Kivonat - zavyalova anastasia evgenievna - a paraffin lerakódás folyamatának kutatása
Kivonat a mester munkájáról
Az oroszországi gázipar fejlesztésének kilátásai elsősorban a gáz- és gázkondenzátumok fejlesztésére irányulnak a távol-északi régiókban. A lerakódásokból származó gáz szállítása a permafrost eloszlási zónájában található törzsvezetékekkel történik. A csővezetékek hőmérsékleti körülményeit merev követelmények szabják meg annak érdekében, hogy biztosítsák azok üzembiztonságát és a permafrost megőrzését [1].
Az Achimov-lerakódások kondenzátumai jelentős mennyiségű nehéz szénhidrogén frakciót tartalmaznak. Ezek a nehéz frakciók jelentős mennyiségben tartalmaznak normál paraffinos szénhidrogéneket. Emiatt a kondenzátumokban 30 ° C és alacsonyabb hőmérsékleten szilárd fázis jelenik meg. Amikor a hőmérséklet csökken, a szilárd fázis mennyisége nő. A közeljövőben a nehéz folyékony szénhidrogének teljes mennyiségű folyékony szénhidrogének aránya jelentősen megemelkedik a Tyumen régió északi részén. ez vezet a paraffinok lerakásához csővezetékrendszerekben. Ugyanakkor, a fő kondenzátum Urengoy - Surgut, amely az egyetlen fosszilis nyersanyagok szállítása a Szurgut ZSK nem rendelkezik fűtőberendezések és a megfelelő hőszigetelő bevonat. Ebben a tekintetben a feldolgozó létesítményekben a terhelt folyékony alapanyagok szállításának megbízhatósága ma tényleges feladat.
1. A tanulmány tárgyának jellemzői
A tanulmány tárgya a paraffinok lerakódásának folyamata a gáz- és kondenzátum-előkészítés technológiájában az Urengoy mező Achimov-lerakódásain. Technológia megvalósítása a telepítése komplex gáz (GPP) szánt ipari előállítására földgáz és kondenzátum a tartályból, hogy keveréket kapjunk a gáz és az áru instabil kondenzátum (TC).
Az Achimov-betétek földgáz kondenzátum-lerakódásokhoz kapcsolódnak. A tartálykeveréket a nehéz szénhidrogén-frakciók megnövekedett tartalma és a nehéz szénhidrogén-frakciókban lévő normál alkán-szénhidrogének megnövekedett tartalma jellemzi.
A lerakódások kialakulása az Északi-sarkvidék éghajlatán történik. A GPP beömlőnyílásának hőmérséklete 20-40 ° C. A paraffinképződés kezdeti hőmérséklete körülbelül 24 ° C. A hőszigetelés nélküli földalatti tömítéssel ellátott kondenzvízvezetéket földhőmérsékleten 6 ° C-nál alacsonyabb hőmérsékleten működtetik, és kereskedelmi célú NC értéket biztosítanak, amelynek mínusz 4 ° С hőmérséklete van. Így vannak paraffin lerakódási körülmények a gázgyűjtő hálózatban és a kondenzvonalban. A gázkezelő egység (GCS) folyamatkészülékében paraffin lerakódásra vonatkozó feltételek vannak, mivel alacsony hőmérsékletű eljárást alkalmaznak.
2. Paraffinképződés és paraffin lerakódás fiziko-kémiai alapja
Az Achimov-lerakódások szénhidrogén-kondenzátuma 4-5,6 tömeg%. paraffinok, legfeljebb 0,55 mg / 100 ml gyanta és legfeljebb 0,043 tömeg%. aszfalténtartalommal. Az aszfalt-kátrány és a paraffin lerakódások (ASPO) lerakása komolyan bonyolítja a képződési keverék összegyűjtésének és ipari előkészítésének folyamatát. A paraffin lerakódás folyamata a csővezetékek falán már megkezdődhet a fúrólyukban és a gáz-folyadék keverék összegyűjtésénél a fúrólyukról az UKPG-re. A parafinizációs berendezés valószínűleg az egész folyamatláncban van.
Az alacsony hőmérsékleten végzett szétválasztásnál ez a szétválasztási hőmérséklet növelése, a hőcserélők nyomásesése növelése, csökkentve a hőátadási tényezőt és a termékgáz minőségének romlását jelenti [2].
