Условия образования гидратов углеводородных газов и методы борьбы с ними

Размещено на http://www.allbest.ru/

Условия образования гидратов углеводородных газов и методы борьбы с ними

Петров М.С.

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

Рассматриваются причины образования гидратов в системах газоснабжения, описаны основные источники поступления и накопления влаги в редуцирующих устройствах. Предложены меры по устранению процессов гидратообразования и приводится обоснование рациональных технических решений по организации схем редуцирования газа на газораспределительных станциях.

Ключевые слова: сеть газоснабжения, гидратообразование, редуцирование, безаварийность, углеводородный газ

CONDITIONS OF HYDRATES EDUCATIONS IN THE HYDROCARBON GASES AND THE METHODS FOR COMBATING WITH THEM

Petrov M.S.

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

The article considers the reasons for the formation of hydrates in gas supply systems. The main sources of water intake and accumulation in gas pressure regulators are described. Measures for elimination of hydrate formation processes and provides rationale for rational technical solutions for organization of gas reduction schemes at gas distribution stations.

Keywords: gas supply network, hydrate formation, reduction, accident-free, hydrocarbon gas

гидрат газоснабжение редуцирующй газораспределительный

Территория России располагается в различных климатических поясах, даже соседние регионы могут существенно отличаться друг от друга характером рельефа местности и климатическими характеристиками. Газопроводные системы - это сложные динамические системы, состоящие из большого числа взаимосвязанных агрегатов и элементов, в которых протекают сложные технологические процессы. Современные системы газопроводов эксплуатируются в самых различных сложных условиях: в районах пониженного давления, в широком диапазоне температур, под влиянием коррозионно-опасных грунтов, вибрационными нагрузками и широким спектром частоты и т.д., что сильно влияет на работоспособность системы. Важной причиной ухудшения состояния газопровода является его закупорка (частичная или полная). Гидратообразование является одной из причин, приводящей к образованию на внутренних стенках трубопровода слоя газогидратных отложений и, следовательно, к закупориванию проходного сечения, вызывая снижение пропускной способности газопровода и создание аварийной ситуации. Дорогостоящее оборудование может с легкостью выйти из строя, так как подвижные части и механизмы являются весьма уязвимыми к проникновению в них гидратов, которые могут вызвать коррозию. Такое серьезное повреждение изнутри впоследствии делает оборудование неремонтопригодным. На практике данное явление достаточно часто наблюдается, но оно и по сей день является не до конца изученным [1, 2, 4].

В начале XX века исследования газовых гидратов были в основном связаны с уточнением условий образования исследованных гидратов и получением новых [2]. В 30-40-х годах заметно возрос интерес к изучению газовых гидратов после опубликования работы Гаммершмидта, в которой автор показал, что гидраты индивидуальных углеводородов жирного ряда C1-С4, возникшие при транспорте природного газа, создают серьезные затруднения, связанные с образованием в газопроводах так называемых «смешанных гидратов». Затем вышло большое количество работ, посвященных выявлению равновесных условий гидратообразования отдельных углеводородов, их смесей, составу гидратов, способам ингибирования процессов гидратообразования, о чем говорят опубликованные научные работы Дитона и Фроста. В ходе фундаментальных исследований, проведенных Штакельбергом, Клауссеном, Полингом и Маршем, в 50-х годах была выявлена структура гидратных кристаллов, значительно расширены представления о «смешанных гидратах», изучено стабилизирующее влияние посторонних газов, рассмотрена термодинамика процессов гидратообразования и ряд других вопросов. Основными факторами, определяющими условия образования гидратов природных газов, являются: состав газа, давление, температура, наличие свободной капельной влаги, а также степень ее минерализации [7, 8].

С помощью инженерных расчетов с большой точностью можно определить участок образования гидратов природного газа в газопроводе [9]. Но мало изученным также является вопрос о степени влияния на процесс гидратообразования таких факторов как влагосодержание газа, температура окружающего грунта, наличие или отсутствие теплоизоляции. Было предложено много методов расчета условий образования гидратов, наиболее приемлемым из которых является графоаналитический метод, основанный на достижениях статистической теории нестехиометрических клатратов [2]. Этот способ основывается на использовании законов статистической механики и был изучен для расчета условий начала образования гидратов много компонентных газовых систем. Данный способ обладает тем преимуществом, что учитывает изменение состава как свободной газовой фазы, так и гидрата в зависимости от давления и температуры, однако здесь не учитывается влияние компонентов в смеси газов, более тяжелых, чем С4.

Тепловые свойства являются наиболее важными характеристиками газовых гидратов (температура фазовых переходов и образования (разложения) газовых гидратов, теплопроводность, теплоемкость). Эти свойства являются исходными величинами инженерных разработок и эксплуатации скважин, установок подготовки и переработки природных газов, газопроводов; систем хранения газов и жидкостей в гидратном состоянии; разнообразных технологий использования газовых гидратов. Следовательно, изучение теплoвых свoйств гидратов прирoдного газа позвoляет получить наиболее точные фазовые диаграммы системы «углеводородная смесь - вода - пористая среда».

