таблицах 1-2 [4]. Расход пластового газа составил 167,46 т/ч, оптимальный расход абсорбента - 1,4 т/ч.
С-1, С-2, С-3
Рис. 1. Принципиальная технологическая схема установки НТС: - сепараторы; Р-1, Р-2, Р-3 - разделители; Т-1 - теплообменник; ДР-1 - дроссельный клапан
ISSN 1812-3996
Рис. 2. Имитационная модель установки НТС-НТА-СК программе Aspen HYSYS
Таблица 1 Состав пластового газа валанжинских залежей
Компоненты Содержание, мол. %
N2+ CO2 0,84
CH4 73,47
C2H6 7,93
C3-C4 8,98
Фр.Сб+ 6,38
H2O 2,40
Таблица 2 Термобарические параметры работы блока сепарации и абсорбции
Аппарат Давление, МПа Температура, °С
С-1 12,0 20
С-2 11,9 1
А-1 4,9 -30
Р-1 6,5 17
Р-2 5,8 -26
Р-3 3,3 -24
(табл. 4). Качество данных продуктов отвечает требованиям нормативной документации (табл. 5, 6).
Качество получаемых продуктов приведено в табл. 4-6.
Экономический расчет преобразований сводится к определению элементов затрат на производство дополнительного годового объема продукции согласно номенклатуре калькуляционных статей расходов и дополнительных результатов в сравнении с базовым вариантом. Результатом преобразования в данном случае является получение, наряду с товарным газом СГК и ШФЛУ.
Таблица 3 Материальный баланс процесса подготовки газа
Из данных материального баланса процессов (табл. 3) следует, что на установке, работающей по схеме НТС-НТА-СК, можно получить 141,94 т/ч товарного газа, 5,49 т/ч стабильного газового конденсата (СГК) и 4,22 т/ч широкой фракции углеводородов (ШФЛУ). Содержание углеводородов С5 + в газе снижается с 0,96 до 0,35 % масс., потери фракции С5+ с газом уменьшаются на 0,9 т/ч в сравнении со схемой НТС
Процесс НТС НТС-НТА-СК
т/ч т/ч
Поступило:
Пластовый газ 167,46 167,46
Получено:
Товарный газ 145,53 141,94
Газ на собственные нужды 1,73 1,73
Нестабильный ГК 16,19 -
Водный раствор 4,01 4,01
СГК - 5,49
Газ стабилизации - 10,07
ШФЛУ - 4,22
Итого: 167,46 167,46
Вестник Омского университета 2018. Т. 23, № 4. С. 93-97
ISSN 1812-3996-
Таблица 4
Товарный газ
Процесс НТС НТС-НТА-СК
Компонент Содержание, % масс. Содержание, % масс.
N2+CO2 0,96 0,98
CH4 82,85 84,47
C2H6 829 8,24
C3-C4 6,95 5,96
C5+ 0,96 0,35
Сумма: 100,00 100,00
Точка росы, оС -25 -33
Таблица 5 Широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ)
Компоненты Содержание, % масс. Норма (марка B) ТУ 38.101.524-93
С1+С2 1,80 < 5,00
Сз 9,41 -
С4+С5 78,69 > 40,00
Сб+ 10,10 < 30,00
Таблица 6 Стабильный газовый конденсат (СГК)
Наименование Значение Норма ГОСТ 54389-2011
P н.п., кПА 7,82 < 66,70 кПа
В табл. 7 приведены цены, количество необходимого оборудования и затраты на оборудование, строительно-монтажные работы (СМР).
Результаты
Продолжительность срока эксплуатации оборудования равна 10 годам. Следовательно, амортизационные отчисления на восстановление оборудования составят 63,844 млн руб. Затраты на вспомогательные потоки составят 7,615 млн руб. Совокупные затраты на модернизацию блока - 71,459 млн рублей. Результатом преобразований являются продукты стабилизации нестабильного газового конденсата.
В табл. 8 представлены результаты преобразований. Годовой экономический эффект от реализации может составить 209,6 млн руб. (табл. 9), основные технико-экономические показатели преобразований приведены в табл. 10.
Таблица 7 Затраты на преобразования
Оборудование Цена, млн руб. Количество оборудования Затраты, млн руб.
Абсорбер 170,00 1 170,00
Ректификационная колонна 350,00 1 350,00
Насос 2,00 2 4,00
Испаритель 3,50 1 3,50
Конденсатор 3,20 3,20
Оборудование КИПиА 0,5
Электрооборудование 2,5
Затраты на проектирование 2,0
СМР (20 % от стоимости оборудования) 106,74
Итого 638,44
Таблица 8
Наименование Объем до преобразования Объем после преобразования Цена, руб. Результат, млн руб.
