20. Очистка газа от примесей: методы и аппараты.

К механическим примесям относятся частицы породы, выносимые газовым потоком из скважины, строительный шлам, оставшийся после окончания строительства промысловых газосборных сетей и маги­стральных трубопроводов, продукты коррозии и эрозии внутренних поверхностей и жидкие включения конденсата и воды.

По принципу работы аппараты для очистки газа от механических примесей подразделяются на следующие: работающие по принципу «сухого» отделения пыли; в таких аппа­ратах отделение пыли происходит в основном с использованием сил гравитации и инерции; к ним относятся циклонные пылеуловители, гравитационные сепараторы, различные фильтры (керамические, тка­невые, металлокерамические и др.);

работающие по принципу «мокрого» улавливания пыли; в этом случае удаляемая из газа взвесь смачивается промывочной жидкостью, которая отделяется от газового потока, выводится из аппарата для регенерации и очистки и затем возвращается в аппарат; к ним отно­сятся вертикальные и горизонтальные масляные пылеуловители и др.;использующие принцип электроосаждения; данные аппараты почти не применяют для очистки природного газа.

Наиболее широко используют аппараты «мокрого» и «сухого» пылеулавливания. Очистка газа по пути следования его от месторождения до потребителя производится в несколько ступеней. Для ограничения выноса из месторождения породы призабойную зону оборудуют фильтром.

Вторую ступень очистки газ проходит на промысле в наземных сепараторах, в которых сепарируется жидкость (вода и конденсат) и газ очищается от частиц породы и пыли. Промысловые очистные аппараты работают по принципу выпадения взвеси под действием силы тяжести при уменьшении скорости потока газа или по принципу использования действия центробежных сил при специальной закрутке потока. Поэтому промысловые аппараты очистки делятся на грави­тационные и циклонные. Гравитационные аппараты бывают верти­кальные и горизонтальные. Вертикальные гравитационные аппараты рекомендуют для сепарации газов, содержащих твердые частицы и тя­желые смолистые фракции, так как они имеют лучшие условия очистки и дренажа. На рис. 3.10 изображен гравитационный односекционный сепаратор. Он имеет тангенциальный подвод газа (скорость газа в нем достигает 15—20 м/с), что способствует выпадению в сепараторе твердой взвеси и капельной влаги. В основном он работает по принципу выпадения взвеси при малых скоростях восходящего потока газа. При выборе пылеуловителя оценивают допустимую скорость в сво­бодном сечении по формул: , где d — диаметр сепаратора, м; р и р — плотность соответственно частицы и газа, кг/м³; k — коэффициент сопротивления среды.

При малых Re обычно принимают k — 24/Re. Для горизонтальных сепараторов с жалюзийными насадками рекомендуется использовать газ со значительным количеством влаги. Вертикальные сепараторы изготовляют диаметром 400—1650 мм, горизонтальные—диаметром 400—1500 мм при максимальном дав­лении 16 МПа. При оптимальной скорости газа w₀ эффективность се­парации достигает 70—80 %. Опыт эксплуатации показал, что w_a не должна превышать 0,1 м/с при давлении 6 МПа. При пересчете ско­ростей пользуются зависимостью . Из-за большой металлоемкости и недостаточной их эффективности гравитационные сепараторы применяют редко. На рис. 3.11 схематически изображена работа циклонного сепара­тора. Корпус циклона и патрубок для выхода газа образуют внутрен­нее кольцевое пространство. В нижней части имеется отверстие для отвода осадка из циклона.

При тангенциальном вводе газ в сепараторе приобретает в кольце­вом пространстве и конусе вращательное движение, вследствие чего из газа выпадают механические взвеси (твердые и жидкие) и опускаются в сборный бункер. Газ с уменьшенной скоростью выходит через выходной патрубок.

Третья ступень очистки газа производится на линейной части га­зопровода и компрессорных станциях. На линейной части устанавли­вают конденсатосборники, так как в результате несовершенной се­парации на промысле газ может иметь жидкую фазу.

Наибольшее распространение получил конденсатосборник типа «расширительная камера» (рис. 3.12). Принцип работы основан на выпадении из потока газа капелек жидкости под действием силы тя­жести из-за местного снижения скорости газа при увеличении диаметра трубопровода. Длина траектории осаждения капелек жидкости оце­нивается по формуле: , где ,где w — скорость газа на входе в конденсатосборник; D — диаметр га­зопровода; Dk—диаметр расширительной камеры; р_ж — плотность жидкости; µ — вязкость газа.

