Дәріс. Мұнайды газдан айыру. Айырғыштардың жіктелуі және конструкциясы. Айырғыштарды таңдау принципі.

Мұнайгаз айырғыштары ұңғы өнiмдерін сұйықты және газды фазаларға бөлуге арналған және келесi қызметтердi атқарады:

● бағалы химиялық шикiзат және отын ретiнде қолдану мақсатында, ұңғы оқпаны бойында, сұйықты шығару желiсiнде және және жинау коллекторлары бойымен мұнай қозғалған кезде, одан бөлінген мұнай газын алу үшін;

● мұнайгазсу ағынының араласуын азайту және құбырлар желiсiндегi гидравликалық кедергiнi азайту үшін;

● пайда болған көбіктерді мұнайдан бөлу және ыдырату үшін;

● тұрақсыз эмульсияларды немесе құбырлар желiсiнде бұзылған эмульсияларды өндiру кезінде мұнайдан суды алдын-ала бөлу үшін;

● мұнайды айырғыштардың бiрiншi сатысынан мұнайды дайындау қондырғысына дейiн тасымалдау барысында пульсацияны азайту үшін.

Қолданыстағы барлық мұнайгаз айырғыштарын келесi белгiлерi бойынша былай жiктеуге болады:

1) міндетiне байланысты – өлшеушi-айырушы және айырушы;

2)геометриялық пiшiнiне және кеңiстiкте орналасуы бойынша – цилиндiрлiк, сфералық, тiк, көлденең және көлбеу;

3) негiзгi күштердiң байқалу сипатына байланысты – гравитациялық, инерциялық және ортадан тепкiш;

4) жұмыстық қысымына байланысты – жоғары қысымды (6,4 МПа),орташа қысымды (2,5 МПа) және төмен қысымды (0,6 МПа);

5) айыру сатыларының санына байланысты – бiрiншi, екiншi және т.б. айыру сатылары;

6) технологиялық мiндетiне байланысты – екi фазалы және үш фазалы;

7) мұнайгаз ағынын енгiзу құрылғысының конструкциясы бойынша – радиалды және тангенциалды енгiзу;

8) конструктивтi жасалуына байланысты – бiр сыйымдылықты және екi сыйымдылықты.

Тiк айырғыштарды негiзiнен шығымы аз ұңғылары бар мұнай кен орындарын тұрғызу кезiнде, және ұңғы өнiмiнің құрамында едәуір мөлшерде парафин мен құм болған кезде, сондай-ақ теңiз кен орындарында қолданады.

Көлденең айырғыштар бірдей геометриялық өлшемдегі тiк айырғыштармен салыстырғанда жоғары өткiзгiштiк қабiлетке ие, бұл айыру сапасын жақсартуға мүмкіндік береді және оларға қызмет көрсету де жеңіл, сондықтан көлденең айырғыштар тiк айырғыштарға қарағанда кең таралған.

Бiр сыйымдылықты көлденең айырғыштарды ыстық және вакуумдық айыруды есептегенде, барлық айыру сатыларында қолданады.

Екi сыйымдылықты көлденең айырғыштарды негiзiнен “Спутник” түріндегі блокты автоматтандырылған қондырғыларды жабдықтау үшiн қолданады.

Айырғыштардың кез келген түрiнiң конструкциясында жалпыға бiрдей төрт бөлiм (секция) болады (11.1. Сурет):

I - Негiзгi айыру бөлiмі, ол мұнайдан газдың қарқынды бөлініп шығуына қызмет етеді. Айыру бөлiмiнiң жұмысына айырғыштағы қысымның, температураның төмендеу дәрежесi, мұнайдың физика-химиялық қасиеттерi (әсіресе оның тұтқырлығы), өнiмдi айырғышқа енгiзу құрылғысының конструкциясы (радиалды немесе тангенциалды), сонымен қатар әртүрлi сұғындырмаларды – сымды торды, диспергаторларды қолдану елеулi түрде әсер етедi.

II - Тұндыру бөлiмi, мұнда айыру бөлiмiнен мұнаймен бірге iлескен газ көбiктерiнің қосымша бөлінуі жүредi. Мұнайдан окклюдирленген газ көбіктерiн қарқынды бөлу үшiн, мұнайдың қозғалыс жолын ұзарта отырып оларды жұқа қабатша түрінде көлбеу жазықтықтар бойымен бағыттайды. Жазықтықтарды шағын баспалы етiп жасайды, бұл мұнайдан газдың бөлiнуiне септiгiн тигiзедi. III - Мұнайды жинау бөлiмi, бұл бөлiм айырғыштың ең төменгі жағында болады және мұнайды жинау мен оны айырғыштан шығару үшiн қызмет етеді. IV - Тамшыұстау бөлiмі, айырғыштың жоғарғы жағында орналасқан және газ ағынына iлескен сұйық тамшыларын ұстап қалуға арналған.

11.1. Сурет. Тiк айырғыштың жалпы көрiнiсi 1-ұңғы өнiмiн енгiзу; 2-тарату коллекторы; 3-“өзiне дейiн” деңгей реттегiші; 4-тамшы-ұстағыш сұғындырма; 5-сақтандырғыш клапан; 6-көлбеу жазықтықтар; 7-қалытқы түрiндегi деңгейдi реттегiштiң көрсеткiшi; 8-аткарушы механизм; 9-дренажды құбырша; 10-бөгет; 11-суөлшегiш әйнек; 12-жапқыш шүмек (краник); 13-дренажды құбыр.

11.1. Суретінде көрсетiлген айырғыш келесi түрде жұмыс iстейдi. Мұнайгаз қоспасы қысымның әсерінен құбырша 1 арқылы барлық ұзындығы бойына қоспаның шығуына арналған тесiктерi бар таратқыш коллекторға 2 келiп түседi, осы жерден мұнайгаз қоспасы көлбеу жазықтықтарға 6 келiп түседi, бұл жазықтықтар мұнайдың қозғалыс жолын ұзартып, осы арқылы окклюдирленген газ көбіктерiнiң қарқынды бөлiніп шығуына әсер етедi. Айырғыштың жоғарғы бөлiгiнде тамшыұстағыш сұғындырма 4 орналасқан (суретте жалюз түрiндегi сұғындырма көрсетілген), мұнда газ құрамындағы сұйық тамшылары ұсталады да поддонға ағып түседi, сонан соң дренажды құбыр 13 арқылы айырғыштың төменгi бөлiгiне бағытталады.

Тамшыұстағыш сұғындырма- 4 әртүрлi конструкциялы болуы мүмкiн, оның жұмысы келесi принциптерге негiзделедi:

• газ ағысының әртүрлi бөгеттермен соқтығысуға;
• ағыстың бағыты мен жылдамдығын өзгертуге;
• ортадан тепкiш күштi қолдануға;
• коалесцирлеушi тығынды (торды) қолдануға;

Айырғыштағы бөгеттер 10 ұңғы өнiмiнің бүлкілдеп берiлуi кезiнде деңгейдi тыныштандыру үшiн, ал атқарушы механизмi 8 бар қалытқы түріндегi деңгейдi реттегiштің 7 датчигі (көрсеткіші) сұйықтықты айырғыштан циклдi түрде шығару үшiн кажет. Дренажды құбырша 9 арқылы айырғыштың төменгi бөлiгiнде жиналып қалған лас қалдықтар сыртқа шығарылады.

Айырғыштың жоғарғы жақ бөлiгiнде сақтандырғыш клапан 5 орналасқан, ол айырғыштағы қысымның технологиялық процесінде қарастырылған нормадан тыс жоғары қысымға жеткен кезде газды сыртқа шығаруға арналған. Сондай-ақ айырғыштың газды құбыршасында, айырғыш тұрқында (корпусында) қажеттi қысымды ұстап тұратын “өзiне дейiн” деңгей реттегiші 3 орналасқан.

Айырғыштың төменгi жақ бөлiгiнде берiлетiн сұйықтың мөлшерiн өлшеуге арналған жапқыш шүмегi 12 бар, су өлшегiш әйнек 11 орналасқан.

 

Кез келген айырғыштың жұмысы екi негiзгi көрсеткiшпен сипатталады: тамшыұстағыш бөлiмiнен газ ағынымен бiрге iлесiп кететiн сұйық тамшыларының мөлшерiмен және мұнайды жинау бөлiмiнен сұйық ағынына iлесiп кететiн газ көбiктерiнiң мөлшерiмен. Конструкциясы жақсы құрастырылған айырғыштарда 1000 м³ айырылған газға шаққанда газ ағынына iлесетiн сұйықтың мөлшерi 15м³ -тан аспайды.

Айырғыштың тиiмдiлiгi, газсыздандыру есебiнен айырғыштағы мұнайдың шөгу дәрежесiн (Э_м) және сәйкесінше ондағы газдың ұлғаюын (Э_г) сипаттайды:

(7.1)

(7.2)

(7.3)

мұндағы G_бм және G_см –сәйкестi мұнайдың бастапқы және соңғы массалық шығындары (айырғышқа дейiнгi және одан кейiнгi); G_бг және G_сг – сәйкестi газдың бастапқы және соңғы массалық шығындары; V_б және V_с – сәйкестi газдың бастапқы және соңғы көлемдiк шығындары.

Саңылаусыз жинау жүйесiнің кез-келген жағдайында мұнай мен газдың жалпы мөлшерi тұрақты болады, яғни G_м+G_г=const.

Сонымен қатар, мұнай айырғышының тиiмдi жұмысының көрсеткiшiне газ ағынымен тамшылы сұйықтың меншiктi әкетiлуi K_с және мұнай ағынымен еркiн газдың меншiктi әкетiлуi K_г жатады:

(7.4)

(7.5)

мұндағы q_с және q_г – айырғыштан әкетiлген тамшылы сұйық пен еркiн газдың көлемдiк шығыны, м³/сағ; G_м және G_г – айырғыштың жұмыс жағдайындағы газ бен сұйықтың (мұнайдың) көлемдiк шығыны, м³/сағ.

Техникалық тұрғыдан жетiлген айырғыш деп газ бен сұйықтың тазартылуын жоғары дәрежеде қамтамасыз ететiн, сонымен қатар оның жасалуына аз металл шығынын жұмсай отырып және сұйықтар пен газдардың үлкен жылдамдықтары кезінде жоғары өнiмдiлiктi қамтамасыз ететiн айырғышты айтады.

Осылайша, айырғыштың жұмысының тиiмдiлiгiн бағалау үшiн K_с және K_г көрсеткiштерiмен қатар оның техникалық жетiлгендiк дәрежесiн ескеру керек.

Айырғыштың техникалық жетiлгендiк дәрежесi келесi параметрлермен сипатталады:

§ айырғышта ұсталатын сұйық тамшысының минимал диаметрiмен;

§ айырғыштың еркiн қимасындағы, сонымен қатар тамшыұстағыш бөлiміндегi газ ағынының максимал мүмкiн орташа жылдамдығы;

§ сұйықтан еркiн газдың максимал бөлiнуi жүретiн айырғышта сұйықтықтың болу уақыты.

 

Газ ағыны арқылы тамшылы сұйықтың әкетiлуiнiң мүмкiн мәнi K_с 1000м³ газға 50 см³ сұйықтың мәнiнен аспауы керек (егер, сұйық ағынымен еркiн газдың әкетiлуiнiң мәнi K_г 1м³ сұйыққа 20 000 см³ газ болған жағдайда). K_г мәнiне мұнайдың тығыздығы мен тұтқырлығы, сонымен қатар оның көбiктенуi әсер етедi. Көбiктенбейтiн тұтқырлығы аз (5∙10^-3 Па∙с дейiн) мұнайлардың айырғышта болу уақыты 2-3 минут мөлшерiнде болса, ал көбiктенетiн және тұтқыр мұнайлар (1,5∙10^-3 Па∙с жоғары) үшiн – 5-20 минутқа дейін.