Elemzés a rendelkezésre álló adatok művelet Valangini és Achimovsk Urengoy betét arra a következtetésre vezet, hogy a koncentrációja frakciókat forró hőmérsékleten 253 ° C-on, és a fenti, a folyékony fázisban szinten legfeljebb 1,0 tömeg%. A paraffinok felhalmozódása a hőcserélő berendezés felületén nem fordul elő [3].
A paraffin kifejezést különböző értelemben használjuk:
Amikor a szénhidrogén elegyet lehűtjük, mikroszkópos szilárd részecskék elkezdenek felszabadulni a folyadékból, amely normál alkán-szénhidrogénekből áll. Ahogy a keverék hőmérséklete csökken, a paraffinrészecskék tovább nőnek, és bizonyos méreteket érnek el, majd növekedésük megszűnik. A hőmérséklet további csökkenésével más összetételű részecskék képződnek. A paraffin részecskéi a folyadékban a növekedés befejezése után a felfüggesztett állapotban lévő ömlesztett oldatban vannak. A hőmérséklet további csökkenésével a részecskék egyesítésének köszönhetően nem növekszik a részecskék.
Ahhoz, hogy a paraffin lerakódási folyamat a szénhidrogén keverékből történjen, a következő feltételeknek kell teljesülniük:
- maradjon folyadék olyan hőmérsékleten, amely alatt a paraffin keletkezik;
- pozitív különbség a paraffinos folyadék hőmérséklete és a falhőmérséklet között, amelyet a falon átfolyó hőátadás okoz.
A paraffin felszabadulása komplex mechanizmussal történik. A paraffin részecskéket a falhoz rögzítik és lehűtik. Van egy új paraffin részecskék a réteghez és azok növekedéséhez. A részecskéknek a betétréteghez való rögzítése a részecskék közötti térben folyadék befogásával történik. Az üledékek felhalmozódásának ütemét az áramlás turbulenciája korlátozza a fal térben. Egy állandó áramlási sebességű áramlás esetén az áramlási sebesség emelkedik, ahogy a réteg növekszik a csővezeték szabad szakaszának csökkentése miatt. Idővel a réteg öregszik, amit erősítés, a folyadék részének csökkenése kísér.
A paraffin lerakódás következménye lehet vagy egy kis paraffin réteg a csővezetékben vagy berendezésben, és egy lényeges réteg, amely a szakasz hosszabb szakaszain vagy a berendezés folyó részében jelentős szakaszos átfedést okoz.
Ha a paraffin a falon feltételek időszakos, majd az áramlási járat a magasabb hőmérséklet csökkenti a réteg vastagsága teljes oldódásig, és öblítő folyékony szénhidrogént.
Amikor a paraffinképződés és a vizes fázis jelenlétében dolgozunk, állandó jelleggel emulziók képződnek, mint például a vízben lévő kondenzátum. víz kondenzátumban és más vegyes formában. A paraffin részecskék az ilyen emulziók stabilizátorai [4].
Alkalmazva az UKPG technológiai berendezésekre. paraffin lerakódás lehetséges:
- az OPG gázhűtéses hőcserélő berendezésében;
- az ND véghűtésének hőcserélő berendezésében a kondenzátum előkészítő egységben.
A paraffin lerakódás elleni küzdelem a hőcserélőkben az AFS megelőzése és megszüntetése. A fő módszerek a következők:
- olyan feltételeket biztosítva, amelyek kizárják a paraffin képződését;
- olyan berendezések alkalmazása, amelyek ellenállnak a szennyező anyagok lerakódásának;
- paraffin inhibitor bevezetése.
A 25 g / (ezer m 3) -nél nagyobb mennyiségű folyadék elkülönített elválasztása a paraffin lerakódásához vezethet a készülékben. Az elválasztók elve az 1. ábrán látható.
