11. Методы ликвидации гидратных пробок
Выбор методов ликвидации гидратов опр-ся местом их накопления, кол-вом и характером гидратной пробки, составом гидрата, а также имеющимися средствами ликвидации.
При частичной закупорке, при ликвидация гидратов используют Г для транспорта ингибитора или теплоносителя и для выноса продуктов разложения гидрата. Полное перекрытие осложняет ликвидацию гидратов, т. к. требуется постоянное удаление жидкой воды и обновление свободной поверхности разложения гидратов.
Общие требования к проведению работ по ликвидации гидратов
1. Для предотвращения полной закупорки сечения необх-м постоянный контроль за работой оборудования (давление). При увеличении Р > чем в 2 раза следует выяснить причину нарушения режима.
2. При установлении места образования гидратной пробки в первую очередь надо нарушить сплошность гидратов: подогревом ГПр-а, подачей ингибитора и т.д. Сплошную гидратную пробку необх-о разрушить с ее крыльев. Нельзя подогревать или вводить ингибитор в сплошное тело пробки, т. к. разложение гидрата в замкнутом объеме может привести к резкому локальному росту Р и разрыву трубопровода.
3. При ликвидации гидратов при t0 o С, снижение Р на участке с гидратами следует проводить только после подачи соответствующего кол-ва теплоносителя или ингибитора, чтобы исключить снижение t-ры до 0 o С, исключить замерзание воды.
4. При ликвидации гидратов любым методом, связанным с накоплением воды вместо гидратов, следует удалить воду из участка ГПр-а. При этом воду необх-о отбирать из нижней части ГПр-а на участке с минимальной отметкой.
Метод снижения Р
Этот метод один из Наиболее доступных методов ликвидации накопившихся гидратов, к-й проводится при отключенном с двух сторон участке. При этом давление на участке снижается до атмосферного за счет выпуска Г в атмосферу.
С уменьшением Р в системе, содержащей гидрат и нек-е кол-во свободной воды при положительных t-рах, начинается диссоциация гидрата с поглощением тепла. Энергия, необх-ая для разложения гидрата отбирается от окружающей среды и, в первую очередь, от грунтовой воды, что сопровождается понижением t-ры воды. В тот момент, когда t-ра системы достигает 0 о С, необх-ая энергия для диссоциации гидрата обеспечивается за счет тепла, выделяющегося при замерзании свободной воды, и воды, выделившейся из гидрата при снижении его t-ры от начальной до 0 о С.
Метод повышения t-ры гидрата
Разрушение гидрата в ГПр-е может быть проведено за счет теплоносителя, передающего необх-ого кол-ва тепла.
Конечная t-ра воды после разложения гидрата д. б. > 0 o С. Начальная t-ра воды:
где L1 – теплота пр-са г/о при положительных t-рах, кДж/моль; Мh – мол-лярная масса гидрата; Сh – теплоемкость гидрата; to – начальная t-ра гидрата; Св – теплоемкость воды Св=4,18 кДж/(кг о С)
Коэффициент краткости воды:
где mв, mh – соответственно масса воды и гидрата.
Порядок проведения работ методом повышения t-ры гидрата следующим.
1) Обязательно отключают участок ГПр-а с двух сторон;
2) В участок с гидратом закачивают расчетное кол-во воды;
3) Снижают Р участка до Ратм. При наличии сплошной гидратной пробки подают воду и снижают Р с двух сторон гидратной пробки;
4) Удаляют воду из ГПр-а после снижения Р до Ратм и разложение гидратов
5) Проводят пр-сы подачи воды, разложение гидрата и удаление воды из ГПр-а в зимнее время в кротчайшие сроки.
Использование ингибиторов для полного разложения гидрата
Это один из наиболее интенсивных методов ликвидации гидратов в системах добычи и транспорта Г. При этом разрушение гидратов проводят без длительной выдержки ГПр-а после подачи ингибитора. Ингибитор подают при снижении Р до Ратм.
t-ра вводимого раствора ингибитора:
Коэффициент кратности вводимого раствора по отношению массы раствора ингибитора к массе гидрата mh:
Теплоемкость раствора ингибитора:
где Си – теплоемкость чистого ингибитора, кДж/(кг о С); Wо – начальная массовая концентрация ингибитора, %.
