Авторы: Гимпу Максим Сергеевич, Гимпу Денис Сергеевич

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №8 (67) июнь-1 2014 г.

Дата публикации: 02.06.2014

Статья просмотрена: 704 раза

Библиографическое описание:

Гимпу М. С., Гимпу Д. С. Обеспечение надежного транспорта ачимовского конденсата по конденсатопроводу УКПГ-31 — ЗПКТ путем организации подачи депрессорных присадок // Молодой ученый. — 2014. — №8. — С. 154-159.

В статье проанализированы проблемы транспортировки нестабильного конденсата на дальние расстояния в районах крайнего севера. Представлены решения и способы бесперебойной поставки конденсата.

Ключевые слова:нестабильный конденсат, конденсатопровод, Keroflux6404, химреагенты, присадки, парафины.

Район Крайнего Севера характеризуется суровыми климатическими условиями, холодной продолжительной зимой с сильными ветрами и повышенной влажностью, коротким световым временем года, сравнительно коротким, прохладным летом.

В связи с этим газовая промышленность вынуждена модернизировать старые и искать новые способы разработки эксплуатации газовых и газоконденсатных месторождений. Так в 2008 году специалисты отдела специальных химикатов Бизнес Центра BASF Россия и СНГ начали поставки новой депрессорной присадки Keroflux 6404 на Ачимовское месторождение в Новом Уренгое, где стартовал проект ОАО «Газпром» и Wintershall по газодобыче-ЗАО «Ачимгаз».

Ачимовские отложения первого лицензионного участка Уренгойского месторождения характеризируются аномально высокими пластовыми, устьевыми давлениями и температурами газа, высоким потенциальным содержанием в газе конденсата, а так же высоким содержанием парафина в газовом конденсате. Конденсаты ачимовских залежей содержат значительное количество фракций тяжелых углеводородов. Эти тяжелые фракции содержат нормальные парафиновые углеводороды. По этой причине при температурах порядка 30˚С и ниже в конденсатах появляется твердая фаза. По мере падения температуры количество парафинов, выпадающих в твердую фазу, нарастает. Во избежание застывания во время различных остановок перекачки продукта, а они могут быть нормальными, аварийными, плановыми и внеплановыми существует острая необходимость принять меры по обеспечению надежной и бесперебойной эксплуатации конденсатопровода. В настоящее время одним из эффективных способов борьбы с образованием парафиновых отложений при эксплуатации конденсатопровода, является ввод различных депрессорных присадок, которые обеспечивают понижение температуры застывания газового конденсата и улучшают его низкотемпературные свойства.

Задача, которая стояла перед новым продуктом, заключалась в обеспечении текучести газового конденсата и снижение температуры его застывания при низких температурах.

Газовый конденсат поступает от месторождения (УКПГ — 31) до пункта его первичной переработки (Уренгойского ЗПКТ) по специальному конденсатному трубопроводу, проложенному под землей. В суровых климатических условиях крайнего Севера конденсатный трубопровод должен иметь систему подогрева. Если в случае выхода из строя системы подогрева газовый конденсат застынет в трубопроводе, что практически равносильно потери конденсатопровода и остановку предприятия. Специально для нужд ЗАО «Ачимгаз» была разработана присадка Keroflux 6404, гарантирующая текучесть газового конденсата при низких температурах для обеспечения его бесперебойной перекачки.

Если говорить о технологических характеристиках конденсатопровода, то можно отметить, что трасса конденсатопровода проходит по территории изрытой и расчищенной при строительстве основной нитки конденсатопровода, а также по местности заросшей смешанным лесом, заболоченной и незаболоченной тундре, пересекая на своем протяжении реки: Недормаяха, Нюдя-Есетаяха, Есетаяхатарка, Нерхаяха, Лябаяха, Нераяха; два ручья; два временных водотока; девять автодорог; двадцать шесть трубопроводов диаметром от 114 до 1420 мм; шесть ВЛ.

Большая часть трассы конденсатопровода проходит по медальонной лишайниковой тундре, заболоченной тундре и суходолу. Остальные типы местности встречаются эпизодически.

В целом инженерно-геологическое строение трассы сложное: в разрезе выделяется большое количество талых и многолетнемерзлых грунтов, встречаются сильнольдистые грунты, заболоченные участки.

Нитка конденсатопровода Æ377х10 мм предназначена для подачи нестабильного газового конденсата (НК) от установки комплексной подготовки газа (УКПГ-31) до Уренгойского ЗПКТ (филиал ООО «Газпром переработка»). Протяженность конденсатопровода составляет 37,111 км.

Объем перекачиваемого НК равен 2,829 млн. т/год. Для обеспечения снижения температуры застывания газового конденсата и исключения выпадения парафинов непосредственно в конденсатопровод на вход насосов станции насосной внешней перекачки газового конденсата подаются химреагенты.

Технологическая схема узла приема и подачи присадок в конденсатопровод представлена на рисунке 1.


Рис. 1. Технологическая схема узла приема и подачи присадок в конденсатопровод.

Исследования эффективности присадки Keroflux 6404.

ЗАО «Ачимгаз» инициировало полный спектр лабораторных исследований низкотемпературных реологических свойств конденсата, определение эффективности присадок для предупреждения парафинообразования в системе транспорта ачимовского конденсата.

Объектом исследования являлась стабильная часть нестабильного конденсата.

Цель проведённых исследований — определение реологического поведения стабильной части нестабильного конденсата.

В процессе исследований получены экспериментальные данные, характеризующие реологическое поведение стабильного конденсата, поступающего с УКПГ-31 в конденсатопровод.

По результатам лабораторных исследований выявлена наиболее эффективная присадка Keroflux 6404 производства компании BASF, Германия.

Keroflux 6404 — депрессорная присадка для дизельных топлив и других средних дистиллятов. По химическому составу представляет собой дисперсию производных олефинов с низкой молекулярной массой в органических растворителях.

Определение предела прочности парафиновой структуры.

Для исследований были приготовлены смеси конденсата и присадки Kf 6404. Результаты приведены в таблице 1,графике 1и рисунке 2.

Таблица 1

Температура застывания конденсата в смеси с присадкой Kf 6404

№ смеси

Концентрация Kf 6404, г/т.

Температура застывания конденсата с присадкой

1

50

-9

2

100

-11

3

200

-15

4

400

-22

5

800

-18

Рис. 2. Зависимость предела прочности парафиновой структуры конденсата от концентрации присадки Kf 6404 и температуры конденсата


Рис. 3.

Из таблицы 1, рисунка 2 и рисунка 3 видно, что присадка Kf 6404 заметно снижает предел прочности парафиновой структуры. В то же время по графику видно, что дозировать эту присадку в концентрациях, больших 500 г/тонн, нецелесообразно — при больших концентрациях предел прочности парафиновой структуры снижается не значительно.

Все предыдущие исследования реологических свойств проводились на стабильной части нестабильного конденсата. В то же время реально перекачивается по трубопроводу конденсат нестабильный и его реологические свойства существенно отличаются от свойств стабильного конденсата.

По этим причинам был приготовлен аналог нестабильного конденсата и проведены исследования эффективности присадки Kf 6404 на нем.

Неньютоновские свойства конденсату придают твердые парафины, выпадающие при понижении температуры. Твердые парафины при растворении в жидких углеводородах дают лишь истинные растворы и растворяются тем легче, чем меньше удельный вес нефтепродукта, взятого в качестве растворителя.

Для создания модели нестабильного конденсата произвели смешение стабильного конденсата с гексаном до плотности, равной плотности нестабильного конденсата. В этом случае достигается равенство объемной концентрации парафинов в создаваемой модели и в нестабильном конденсате.

Расчеты показали, что этому условию соответствует смесь стабильного конденсата с гексаном в объемном соотношении 37:63.

Как видно из таблиц 2, 3 предел прочности парафиновой структуры аналога нестабильного конденсата при одинаковых концентрациях присадки значительно ниже предела прочности парафиновой структуры стабильной части конденсата, так же при одинаково отрицательных температурах.

Таблица 2

Зависимость предела прочности от температуры и концентрации присадки Kf 6404

Температура °С

Концентрация KF 6404 г/т

Предел прочности парафиновой структуры, Па

min

среднее

max

200

400

800

15,8

17,1

18,6

2,8

4,5

6,5

2,4

2,6

3

50

200

400

800

127,3

132,5

137,6

53,9

66,9

84,3

91,9

94,8

97,4

36,7

50,7

57,4

23,9

29,2

32,9

400

118,3

128,5

134,6

400

800

98,2

-

> 272

183,6

231,7

256,5

Таблица 3

Зависимость предела прочности парафиновой структуры, аналога нестабильного конденсата от концентрации присадки Kf6404 и температуры

Температура °С

Концентрация KF 6404 г/т

Предел прочности, Па

 
 

-20

400

1,8

2,2

 

-25

400

7,3

6,1

 

-30

400

8,4

9,6

 

800

2,2

2,9

 

-35

400

13,1

21,9

 

800

5,0

3,7

 

На основании проведенных исследований стало возможным рассчитать давление пуска конденсатопровода в перекачку, после его длительной остановки и охлаждения. При достаточно длительной остановке трубопровода, нестабильный конденсат в нем остывает до некоторой температуры. Эта температура зависит от способа прокладки трубопровода. На участках, заглубленных в грунт, конденсат остынет до температуры многолетнемерзлых грунтов. На участке открытой прокладки, конденсат в пределе может остыть до температуры окружающей среды — минус 46 ºС. Рассмотрим сценарии возможных ситуаций с остановкой конденсатопровода, рассчитанных при помощи специализированного программного продукта.

При моделировании возможных ситуаций рассчитывается температура конденсата в трубопроводе по участкам. Далее по выделенным участкам рассчитывается давление страгивания продукта. Суммированием давления страгивания продукта по участкам трубопровода рассчитывается пусковое давление трубопровода.Расчет пускового давления выполнялся без учета противодавления в конце трубопровода.

Остановка трубопровода без разгерметизации. 

-       Рассмотрим пример расчёта пускового давления трубопровода без разгерметизации. Остановка конденсатопровода на 7 суток. Предполагается, что нестабильный конденсат остывает без разгазирования.

Из таблицы 4, видно, что при температуре нестабильного конденсата в подземных участках -18 и температуре в надземных участках -32 — предел прочности парафиновой структуры конденсата без Керафлюкса, составит 9 и 70 Па, соответственно. При этом суммарное давление пуска охлажденного трубопровода в перекачку составит 4,48 МПа.

Таблица 4

Пусковое давление без добавления присадок

Значения

Подземный участок, 35475 м

Надземные, наземные участки, 1525 м

Температура °С

-18,2

-32,4

Предел прочности парафиновой структуры конденсата, Па

9

70

Пусковое давление участка трубопровода, Мпа

3,36

1,12

Из таблицы 5, где приведён пример расчёта пускового давления при добавлении депрессорной присадки Kf 6404 в концентрации 400 г/тонну видно, что при аналогичной температуре нестабильного конденсата — предел прочности парафиновой структуры составит 2 и 20 Па для подземных и надземных участков соответственно. При этом суммарное давление пуска охлажденного трубопровода с добавленной присадкой в перекачку, составит 1,07 МПа.

Таблица 5

Пусковое давление при добавлении депрессорной присадки Kf 6404 в концентрации 400 г/т.

Значения

Подземный участок, 35475 м

Надземные, наземные участки, 1525 м

Температура °С

-18,2

-32,4

Предел прочности парафиновой структуры конденсата, Па

2

20

Пусковое давление участка трубопровода, Мпа

0,75

0,32

Из данного примера можно сделать вывод, что при добавлении присадки в указной концентрации давление пуска трубопровода в перекачку после его остановки и охлаждении снижается с 4,48 МПа до 1,07 МПа. Нестабильный конденсат в этих условиях остаётся ньютоновской жидкостью и его пуск в перекачку осуществляется без осложнений.

Остановка трубопровода с разгерметизацией.

-       Рассмотрим пример расчёта пускового давления трубопровода с разгерметизацией. В этом случае перекачиваемый нестабильный конденсат разгазируется и остывает в течении 7-ми суток.

Как видно из таблицы 6 температуры подземных и надземных участков составляют -18 и -32 соответственно и суммарное пусковое давление разгерметизированого и охлажденного трубопровода без добавления присадки Kf 6404 в перекачку составит 80 МПа.

Таблица 6

Пусковое давление без добавления присадок

Значения

Подземный участок, 35475 м

Надземные, наземные участки, 1525 м

Температура °С

-18,2

-32,4

Предел прочности парафиновой структуры конденсата, Па

180

800

Пусковое давление участка трубопровода, Мпа

67,2

12,8

Однако, по результатам расчётов приведённых в таблице 7 видно, что при добавлении депрессорной присадки в количестве 400 гр./т суммарное пусковое давление трубопровода снизится в 3,6 раза и составит 22,4МПа.