1. ábra - Az eszköz elve: C-1 - elválasztó, áramlás 1 - képződés keverék, 2. áramlás - gáz, 3. áramlás - kondenzátum
(animáció: 6 képkocka, 10 ismétlési ciklus, 27 kilobyte)
A hőcserélők számára, amelyek az ND-t a kereskedelmi kondenzátum kezdeti hőmérsékletére hűtik, a paraffinképződés területén a munkafeltételek hamarosan megállnak. Ezért a spirális típusú hőcserélő a leginkább ellenálló a szennyező anyagok lerakódására belső mozgó mechanikai alkatrészek használata nélkül. A spirális hőcserélőt áramlási mindig egy szöget bezárva a hőátadó felületet a turbulens, ezáltal magas hőátadási tényező és alacsony felületi szennyeződés hajlam. A 2-5. Ábrák a spirális hőcserélők működésének és megjelenésének elvét mutatják.
2. ábra - A készülék működési elve
3. ábra - A hőcserélő csatornák megtekintése a borítóval eltávolítva
4. ábra - Az eszköz függőleges felszerelése
5. ábra - A készülék vízszintes beépítése
A hőcserélő berendezésekben a paraffin-lerakódások megszüntetésére szolgáló fő módszerek a következők:
- berendezések periodikus mechanikai tisztítása;
- kültõ fizikai oldószerrel végzett mosás;
- forró szénhidrogén folyadékkal történő mosás.
A hőcserélők forró szénhidrogén-folyadékkal történő lemosása a folyamatáramok összetételéből a folyadék folyadékhoz való visszavezetésével lehetővé teszi az oldott AFS eltávolítását további hulladék nélkül.
Az UKPG csővezetékhez. amelyben a szénhidrogén folyadék a paraffin képződésének feltételei között lehet, a hőszigetelésen felül a meleg falra történő melegítés feltételezi [4].
A 6. ábra a kondenzvízvezetékben lévő paraffin lerakódás jellemzőinek kiszámításának eredményeit mutatja be az inhibitor hiányának és a tiszta csőnek két áramlási sebességgel és két 0 ° C és 4 ° C hőmérsékleti hőmérsékleten történő indításával [4]. A talaj hőmérsékletének értéke a csővezeték mélységében mínusz 6 ° C. A számításokat 250 napig, a paraffinréteg öregítése nélkül végezzük.
a) 0 ° C hőmérséklet; a fogyasztás 39,8 t / h.
b) 4 ° C hőmérséklet; fogyasztás 39,8 t / h
c) 0 ° C hőmérséklet; fogyasztás 201 t / h
d) a hőmérséklet 4 ° C; fogyasztás 201 t / h
6. ábra - A paraffin lerakódásának jellemzői a kondenzvízvezetéken különböző hőmérsékleteken és áramlásokon
A paraffin lerakódásának a kondenzvonalban történő kiszámításának eredményei jól illeszkednek a folyamat általános tulajdonságaihoz a hővezetésű csővezeték-szállítás körülményei között:
- amikor közeledik a hőmérséklet a szállított folyékony halmazállapotú szénhidrogén és a környezeti hőmérséklet a csővezeték állandó áramlási sebességgel paraffin szénhidrogén közegben csökkentésével lecsökkentjük a hajtóereje a folyamat - a hőmérséklet-különbség a közepes és a belső falfelület;
- amikor a szállított szénhidrogén közeg sebessége nő, a paraffin lerakódás intenzitása csökken [4].
3. A hidrátképződés fizikai-kémiai alapja
A gáz- és gázkondenzátumok többségének fejlesztésekor problémát jelent a hidrátképződés elleni küzdelem. Ebben az esetben a hidrát felhalmozódási mennyisége függ a gáz nedvességtartalmának változási sebességétől, nyomás- és hőmérsékletváltozással.
A hidrátdugók kialakulásának megakadályozását meglehetősen magas hőmérséklet támogatja a fúrólyukak kútfejében és a GPP bejáratánál. Ezenkívül feltételezzük, hogy a hidrogént gátló-metanol a takarmány elején és a gázvezetékeket összekötő helyeken táplálja.
A hidrátképződés lehetséges okai:
- alacsony fűtési hőmérséklet mellett a fúrólyukaknál;
- amikor a hurkot a bekapcsoláskor és hosszú üresjárati idők után adják ki;
- mielőtt a tollak kimenete teljes kapacitásukra viszonylag alacsony gáz-kondenzátum-keverék arányban van;
- a szigetelés integritásának megsértése.
