В статье рассмотрен принцип действия 3s сепаратора, эффективность его применения в технологии низкотемпературной сепарации и его преимущества в сравнении с обычным сепаратором.
Ключевые слова: сепарация, газ, газоконденсат, сверхзвуковой, низкотемпературная., осушка.
Для подготовки природного газа, который идет вместе с конденсатом и водометанольным раствором обычно используют технологию низкотемпературной сепарации, где низкотемпературная сепарация (НТС) происходит за счёт эффекта Джоуля-Томпсона. Однако данная технология уже не отвечает задачам снижения капитальных и эксплуатационных затрат при строительстве и обустройстве месторождений.
3S сепаратор — это низкотемпературный сепаратор принцип действия которого основан на сверхзвуковых скоростях, принципиальная схема на рис. 1. 
Рис. 1. Принципиальная схема 3S сепаратора: 1 — закручивающие устройство, 2 — сверхзвуковое сопло, 3 — рабочая секция, где происходит сепарация, 4 — отводы для жидкости, 5 — сверхзвуковой и дозвуковой диффузоры
На вход подается поток сырого газа, который может содержать до 20 % жидкости по массе, на выходе имеется два потока, первый это полностью подготовленный природный газ, второй это газожидкостная смесь, обогащенная водой и углеводородами С5+.
Входящий поток закручивается в насадке 1 с центробежной силой более 100G и попадает в сопло 2, где его давление и температура снижается, но резко возрастает скорость. Из-за сильного снижения температуры из природного газа выпадают капли жидкости. Увеличение объема выпадающей жидкости продолжается в рабочей секции 3, где создается пограничный слой, состоящий преимущественно состоящий из жидкости, центральный поток состоит из очищенного газа. Далее поток подготовленного газа проходит диффузоры 4, где гасится скорость и возрастает давление.
3s сепарация сопровождается такими сложными процессами как:
- Эффект Джоуля-Томпсона, охлаждение газа из-за адиабатического расширения.
- Выпадение капельной жидкости в поле центробежных сил.
- Создание двухфазной пограничной среды на поверхности сверхзвукового сопла.
В сверхзвуковом сепараторе жидкость выпадает в условиях низкой температуры при снижении давления в сверхзвуковом сопле, обеспечивая более эффективную сепарацию чем при использовании стандартной низкотемпературной сепарации. [1]
В сравнении с обычной низкотемпературной сепарацией сверхзвуковая имеет такие преимущества как:
- Снижение точки росы по воде и углеводородам, увеличение удельного выхода нестабильного газоконденсата;
- Предотвращение безвозвратных потерь конденсата из-за уноса вместе с газом из последнего низкотемпературного сепаратора.
Главные преимущества сверхзвукового сепаратора:
- Низкая металлоёмкость, малогабаритность, размещение в ограниченных условиях;
- Использование 3S сепаратора параллельно с оборудованием НТС;
- Низкие капитальные и эксплуатационные затраты;
В таблице 1 и таблице 2 приводятся сравнительные параметры работы установки комплексной подготовки газа с установкой сверхзвуковой сепарации и без неё. [2] [3]
Таблица 1
Сравнительные характеристики блока НТС для северных месторождений
|
Показатели блока НТС |
Блок НТС |
|
|
с 3S-сепаратором |
без 3S-сепаратора |
|
|
Давление в первичном сепараторе, МПа (абс.) |
12,0 |
12,0 |
|
Температура газа на входе в теплообменник, °С |
7 |
7 |
|
Давление на выходе из блока 3S, МПа (абс.) |
7,6 |
7,6 |
|
Расход газа на выходе из сепаратора 10С-1, м3/ч |
10300 |
10300 |
|
Температура точки росы газа по углеводородам на выходе из УКПГ, °С (при давлении 75 атм) |
ниже -40 |
—21,4 |
|
Температура точки росы газа по воде на выходе из 3S-сепаратора, °С (при давлении 75 атм) |
ниже -25 |
—25,2 |
|
Давление газа на выходе УКПГ, МПа (абс) |
7,5 |
7,5 |
|
Содержание компонентов С5+ в товарном газе на выходе из 3S- сепаратора, г/м3 |
менее 4 |
8 |
|
Содержание капельной жидкости в товарном газе на выходе из 3S- сепаратора, г/м3 |
отсутствует |
1,5 |
Таблица 2
Сравнительные характеристики блока НТС для Киринского месторождения
|
Показатели блока НТС |
Блок НТС |
|
|
с 3S-сепаратором |
без 3S-сепаратора |
|
|
Давление в первичном сепараторе, МПа (абс.) |
10 |
10 |
|
Температура газа на входе в теплообменник, °С |
7 |
7 |
|
Давление на выходе из блока 3S, МПа (абс.) |
7,6 |
7,6 |
|
Расход газа на выходе из сепаратора 10С-1, м3/ч |
10300 |
10300 |
|
Температура точки росы газа по углеводородам на выходе из УКПГ, °С (при давлении 75 атм) |
ниже -30 |
—15 |
|
Температура точки росы газа по воде на выходе из 3S-сепаратора, °С (при давлении 75 атм) |
ниже -25 |
—25 |
|
Давление газа на выходе УКПГ, МПа (абс) |
6,6 |
6,6 |
|
Содержание компонентов С5+ в товарногазе на выходе из 3S- сепаратора, г/м3 |
менее 4 |
9 |
|
Содержание капельной жидкости в товарном газе на выходе из 3S- сепаратора, г/м3 |
0,6 |
1,3 |
Литература:
- Андреев О. П., Минигулов Р. М., Корытников Р. В., Багиров Л. А., Имаев С. З. Технологические схемы УКПГ на основе 3S-технологии для северных нефтегазоконденсатных месторождений // Наука и техника в газовой промышленности. 2009. № 2. С. 4–10.
- Фарахов Т. М., Исхаков А. Р., Минигулов Р. М. Высокоэффективное сепарационное оборудование очистки природного газа от дисперсной среды // Электронный научный журнал “Нефтегазовое дело”. 2011. № 6. С. 263–277.
- Куринов В. В. Анализ эффективности низкотемпературной сепарации на Киринском месторождении: дипл. работа (диссертация магистра технических наук). Тюменский индустриальный университет, Тюмень, 2020.
