В работе рассмотрены мероприятия по предотвращению накопления конденсата и кристаллообразования при транспортировке природного газа по технологическим трубопроводам. Проанализирована организация транспорта неподготовленного природного газа на примере существующей системы. Проведен анализ динамических характеристик потока газа. На основании расчетных обоснований были разработаны технологические решения по предотвращению образования конденсата и кристаллогидратов
Ключевые слова: конденсат, кристаллогидраты, технологические трубопроводы, предотвращение гидратообразования.
В России постепенно снижается доля газовых месторождений и свыше половины промышленных запасов природного газа относятся к нефтегазоконденсатным месторождениям. Основным отличием газа, добываемого из нефтегазоконденсатных месторождений, является то, что он содержит большую долю более тяжелых углеводородов — этан, пропан, бутаны и др. В связи с этим обостряются проблемы, связанные с конденсатобразованием и транспортировкой добытого газа от скважины до пункта сбора и подготовки.
В условиях транспортировки неподготовленного газа возникает высокая вероятность формирования двухфазного газо-жидкостного потока, поэтому при незначительных скоростях потока жидкая фаза может скапливаться в локальных зонах понижения рельефа, а при сложении определенных неблагоприятных факторов конденсат может преобразоваться в кристаллогидраты, что может привести к полной закупорке трубопровода. Поэтому при транспортировке неподготовленного «жирного» газа необходимо разрабатывать и внедрять мероприятия направленные на предотвращение образования и скопления конденсата.
Основными недостатками двухфазного режима транспортировки является их сильная чувствительность от параметров транспортировки (рабочих температуры и давления), вертикального профиля прокладки трубопровода [2].
Для обеспечения бесперебойной транспортировки неподготовленного природного газа по технологическим газопроводам должны предусматриваться мероприятия, направленные на предотвращение выделения и накопления конденсата или мероприятия по его своевременному удалению.
Предотвращение выделения конденсата можно добиться путем обеспечения нагрева потока неподготовленного газа выше температуры кипения наиболее тяжелой углеводородной составляющей. Реализация данного решения является дорогостоящим мероприятием, поэтому его не применяют на практике.
Накопление конденсата наблюдается в застойных зонах (участках локального понижения рельефа) при низких скоростях движения газа. При повышении скорости выше 5 м/с режим потока становится дисперсно-кольцевым и жидкость уносится потоком. То есть для предотвращения накопления конденсата можно обеспечить скорость потока свыше 5 м/с.
В случаях, если нет возможности реализации выше представленных решений, то будет наблюдаться формирование двухфазного потока и происходить накопление конденсата в зонах понижения рельефа. Поэтому необходимо реализовывать мероприятия по его периодическому удалению.
Оптимальные решения:
1) предотвращение скопления конденсата за счет поддержания номинального динамического режима;
Согласно СТО Газпром 2–2.3–1122–2017 температура газа на выходе узла редуцирования должна быть не ниже минус 10 °С. А для предотвращения обмерзания узла редуцирования температура газа на выходе должна быть не ниже 0 °С. Из условия недопущения при редуцировании отрицательной температуры газа на выходе необходимо внедрять технологию предварительного нагрева.
2) поддержание безгидратных условий за счет попутного подогрева.
Основываясь на анализе конструкционных особенностей нагревательных систем и параметрах их безопасного и надежного использования, предлагается к реализации технология локального подогрева зон понижения рельефа с помощью саморегулирующихся нагревательных кабелей.
В соответствии с механизмом накопления конденсата в зонах понижения рельефа предлагается внедрить технологию попутного подогрева с помощью нагревательного саморегулирующего кабеля ленточного типа с параллельным сопротивлением и постоянной удельной мощностью. Температура кипения пентана при давлении 0,3–0,35 МПа составляет 40°С. Поэтому температура нагрева стенки трубопровода должна быть не менее 40°С, чтобы на этом участке конденсат прогревался до температуры кипения, испарялся и уносился потоком транспонируемого газа.
Установлено изменение температуры газа в зависимости от протяженности зоны установки кабеля в общем случае для средних параметров рассматриваемых трубопроводов. Результаты расчета представлены на рисунке 1.
Рис. 1. Нагрев газа на участке путевого подогрева при температуре стенки трубы 40°С (рабочее давление 0,3 МПа, расход 0,036 млн. м3/сут.)
Таким образом, предлагаемое решение, приведет к предотвращению условий для скопления конденсата в локальных зонах понижения рельефа, а за счет дополнительного нагрева газа (примерно на 7,3 ºС на 100 м зоны нагрева).
Литература:
- Зозуля А. В. Проблемы вывода конденсата из газопровода при транспортировке в двухфазном режиме и пути ее решения // Известия ВУЗов. Северокавказский регион. Технические науки. — 2003. № 3 — С. 75–76.
- Фонарев 3. И. Электроподогрев трубопроводов, резервуаров и технологического оборудования в нефтяной промышленности. — Л.: Недра, 1984. — 148 с.
- Чухарева Н. В. Определение условий гидратообразования при транспорте природного газа в заданных технологических условиях эксплуатации промысловых трубопроводов. Расчет необходимого количества ингибиторов для предотвращения загидрачивания: Методические указания / Н. В. Чухарева. — Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010–30 с.