Таблица 7

Пусковое давление при добавлении депрессорной присадки Kf 6404 в концентрации 400 г/т.

Значения

Подземный участок, 35475 м

Надземные, наземные участки, 1525 м

Температура °С

-18,2

-32,4

Предел прочности парафиновой структуры конденсата, Па

50

230

Пусковое давление участка трубопровода, Мпа

18,7

3,7

При расчёте пусковых давлений конденсатопровода в перекачку после его разгерметизации и остывания следует учитывать, что при реальной аварии часть конденсата при его разгазировании будет выброшена на рельеф и реально пусковое давление будет несколько ниже расчётных.

Так же линейная часть конденсатопровода оборудована отсекающими электроприводными кранами, которые закрываются в автоматическом режиме при понижении давления ниже 3,0 МПа, что воспрепятствует полному разгазированию продукта перекачки.

Согласно проведенным исследованиям полевых проб, установлено:

-       Статическое напряжение сдвига полевых проб оказалось значительно ниже статического напряжения сдвига, определенного при лабораторных испытаниях присадок;

-       Температура застывания полевых проб оказалась ниже температуры застывания, определенной при лабораторных испытаниях присадок.

Возможно, это объясняется более длительным временем действия присадок в полевых пробах (свыше недели).

Одной из важных задач стоящих перед обществом «Ачимгаз» является обеспечение надежного, безаварийного транспорта добытого и подготовленного продукта. Для достижения этих целей на объекте конденсатопровод УКПГ-31 — ЗПКТ реализован комплекс проектных решений, призванных обеспечить высокую надежность эксплуатации конденсатопровода. В данный комплекс входят такие традиционные мероприятия, как предварительный подогрев продукта перед его транспортировкой, теплоизоляция трубопровода по всей его протяженности, а так же обогрев надземных участков саморегулирующей греющей лентой. Однако данные меры не в полном объёме удовлетворяют требованиям обеспечения надежной эксплуатации конденсатопровода. Так как во время различных остановок: плановых, внеплановых, аварийных неизбежен факт выпадения парафинов при остывании ачимовского конденсата непосредственно в трубопроводе, что может привести к затруднениям при пуске конденсатопровода в эксплуатацию. Именно для уменьшения давления сдвига ачимовского конденсата ЗАО «Ачимгаз» и ООО «ТюменНИИгипрогаз» приняли совместное проектное решение о вводе депрессорной присадки в поток транспортируемого конденсата. Исследования показали, что добавление присадок в конденсат не влияет на термодинамику выпадения парафинов в твердую фазу. Зависимость количества выпавшего в твердую фазу парафина от температуры остается неизменной для чистого конденсата и его смесей с присадкой. Но депрессорная присадка значительно изменяют пространственную структуру выпавших парафинов. Они уменьшают размеры кристаллических образований и делают решетку менее связанной. Ее прочность более или менее снижается. Это влечет уменьшение предела прочности парафиновой структуры при ее охлаждении в состоянии покоя и уменьшение пускового давления трубопровода. Ввод депрессорной присадки марки Keroflux 6404 является дополнительной мерой к уже имеющемуся комплексу обеспечения надежной и безаварийной эксплуатации конденсатопровода в период низких температур окружающей среды.

Литература:

1.      Технологический регламент УКПГ-31 2013г.

2.      Журнал «формула BASF» выпуск 02.11.2009 г.

3.      Сертификат анализов Keroflux 6404 24.11.2011г.


Основные термины (генерируются автоматически): нестабильного конденсата, газового конденсата, прочности парафиновой структуры, предел прочности парафиновой, ачимовского конденсата, застывания газового конденсата, депрессорной присадки, присадки kf, стабильного конденсата с гексаном, пускового давления трубопровода, нестабильного газового конденсата, транспортировки нестабильного конденсата, нестабильный конденсат, температуре нестабильного конденсата, эксплуатации конденсатопровода, аналог нестабильного конденсата, плотности нестабильного конденсата, аналога нестабильного конденсата, части нестабильного конденсата, предела прочности парафиновой.

Ключевые слова

нестабильный конденсат, конденсатопровод, Keroflux 6404, химреагенты, присадки, парафины

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос