Установка и способ введения реагента в трубопровод с использованием эжектора

Установка и способ предназначены для введения реагента в трубопровод с использованием эжектора. Устройство содержит эжектор и магистрали подвода газа и реагента, а также пневмоцилиндр, внутри которого установлена с возможностью перемещения по пневмоцилиндру ось, на одном конце которой установлены два разнесенных по длине оси поршня, на другом конце оси установлен затвор эжектора. На эжекторе установлено средство подключения низконапорного газа. На боковой поверхности пневмоцилиндра установлены средства подвода высоконапорного газа, а также подключенное через пневмоклапан средство подвода реагента. Способ включает подачу реагента и газа в эжектор и подачу последнего через четырехходовой кран в пневмоцилипдр. Технический результат состоит в упрощении введения в поток реагента. 2 н. и з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к газонефтяной промышленности, в частности к обработке углеводородного газа с использованием низкотемпературного процесса, и может быть использовано в процессах промысловой подготовки и заводской обработки углеводородных газов.

Известен (см. Балыбердина И.Т. Физические методы переработки и использования газа. - М.: Недра, 1988, с.153-154) способ подготовки углеводородного газа к транспорту методом низкотемпературной сепарации газа. Этот способ осуществляют путем охлаждения газа в теплообменниках и редуцирующих устройствах (дросселях, детандерах и/или эжекторах) с последующим отделением конденсирующихся фаз в сепараторах. При температуре в концевом низкотемпературном сепараторе ниже минус 25°С обеспечивается высокая степень извлечения жидких углеводородов (С₅Н_{12+высшие}) из природного газа газоконденсатных месторождений (выше 95%). Для предупреждения гидратообразования в поток газа перед теплообменниками и расширительными устройствами подают ингибитор гидратообразования (обычно гликоль или метанол). Отработанный (насыщенный) ингибитор регенерируется методом ректификации на отдельной установке регенерации.

Трехступенчатая схема в соответствии с указанным способом реализована на Уренгойском газоконденсатном месторождении с использованием в качестве ингибитора гидратообразования метанола. Система ввода ингибитора гидратообразования не раскрыта.

Известен (SU, авторское свидетельство 1350447, 1987) способ подготовки газоконденсатной смеси к транспорту трехступенчатой сепарацией, включающий ступенчатую сепарацию, охлаждение газового потока между ступенями сепарации, введение в поток газа водорастворимого летучего органического ингибитора гидратообразования (метанола), выведение из сепараторов жидкости, разделение ее на углеводородную и водную фазы и направление последней в поток газа, поступающий на одну из предыдущих ступеней сепарации.

Система ввода ингибитора гидратообразования не раскрыта. Известна (RU, патент 94873, 2010) установка очистки малосернистого газа от сероводорода при давлениях и температурах, вызывающих образование гидратов углеводородных газов в составе промысловой установки низкотемпературной сепарации газа, включающая противоточный насадочный абсорбер, насос и емкости для свежего и отработанного абсорбента. Кроме того, в ее состав дополнительно входит сепаратор, который устанавливается перед абсорбером, и камера для замера гидравлического сопротивления абсорбера, причем штуцер ввода газа в абсорбер располагается в нижней части аппарата выше штуцера вывода жидкости из абсорбера, который располагается выше штуцера для присоединения нижнего конца измерительной камеры, верхний конец которой соединяется с газопроводом выхода газа из абсорбера, при этом измерительная камера устанавливается непосредственно с абсорбером, а высота измерительной камеры равна высоте абсорбера, причем штуцер вывода жидкости из абсорбера соединяется с трубопроводом вывода жидкости из сепаратора, а штуцер выхода газа из абсорбера соединяется с трубопроводом подачи газа на трехступенчатую сепарацию, при этом емкость для свежего абсорбента устанавливается выше насоса, всасывающий патрубок которого соединяется с нижним штуцером этой емкости, а нагнетательный патрубок со штуцером подачи жидкости в абсорбер, который располагается в верхней части абсорбера и ниже штуцера выхода газа из него, при этом в качестве абсорбента на установке используются предельные углеводороды.

Система ввода абсорбента не раскрыта.