Продукт ед. изм. Стб. 1 Стб. 2 Стб. 3 Стб. 3 * Стб. 2 - Стб. 3 * Стб. 1
Товарный газ 1000 м3/год 1 469 495,8 1 454 566,7 3 000,0 -44,787
Нестабильный газовый т/год 129 503,3 - 7 100,0 -919,473
конденсат
Газовый конденсат ста- т/год - 43 904,8 20 000,0 878,095
бильный
ШФЛУ т/год - 33 771,8 10 873,7 367,224
Итого 281,059
Таблица 9
Годовой экономический эффект от преобразований
Наименование Значение млн. руб
Затраты на преобразование 71,459
Результаты преобразования 281,059
Годовой экономический эффект 209,600
Таблица 10 Основные технико-экономические показатели преобразований
Наименование Значение
Принятая ставка доходности 25 %
Приятное время жизни проекта 10 лет
ЧДД 308,5 млн руб.
Индекс доходности 1,46
Внутренняя ставка доходности 41 %
Срок окупаемости проекта 5 лет
Вестник Омского университета 2018. T. 23, № 4. С. 93-97
ISSN 1812-399б-
Выводы
1. Предложено на установке подготовки газов
ГКМ:
- в качестве абсорбента использовать НГК;
- насыщенный абсорбент направлять на колонну стабилизации НГК.
2. Исследованием процесса подготовки газа ГКМ на имитационной модели в среде Aspen HYSYS по схеме НТС-НТА-СК подобран оптимальный расход абсорбента - 25 кмоль/ч (1,4 т/ч) и установлено:
- блок НТА позволит снизить содержание углеводородов С5+ в товарном газе до 0,35 % масс. и потери С5+ с газом - на 0,9 т/ч.;
- выход товарного газа уменьшится на 3,59 т/ч;
- снижение точки росы на 7 °С;
- блок СК позволит получить 5,49 т/ч СГК и 4,22 т/ч ШФЛУ, качество которых отвечает требованиям на товарные продукты.
3. Технико-экономические показатели преобразования:
- чистый дисконтированный доход при принятой ставке доходности 25 % - 308,5 млн руб.;
- индекс доходности - 1,46;
- внутренняя ставка доходности - 41 %;
- срок окупаемости проекта - 5 лет.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Прокопов А. В., Кубанов А. Н., Истомин В. А., Федулов Д. М., Цацулина Т. С. Современное состояние технологий промысловой подготовки газа газоконденсатных месторождений // Вести газовой науки: проблемы разработки и эксплуатации газовых, газоконденсатных и нефтегазоконденсатных месторождений. М. : Газпром ВНИИГАЗ, 2015. № 3(23). С. 100-108.
2. Бекиров Т. М., Ланчаков Г. А. Технология обработки газа и конденсата. М. : Недра, 1999. 596 с.
3. Aspen HYSYS. Руководство пользователя. Aspen Technology, Inc. 2010. 28 с.
4. Гвоздев Б. П., Гриценко А. И., Корнилов А. Е. Эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений : справочное пособие. М. : Недра, 1988. 575 с.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Гилязутдинов Дамир Борисович - студент химического факультета, Омский государственный университет им. Ф. М. Достоевского, 644077, Россия, г. Омск, пр. Мира, 55а; e-mail: [email protected].
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Gilyazutdinov Damir Borisovich - Student of the Faculty of Chemistry, Dostoevsky Omsk State University, 55a, pr. Mira, Omsk, 644077, Russia; e-mail: [email protected].
Носенко Валентина Николаевна - кандидат технических наук, доцент кафедры химической технологии, Омский государственный университет им. Ф. М. Достоевского, 644077, Россия, г. Омск, пр. Мира, 55а; e-mail: [email protected].
Nosenko Valentina Nikolaevna - Candidate of Technical Science, Docent of the Department of Chemical Engineering, Dostoevsky Omsk State University, 55a, pr. Mira, Omsk, 644077, Russia; e-mail: nvn51@ yandex.ru.
ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ
Гилязутдинов Д. Б., Носенко В. Н. Исследование процесса подготовки газов ГКМ в среде ASPEN HYSYS // Вестн. Ом. ун-та. 2018. Т. 23, № 4. С. 93-97. DOI: 10.25513/1812-3996.2018.23(4).93-97.
FOR QTATIONS
Gilyazutdinov D.B., Nosenko V.N. Research of process of the preparation of gases gas-condensate fields in the ASPEN HYSYS program. Vestnik Omskogo universiteta = Herald of Omsk University, 2018, vol. 23, no. 4, pp. 9397. DOI: 10.25513/1812-3996.2018.23(4).93-97. (in Russ.).
