Подготовка ямальского газа к дальнему транспорту

Содержание

Введение

1. Технологическая часть

1.1 Источники загрязнения магистрального газопровода

1.2 Методы очистки газа от механических примесей

1.3 Выбор конструкции пылеуловителя

2. Расчетная часть

2.1 Расчет циклонного пылеуловителя

Список использованной литературы

Введение

Газовая промышленность - одна из важнейших отраслей экономики, которая имеет существенное значение в создании материально-технической базы страны, в связи, с чем правительство уделяет этой отрасли большое внимание. Россия стоит на первом месте в мире по разведанным запасам природного газа и на втором по объёму его добычи. На территории России расположено 24 хранилища природного газа. Протяжённость магистральных газопроводов России составляет 155 тыс. км. Газ добывают из недр земли с помощью скважин. Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения. Природный газ широко применяется в настоящее время во всех звеньях общественного производства, поскольку является высокоэффективным энергоносителем, и оказывает прямое воздействие на увеличение выпуска промышленной продукции, рост производительности труда и снижение удельных расходов топлива. В настоящее время идет бурное развитие трубопроводного транспорта, что вызвано интенсивной добычей природного газа и необходимостью доставки его к потребителю наиболее экономичным способом является, транспортировка газа, по трубопроводам удобнее и дешевле, чем другими транспортными средствами, так как такая транспортировка обеспечивает непрерывное (и практически бес потерь) поступление газов к потребителю непосредственно из месторождений или подземных хранилищ. За годы советской власти построено свыше 200 тыс. км. магистральных и распределительных газопроводов. Подземные городские газопроводы проводят газ непосредственно к жилым домам, коммунально-бытовым и промышленным предприятиям. Использование газа для освещения городов в России началось в первой половине 19 века, однако, промышленная добыча природного газа не велась, а попутный нефтяной газ сжигался в факелах. Основной задачей газовых хозяйств является бесперебойное, надежное и экономичное газоснабжение потребителей, для чего необходимо четко организовывать и управлять, научно обоснованно планировать все показатели работы, выявлять и использовать резервы производства, повышать производительность труда. Эксплуатацией газового оборудования промышленных предприятий, различных организаций учреждений осуществляют сами предприятия учреждения. Существует ряд преимуществ природного газа над другими видами топлива:

·        Стоимость добычи природного газа значительно ниже, чем других видов топлива.

·        Производительность труда при его добычи значительно выше, чем при добыче угля и нефти.

·        Высокая теплота сгорания, делает целесообразным транспортировку газа по магистральным трубопроводам на значительные расстояния.

·        Обеспечивается полнота сгорания, и облегчаются условия труда обслуживающего персонала.

·        Отсутствие в природных газах оксида углерода предотвращает возможность отравления при утечках газа, что особенно важно при газоснабжении коммунальных и бытовых потребителей.

·        Газоснабжение городов и населённых пунктов значительно улучшает состояние их воздушного бассейна.

Имеются недостатки и отрицательные свойства: взрыво- и пажароопасность природного газа, но всё это не уменьшает всех достоинств природного газа.

В данном курсовом проекте, я буду рассматривать тему: "Подготовка ямальского газа к дальнему транспорту". На полуострове Ямал и в прилегающих акваториях открыто 11 газовых и 15 нефтегазоконденсатных месторождений, разведанные и предварительно оцененные запасы газа которых составляют порядка 16 трлн куб. м, перспективные и прогнозные ресурсы газа - около 22 трлн куб. м. Запасы конденсата оцениваются в 230,7 млн тонн, нефти - в 291,8 млн тонн. Наиболее значительным по запасам газа месторождением Ямала является Бованенковское - 4,9 трлн куб. м. Начальные запасы Харасавэйского, Крузенштернского и Южно-Тамбейского месторождений составляют около 3,3 трлн куб. м газа. Новая газотранспортная система, которая в будущем станет ключевым звеном ЕСГ России, будет обеспечивать транспортировку газа с месторождений полуострова Ямал в объеме более 300 млрд куб. м в год и включать в себя 27 современных компрессорных станций суммарной мощностью 8600-11600 МВт. При этом общая протяженность линейной части магистральных газопроводов составит порядка 12-15 тыс. километров. Создание газотранспортной системы с полуострова Ямал будет способствовать изменение системы газоснабжения России. [1]

Анализ загрязнений внутренней полости газопроводов позволил установить, что загрязнения представляют собой сложную многокомпонентную смесь, состоящую из пластовой, конденсационной и поверхностной вод, углеводородного конденсата, эмульсий, механических примесей, минеральных масел, органических кислот, солей двух - и трёхвалентного железа, метанола гликолей. Для повышения гидравлической эффективности и надёжности работы газопроводов, периодически производят продувку и очистку внутренней полости трубопроводов очистными устройствами (поршнями). При строительстве газопроводов предусматривают установку узлов запуска и приёма скребка, локальное повышение скорости газа и др. При эксплуатации магистральных газопроводов значительные трудности создаёт запылённость газа, т.е. наличие мелких твёрдых частиц, не подвергшихся удалению при очистке газа из-за малых размеров. Установлено, что износ рабочих колёс центробежных нагнетателей прямо пропорционален содержанию пыли в газе. Наибольшую эрозию металла рабочих колёс нагнетателя вызывают фракции пыли размером более 20 мкм. При воздействии смоченной пыли на металл интенсивность эрозии возрастает. [2]

1.2 Методы очистки газа от механических примесей

От механических примесей природный газ очищают в призабойной зоне, на промысле, на линейной части, на КС и ГРС.

Призабойную зону скважины оборудуют фильтрами, представляющими собой стальные трубы с перфорацией. Гравийные фильтры более качественно предохраняют колонну скважины от выноса песка, известняка и других примесей. На промысле газ очищают от воды, конденсата, частиц породы и пыли в наземных сепараторах. На компрессорных станциях газопровода предусматривают очистку газа от механических примесей (твердых и жидких частиц). На ГРС осуществляют окончательную очистку газа перед потреблением. Большинство примесей попадает в газопровод с газом из скважин. Однако на новых газопроводах, в особенности в начальный период эксплуатации, несмотря на обязательную продувку перед вводом в эксплуатацию, в них остается большое количество разных механических примесей и воды. Масло систематически попадает в газопровод через компрессоры и центробежные нагнетатели, установленные на компрессорных станциях. Очистка газа перед подачей его в газопровод крайне необходима. Твердые частицы, находящиеся в газе, попадая в поршневые компрессоры, ускоряют износ поршневых колец, клапанов и цилиндров, а в центробежных нагнетателях - износ рабочих колес и самого корпуса нагнетателя. Кроме того, они разрушают арматуру, установленную на линейной части газопровода, на компрессорных и газораспределительных станциях. Жидкие частицы воды и копденсата, скапливаясь в пониженных местах, сужают сечение газопровода и способствуют образованию в нем гидратных и гидравлических пробок.

Промышленные пылеулавливающие аппараты в соответствии с принципами очистки газа разделяют на две группы: сухого отделения пыли и мокрого отделения пыли. К аппаратам сухого отделения пыли относят:

) гравитационные сепараторы (степень очистки 70-80 %);

) циклонные пылеуловители (степень очистки 85-98 %);

) фильтры и фильтр-сепараторы (степень очистки до 99%, очищают поток газа от капель воды и конденсата). Принцип действия аппаратов сухого отделения пыли состоит в искусственном осаждении пыли под действием сил тяжести и в результате снижения скорости течения газа. К аппаратам мокрого отделения пыли относят масляные пылеуловители, в которых очистка газа происходит при помощи промывки газа жидкостью. Такие пылеуловители наряду с циклонными нашли широкое применение в газовой промышленности. Достоинство масляных пылеуловителей высокая степень очистки газа (97-98%). Недостатки большая металлоемкость, большое гидравлическое сопротивление, унос промывочной жидкости, в качестве которой применяют соляровое масло. [3]

1.3 Выбор конструкции пылеуловителя

На магистральных газопроводах для очистки газа от механических примесей широко применяются пылеуловители, газоочистители и сепараторы различной конструкции. На головных сооружениях магистральных газопроводов при входе на компрессорные и газораспределительные станции сооружаются установки по очистке газа от механических примесей: масляные и сухие пылеуловители, гравитационные сепараторы, мультициклонные пылеуловители, фильтры-сепараторы, горизонтальный фильтр-сепаратор и др. Я буду рассматривать данные установки по очистке в данном пункте. Масляные цилиндрические пылеуловители устанавливаются группами на головных сооружениях магистральных газопроводов, на компрессорных и газораспределительных станциях. Количество пылеуловителей определяется расчетом в зависимости от необходимой производительности, но должно быть не менее двух. На ГРС используются большей частью пылеуловители диаметром 1000, 1200, 1400 и 1600 мм, на компрессорных станциях и головных сооружениях - пылеуловители диаметром 2400 мм. Пылеуловители испытываются на давление 70 кГ/см2 и предназначены для неагрессивной среды с температурой не свыше 70° С. Пылеуловители диаметром до 1600 мм рассчитываются на рабочее давление 64 кГ/см2, диаметром 2400 мм - на рабочее давление 55 кГ/см2.

Рисунок 1. Масляный пылеуловитель.

- сепараторное устройство; 2 - выходной патрубок; 3-5 - контактные и дренажные трубки; 6 - люк; 7 - входной патрубок; 8 - отбойный козырек.

Масляный пылеуловитель представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд со сферическими днищами, рассчитанный на максимальное рабочее давление газа в газопроводе. Диаметр пылеуловителей 400-2400 мм, а высота соответственно 5,1-8,8 м. Пылеуловитель состоит из трех секций: нижней промывочной 1 (от нижнего днища до перегородки 8), в которой все время поддерживается постоянный уровень масла; средней осадительной 2 (от перегородки 8 до верхней перегородки), где газ освобождается от крупных частиц масла, и верхней отбойной 1 (от перегородки 6 до верхнего днища), где происходит окончательная очистка газа от масла.

Внутри пылеуловителя имеются устройства, обеспечивающие контактирование газа с маслом и отделение твердых и жидких частиц от газа. Работа пылеуловителя заключается в следующем. Очищаемый газ через газоподводящий патрубок 7, ударяясь о козырек, входит в пылеуловитель, где в связи со снижением скорости из него выпадают и осаждаются наиболее крупные частицы пыли и жидкости. Далее газ поступает в контактные трубки 3, ниже которых на определенном уровне находится смачивающая жидкость (масло), и проходит в осадительную секцию 2. Проходя через контактные трубки со значительной скоростью, газ увлекает за собой масло, которое, промывая его, соединяется со взвешенными частицами пыли и механических примесей. В осадительной секции скорость газа резко снижается; выпадающие при этом крупные частицы пыли и жидкости в виде шлака по дренажным трубкам стекают вниз. Наиболее мелкие частицы из осадительной секции газовым потоком уносятся в верхнюю скрубберную секцию 3. Скрубберная секция состоит из десяти рядов перегородок, расположенных в шахматном порядке. Проходя в лабиринте перегородок и ударяясь о них, газ совершает много поворотов. Благодаря этому частицы масла осаждаются на швеллеровых перегородках затем стекают на дно скрубберной секции, с которой по дренажным трубкам спускаются в нижнюю часть пылеуловителя. Очищенный газ через газоотводящий патрубок 2 выходит в газопровод. Осевший на дне пылеуловителя шлам периодически (через 2-3 месяца) удаляют через люк 6 Осевшее внизу загрязненное масло удаляют продувкой через трубу в отстойник. Взамен загрязненного масла в пылеуловитель по трубам из маслоотстойника доливается до нормы свежее очищенное масло. Продувка производится в зимний период не реже одного раза в сутки или по мере подъема уровня масла, если он поднимается выше нормального быстрее чем за 24 ч. Полная очистка пылеуловителя через люк производится 3-4 раза в год. Контроль за маслом в пылеуловителе ведется по шкале указателя уровня. Загрязненное масло периодически очищают и заменяют. В состав установки для очистки газа кроме группы масляных пылеуловителей входят отстойники, предназначенные для отстоя отработанного масла с целью повторного его использования. Отстой сливается в передвижную емкость объемом 3-5 м3. Масляный аккумулятор 3 предназначен для заправки пылеуловителей свежим маслом, закачиваемым в аккумулятор насосом из емкостей. Масло из аккумулятора в пылеуловители подается самотеком за счет разности высотных отметок, так как при этом аккумулятор заполняется газом с давлением, равным давлению в пылеуловителе. В качестве смачивающей жидкости в масляных пылеуловителях применяется соляровое масло марки Л, ГОСТ 1666-51. Расход масла допускается не свыше 25 г на 1000 м3 газа.