Известен (RU, патент 2283689, 204) способ обработки газоконденсатной углеводородной смеси. Известный способ состоит в том, что сначала проводят первичную сепарацию и вторичную сепарацию углеводородной смеси с подводом метанола на последней, при этом осуществляют отвод после первичной сепарации газообразной фазы на вторичную сепарацию и жидкой среды, включающей углеводородную и водную фазы, а после вторичной сепарации отвод газообразной фазы и жидкой среды, включающей углеводородную фазу и водометанольный раствор с последующим смешением жидких сред после первичной и вторичной сепарации, выделенную после вторичной сепарации газообразную фазу охлаждают и подают в третью ступень сепарации, где из газообразной фазы выделяют углеводородный газ и жидкую среду, включающую водометанольный раствор и углеводородную фазу, после чего углеводородный газ подают в абсорбер, в котором путем его пропуска через углеводородный абсорбент получают углеводородный газ, подготовленный для последующей его транспортировки потребителю, при этом смесь жидких сред, полученную в ходе первичной и вторичной сепарации, подают в первый разделитель, где из нее выделяют углеводородный газ, который подают в абсорбер, а оставшуюся смесь жидких сред разделяют на водометанольный раствор, который подают на регенерацию, и жидкую смесь углеводородной фазы и водометанольного раствора, которую охлаждают в первом теплообменнике-охладителе и смешивают с жидкой средой после третьей ступени сепарации, после чего часть полученной жидкой смеси подают во второй разделитель, а оставшуюся часть жидкой смеси подают в качестве углеводородного абсорбента в абсорбер, полученную в последнем после контакта с газом жидкую смесь направляют из абсорбера во второй разделитель, в котором из направленных в него жидких смесей выделяют водометанольный раствор, который подают на регенерацию, и углеводородную фазу с остатками водометанольного раствора, которую подают из второго разделителя через теплообменник, где ее нагревают до температуры от 3 до 7°С, в третий разделитель, в последнем из углеводородной фазы выделяют водометанольный раствор, который направляют на регенерацию или на рециркуляцию во вторичную ступень сепарации, и углеводородную фазу, которую через второй теплообменник-охладитель направляют потребителю.

Используемая для реализации способа установка содержит сепаратор первой ступени с подключенным к нему трубопроводом подвода исходной газоконденсатной смеси, сепаратор второй ступени, в который подают метанол, сепаратор третьей ступени, первый разделитель, второй разделитель, третий разделитель, абсорбер, теплообменники, первый и второй теплообменники-охладители и холодопроизводящий агрегат, который, как правило, включает компрессор, воздушный холодильник и турбодетандер.

Наиболее близким аналогом разработанного технического решения можно признать (Поляков А. В. Исследование и разработка устройств для подачи реагента в трубопровод при давлении реагента ниже давления в трубопроводе. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук) установку введения ингибитора в промысловый трубопровод. Установка содержит эжектор, встроенный в магистральный трубопровод. К магистрали до эжектора подключен вход уравнительной линии. Уравнительная линия содержит последовательно установленные и соединенные отрезками трубопровода клапан-регулятор уравнительной линии, емкость с жидким ингибитором и клапан, регулирующий подачу жидкого ингибитора в эжектор.

Установка работает следующим образом. По магистральному газопроводу газ подают под давлением на эжектор, под действием давления перекачивающего газа в эжекторе создается разрежение, благодаря которому происходит приток низконапорной жидкости из емкости по линии подачи ингибитора через регулирующий клапан. Ингибитор из емкости поступает в эжектор, далее в эжекторе происходит смешивание газа и жидкости (ингибитора), причем ингибитор диспергируется, на выходе из эжектора давления газожидкостной смеси восстанавливается. Клапана регуляторы служат для регулирования подачи ингибитора и поддержания оптимального давления в емкости, а также для отключения установки.

Недостатком ближайшего аналога можно признать техническую сложность установки эжектора в магистральный трубопровод, а также низкую эффективность способа.

Данное техническое решение выбрано в качестве ближайшего аналога.

Техническая задача, решаемая в процессе реализации разработанного технического решения, состоит в оптимизации подачи жидких и газообразных реагентов в трубопровод.