Для очистки газа от механических примесей на отечественных газопроводах применяют установки с масляными пылеуловителями. Природный газ, пройдя пылеуловители, направляется в компрессорный цех. Пылеуловители заполнены маслом. По мере загрязнения масло передавливается из пылеуловителей в отстойники . Свежее масло поступает в пылеуловители самотеком из масляного аккумуля­тора. Предварительно в аккумуляторе и пылеуловителях выравни­вают давление. В масляный аккумулятор масло подается насосом из мерного бак или из бака свежего масла. При этом аккумулятор отключают от пылеуловителей и находящийся в нем газ выпу­скают в атмосферу. В мерный бак масло поступает самотеком из от­стойников. Отбросное масло вместе со шламом, накапливаю­щимся в нижней части отстойников, спускают в сборную емкость.

Вертикальный масляный пылеуловитель представляет собой вертикальный стальной цилиндр со сферическим днищем, рас­считанным на рабочее давление в газопроводе. Диаметр пылеулови­теля 1080—2400 мм. Внутри пылеуловителя находятся устройства, обеспечивающие контактирование масла с газом и отделение частиц масла от газа при выходе его из аппарата. Газ поступает в пылеулови­тель через входной патрубок 7. Благодаря отбойному козырьку 8 газ меняет свое направление и движется к поверхности масла, нахо­дящегося в нижней части аппарата. Крупные посторонние частицы при этом сразу же выпадают и оседают на дно. Уровень масла устанав­ливается на расстоянии 25—30 мм от концов вертикальных трубок 3. При этом газ устремляется вверх, захватывая с собой частицы масла. В трубках 3, а далее в средней свободной части пылеуловителя газ интенсивно перемешивается с маслом, которое поглощает содержа­щиеся в газе частицы, а также поступающий вместе с газом конденсат тяжелых углеводородов. При этом уровень масла повышается. По выходе газа из вертикальных трубок скорость его резко уменьшается. Более крупные частицы жидкости при этом выпадают и по дренажной трубке 4 стекают вниз. Из свободной средней части пылеуловителя газ и масляный туман поступают в верхнюю его часть, а оттуда в жалюзийное сепарационное устройство 1, в которое отбирается мелко­зернистая взвесь. Очищенный газ выходит через патрубок 2. Загряз­ненное масло удаляется из поддона через дренажную трубку 5. Пол­ная очистка пылеуловителя производится 3—4 раза в год через люк 6. Количество заливаемого масла в пылеуловитель диаметром 2400 мм не превышает 1,5—2 м³.

Пропускная способность масляного пылеуловителя (м³/сут) может быть рассчитана по формуле: где D — внутренний диаметр пылеулови­теля, м; р—давление газа, МПа; р_ж и р_г — плотность смачивающей жидкости и газа при рабочих условиях, кг/м^;!; Т - температура газа, К.

Чтобы обеспечить нормальную работу пылеуловителей, необходимо поддержи­вать постоянный уровень масла. Про­пускная способность вертикальных масля­ных пылеуловителей при заданном давле­нии ограничивается скоростью потока га­за в контактных трубках, которая не должна превосходить 1—3 м/с.

Преимущество вертикального масляно­го пылеуловителя по сравнению с други­ми конструкциями пылеуловителей заклю­чается в высокой степени очистки (общий коэффициент очистки достигает 97—98 %); недостатки —большая металлоемкость, на­личие жидкости и ее унос (допускается не более 25 г на 1000 м³ газа), большое ги­дравлическое сопротивление (0,035—0,05 МПа), чувствительность к изменениям уровня жидкости и др.

Циклонный пылеуловитель (рис. 3.16) представляет собой сосуд цилиндрической формы с встроенными в него циклонами. Газ посту­пает через боковой верхний входной патрубок в распределитель, к которому приварены своими входными патрубками звездообразно расположенные циклоны, которые закреплены неподвижно на нижней решетке. Отсепарированная жидкость и твердые частицы по дренаж­ному конусу циклона попадают в грязевик. Для автоматического уда­ления собранного шлама имеется дренажный штуцер. Качество очистки повышается с уменьшением диаметра циклона. Поэтому соз­даны батарейные циклоны, объединяющие в общем корпусе группу циклонов малого диаметра. Закручивание потока осуществляется в циклонах типа «розетка» или «улитка» (рис. 3.17).

При работе по системе «газ — твердая взвесь» пропускная способ­ность батарейных циклонов обычно рассчитывается, исходя из до­пустимых скоростей газа, обеспечивающих достаточно полное удале­ние твердой взвеси из газового потока.