Гравитационные сепараторы могут быть вертикальными и горизонтальными. Они работают по принципу выпадения взвеси под действием силы тяжести при уменьшении скорости потока газа. Вертикальные гравитационные аппараты имеют лучшие условия очитки, чем горизонтальные, рекомендуется для сепарации газов, содержащих крупные частицы пыли. Гравитационные сепараторы обладают небольшой эффективностью и малой производительностью по газу. Для повышения производительности и эффективности их работы необходимо увеличивать габариты.

Рисунок 2. Горизонтальный гравитационный сепаратор.

-        сепарационные насадки; 2 - сепарационные решетки; 3 - сетчатые каплеуловители.

Циклонный пылеуловитель представляет собой аппарат вертикальной цилиндрической формы со встроенными циклонами и состоит из трех технологических секций: распределения поступившего газа, очистки газа и сбора жидкости и механических примесей. Неочищенный газ поступает через боковой входной патрубок, к которому приварены пять циклонов, расположенных звездообразно по кругу. За счет центробежной силы происходит отбрасывание и осаждение влаги и механических примесей, которые удаляются из аппарата автоматически через дренажный штуцер.

Рисунок 3. Циклонный пылеуловитель.

Циклонный пылеуловитель состоит из двух секций: нижней - отбойной и верхней - осадительной. Циклонный пылеуловитель представляет собой аппарат вертикальной цилиндрической формы со встроенными циклонами и состоит из трех технологических секций: распределения поступившего газа, очистки газа и сбора жидкости и механических примесей, Неочищенный газ поступает через боковой входной патрубок, к которому приварены пять циклонов, расположенных звездообразно по кругу. На предприятиях больше всего отдают предпочтение масляным пылеуловителям, потому что качество очистки больше чем циклонных пылеуловителях. [1]

2. Расчетная часть

2.1 Расчет циклонного пылеуловителя

С помощью данного расчета мы узнаем расчетное число циклонных пылеуловителей.

Исходные данные:

d - диаметр корпуса циклонного элемента, равный 0,052 м.

n - число циклонных элементов, в циклонном пылеуловителе, равный 189.

Pвх - рабочее давление внутри пылеуловителя, равный 4 Па.

.        Определение плотности газа при рабочих условиях.

P_раб=P_вх*P_н*T_н/p_н*Z*T_вх;

Где:

P_вх, P_н - атмосферное и рабочее (входное) давление,

T_н, T_вх - нормальная температура и рабочая,

Z - коэффициент сжимаемости,

P_н - плотность газа в нормальных условиях,

P_раб=4*0,672*273/0,1033*0,89*288=27,7 кг/м³

) Перепад давления в сепараторе.

∆p= ∑ (P_раб*W_вх²/2g);

W_вх - скорость газа во входном патрубке;

∑ - коэффициент сопротивления, отнесенный к входному сечению,

Согласно рекомендациям, принимается ∆p=0,28*10⁵ Па.

) Условная скорость газа в корпусе циклонного элемента.

Λ - коэффициент гидравлического сопротивления циклонного элемента, равный 45,

W=√2*28000*9,8/45*27,7=6,64 м/с.

) Объем газа, проходящий через один циклонный элемент,

q_э=¶*d²*W/4;

где d-диаметр корпуса циклонного элемента, равный 0,052 м.

q_э=3,14*0,052²*6,64/4=0,014 м³/с.

) Общий расход газа через один пылеуловитель,

q_п=q_э*n;

где n - число циклонных элементов в циклонном пылеуловителе, размещено n=189.

q_n=0,014*189=2,65 м³/с.

) Расчетное число циклонных пылеуловителей,

n₀=q_с/q_n;

n₀=3,73/2,65=1,4

Округляя получаем n=2. С учетом резерва устанавливаем число пылеуловителей 3.

магистральный газопровод циклонный пылеуловитель

Список использованной литературы

1.      И.Я. Котляр, В.М. Пиляк "Эксплуатация магистральных газопроводов"

2.      В. Демченко, Г. Демченко "Магистральные трубопроводы. Надежность. Условия работы и разрушений"

.        Ф.М. Мустафин "Машины и оборудование газонефтепроводов".