Газ және газконденсатты кен орындарының алаңдарында орнатылатын айырғыштардың тиiмдiлiгi, газ ағыны арқылы айырғыштан тыс әкетілетiн тамшылардың мөлшерi бойынша бағаланады, сондықтан мұнай және газ айырғыштарына қойылатын талаптар әртүрлi болады.

 

Айыру сатыларының санын таңдау кезінде мұнай кен орындарының алаңдарындағы мұнай мен газды жинау жүйесi ескерiлуi қажет. Жоғары сағалық қысым (4-8 МПа) жағдайында қолданылатын көп сатылы айыру жүйесi кезiнде қысым мен температураның елеусіз төмендеуi әсерiнен әрбiр сатыда газ фазасынын бiртiндеп бөлiнуi байқалады (бастапқыда жеңiл фракциялар – метан, этан; одан соң iшiнара ауыр көмiрсутектері – пропан, бутан, пентан) және мұнайдың құрамында көп мөлшерде бөлiнбеген ауыр көмiрсутектері қалып қояды. Екi – үш сатылы айыруды қолданған жағдайда (сондай сағалық қысым жағдайында) айырғыштарда қысымның күрт төмендеуi және газдың қарқынды бөлiнуi байқалады, осы кезде көп мөлшерде ауыр көмiрсутектерiнің газ фазасына өтуi байқалады. Сондықтан көп сатылы айыру үш сатылыға қарағанда тиiмдiрек болып табылады, бiрақ-та көп сатылы айыруды саңылаусызданбаған мұнайды жинау жүйесi жағдайында қолдану барысында барлық ауыр көмiрсутектері мұнайдан ұшып кетедi де айыру тиімділігі нөлге тең болады (яғни тиімсіз болады). Сондықтан көп сатылыны да, үш сатылы айыруды да тек қана мұнайды жинаудың және тасымалдаудың саңылаусыз жүйесiнде қолдану керек.

Екi сатылы айыру кезiнде бағалы шикiзат болып табылатын ауыр көмiрсутектердің едәуiр мөлшерi газды фазаға өтедi, сондықтан оларды сұйытылған газ (пропан – бутан) және газды бензин алу мақсатында газ өндеу зауытына бағыттау керек.

Жоғарыда баяндалғандай кен орындарының алаңдарында мұнайды жинау және тасымалдау кезiнде көп сатылы және екi сатылы айыруды да қолдануға болады. Бiрақ-та металды үнемдеу жағынан, газ өңдеу зауытының бар болуы және қызмет көрсетудің қолайлылығы жағынан қарасақ, үш сатылы айыруды қолдану тиiмдiрек болып табылады. Айырудың бiрiншi сатысынан бөлiнiп шыққан газ өз қысымының әсерiнен жергiлiктi қажеттiлiктерге бағытталады: қазандықтарға, тұрғын үйлер мен өндiрiстiк ғимараттарды жылытуға және т.б. Айырудың екiншi және үшiншi сатысынан бөлiнген газ майлы болады, яғни оның құрамында көп мөлшерде көмірсутегінің ауыр компоненттері болады, сондықтан оны компрессорлы станциялардың компрессорларында сығымдап газ өңдеу зауытына (ГӨЗ) бағыттайды.

Үш сатылы айыру кезiндегi ұсынылатын қысымдар: бiрiншi сатыда – 0,6 МПа, екiншiсiнде – 0,15-0,25 МПа, үшiншiсiнде – 0,02 МПа, кей кезде вакуум. Айырғыштың үшiншi сатысы – соңғы айыру қондырғысы өте маңызды болып табылады, себебi онан соң мұнай тауарлық резервуарлар паркiне түседi, ол жерде нормативтерге сәйкес оның буының серпiмдiгi 0,06 МПа болуы керек, ал мұндай жағдайға iс жүзiнде тек айырудың ыстық соңғы сатысында немесе үшiншi сатыда вакуум жасау арқылы қол жеткiзуге болады.

