Очистка газа на ГРС

Газ из магистрального газопровода поступает в городские, поселковые и промышленные системы газоснабжения через ГРС, где производится следующие основные операции: очистка газа от механических примесей; при необходимости – подогрев газа; снижение давления и автоматическое поддержание его на заданном уровне; распределение газа по потребителям; измерение количества газа.

В зависимости от расхода газа и давления его на входе ГРС для очистки газа применяют висциновые, вертикальные масляные, мультициклонные и циклонные пылеуловители. Согласно действующим нормам масса механических примесей в 1 м³ природного газа не должна превышать 1 г.

На ГРС применяют висциновые пылеуловители больших диаметров =500, 600, 700 и 1000 мм. Расчёт пропускной способности Q, м³/ч, производится по допустимой скорости газа на полное сечение внутренней полости корпуса, которая с учётом входного давления не должна превышать 1 м/с

(1.1)

где - площадь расчётного сечения пылеуловителя, м²; Р_а - абсолютное давление газа перед пылеуловителем, МПа; W_K - допустимая скорость газа в корпусе, м/с.

В состав масляной очистки ГРС чаще всего могут входить пылеуловители с =1000, 1600 или 2400 мм. Пропускная способность масляного пылеуловителя определяется по формуле:

, (1.2)

где Q_m - максимальная пропускная способность при рабочих условиях, м³/ч; D - внутренний диаметр пылеуловителя, м; Р - давление газа, МПа; р_ж и р_г - плотности смачивающей жидкости и газа при рабочих условиях, кг/м³; Т - температура газа, К.

Мультициклонные и циклонные пылеуловители - это аппараты цилиндрической формы с встроенными в них циклонами. Качество очистки повышается с уменьшением диаметра циклона. Поэтому созданы батарейные циклоны, объединяющие в общем корпусе группу циклонов малого диаметра ( =60, 80, 100, 150, 200 и 600 мм).

Диаметр циклонного элемента определяют по формуле

(1.3)

где Q - расход газа в тыс.м³/ч; р₀ и Т₀ - параметры газа в нормальных условиях; Р и Т - давление и температура газа на входе пылеуловителя, К; z - коэффициент сжимаемости газа; ∆Р - потери давления газа в пылеуловителе, МПа (∆P_ном = 0,039 и ∆Р_макс = 0,05 МПа).

Потери давления в циклонном пылеуловителе определяются по формуле.

, (1.4)

где W_n - скорость газа во входном патрубке, м/с (до 11 м/с); р_р - плотность газ в рабочих условиях, кг/м³; - коэффициент сопротивления, отнесённый к входному сечению и зависящий от соотношения площадей сечения выходного и входного патрубков.

Блок очистки газа

Блок очистки газа на ГРС позволяет предотвратить попадание механических примесей и конденсата в оборудование, в технологи­ческие трубопроводы, в приборы контроля и автоматики станции и потребителей газа. Импульсный и командный газ автоматического регулирования и управления должен быть осушен и дополнительно очищен.

Для очистки газа на ГРС применяют пылевлагоулавливающие устройства различной конструкции, обеспечивающие подготовку газа в соответствии с действующими нормативными документами по эксплуатации. Главное требование к блоку очистки газа — авто­матическое удаление конденсата в сборные емкости, откуда он по мере накопления вывозится с территории ГРС

Этот блок должен обеспечить такую степень очистки газа, когда концентрация примеси твердых частиц размером 10 мкм не должна превышать 0,3 мг/кг, а содержание влаги должно быть не больше величин, соответствующих состоянию насыщения газа.

Наибольшая трудность при очистке газа - образование гидратов углеводородных газов: белых кристаллов, напоминающих снегооб­разную кристаллическую массу. Твердые гидраты образуют метан (их формула 8СН₄•46Н₂О или СН₂•5,75Н₂О) и этан (8С₂Н₆•46Н₂О) или С₂Н₆•5,75Н₂О); пропан образует жидкие гидраты (8C₃H₈•136H₂O или С₃Н₈17Н₂О). При наличии в газе сероводорода формируются как твердые, так и жидкие гидраты.