Конечную t-ру tк в уравнении (3) принимают не ниже t-ры замерзания раствора ингибитора, определяемой по уравнения (6) или кривыми на рис. 4, 5.
где а, в – постоянные величины для данного ингибитора.
Конечная концентрация ингибитора после разложения гидрата: Wкон=Wo/(1+/Кр) (7)
где n – отношение числа мол-л воды к числу мол-л Г в моле гидрата.
Приведенные графики могут быть использованы для опр-ия необх-ого кол-ва ингибитора при заданном знач-и его начальной t-ры или необх-ой t-ры раствора при выбранном знач-и коэффициента кратности.
12. Мех-м пар-низации
Пар-ны могут откладываться за счет: 1) возникновения и роста кристаллов пар-на на пов-ти трубы; 2) сцепления с поверхностью образовавшихся в потоке частиц твердой фазы. Для понимания мех-ма накопления пар-нов нужно выяснить: 1) влияние природы поверхности материала оборудования на силы сцепления, возникающие м/у кристаллами и поверхностью; 2) влияние изменения гидродинамических пар-ров на отложение пар-нов при движении у/в-го сырья; 3) влияние воды, АСПО, мех. примесей, растворимых легких УВ, пузырьков Г, сернистых соединений, t-ры и давления, состава твердых пар-нов; 4) накопление пар-новых отложений как в начальном периоде, так и в последующем, осуществляемое в основном за счет возникновения и роста кристаллов пар-на непосредственно на поверхности и образовавшейся смоло-пар-новой прокладке; 5) скопление кристаллов пар-на при снижении растворяющей способности, образующие на любой поверхности; 6) сдвиг пар-новых отложений с поверхности, предшествующих их срыву.
Пр-с образования пар-новых отложений на стенках труб при движении у/в-го сырья сопровождается адсорбцией, кристаллизацией, коагуляцией, сокристаллизацией пар-нов и др.
Пр-с адсорбции относится к поверхностным явлениям, протекающим на границе раздела соприкасающихся фаз: ж-ть – твердое тело. В результате адсорбции на поверхности твердого тела формируется слой мол-л и атомов, способных удерживаться на ней. При этом справедлив ряд закономерностей:
1) чем лучше среда растворяет адсорбтив, тем хуже идет пр-с адсорбции;
2) чем больше теплоты выделяется при смачивании твердой поверхности средой, тем хуже идет пр-с адсорбции растворенного вещества;
3) преимущественно адсорбируется то вещество, к-е на границе раздела фаз в большей степени выравнивает разность полярностей контактирующих фаз.
Сила взаимодействия контактирующих фаз max для полярных веществ и минимальна для неполярных. Пар-н относится к неполярным веществам. Ориентация неполярных мол-л на поверхности металлов ввиду малой энергии их связи нарушается механическим воздействием или тепловым движением и становится возможной миграция ад-ных мол-л на поверхности ад-та.
Адсорб-но активными при контакте у/в-го сырья с твердой фазой являются смолы, асфальтены, нафтеновые кислоты. Однако в отличие от нефти, присутствие в у/в-ых к-тах указанных комп-тов незначительно, поэтому и влияние их на пр-с ад-и гораздо слабее.
Основные факторы, влияющие на пр-с пар-низации
t-ра оказывает наибольшее влияние на равновесие ж-ть – твердая фаза. Растворимость пар-на сильно зависит от t-ры и уменьшается с увеличением t-ры плавления пар-новых фракций.
Уменьшение интенсивности отложения пар-на может быть достигнуто за счет увеличения ск-ти потока, либо за счет снижения критического напряжения пар-на на границе с потоком жидкости(n–n) или критического напряжения пар-на на границе со стенкой трубы (n–т).
В начале с ростом ск-ти потока при сохранении ламинарного режима течения интенсивность запар-нирования возрастает, а достигнув максимума, начинает снижаться.
