В данной статье рассмотрены методы использования энергии перепада давления на установках комплексной подготовки газа для производства сжиженного природного газа, разработана схема использования энергии перепада давления на установках низкотемпературной сепарации газа.
Ключевые слова : низкотемпературная сепарация, турбодетандер, вторичные энергоресурсы.
Важной задачей, стоящей перед мировым сообществом в перспективе, является формирование устойчивой, общественно приемлемой энергетики, отвечающей триединому критерию — высокой энергетической, экономической и экологической эффективности. При этом речь идет не о частных изменениях, а о выборе и реализации нового пути развития энергетики. Ускоренное развитие газовой индустрии, превращение ее в доминанту энергетического роста являются необходимым условием решения этой задачи.
Рост цен на энергоресурсы делает экономически целесообразной задачу энергосбережения. Радикальным решением задачи энергосбережения является использование нового технологического оборудования и процессов с меньшим потреблением электроэнергии.
Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) — энергия, получаемая в ходе любого технологического процесса в результате недоиспользования первичной энергии в виде побочного продукта основного производства и не применяемая в этом технологическом процессе [1].
Эффективная утилизация ВЭР — использование всех видов энергии экономически оправданными, прогрессивными способами при существующем уровне развития техники и технологий и соблюдении законодательства.
ВЭР промышленности делятся на три основные группы: горючие, тепловые, избыточного давления.
ВЭР избыточного давления (напора) — это потенциальная энергия газов, жидкостей и сыпучих тел, покидающих технологические агрегаты с избыточным давлением (напором), которое необходимо снижать перед последующей ступенью использования этих жидкостей, газов, сыпучих тел или при выбросе их в атмосферу, водоёмы, ёмкости и другие приёмники. Сюда же относится избыточная кинетическая энергия [2].
Вторичные энергетические ресурсы избыточного давления преобразуются в механическую энергию, которая или непосредственно используется для привода механизмов и машин или преобразуется в электрическую энергию.
Существуют различные схемы подготовки газа. На газоконденсатных месторождениях применяется низкотемпературная сепарация, основанная на получении низких температур при дросселировании газа высокого давления [3]. Снижение давления природного газа может быть реализовано в специальных расширительных машинах — детандерах, где происходит адиабатное расширение газа с отдачей внешней работы на вал машины и позволяет получить значительно большее охлаждение, чем при дросселировании газов, при этом, используется и дополнительная работа возвратной части энергии обрабатываемого потока газа.
Особенно эффективно применение детандеров с использованием перепада между давлением газа, поступающего на установку комплексной подготовки газа (УКПГ) и давлением в коллекторе («свободный» перепад давления). В этом случае организуется процесс охлаждения и частичного сжижения природного газа, рис. 1.
Рис. 1. Схема установки сжижения природного газа по циклу Клода с использованием турбодетандера: ООГ — установка очистки и осушки газа; ПТО — предварительный теплообменник; Д — детандер; Г — генератор; О — ожижитель; ДВ — дроссель-вентиль; РС — расширительный сосуд
Узловым элементом схемы является турбодетандер, обеспечивающий основную потребность установки в холоде. После расширения в детандере и использования холода газ низкого давления (0,15–0,2 МПа) сжимается в компрессоре, смонтированном на одном валу с турбодетандером, за счет энергии, вырабатываемой при расширении, и при давлении (0,3–0,4 МПа) направляется на головные сооружения магистрального газопровода. Сжиженный природный газ направляется потребителю.
Принцип работы установки заключается в следующем. Природный газ с давлением 4,0 МПа после очистки и осушки разбивается на два потока: один поток поступает в турбодетандер, второй поток через дроссельный вентиль направляется через теплообменник в расширительную емкость, в которой производят отделение жидкой фазы. Жидкую фазу (сжиженный природный газ) направляют потребителю, а паровую фазу подают последовательно в ожижитель и предварительный теплообменник, а после него в коллектор. Турбодетандер предназначен для производства электроэнергии. Для оценки работы установки и для выработки рекомендаций следует определить потери тепла в отдельных аппаратах.
Расчеты показывают, что для обеспечения сжижения 15–17 % объема, подаваемого на установку газа, необходимо начальное давление 3,5–4,0 МПа.
При меньшем давлении коэффициент сжижения снижается. Отсутствие внешних энергетических затрат повышает эффективность процесса подготовки газа.
Литература:
- Глебова Е. В. Глебов Л. С. Основы ресурсо-энергосберегающих технологий углеводородного сырья. М., ГУП «Нефть и газ», РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2001. — 173 с.
- Коршак А. А. Ресурсосберегающие методы и технологии транспорта и хранения нефти и нефтепродуктов. — Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2006. — 192 с.
- Техника и технологии сбора и подготовки нефти и газа [Текст]: учебное пособие для студентов образовательных организаций высшего образования, обучающихся по направлению подготовки «Нефтегазовое дело» / Ю. Д. Земенков [и др.]; ред. Ю. Д. Земенков; — Тюмень: ТюмГНГУ, 2015. — 159 с.
- Эксплуатация магистральных нефтегазопроводов [Текст]: учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки «Нефтегазовое дело» / С. Ю. Подорожников [и др.]; под общ. ред. Ю. Д. Земенкова; ТюмГНГУ. — Тюмень: ТюмГНГУ, 2014