A hidrát- és paraffin-hidrát-lerakódások képződésének lehetőségei a következők:
- olyan helyeken, ahol hirtelen megváltozik a gázáramlás sebessége;
- az inline gumiból készült helyekbe a gázgyűjtőbe;
- a leállító szelepen [2].
A gázhidrátok kristályos vegyületek - zárványok (klatrátok), amelyeket a különböző gázok szigorúan meghatározott szerkezete jellemez. Sok munkát szántak a gázhidrátok szerkezetének tanulmányozására, amelynek fő elemei a BA Nikitin tanulmányai [5]. A hidrátokban a gázmolekulákat vízmolekulákból kialakított kristályrács tartja meg.
A gyakorlatban a földgáz termelési és szállítási feltételek kialakítására kevert hidrátok, amelyek tartalmazhatnak kettős hidrátok, nagy üregek vannak által elfoglalt propán és izobután, és a kis - metán, hidrogén-szulfid, a szén-dioxid és más, valamint az egyszerű hidrátjai [6].
A kristályos hidrátok növekedésének formája meglehetősen változatos. Ez függ a gáz összetételétől és a gázmolekulák alakjától. Minél kisebb a gázhidrátképző anyag molekulatömege, annál egyenletesebb a hidrát kristályai. A metán-hidrát általában kristályok közel állnak a négyszögletes alakhoz. A propán hidrátját a formák nagy eróziója jellemzi. Természetes gázok, amelyek egyes összetevők keverékéből állnak, vegyes hidrátokat alkotnak [7].
A nagy mennyiségű toxicitás, a viszonylag magas költségek és a regenerálás összetettsége ellenére a szintetikus alkoholokat széles körben használják a gázok hidrátjainak szabályozására. Így, 1972-ben, a gáziparban, hogy megakadályozzák a hidrátok töltött több mint 70 ezer. Tonna metanol, azaz ezer köbméter előállított gáz volt 0,3 kg elfogyasztott alkohol a harcot hidrát képződés.
A folyamat lényege gátlására gáz-hidrát-alkoholok ugyanolyan, mint az gátlása elektrolitok, azaz változtatni a strukturális aránya a tiszta víz és az energia az intermolekuláris kötések a víz térfogata, és az átmeneti réteg a felületen a megoldás - a gáz, és ennek következtében csökkenti a gőznyomás a víz. De az alkoholok hatása kissé eltér az elektrolit hatásától. Ha bármikor elektrolit koncentráció csökkentése a hidrát képződés hőmérséklete, a alkoholok bizonyos nyomás és kis koncentrációk növelik a hőmérséklet a hidrát képződés, de nagy koncentrációban - csökkenti (7. és 8. ábra). Valószínű, hogy a víztartalom részleges csere a CH3 radikollal. a klatátképződés egyidejű növelésével a szomszédos üres üregek gázmolekuláival. Ismert, hogy a hidrátlánc növekedése megkönnyíti a szerves molekula szomszédságában lévő jégszerű struktúra kialakulását [6].
7. ábra - Az alkoholos oldatok koncentrációjának és a nyomásnak a metánhidrát képződésének csökkenésére gyakorolt hatása (p, kgf / cm2)
8. ábra - Az alkoholtartalmú oldatok koncentrációjának és nyomásának hatása a földgáz hidrátképződésének hőmérsékletének csökkentésére (C, tömeg%)
Az alkoholok vízben való koncentrációjának növelésével a víz és a klatrátképző aggregátumok szerkezeti megszervezésének megsértése, következésképpen a hidrátképződés valószínűsége csökken. Ahogy az alkohol koncentrációja nő, az alkohol oldat szerkezete megközelíti a víz legerősebb szerkezetét. Ebben az esetben egy molekula alkohol négy molekula vízzel van körülvéve. Ezt a feltevést megerősíti a hangzás, a hő keverés, a megoldások adiabatikus összenyomhatósága.
Az eltérés a hatása, hogy csökkenti a hidrát képződés hőmérséklete egyenlőtlen gáz összetételét különböző nyomáson, és hangsúlyozza a tény divergencia strukturális változások oldathoz vizet - gáz jelenlétében egy harmadik komponenst (az inhibitor). Ez a tény jól illeszkedik a gázok vízben való oldhatóságának változtatásához változó nyomáson [6].
Az elvégzett munka alapján levonhat ilyen következtetéseket: