CC BY
22
УДК 665.62
СНИЖЕНИЕ ЭНЕРГОЗАТРАТ ПРИ КОМПЛЕКСНОЙ ПОДГОТОВКЕ
ПРИРОДНОГО ГАЗА
Р.М. МИНИГУЛОВ*, М.М. ТАРАСКИН*, А.Г. ЛАПТЕВ**
*ООО «Газпром добыча Ямбург» **Казанский государственный энергетический университет
Рассмотрена энергосберегающая модернизация технологической схемы установки подготовки природного газа. Установка позволяет снизить энергозатраты на охлаждение газа регенерации и использовать его тепло для поддержания грунтов в естественном талом состоянии. Это обеспечивает защиту свайного основания зданий от явлений лучения и для отопления зданий в условиях Крайнего Севера.
Ключевые слова: очистка природного газа; энергосбережение; растепление грунтов; газы регенерации.
Наиболее распространенное газовое топливо - природный газ имеет низкую себестоимость добычи. Она меньше аналогичного показателя для жидкого топлива в 2-3 раза, а для каменного угля - в 6-12 раз. При передаче природного газа по трубопроводу на расстояние 1,5...2,5 тыс. км его себестоимость с учетом транспортных издержек оказывается в 1,5-2 раза ниже себестоимости каменного угля.
Большим преимуществом газового топлива является возможность его транспортирования по трубопроводам, что разгружает железнодорожный и водный транспорт, снижает стоимость транспортирования на большие расстояния, освобождает от необходимости иметь топливные склады. Установки, работающие на газовом топливе, обладают более высоким КПД, по сравнению с установками, использующими другие виды топлива, они значительно проще и дешевле в эксплуатации, сравнительно легко автоматизируются, что повышает безопасность и улучшает ведение технологического процесса, не требуют сложных устройств топливоподачи и золоудаления. Сгорает газ практически без вредных выбросов, что улучшает санитарные условия и экологию.
Газ, подаваемый в магистральный газопровод, должен быть очищен от механических и агрессивных химических примесей и осушен.
Природный газ, добываемый из месторождений, обычно содержит различные механические твердые и жидкие примеси в виде песка, пыли, воды, масла, конденсата, сварочного грата, окалины, сернистых соединений и др. Жидкие примеси - частицы воды и конденсата, скапливаясь в пониженных местах газопровода, также сужают его сечение и способствуют образованию гидратных и гидравлических пробок. Все это может привести к значительному снижению пропускной способности газопровода в результате увеличения коэффициента гидравлического сопротивления и потерь давления газа.
Для обеспечения высокого коэффициента эффективности работы действующего газопровода, поступающий в него газ для дальнего транспорта должен быть очищен от механических примесей, влаги, сероводорода, углекислоты и других посторонних веществ (включений). Очистка и осушка газа
© Р.М. Минигулов, М.М. Тараскин, А.Г. Лаптев Проблемы энергетики, 2010, № 7-8
осуществляется на специальных установках, размещаемых на головных сооружениях магистральных газопроводов и на газоразделительных станциях. Осушкой называется процесс удаления из газа паров воды. Выбор способа осушки зависит от конкретных условий и требований, а именно: состава газа, требуемой глубины осушки, объема осушаемого газа и др. Основными методами осушки газа являются: абсорбционный с использованием гликолей и адсорбционный метод.
Для условий добычи углеводородов в районах Крайнего Севера разработан вариант модернизации установки для комплексной подготовки природного газа, включающей систему для осушки газа, состоящую из адсорберов для сорбции и регенерации, теплообменников и трубопроводов. С целью снижения энергозатрат технологическая схема установки дополнительно снабжена контуром растепления грунтов и трубопроводами для антифриза, причем трубопроводы вывода газа регенерации из адсорберов соединены с теплообменниками и трубопроводами для антифриза [1].
Установка относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использована при подготовке газа к транспорту, особенно в районах Крайнего Севера.
На рисунке изображена принципиальная теплотехнологическая схема установки.
Установка включает линию 1 входа 2, линию 3 влажного газа, адсорберы 4, линию 5 осушенного газа и линию 6 газа регенерации, печь 7 подогрева газа регенерации, линии 8, 9,10 нагретого газа регенерации, теплообменник 11, линию 12 охлажденного газа регенерации, сепаратор 13 газа регенерации, линии 14,15,16 газа регенерации, линию 17 нагретого антифриза, расширительную емкость 18, линию 19, насос 20, коллекторы 21, 22 нагретого антифриза и охлажденного антифриза соответственно, растопляющий контур 23 и регистры 24 системы отопления.
Установка работает следующим образом.
Влажный газ от дожимной компрессорной станции или от скважин по линии 1 подают в сепаратор 2 для очистки от капельной влаги и механических примесей, откуда по линии 3 направляют в один из двух адсорберов 4 с регенерированным и охлажденным адсорбентом для осушки газа до требуемых кондиций. Второй адсорбер 4 в этот период находится в стадии регенерации или охлаждения адсорбента. Осушенный газ по линии 5 направляют потребителю.
Часть осушенного газа по линии 6 направляют к печи 7 подогрева газа регенерации и далее по линии 8 к адсорберу 4, находящемуся в стадии регенерации. Насыщенный влагой горячий газ после адсорбера по линиям 9 и 10 подают на охлаждение к теплообменнику 11. Охлажденный газ направляют по линии 12 к сепаратору 13 и далее по линии 14 к дожимной компрессорной станции, где он смешивается с основным потоком газа, подаваемым на осушку.
После окончания стадии горячей регенерации адсорбент охлаждают осушенным газом, который по линии 15 подают в адсорбер 4. Нагретый газ после адсорбера направляют на охлаждение по линиям 16 и 10 к теплообменнику 11 и далее по описанной выше схеме охлаждения газа регенерации. После окончания цикла регенерации адсорбер переключается на осушку газа, поступающего на установку.
Охлаждение газа регенерации в теплообменнике 11 осуществляют антифризом. Нагретый антифриз подают по линии 17 к емкости 18. Из емкости антифриз забирают по линии 19 насосом 20 и направляют по коллектору 21 к растопляющему контуру 23 и регистрам 24 систем отопления.
Охлажденный антифриз по коллектору 22 направляют к теплообменнику 11 для охлаждения газа регенерации.
Для обеспечения эффективной работы установки трубопроводы выхода газа регенерации и адсорбера соединяют с теплообменниками, которые дополнительно соединяются трубопроводом нагретого антифриза с растепляющим контуром, уложенным по внешнему периметру оснований зданий, и с регистрами системы отопления внутри здания. По коллектору охлажденный антифриз после растепляющего контура направляется в теплообменник.
Предложенное техническое решение позволяет не только охлаждать газ регенерации без дополнительного источника энергии, но и использовать отходящее тепло для поддержания грунтов под зданиями в естественном талом состоянии и для отопления зданий, расположенных на технологической площадке.
Разработаны конструкции сепараторов 2 и 13 с вихревыми контактными элементами и сепарирующими насадками. Для выбора режимных и конструктивных характеристик сепараторов использовалась вероятностно-стохастическая модель [2], где параметры уравнений находились на основе баланса импульса при известном перепаде давления газа в рабочей зоне аппаратов.
Расчет адсорберов 4 выполнялся с использованием однопараметрической диффузионной модели с объемным источником массы.
Использование установки позволяет сократить годовой расход электроэнергии на 240 тыс. кВт, за счет отключения четырех АВО газа регенерации мощностью 11 кВт каждый, и годовой расход тепла на 6800 Гкал.
Рис. Принципиальная теплотехнологическая схема установки комплексной подготовки природного газа (обозначения в тексте)
Выводы
Разработана модернизированная схема и выполнен расчет основных аппаратов установки подготовки природного газа с дополнительными контурами растепления грунтов у оснований зданий и регистрами отопления внутри зданий для условий Крайнего Севера. Такая схема позволяет значительно снизить расходы электроэнергии и тепла с использованием энергии газа регенерации адсорберов.
Summary
Installation can reduce energy costs for cooling the gas recycling and use the heat to maintain the soil in a natural talom condition. This protects the building from foundation piling phenomena radiation and to heat buildings in the Far North.
Key words: clearing of natural gas, energy saving, thawing of soil; gas regeneration.
Литература
1. А.с. СССР на изобретение № 1558131. Установка для комплексной подготовки природного газа. Лисоводер Г.К., Елистратов, Минигулов Р.М. и др./ заявитель и патентообладатель Государственный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт «ЮЖНИИГИПРОГАЗ» - №4321351; заявл. 22.09.1987; опубл. 15.12.1989.
2. Лаптев А.Г., Фарахов М.И. Разделение гетерогенных систем в насадочных аппаратах. Казань: КГЭУ, 2006.
Поступила в редакцию 17 ноября 2009 г.
Минигулов Рафаэль Минигулович - канд. техн. наук, заместитель генерального директора ООО «Ямбурггаздобыча».
Лаптев Анатолий Григорьевич - д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Технология воды и топлива» (ТВТ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-42-53.
Тараскин Михаил Михайлович - соискатель Казанского государственного энергетического университета. Тел.: 8-922-2489333.
