CC BY
125
УДК 661.939.1
Р. Р. Хабибуллин (нач. тех. отдела)1, Д. В. Пантелеев (к.т.н., нач. тех.отдела)2,
А. М. Сыркин (к.х.н., проф.)3
Повышение хладопроизводительности гелиевого блока III очереди гелиевого завода с целью увеличения выработки этановой фракции и широкой фракции легких углеводородов
1 Гелиевый завод ООО «Газпром добыча Оренбург», г. Оренбург, тел. (3532) 737220, e-mail: togz@ogp.gazprom.ru 2 ООО «Газпром добыча Оренбург» г. Оренбург, ул. 60 лет Октября, 11; тел. (3532)731316), e-mail: togz@ogp.gazprom.ru 3Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра общей и аналитической химии 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1/4; тел. (3472) 431632, e-mail: syrkinam@mail.ru
R. R. Khabibullin D. V. Panteleev 2, A. M. Syrkin 3
Increase of cold productivity the helium block of III turn in helium plant for the purpose the increase in output of ethane fraction and wide fraction of light hydrocarbons
1 Helium plant LLC «Gazprom Dobycha Orenburg» Orenburg, ph. (3532) 737220, e-mail: togz@ogp.gazprom.ru 2 LLC «Gazprom Dobycha Orenburg» 11, 60 let Oktyabrya st, Orenburg, Russia; ph. (3532)731316, e-mail: togz@ogp.gazprom.ru 3 Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov st, 450062, Ufa, Rusia; ph. (347)2431632, e-mail: syrkinam@mail.ru
Рассматривается технология повышения холо-допроизводительности и соответственно увеличения выработки этановой фракции и и широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) на гелиевом блоке III очереди гелиевого завода ООО «Газпром добыча Оренбург». Эффект достигается путем дозагрузки турбодетандерного агрегата примерно на 30% за счет подачи на расширение объединенных потоков метановых фракций высокого давления из колонны К-4/1 и сепаратора Е-13/3 через теплообменник Т-20/3 для захолаживания прямого потока природного газа.
Ключевые слова: гелиевый завод; метановая фракция высокого давления; природный газ; турбодетандер; широкая фракция легких углеводородов; этановая фракция.
Установки выделения гелиевого концентрата, этановой фракции и широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) из природного газа вводились в эксплуатацию на гелиевом заводе в г.Оренбурге поэтапно в три очереди в период с 1978 по 1989 гг. Извлечение компонентов из газа осуществляется на установках низкотемпературной конденсацией и ректифи-
Дата поступления 17.01.12
The results of investigations of technology higher cold-productivity and consequent growth of output of ethane fraction and wide fraction of light hydrocarbons of Helium Unit at the 3d Stage of helium plant of Gazprom dobycha Orenburg, LLC. The effect are attained when load on the turbine-driven set is increased by 30% approximately as joint flows of high pressure methane fractions from K-4/1 and E-13/3 separator are expanded after T-20/3 heat exchanger and cool natural gas direct flow.
Key words: ethane fraction; helium plant; high pressure methane fraction; natural gas; turboexpander; wide fraction of light hydrocarbons.
кацией в сочетании с четырехступенчатым последовательным обогащением газа гелием.
Блок-схема установок выделения гелиевого концентрата, этана и ШФЛУ представлена на рис. 1.
Очищенный от сернистых соединений и осушенный до точки росы (—70 0С) природный газ поступает на установку в блок предварительного охлаждения. Здесь в рекуперативных теплообменниках за счет холода обратных
Рис. 1. Блок-схема установок выделения гелиевого концентрата, этана и ШФЛУ
потоков метановых фракций среднего и низкого давления и холода, образующегося при кипении жидкого пропана (—36 0С) в пропановом теплообменнике, из природного газа практически полностью конденсируются тяжелые углеводороды, содержащиеся в нем. После разделения в сепараторе на жидкую и газовую фазы газ направляется в блок конденсации и переохлаждения, а сконденсировавшиеся тяжелые углеводороды направляются в блок выделения этана и ШФЛУ.
В блоке конденсации и переохлаждения осуществляется дальнейшее охлаждение природного газа в рекуперативных теплообменниках за счет холода обратных потоков метановых фракций высокого и среднего давления. На первом этапе происходит конденсация углеводородов, включая этан, после чего газожидкостная смесь поступает в сепараторы для разделения на жидкую и газовую фазы. Жидкая фаза, содержащая значительное количество этана, из сепараторов направляется в блок выделения этана и ШФЛУ, а газовая фаза поступает на дальнейшее охлаждение, полную конденсацию углеводородов, включая метан, и переохлаждение в рекуперативных теплообменниках, работающих при более низких температурах, откуда сжиженный и переохлажденный природный газ направляется в блок отпарных колонн.
В блок отпарных колонн входят три колонны (К1, К2, КЗ), предназначенные для обогащения отпариваемого газа гелием за счет конденсации содержащихся в газе углеводоро-
дов и части азота с получением гелиевого концентрата.
Полностью сконденсированный и охлажденный газ из блока конденсации и переохлаждения после дросселирования поступает в отпарную колонну К1. Газ, отпаренный в колонне К1 с объемным содержанием гелия до 0.55%, вновь охлаждается, частично конденсируется в конденсаторе Т6 и подается в отпарную колонну К2.
Из колонны К2 отпаренный и обогащенный гелием до 5.5% газ путем дросселирования переводится в парожидкостное состояние и поступает в колонну КЗ. В колонне КЗ из поступившей парожидкостной смеси последовательно с помощью двух встроенных в колонну противоточных конденсаторов Т9 (метанового) и Т16 (азотного) выделяются остатки углеводородов и части азота. Обогащенный до 80% гелием газ, называемый гелиевым концентратом, выводится на установку тонкой очистки гелия.
Кубовая жидкость колонны КЗ (смесь 30% азота и 70% метана) после рекуперации холода в противоточном метановом конденсаторе Т9 и соответствующих теплообменниках блока предварительного охлаждения поступает в качестве метановой фракции низкого давления на дожимную компрессорную установку и далее в магистральный газопровод в качестве товарного газа.
Кубовая жидкость колонны К2, содержащая в основном сниженный метан, после рекуперации холода в конденсаторе Т6 и соответ-
недостатков не реализованы на практике
Рис. 2. Технологическая схема выделения из природного газа гелиевого концентрата, этановой фракции и ШФЛУ на У-630 III очереди гелиевого завода
ствующих теплообменниках блока предварительного охлаждения и блока конденсации и переохлаждения также поступает на дожим-ную компрессорную установку 1'2.
Принципиально технологические схемы действующих гелиевых блоков одинаковые, однако ряд отличий, тем не менее, присутствует. Так, в блоке конденсации и переохлаждения на установках I и II очереди на расширение в турбодетандер подается весь поток метановой фракции высокого давления (МФВД), включающий в себя газ, выходящий и К-4/1 и газ из емкости Е13/3. На гелиевый блок III очереди (установка У-630 представлена на рис. 2) МФВД, выходящая из верхней части колонны К-4/1, дросселируется и подается в поток метановой фракции среднего давления (МФСД) за турбодетандером, при этом уменьшается поток, расширяющийся в турбодетан-дере, и, соответственно, снижается количество получаемого на установке холода и объем выработки этана и ШФЛУ.
Данный недостаток объясняется тем, что ранее в соответствии с техническими решениями, предложенными разработчиком технологии — институтом ООО «ВНИИГАЗ» и запроектированными институтом ОАО «Инсти-
тут ЮЖНИИГИПРОГАЗ», предусматривалась работа деметанизатора К-4/1,2 на среднем давлении, т.е. около 17 кгс/см2, что должно было обеспечить ведение процесса в области параметров, удаленных от критического состояния смеси, а следовательно, и лучшие условия для разделения компонентов. В связи с работой на пониженном давлении в колонне К-4/1,2 к турбодетандеру на расширение должен был подаваться только поток, выходящий из емкости Е-13/3 при давлении до 36 кгс/см2. При этом для подачи кубового продукта деме-танизатора К-4/1,2 в деэтанизатор К-5 схемой были предусмотрены насосы. Однако, вследствие конструктивных недостатков эти насосы не были задействованы, и поэтому с целью сохранения подачи кубового продукта отпарной секции деметанизатора К-4/2 в деэтанизатор К-5 самотеком за счет перепада давления без использования насосов, давление в деметани-заторе К-4/1,2 было повышено до 36 кгс/см2.
В этом случае клапан-регулятор давления РСУ303 на линии выхода газовой фазы из верха К-4/1 работал как дросселирующий. В основе процесса дросселирования лежит эффект Джоуля-Томсона или дроссель-эффект, т.е. изменение температуры газа в результате ади-
Таблица 1
Увеличение выработки продукции в результате усовершенствования схемы охлаждения на гелиевом блоке У-630 III очереди гелиевого завода
Показатели 2008-2009 гг. 2009-2010 гг.
Увеличение годового объема выработки этановой фракции, тонн 5210.5 7042.3
Увеличение годового объема выработки ШФЛУ, тонн 3251.1 3943.6
абатического расширения при протекании газа через диафрагму или клапан, что является относительно небольшой величиной в сравнении со значениями полученного холода с использованием турбодетандерного агрегата, который преобразует подводимую потенциальную энергию потока сжатого газа вначале в кинетическую энергию, а затем в механическую внешнюю работу, снимаемую с вала ротора 3. Кроме того, этот газ не участвует в охлаждении потока природного газа, поступающего из сепаратора Е-2, в теплообменнике Т-20/3. Для повышения эффективности использования энергии высокого давления МФ, выходящей из укрепляющей секции деметанизатора К-4/ 1, смонтирована линия, позволяющая объединить этот поток с потоком газа, выходящем из емкости Е-13/3, и подать объединенный поток через теплообменник Т-20/3 в турбодетандер и далее по существующей схеме.
Таким образом в результате усовершенствования схемы распределения потоков природного газа на гелиевом блоке У-630 III очереди Оренбургского гелиевого завода
— производительность турбодетандера увеличилась на 30%, тем самым возрос его КПД;
— увеличилась выработка холода. Температура метановой фракции среднего давления псле турбодетандера составляет минус 100 0С;
— увеличилась выработка товарной продукции — этановой фракции, ШФЛУ (табл.).
Литература
1. Столыпин В. И., Шахов А. Д., Столыпин Е. В., Мнушкин И. Б. //Химическое и нефтяное машиностроение.— 2006.— №4.— С.15.
2. Столыпин В. И., Шахов А. Д., Столыпин Е. В., Мнушкин И. А. // Газовая промышленность.-2007.- №2.- С.76.
3. Давыдов А. Б., Пересторонин Г. А., Стулов В. Л., Шерстюк А. Н. Центростремительные турбоде-тандеры.- М.: Колос-пресс, 2002.-312 с.