Гидраты — нестабильные соединения, которые при понижении давления и повышении температуры легко разлагаются на газ и воду. Они выпадают при редуцировании газа, обволакивая клапаны регуляторов давления газа и нарушая их работу. Кристаллогидраты откладываются и на стенках измерительных трубопроводов, особенно в местах сужающих устройств, приводя тем самым к погрешности измерения расхода газа. Кроме того, они забивают импульсные трубки, выводя из строя контрольно-измерительные приборы (КИП).

На ГРС предусмотрена одноступенчатая очистка газа. От ме­ханических примесей и конденсата природный газ очищают с по­мощью газосепараторов по ОСТ 26—02645—72 (с полыми скруб­берами или с насадками) типа ГС-11-64, ГСР-64, ГЖ-64. Насадки в скрубберах применяют сетчатые, жалюзийные и из колец Рашига. На монтажной площадке ГРС устанавливают не менее двух газо­сепараторов, работающих параллельно. Скорость движения газа в них не должна быть более 0,5—0.6 м/с. Газосепараторы подбирают с таким расчетом, чтобы при остановке одного из них, скорость газа в работающем не превышала 1 м/с. Газосепараторы должны быть теплоизолированы и установлены на отдельных фундаментах. Расстояние между ними — не менее их диаметра с теплоизоляцией.

Очистка газа от механических примесей и конденсата в газосе­параторе происходит за счет:

1) изменения направления движения газа на 180°;

2) снижения скорости движения газа до 0,5—0,6 м/с. В этом случае V_B < V_0, (где V_B — скорость витания механических частиц в газосепоре; V₀ — скорость оседания механических частиц в газосепараторе);

3) движения газа в насадке, где отбиваются (выделяются) ме­ханические примеси и капли конденсата, которые падают на кони­ческое дно газосепаратора. Как показывает практика, наименьший каплеунос конденсата происходит в газосепараторах с сетчатыми насадками.

Газовый конденсат и механические примеси скапливаются на дне газосепаратора. По мере накопления происходит автоматический сброс конденсата в подземную емкость при помощи дифференци­ального уровнемера жидкостного пневматического (ДУЖП), уста­новленного на газосепараторе, и регулирующего клапана непрямого действия типа Кр-50-64-ВО, где Кр — тип клапана, 50 — условный диаметр клапана, мм; 64 — условное давление, кгс/см²; ВО — газ (воздух) открывает. В отапливаемом помещении устанавливают два регулирующих клапана типа Кр, один из которых является рабочим, а другой — резервным.

Основные узлы клапана — мембранно-пружинный привод и двухседельное дроссельное устройство. Мембранно-пружинный при­вод клапана питает газ давлением 1 — 1.2 кгс/см², расход газа 0,5 — 0,6 м³/ч. Когда уровень газового конденсата в газосепараторе поднимается до верхнего допустимого уровня, срабатывает ДУЖП и через реле мембранно-пружинный привод под действием давления газа перемещается вниз, открывая клапан для прохода конденсата и подземную емкость. Уровень газового конденсата в газосепараторе опускается до нижнего допустимого. При этом через реле подается сигнал на прекращение подачи газа на клапан Кр-50-64-ВО и мембранно-пружинный привод под действием пружины перемеща­ется вверх, закрывая клапан для пропуска конденсата из газосе-паратора в подземную емкость.

Для автоматического сброса из газосепаратора в подземную емкость уловленного конденсата применяют регулирующие клапаны непрямого действия типов К (рис. 6) 25с48нж. 25с50нж вида ВО (воздух открывает). При подаче командного давления (газа) на мембрану исполнительного механизма клапан открывается.

Регулирующие клапаны состоят из регулирующего органа (кла­пана) и мембранно-исполнительного механизма (МИМ). Перемеще­ние золотника относительно седла клапана осуществляется под действием командного газа на мембрану исполнительного механизма, который соединен с золотником посредством штока. Если командного газа на МИМ уве­личивается, мембрана опуска­ется, пружина сжимается и шток с золотником опускается, открывая проходное сечение седла клапана для сброса кон­денсата из газосепаратора в подземную емкость. Из подзем­ной емкости конденсат перека­чивается в передвижную над­земную емкость для дальнейшей транспортировки.