Технический результат, получаемый при реализации разработанных устройства и способа, состоит в упрощении введения в поток углеводорода реагента в мелкодисперсной форме за счет использования эжектора в качестве идеальной форсунки.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанное устройство введения реагента в трубопровод с использованием эжектора. Разработанное устройство содержит пневмоцилиндр, внутри которого установлена с возможностью перемещения по пневмоцилиндру ось, на одном конце которой установлены два разнесенных по длине оси поршня, на другом конце оси установлен затвор эжектора, на наружной поверхности пневмоцилиндра со стороны затвора прикреплен эжектор, который содержит средство подключения низконапорного газа, на боковой поверхности пневмоцилиндра установлены средства подвода высоконапорного газа, а также подключенное через пневмоклапан средство подвода реагента, при этом средство подвода высоконапорного газа через проходной клапан и четырехходовой кран подключено по первому трубопроводу к пространству пневмоцилиндра между поршнями, а также через дополнительный проходной кран к дренажной магистрали, по второму трубопроводу - к средству подвода реагента после пневмоклапана, а также к объему пневмоцилиндра между затвором и ближнему к нему поршнем, а по третьему трубопроводу - к пневмоклапану и объему пневмоцилиндра между его торцевой стенкой и наиболее удаленным от затвора поршнем.

Разработанная установка проще, чем установка, выбранная в качестве ближайшего аналога, поскольку не надо встраивать в магистральный трубопровод никаких дополнительных элементов (в частности, эжектора). А в чем еще преимущества? В том, что эжектора - это идеальные форсунки, обеспечивающие наилучший распыл реагента.

Преимущественно, хотя и не обязательно проходной клапан, установленный между средством подвода высоконапорного газа и четырехходовым клапаном, выполнен с ручным приводом. Однако возможен вариант выполнения устройства, когда указанный проходной клапан выполнен с электроприводом. Выполнение клапана зависит от условий его эксплуатации.

Предпочтительно четырехходовой кран выполнен с электроприводом. Это упрощает изменение положения крана и позволяет автоматизировать его работу. Однако указанный четырехходовой кран может быть выполнен, в зависимости от условий эксплуатации разработанного устройства, и с ручным приводом.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ введения реагента в трубопровод с использованием эжектора. Согласно разработанному способу осуществляют подачу газа и реагента в эжектор, причем через соответствующие средства подают на эжектор низконапорный и высоконапорный газы, от средства подачи высоконапорного газа подают высоконапорный газ через четырехходовой кран в объем пневмоцилиндра, внутри которого установлена с возможностью перемещения ось, на одном конце которой размещены последовательно два поршня, а на другом конце оси установлен затвор эжектора, между затвором эжектора и ближним к нему поршнем, смещая поршни пневмоцилиндра и затвор эжектора с освобождением проходного отверстия в эжекторе, и одновременно подают высоконапорный газ на пневмоклапан подачи реагента в эжектор с поступлением реагента из магистрали в эжектор и затем в трубопровод, для прекращения подачи реагента подают высоконапорный газ в трубопровод на закрытие пневмоклапана и одновременно в пространство между поршнями с последующим смещением поршней и затвора эжектора с перекрытием эжектора.

Разработанная система подачи высоконапорного газа в отличие от способа, использованного в качестве ближайшего аналога, обеспечивает достижением указанного технического результата.

Через эжектор можно подавать как жидкие реагенты (ингибиторы коррозии, парафинообразования, антикоагулянты, антивспениватели, моющие присадки, метанол, этиленгликоль и т.д.), так и газообразные (одоранты и т.д.).

В процессе работы в некоторых случаях избыточное давление газа из пространства между поршнями удаляют через магистраль дренажа,а реагент подают в критическое сечение сопла эжектора.

На чертеже приведена схема разработанного устройства, при этом использованы следующие обозначения: поршень 1, ближний к затвору эжектора, затвор 2, поршень 3, дальний от затвора, электропривод 4, пневмоклапан 5 подачи реагента, четырехходовой кран 6, проходной кран 7, пневмоцилиндр 8, средство 9 подачи высоконапорного газа, средство подачи низконапорного газа 10.

Способ осуществляют следующим образом.

Подключают магистраль подачи реагента к пневмоклапану 5. Подключают подачу низконапорного газа к средству 10 и высоконапорного газа к магистрали 9. Устанавливают с использованием электропривода 4 и четырехходового клапана 6 возможность подачи высоконапорного газа на пневмоклапан 5 и в пространство пневмоцилиндра между поршнем 1 и затвором 2. Открыв кран 7, подают высоконапорный газ в указанные элементы устройства. Пневмоклапан 5 открывается, обеспечивая подачу реагента в эжектор, через пневмоцилиндр высоконапорный газ поступает на эжектор, при этом реагент мелкими каплями поступает в трубопровод. При необходимости поворачивают четырехходовой кран 6 таким образом, чтобы высоконапорный газ поступал в пространство между корпусом пневмоцилиндра и поршнем 3, а также на пневмоклапан, закрывая его. Подача реагента прекращается. При необходимости излишки высоконапорного газа из промежутка между поршнями 1 и 3 сбрасывают через дренаж.

Работа разработанного устройства иллюстрирована следующими примерами реализации.

1. Низконапорный газ в количестве 1500 м³/ч с давлением 2,8 МПа и температурой 5°С подают на эжектор через пневмоклапан. Метанол концентрацией 90% масс. поступает в количестве 300 кг/ч в поток активного (высоконапорного) газа, расход которого составляет 200000 м³/ч при давлении 10 МПа и температуре минус 15°С. На выходе из эжектора давление газа падает до 7 МПа, а температура -до минус 30°С.

2. Низконапорный газ в количестве 3200 м³/ч с давлением 3 МПа и температурой 10°С подают на эжектор через пневмоклапан. Ингибитор парафиноотложения поступает в количестве 5 кг/ч в поток активного (высоконапорного) газа, расход которого составляет 416000 м³/ч при давлении 11 МПа и температуре минус 5°С. На выходе из эжектора давление газа падает до 7,3 МПа, а температура до минус 20°С.

1. Устройство введения реагента в трубопровод с использованием эжектора, содержащее эжектор и магистрали подвода газа и реагента, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит пневмоцилиндр, внутри которого установлена с возможностью перемещения по пневмоцилиндру ось, на одном конце которой установлены два разнесенных по длине оси поршня, на другом конце оси установлен затвор эжектора, на наружной поверхности пневмоцилиндра со стороны затвора прикреплен эжектор, который содержит средство подключения низконапорного газа, на боковой поверхности пневмоцилиндра установлены средства подвода высоконапорного газа, а также подключенное через пневмоклапан средство подвода реагента, при этом средство подвода высоконапорного газа через проходной клапан и четырехходовой кран подключено по первому трубопроводу к пространству пневмоцилиндра между поршнями, а также через дополнительный проходной кран к дренажной магистрали, по второму трубопроводу - к средству подвода реагента после пневмоклапана, а также к объему пневмоцилиндра между затвором и ближнему к нему поршнем, а по третьему трубопроводу - к пневмоклапану и объему пневмоцилиндра между его торцевой стенкой и наиболее удаленным от затвора поршнем.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что проходной клапан, установленный между средством подвода высоконапорного газа и четырехходовым клапаном, выполнен с ручным приводом.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что четырехходовой кран выполнен с электроприводом.

4. Способ введения реагента в трубопровод с использованием эжектора, включающий подачу газа и реагента в эжектор, отличающийся тем, что через соответствующие средства подают на эжектор низконапорный и высоконапорный газ, от средства подачи высоконапорного газа подают высоконапорный газ через четырехходовой кран в объем пневмоцилипдра, внутри которого установлена с возможностью перемещения ось, на одном конце которой размещены последовательно два поршня, а на другом конце оси установлен затвор эжектора, между затвором эжектора и ближним к нему поршнем, смещая поршни пневмоцилиндра и затвор эжектора с освобождением проходного отверстия в эжекторе, и одновременно подают высоконапорный газ на пневмоклапан подачи реагента в эжектор с поступлением реагента из магистрали в эжектор и затем в трубопровод, для прекращения подачи реагента подают высокопапорный газ в трубопровод па закрытие пневмоклапана и одновременно в пространство между поршнями с последующим смещением поршней и затвора эжектора с перекрытием эжектора.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что подают жидкий реагент.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что подают ингибиторы коррозии, парафинообразования, антикоагулянты, антивспениватели, моющие присадки, метанол, этилепгликоль.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что подают газообразный реагент.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что подают одоранты.

9. Способ по п.4, отличающийся тем, что избыточное давление газа из пространства между поршнями удаляют через магистраль дренажа.

10. Способ по п.4, отличающийся тем, что реагент подают в критическое сечение сопла эжектора.