Для предупреждения и устранения неблагоприятного явления гидратообразования необходимо исключить влияние одного из термодинамических параметров, способствующих непосредственному образования гидратов углеводородных газов. К таким параметрам относятсятемпература и давление. Частично решить проблему по удалению воды (находящейся в газе в капельном состоянии) можно ограничением взаимного перемешивания газа и воды [3, 5]. Данный метод очень часто используется при прохождении газового потока через регулятор давления.

На данный момент способы борьбы с гидратами в редуцирующих устройствах являются весьма затратными, как в плане материальных средств (повышение стоимости эксплуатации, повышение металлоемкости и т.д.), так и в плане экономии площади, отведенной под оборудование. Учитывая современные темпы газификации можно сделать вывод, что гидратообразование в системах газоснабжения, является одним из факторов, препятствующих стабилизации процесса газоснабжения потребителей. Из-за гидратообразования снижается пропускная способность трубопроводов, что негативно сказывается как на поставщике газового топлива, так и на потребителе. Необходимо отметить важность рассмотрения данного вопроса, поскольку решение проблемы гидратообразования с использованием современных методик и инноваций в области газоснабжения, поможет существенно увеличить безотказность и безаварийность систем газоснабжения, что скажется на экономии энергетических и денежных ресурсов.

Энергоресурсосбережение является неотъемлемой частью модернизации производственных мощностей. Применение современных технологий на газораспределительных станциях (ГРС) делает процесс газораспределения безопасным и экономным, что повысит общую конкурентоспособность газотранспортной отрасли. Регуляторы давления газа РДУ-Т http://www.staroruspribor.ru/ с теплогенератором уже успели зарекомендовать себя как надежное и ремонтопригодное оборудование для комплектации газораспределительных станций. Встроенный теплогенератор, за счет собственной энергии газа, обогревает редуцирующий узел, предотвращает обмерзание клапана и гарантирует стабильное выходное давление. Борьба с образованием кристалогидратов не единственное преимущество РДУ-Т перед обычными регуляторами. Применение такого типа регулятора, позволяет добиться экономии энергоресурсов. Размеры экономического эффекта, окупают затраты в минимальные сроки, при этом экономия средств на топливном газе подогревателей позволит направить денежные потоки на другие статьи расходов. Однако, гидратообразование будет происходить за и регулятором, также возможно образование кристаллогидратов на оборудовании, установленном после регулятора [6, 7]. Также одним из требований к автоматическим газораспределительным станциям (АГРС) и пунктам редуцирования является поддержание температуры газа на выходе не менее +50С, то есть избежать подогрева газа не получается. По классической схеме АГРС газ сначала очищается, потом подогревается, а только затем редуцируется. В работе [4] предлагается поменять эту схему и сначала редуцировать газ (при этом происходит снижение его температуры), а потом уже подогревать.

Таким образом, для предупреждения образования гидратов в потоке газа необходимо устранить какое-либо из основных условий существования гидратов. В этой связи основными методами борьбы с возникновением гидратами являются понижение давления, повышение температуры и ввод антигидратных ингибиторов. Выбор мероприятий по борьбе с гидратообразованием следует проводить на основании результатов технико-экономических расчетов.

Список литературы

1. Истомин В.А., Квон В.Г. Предупреждение и ликвидация газовых гидратов в системах добычи газа. М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004. 507 с.

2. Макогон Ю.Ф. Гидраты природных газов. М.: Недра, 1974. 208 с.

3. Махиянова А.Ф. Предупреждение отложений газогидрата в регулирующих клапанах путем изменения их конструкции // Нефтегазовое дело: Электронный научный журнал. 2013. № 3. С. 361-373.

4. Медведева О.Н., Поляков А.С., Кочетков А.В. Технические решения по редуцированию природного газа на газораспределительных станциях // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2017. № 7. С. 33-37.

5. Медведева О.Н., Жмуров А.В. Экономическое обоснование использования регулирующих клапанов с прямоточным типом затвора // Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона. 2014. № 4. С. 412-415.

6. Медведева О.Н., Жмуров А.В., Поляков А.С. Обоснование схем редуцирования газа на газораспределительных станциях // Научный журнал строительства и архитектуры. 2014. № 4 (36). С. 39-44.

7. Медведева О.Н., Поляков А.С. Новые разработки для процесса редуцирования газа в системах газораспределения // Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона. 2012. № 2. С. 115-118.

8. Нечваль А.М. Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов. М.: Недра, 2001. 169 с.

9. Шагапов В.Ш., Мусакаев Н.А., Уразов Р.Р. Динамика образования гидратов при транспортировке природного газа // Теплофизика и аэромеханика. 2006. Т. 13. №2. C. 295-309.

Размещено на Allbest.ru