Рис. 6. Клапан регулирующий стальной типа К. Положение золотника в клапане: а — вида ВЗ. б — вида ВО. 1 — мембрана: 2 — мембранный диск: 3 — на­гружающая пружина: 4 — сальник: 5 — смазочное устройств: 6 —золотник: 7 — нижняя крыш­ка: 8 — корпус клапана: 9 — седловое кольцо: 10 — верхняя крышка: 11 — шток: 12 — контр­гайка: 13 — соединительная втулка.

По мере накопления конденсата в подземной емкости он пере­качивается насосом топливозаправочной колонки в автомобильную цистерну и вывозится для дальнейшего использования.

Кроме газосепараторов ОСТ 26—02645—72 для очистки газа применяют пылеуловители мультициклонные (рис. 1 и 2) Эффек­тивность очистки в них зависит от дисперсного состава механических примесей в газе, скорости газа в циклонах, прилипаемости и влажности механических частиц и ряда других величин.

Мультициклонный пылеуловитель представляет собой сосуд, внутренняя полость которого разделена на три части: верхнюю, свободную от каких-либо устройств; среднюю, где находятся циклонные элементы; и нижнюю, где собираются конденсат и механи­ческие примеси.

Рис. I. Пылеуловитель мультициклонный. 1-муфта; 2 - люк для чистки: 3. 4 — дренажи: 5 — штуцер автоматического сброса конденсата; 6 - штуцер датчика уровня жидкости: 7 — циклонный элемент: 8 — переливная труба Ø18x2.

Рис. 2. Циклонный элемент. 1.3 — трубы.

Очищаемый газ поступает в среднюю часть мультициклона. Через вихревые устройства циклонов газ поступает в нижнюю часть мультициклона, где происходит оседание всех примесей. Газ, освобожденный от частиц пыли и жидкости, проходит по внутренним трубкам циклонов, попадает в верхнюю часть и далее направляется в газопроводы.

Мультициклоны можно оборудовать установкой автоматического сброса конденсата в подземную сборную емкость. Мультициклоны эффективно очищают газы, содержащие сухие механические примеси. Очистка в мультициклонах природных газов от механических примесей и конденсата малоэффективна, так как они быстро забивают конусную часть циклонных элементов, при этом образуя наросты и даже пробки. Циклонные элементы выходят из строя, нарушая аэродинамику мультициклона. Поэтому мульти­циклоны приходится часто останавливать для чистки и промывки циклонных элементов. Эта работа трудоемкая и требует больших эксплуатационных затрат.

На ГРС малой пропускной способности для очистки газа от механических примесей применяют висциновые фильтры (рис. 3).Такой фильтр состоит из корпуса, внутри которого смонтирована кассета (насадка), заполненная кольцами Рашига. Эти кольца бы­вают металлические и керамические. В основном применяют ме­таллические размером 15x15x0,5 мм. Кольца Рашига смазывают висциновым маслом по ГОСТ 7611—55 (60% цилиндрового масла плюс 40 солярового).

Принцип работы висцинового фильтра следующий: частички механических примесей, попадая с потоком газа в фильтр, проходят через смоченные висциновым маслом кольца Рашига, меняя свое направление, и прилипают к поверхности колец.

Рис. 3. Висциновый фильтр D_у 700 (DуЗОО). 1 — патрубок входной; 2 — корпус фильтра; 3 — перфорированная сетка: 4 - люк эагрузочный. 5— засыпка (мелкие металлические или керамические кольца 15x15 мм): 6 — штуцер: 7 — патрубок выходной: 8 — люк разгрузочный: 9 — отбойный лист.

Как только перепад давления газа на входе в фильтр и на выходе из него возрастает, что свидетельствует о загрязненности насадки, кольца фильтра очищают паром, промывают содовым раствором, после чего их смазывают чистым висциновым маслом.

Процесс очистки и восстановления работоспособности висцинового фильтра весьма трудоемок, так как осуществляется вручную. Частые очистка и восстановление работоспособности фильтра oбycловлены тем. что масляная активная пленка с колец Рашига быстро растворяется и смывается конденсатом, находящимся в природном газом.