Бақылау сұрақтары:

1. Мұнай-газ айырғыштарының міндеті.

2. Айырғыштардың жіктелуі.

3. Кез-келген түрдегі айырғыштарда қанша бөлім (секция) бар және олардың міндеті қандай?

4. Мұнай-газ айырғыштарының жұмысына қандай факторлар әсер етеді?

5. Айырғыштарда қандай құрылғы газ ағысымен бірге сұйық тамшыларының шығуына жол бермейді?

Дәріс. Мұнайды сусыздандыру. Мұнай эмульсияларын бұзу әдістері: гравитациялық салқын бөлу, құбыр ішіндегі деэмульгация, центрифугалау, фильтрациялау, электродегидрация. Деэмульгаторлар. Эмульсияны бұзудың термохимиялық әдістері. Тұндырғыштар, олардың түрлері және есеб.

 

Кен орындарындағы мұнайды дайындау қондырғыларында мұнайды тауарлық дәрежеге дейін дайындаудың негізгі процестеріне мұнайды сусыздандыру және тұзсыздандыру процестері жатады. Сусыздандыру технологиясының негізіне су-мұнай эмульсияларын бұзу процесі жатады. Бұл процесс негізінде эмульсиялар тұрақты ұсақ дисперсті күйден кинетикалық тұрғыдан тұрақсыз ірі дисперсті жүйеге ауысады.

Мұнайды деэмульгациялау (эмульсиясыздандыру) тәсілдерінің шартты жіктемелері бар:

механикалық (сүзу, центрифугалау)

термиялық (тұндырып қыздыру, ыстық сумен жуу)

электрлік (электромагниттік өрісте өңдеу)

химиялық (реагент – деэмульгаторлармен өңдеу)

Сонымен қатар, эмульсияларды бұзу үшін ультрадыбыстық және акустикалық тербелістермен өңдеу әдісін де қолданады. Әр түрлі әдістерді біріктіріп те пайдаланады.

Деэмульсация процесінің негізгі үш кезеңін былай көрсетуге болады:

I – сыртқы «бронды» қабықшаларды бұзу

II – тамшыларды ірілендіру

III – фазаларды айыру

Бірінші кезеңде, эмульсияны бұзудың негізгі және ең әмбебап түрі – химиялық реагент – деэмульгаторлардың әсері болып табылады. Кейбір жағдайларда қыздыру немесе қарқынды араластыру әсерінен сыртқы қабықшаларды әлсіретуге немесе бір бөлігін бұзуға болады. Қабықшалардың бір бөлігін электростатикалық және электромагниттік (өнеркәсіптік жиіліктегі) өрістерді қолданып бұзуға болады. Жоғары және аса жоғары жиіліктегі тербелістерді қолдану күрделі қондырғыларды қажет етеді және ол қазіргі кезде әлі қолданыс тапқан жоқ.

Екінші кезеңде, маңызды және болашағы бар тәсіл – электр өрісін пайдалану (электродегидраторлар) арқылы су тамшыларын ірілендіру болып табылады. Сондай-ақ, эмульсияларды су қабатында шаю әдісі де кең тараған, бұл процестің жақсы жүруі көбінесе тесілген құбырлар-маточниктер арқылы сұйық ағынының біркелкі таралуымен анықталады. Магниттік өрісті (яғни импульсті аса күшті магниттерді) қолдану шарасы - қондырғылардың күрделігіне байланысты тежеліп тұр.

Үшінші кезеңдегі негізгі процесс - бұл гравитациялық тұндыру болып табылады. Соңғы жылдары тұндырғыштардың жоғары өнімді конструкциялары шықты, олар сыйымдылықтардың тиімді көлемін толық пайдалануға және эмульсиялық жүйелердің физикалық-химиялық қасиеттерін ескеруге мүмкіндік береді. Құрамында механикалық қоспалары едәуір мөлшерде көп болатын эмульсияларды өңдеу үшін центрифуга әдісін қолдану тиімді болып табылады.