B=Boe –10,2 (Q/x 3 ) 0,363 (Px 2 ) 0,51 (t/to) 1,38 (x 3 /Bo) 0,045 (D/x) 0,078 (турб. режим)
B=Boe –1,19 (Q/x 3 ) 0,016 (Px 2 ) 0.,4 (t/to) 10,66 (x 3 /Bo) 0,23 (D/x) 1,64 (ламин. режим)
где В, Во – кол-во пар-на, отложившегося в трубопроводе и содержащегося в растворенном состоянии соотв-но; t, tо – t-ра потока в рассматриваемом сечении и окружающей среды соответственно; – время пар-низации; Р – потеря давления в трубопроводе; – плотность пар-носодержащего продукта; D, х – и расстояние до соответствующего сечения соотв-но; Q – производительность трубопровода.
Режим потока у/в-го сырья влияет на интенсивность пар-ноотложений. Отложения пар-на увеличиваются при структурном режиме с ростом критерия Rе, а при турбулентном – с уменьшением знач-я Re. В формировании пар-на большую роль играют Г-овые пузырьки, к-е транспортируются с потоком у/в-го сырья. Мол-лы воды, очевидно, являются центрами кристаллизации и способствуют агрегированию частиц пар-на с образованием гетерогенной системы ниже t-рных характеристик у/в-го к-та.
Сравнительный анализ различных методов борьбы с пар-ноотложениями
Использование различного рода присадок по сравнению с другими способами позволяет 1)облегчить пуск к-топровода; 2) уменьшить или полностью исключить смешивание пар-нистого и непар-нистого у/в-го сырья для снижения t-рных хар-к; снизить запар-нивание всего технол-го оборудования; сохранить при транспорте у/в-го сырья тугоплавкие пар-ны.
Применение присадок решает проблему на всем пути сырья от скв-ны до перерабатывающего завода. Несмотря на применение узла приготовления раствора и высокую стоимость присадок, они Наиболее выгодны и эффективны.
Широкое применение на нек-х мест-ях нашли реагенты – растворители (частичное растворение или диспергирование отложений и последующее их разрыхление, из-за чего отложения становятся подвижными и могут выносится потоком сырья).
Для удаления АСПО исп-ся различные растворители (горячая нефть, Г-овый к-т, ароматические углеводороды), но они малоэффективны при большом кол-ве отложений.
Хорошие результаты получены при использовании бутил-бензольной фракции (ББФ).
В промышл. усл-х используют также спирты керосин.
Одним из факторов, обуславливающих образование пар-ноотложений, является выкристаллизовывание твердой фазы из насыщенного раствора у/в-го сырья при изменении t-ры, образование и накопление кристаллов пар-на приводит к агрегированию, и в результате образовавшиеся кристаллы откладываются на поверхности оборудования. По-видимому, это связано с появлением центров кристаллизации, образовавшихся в насыщенном растворе у/в-го сырья при снижении t-ры. Для предупреждения этого явления используются вещества, замедляющие пр-с кристаллизации пар-на (депрессаторы, модификаторы).
Основным достоинством модификаторов является удержание пар-на в диспергированном состоянии на всем пути движения жидкости от забоя скв-ны до перерабатывающего завода.
Источник
Жидкостные и гидратные пробки в газопроводах. Методы предотвращения образования. Удаление пробок.
Накопление жид-ти в трубопроводах-один из осн. факторов, снижающих пропускную способность газосборной сети, с также усиливающих внутр. коррозию труб. Источником накопления жид-ти может быть капельная жид-ть (вода и конденсат), поступающая из скв-н вместе с газом, конденсат воды и тяжелых УВ, образующийся при снижении т-ры газа при его движ-и по труб-ду, а также жид-ть, уносимая потоком газа из спараторов. Интенсивность накопления жид-ти зависит от скорости движ-я газа и профиля трассы труб-да. На нисходящих и горизонт. уч-ках трассы жид-ть движется в виде пленки по стенкам трубы. Наличие жидкой пленки значит. увеличивает гидравлич. сопр-я газ. потока. С увеличением скорости газа толщина жидкой пленки уменьшается, а при опр. скоростях (5-10 м/с) жидкая пленка начинает разрушаться. Наибольшее кол-во жид-ти скапливается на восходящих участках, образуя гидравлич. затвор, частично или полностью перекрывающий сечение трубы. При низких скоростях газа (близким к нулю) восходящие уч. со временем практически полностью заполняются жид-тью. Рассмотренный механизм влияния скоплений жид-ти на пропускную способность труб-дов практически не зависит от кол-ва поступающей жид-ти. Д/обеспечения нормальной работы труб-дов при наличии в газе капельной жид-ти необходимо проводить мероприятия, направленные на предотвращение «жидкостных пробок» или предусматривающие периодическое удаление скоплений жид-ти.
Предупредительные меры осуществляются путем:
1) выбора оптимального режима работы труб-да, обеспечивающего необходимую скорость газа; 2)выбора трассы труб-да с наиболее ровным рельефом; 3)непрерывной или периодической подачи в труб-д ПАВ; 4)автоматического сброса жид-ти в спутник-конденсатопровод или в конденсатосборники.
Периодическое удаление скоплений жид-ти проводится за счет: 1)продувки газа в атмосферу; 2) пропуска зачистных устройств типа механич. разделителей.
Оптимальный режим работы г/да соотв. скорости 5-10 м/с. Это усл-е можно выполнить путем правильного выбора диам-ра труб-да. Конденсатосборники устанавливают в местах наибольшего скопления жид-ти. Природный газ представляет собой многокомпонент. с/с, которая дает смешанные гидраты, более устойчивые, чем гидраты инд. газов. Усл-я обр-я гидратов – полная насыщенность газа парами воды, а также соотв. т-ра и давление, также это может быть высокая скорость и турбулентность потока, пульсация, резкие повороты, и вообще все факторы способствующие перемешиванию газового потока. Осн. факторами явл. давление, т-ра и содерж-е воды в газе. Вероятность обр-я гидратов увеличивается с повышением давл-я и снижением т-ры.
Самая неприятная особенность гидратов – их способность образовываться при тем-рах значит выше нуля. Они могут обр-ся на всем пути движения газа к забоям скв-ны до пункта сбора газа. При этом обр-ся гидратные пробки, которые частично или полностью перекрывают сечение трубы, вызывая серьезные затруднения при добыче и транспорте газа. Д/предупреждения образования гидратов в потоке газа и ликвидации гидратных пробок необходимо устранить хотя бы одно из усл-ий существования гидратов. Этого можно достичь понижением т-ры газового потока, снижением влажности газа, т.е. уменьшением парциального давления паров воды и изменением состава газа путем добавки тяжелых негидратообр-щих УВ.
Понижение давления можно снижать 3 способами: 1.отключить уч. г/да, где обр. пробка и с2-ч сторон ч/з продувочные свечи сбросить газ в атмосферу; 2. перекрыть лин. кран с одной стороны и сбросить в атм. газ, заключенный м/у пробкой и одним из перекрытых кранов; 3. отключить уч. г/да с обеих сторон гидратной пробки и сбросить газ в атм., заключенный м/у пробкой и одним из перекрытых кранов. Наилучший рез-т при 1 методе, хотя потери газа велики.
Подогрев газа до т-ры, при которой начинается разложение гидратов, применяют как д/предупр-я обр-я, так и д/разложения уже существующих. Газ подогревают в теплообменниках горячей водой, паром, откр. огнем или в печах с бесплам. горением.
Способ предотвр-я прилипания гидратов к стенкам труб очень перспективный. Д\этого в поток газа вводятся нефтепродукты или ПАВ (ИНХП-9 ОП-20 и др), в рез-те чего на стенках труб обр-ся гидрофобная пленка и рыхлые гидраты уносятся с газом.
Вн/в применяют разл. ингибиторы (метиловый спирт или метанол), которые вводят в поток газа без изменения Р и Т.
Источник
