Свойства газов, влияющие на технологию их транспорта

Основными свойствами газов, влияющими на технологию их транс­порта по трубопроводам, являются плотность, вязкость, сжимаемость и способность образовывать газовые гидраты.

Плотность газов зависит от давления и температуры. Так как при движении по газопроводу давление уменьшается, то плотность газа снижается и скорость его движения возрастает. Таким образом, в от­личие от нефте- и нефтепродуктопроводов транспортируемая среда в газопроводах движется с ускорением.

Вязкость газов в отличие от вязкости жидкостей изменяется пря­мо пропорционально изменению температуры, т.е. при увеличении температуры она также возрастает, и наоборот. Это свойство исполь­зуют на практике: охлаждая газы после компримирования, добива­ются уменьшения потерь давления на преодоление сил трения в газо­проводах.

Сжимаемость — это свойство газов уменьшать свой объем при уве­личении давления. Благодаря свойству сжимаемости в специальных ем­костях — газгольдерах высокого давления — можно хранить количе­ство газа, в десятки раз превышающее геометрический объем емкости.

 

158 Часть I. Основы нефтегазового дела

Если газ содержит пары воды, то при определенных сочетаниях дав­ления и температуры он образует гидраты — белую кристаллическую массу, похожую на лед или снег. Гидраты уменьшают, а порой и пол­ностью перекрывают сечение газопровода, образуя пробку. Чтобы избежать этого, газ до закачки в газопровод подвергают осушке.

Охлаждение газа при дросселировании давления называется эф­фектом Джоуля-Томсона. Интенсивность охлаждения характеризу­ется одноименным коэффициентом Д., величина которого зависит от давления и температуры газа. Например, при давлении 5,15 МПа и тем­пературе О °С величина Дi= 3,8 град/МПа. Если дросселировать дав­ление газа с 5,15 МПа до атмосферного, его температура вследствие проявления эффекта Джоуля-Томсона понизится примерно на 20 гра­дусов.

3.4.3. Классификация магистральных газопроводов
Магистральным газопроводом (МГ) называется трубопровод, пред­
назначенный для транспортировки газа, прошедшего подготовку из
района добычи в районы его потребления. Движение газа по магист­
ральному газопроводу обеспечивается компрессорными станциями (КС),
сооружаемыми по трассе через определенные расстояния.

Ответвлением от магистрального газопровода называется трубо­провод, присоединенный непосредственно к МГ и предназначенный для отвода части транспортируемого газа к отдельным населенным пунктам и промышленным предприятиям.

Магистральные газопроводы классифицируются по величине ра­
бочего давления и по категориям. Их подробная классификация при­
ведена в главе 8.

3.4.4. Основные объекты и сооружения магистрального
газопровода

В состав МГ входят следующие основные объекты (рис. 3.4.3):

• головные сооружения;

• компрессорные станции;

• газораспределительные станции (ГРС);

• подземные хранилища газа;

• линейные сооружения.

На головных сооружениях добываемый газ подготавливается к транспортировке (очистка, осушка и т. д.). В начальный период раз­работки месторождений давление газа, как правило, настолько вели­ко, что необходимости в головной компрессорной станции нет. Ее строят позднее, уже после ввода газопровода в эксплуатацию.

Глава 3. Транспортировка нефти, нефтепродукте» и газа

159

Рис. 3.4.3. Схема магистрального газопровода: 1 — газосборные сети; 2 — промысловый пункт сбора газа; 3 — головные сооружения; 4 — компрессорная станция; 5 — газораспределительная станция; 6 — подземные хранилища; 7 — магистральный трубопровод; 8 — ответвления от магистрального трубопровода; 9 — линейная арматура; 10 — двухниточный проход через водную преграду

Компрессорные станции предназначены для перекачки газа. Кро­ме того, на КС производится очистка газа от жидких и твердых при­месей, а также его осушка.

Принципиальная технологическая схема компрессорной станции приведена на рис. 3.4.4. Газ из магистрального газопровода (1) через открытый кран (2) поступает в блок пылеуловителей (4). После очист­ки от жидких и твердых примесей газ компримируется газоперека­чивающими агрегатами — ГПА (5). Далее он проходит через аппара­ты воздушного охлаждения — АВО (7) и через обратный клапан (8) поступает в магистральный газопровод (1).

Объекты компрессорной станции, где происходит очистка, ком-примирование и охлаждение, т. е. пылеуловители, газоперекачиваю­щие агрегаты и АВО, называются основными. Для обеспечения их нор­мальной работы сооружают объекты вспомогательного назначения: системы водоснабжения, электроснабжения, вентиляции, маслоснаб-жения и т. д.

Газоперекачивающие агрегаты (ГПА) созданы на основе достиже­ний современной техники и технологии и предназначены для сжатия и обеспечения транспортировки природного газа с заданными техно­логическими параметрами на линейных компрессорных станциях и станциях подземных хранилищ газа (ПХГ).

Рис. 3.4.4. Технологическая схема компрессорной станции с центробежными нагнетателям: 1 — магистральный газопровод; 2 — кран; 3 — байпасная линия; 4 — пылеуловители; 5 — газопере­качивающий агрегат; 6 — продувные свечи; 7 — АВО газа; 8 — обратный клапан

Глава 3. Транспортировка нефти, нефтепродуктов и газа 161

Основные типы ГПА рассмотрены в главе 10. Для подробного изу­чения технических характеристик газоперекачивающих агрегатов ре­комендуем обратиться к специальной литературе.

Необходимость в аппаратах для охлаждения газа обусловлена сле­дующим. При компримировании газ нагревается. Это приводит к уве­личению его вязкости и соответственно затрат мощности на перекач­ку. Кроме того, увеличение температуры газа отрицательно влияет на состояние изоляции газопровода, вызывает дополнительные продоль­ные напряжения в его стенке.

Газ охлаждают водой и воздухом. При его охлаждении водой ис­пользуют различные теплообменные аппараты (кожухотрубные, оро­сительные, типа «труба в трубе»), которые с помощью системы тру­бопроводов и насоса подключены к устройствам для охлаждения воды. Данный способ охлаждения газа используется, как правило, совмест­но с поршневыми газомотокомпрессорами.

На магистральных газопроводах наиболее широкое распростране­ние получил способ охлаждения газа атмосферным воздухом. Для этой цели применяют аппараты воздушного охлаждения (АВО) газа раз­личных типов.

Конструктивно АВО представляет собой мощный вентилятор с диа­метром лопастей 2...7 м, который нагнетает воздух снизу вверх, где по пучкам параллельных труб движется охлаждаемый газ. Для интенси­фикации теплообмена трубы делают оребренными. В качестве при­вода вентиляторов используются электродвигатели мощностью от 10 до 100 кВт.

Достоинствами АВО являются простота конструкции, надежность работы, отсутствие необходимости в предварительной подготовке хладагента (воздуха).

Газораспределительные станции сооружают в конце каждого ма­гистрального газопровода или отвода от него.

Высоконапорный газ, транспортируемый по магистральному газо­проводу, не может быть непосредственно подан потребителям, по­скольку газовое оборудование, применяемое в промышленности и в быту, рассчитано на сравнительно низкое давление. Кроме того, газ должен быть очищен от примесей (механических частиц и конденса­та), чтобы обеспечить надежную работу оборудования. Наконец, для обнаружения утечек газу должен быть придан резкий специфический запах. Операцию придания газу запаха называют одоризацией.

Понижение давления газа до требуемого уровня, его очистка, одори­зация и измерение расхода осуществляются на газораспределительной станции (ГРС). Принципиальная схема ГРС приведена на рис. 3.4.5.

Рис. 3.4.5. Принципиальная схема ГРС: 1 — входной трубопровод; 2 — фильтр; 3 — подогреватель газа; 4 — контрольный клапан; 5 — регулятор давления типа «после себя»; 6 — расходометр газа; 7 — одоризатор; 8 — выходной трубопровод; 9 — манометр; 10 — байпас

Глава 3. Транспортировка нефти, нефтепродуктов и газа 163

Газ по входному трубопроводу (1) поступает на ГРС. Здесь он после­довательно очищается в фильтре (2), нагревается в подогревателе (3) и редуцируется в регуляторах давления (5). Далее расход газа измеряет­ся расходомером (6) и в него с помощью одоризатора (7) вводится одорант — жидкость, придающая газу запах.

Необходимость подогрева газа перед редуцированием связана с тем, что дросселирование давления сопровождается (согласно эф­фекту Джоуля-Томсона) охлаждением газа, создающим опасность за­купорки трубопроводов ГРС газовыми гидратами.

Подземные хранилища газа служат для компенсации неравномер­ности газопотребления. Использование подземных структур для хра­нения газа позволяет очень существенно уменьшить металлозатраты и капиталовложения в хранилища.

Линейные сооружения газопроводов отличаются от аналогичных со­оружений нефте- и нефтепродуктопроводов тем, что вместо линейных задвижек используются линейные шаровые краны, а кроме того, для сбора выпадающего конденсата сооружаются конденсатосборники.

Длина магистрального газопровода может составлять от десятков до нескольких тысяч километров, а диаметр — от 150 до 1420 мм. Боль­шая часть газопроводов имеет диаметр от 720 до 1420 мм. Трубы и ар­матура магистральных газопроводов рассчитаны на рабочее давление до 7,5 МПа.