Висциновые фильтры предназначены для очистки газа только от механических примесей, так как их конструкция не позволяет оборудовать фильтры автоматическим сбросом конденсата в под­земную емкость.

На некоторых ГРС для очистки газа используют пылеуловители масляные (рис. 4) с внутренними диаметрами 1000, 1200, 1400, 1600 мм. Число устанавливаемых на ГРС пылеуловителей зависит от расхода газа, но их должно быть не менее двух.

Пылеуловители масляные состоят из трех секций: нижней, про­мывочной, в которой все время поддерживается постоянный уровень солярового масла. Средней, осадительной, где газ освобождается от взвешенных частиц солярового масла. Верхней, отбойной, или скрубберной, где и происходит окончательная очистка газа. В нижней секции размещена насадка из пучка трубок, верхние концы которых закреплены в решетке. Нижние концы трубок открыты и имеют 16 продольных прорезей-щелей. Расстояние между концами трубок и поверхностью солярового масла 25—30 мм. Средняя секция пылеуловителя свободна от элементов конструкции, В верхней секции расположена скрубберная насадка, состоящая из жалюзийных лис­тов с волнообразным профилем или металлической сетки, которые образуют лабиринт для прохода газа.

Газ через газоподводящий патрубок поступает в нижнюю секцию, ударяется об отбойный козырек и изменяет направление движения. Наиболее крупные взвешенные механические частицы падают в нижнюю часть пылеуловителя, заполненную маслом. Затем газ проходит над поверхностью масла, далее через пучок труб и через открытые нижние концы их, а также через прорези.

Далее по контактным трубкам газ поступает в среднюю, оса­дительную, секцию, где его скорость резко снижается. В результате чего механические частицы и капельки масла оседают на раздели­тельную сетку в виде шлама и по дренажным трубкам стекают в нижнюю секцию. Средняя скорость газа в свободном сечении средней секции 0,5—0,6, в контактных трубках 2,5—3,0 м/с.

Из средней секции газ поступает в верхнюю, отбойную, где за счет изменения направления своего движения на 90° и наличия скрубберной насадки происходит дальнейшая очистка газа. Капель­ки солярового масла и мелкие механические частицы по специальным дренажным трубкам стекают в нижнюю секцию.

Очищенный газ из пылеуловителя через выходной патрубок направляется или в блок подогрева, или в блок редуцирования. Загрязненное масло из нижней секции продувкой периодически удаляется по трубке для слива грязного масла в сборную емкость. Свежая порция масла заливается в пылеуловитель по специальной трубе для заполнения.

Дли очистки газа используют соляровое масло марки Л, имеющее следующие показатели: температура, ° С: застывания —20°. вспыш­ки — не ниже 125; кинематическая вязкость по Энглеру 1,39— 1.76 ^о ВУ. Для очистки и осушки командного газа для редуктора ВР-1 до остаточной относительной влажности 2—3% при температуре окружающего воздуха 16—20° С применяют фильтр-осушитель (рис. 5). Онсостоит изкорпуса (трубы диаметром 500 или 700 мм), 3/4 объема которого заполнены влагопоглотителем (цеолитом или силикагелем), размещенным в верхней части, между двумя сетками и двумя решетками. Нижняя часть незаполненного объема фильтра предназначена для сбора конденсата, который периодически сли­вается через дренажный штуцер.

Рис 4 Масляный пылеуловитель. 1 - трубки для слива грязного масла; 2 — люк. 3 — трубка для слива грязного масла в сборную емкость: 4 —трубка для налива масла. 5 — уровнемер; б — насадка из пучка труб: 7 — разделительная сетка. 8 - предохранительный клапан: V — скрубберная насадка: 10 - трубки для стока загрязненного масла в нижнюю часть пылеуловителя. 11 — отбойный козырек	Рис. 5. Фильтр-осушитель. 1 — корпус: 2 — сетки: 3 — крышка: 4 — решетки; 5 — прокладка уплотнительная: 6 — распорное кольцо: 7 —штуцер слива конденсата.

Принцип действия фильтра-осушителя основан на способности влагопоглотителя поглощать большое количество влаги при малом объеме.