Газни паст ҳароратли сепарациялаш автоматлаштирилган жараёнининг хавфсиз бошқариш тизимини ишлаб чиқиш

БОБ-2. ГАЗНИ ПАСТ ҲАРОРАТЛИ СЕПАРАЦИЯЛАШ АВТОМАТЛАШТИРИЛГАН ЖАРАЁНИНИНГ ХАВФСИЗ БОШҚАРИШ ТИЗИМЛАР ТАХЛИЛИ.
2.1. Газни паст ҳароратли сепарациялаш жараёнининг технологик схемаси
Газ ва газ конденсати ишлаб чиқариш саноати ўзида қазиб олиш, тайёрлаш, газни йиғиш ва конденсатлаш каби кўп сонли назорат қилинувчи объектларнинг тақсимланган системасини акс эттиради. Газ саноати ривожининг дастлабки даврларида газ таъминотининг асосий манбааси газ таркибида оғир углеводородлари бўлмаган ёки жуда оз бўлган газ конларининг сони ҳисобланган. Ҳозирги вақтда қазиб олинаётган газнинг ярмидан кўпроғи фойдаланишда газ билан бир қаторда кимё саноати учун қимматли хом-ашё ҳисобланувчи суюқ углеводородли фаза – конденсат қазиб олинадиган газконденсати конларига тўғри келади. Газконденсат қатламларининг хусусияти шунда-ки, ер қатлами шароитида конденсат ягона газ фазасидаги углеводород аралашмасидан иборат бўлади .
Газ конденсатини ажратиб олиш ёки газни қуритиш учун гуруҳли йиғиш пунктларида (ГЙП) паст ҳароратли сепарациялаш (ПҲС) қурилмалари ўрнатилади. Бунинг моҳияти шундан иборат-ки, кон қатламларидан чиқаётган газнинг катта босими энергиясидан фойдаланиб, паст ҳароратлар ҳосил қилиш ва газдаги углеводородли конденсат ва сувни бир-биридан тўлиқ ажратишдан иборат. Газ босими етарли даражада юқори бўлганда, дросселнинг самараси ҳисобига унинг ҳароратини камайтириш мумкин. Газни паст ҳароратли сепарациялаш -10 °С ва ундан паст ҳароратда кечади, қурилмаларга эса одатда углеводород гидратлари ҳосил бўлиши учун қулай шароит яратиб берувчи тўйинган нам газ келади [166-168]. Бундай жараён (гидратга айланиш)нинг олдини олиш учун ПҲС қурилмасига келган газ оқимига ингибитор пуркалади, бундай модда сифатида кўпинча диэтиленгликоль (ДЭГ) қабул қилинади. Ингибитор газдаги сувлар таъсирида эриб кетади ва сув буғлари босимини пасайтиради. Ингибиторнинг таъсиридан кейин газдаги гидратлар фақат анча паст ҳароратларда ҳосил бўлиши мумкин, яъни ингибитор гидратлар ҳосил бўлиш ҳароратини пасайтиради. Тўйинган ДЭГ ни регенерация қилиш (ишлатилган ДЭГни қайтадан фойдаланишга яроқли қилиш) ва жараёнга қайтариш мумкин. Бироқ, ПҲС юқори ҳароратларда қайнайдиган углеводородларни тўлиқ ажратиб ололмайди, чунки уларни ажратиш учун жуда паст ҳароратларни ҳосил қилиш керак бўлади. Бундан ташқари, турли конструкциялардаги мавжуд сепараторлар ёрдамида ажралиб чиққан конденсатни тўла ажратиб бўлмайди. Шунинг учун баъзан ПҲС билан биргаликда қаттиқ адсорбент ёрдамида газдаги намлик ва углеводородли конденсатни ютилишига асосланган қисқа циклли адсорбциялаш (ҚЦА) жараёнидан фойдаланилади. Бундай қўшма жараёнларда ПҲС ёрдамида газдаги оғир элементлар ва намликнинг катта қисми ажратиб олинади, ҚЦА ёрдамида эса қолган намлар ва юқори ҳароратларда қайнайдиган углеводородлар ажратиб олинади.
Паст ҳароратли сепарациялаш қурилмаси (ПҲСҚ) нинг намунавий схемаси 4.1-расмда кўрсатилган. Газ технологик қатор бўйлаб биринчи поғонадаги сепаратор С-1 га тушади, унда суюқ фаза ажратиб олинади (қатламнинг суви, унда эриган ингибитор ва суюқ углеводородли конденсат). Газ ва конденсатнинг дросселланган оқимидан совуқликни қайтиши учун тозаланган газ иссиқлик алмашиниш қурилмаси ИАҚ-1 га тушади. Гидратлар ҳосил бўлмаслиги учун иссиқлик алмашини қурилмаларига киришдан олдин газ оқимига моно-диэтилен-гликол ёки метанол пуркалади. Босимлар фарқи (газнинг ортиқча босими) мавжуд бўлганда, иссиқлик алмашиниш қурилмасида совитилган газ кенгайтирувчи қурилма дроссел ёки детандерга тушади. Босимлар фарқи мавжуд бўлмаганда, газ совитиш циклидаги буғлаткичга йўналтирилади. У ерда ташқи совуқлик агенти, масалан, суюлтирилган пропандан фойдаланилади. Газ кенгайтириш қурилмасида ёки буғлаткичда совитилгандан кейин, иккинчи поғонадаги паст ҳароратли сепаратор С-2 га, иссиқлик алмашиниш қурилмаси ИАҚ-2 га, дроссел (турбодетандер)га ва паст ҳароратли сепаратор С-3 га тушади. Кейин, қуриган ва совиган газ хом ашёси совитиш мақсадида яна иссиқлик алмашиниш қурилмалари (ИАҚ-1 ва ИАҚ-2) дан ўтиб магистрал қувурга тушади.

2.1-расм. Паст ҳароратли сепарациялаш қурилмасининг технологик схемаси.

Суюқлик (углеводород конденсати ва эриган метанолли сув) С-1 сепаратордан ажратувчи идиш АИ-1 га тушади. Сув – метанолли эритма (1 %) ажратувчи идиш АИ-1 дан дренажга узатилади (кейин кон қатламига юборилади), конденсат эса иссиқлик алмашиниш қурилмаси ИАҚ-3 да совиганидан кейин паст ҳароратли сепаратор С-3 га келаётган газ оқимига пуркалади. Иссиқлик алмашиниш қурилмаси ИАҚ-3 да конденсатни совитиш паст ҳароратли сепаратордан ажралиб чиққан совуқ углеводородли конденсат ёрдамида амалга оширилади.
С-2 сепаратордан чиққан суюқлик (углеводородли конденсат, сув ва унда қисман эриган метанол) ажратувчи идиш АИ-3 га бориб тушади, ундан сувметанолли эритма (СМЭ, 30 %) траплар майдончасига узатилади, конденсат ва сув аралашмаси эса ажратувчи идиш АИ-2 га узатилади.
Ажратувчи идиш АИ-2 да метанолли эритма (МЭ 70 %) ва конденсат ажратилади. АИ-2 да ажралиб чиққан газ турбодетандерга юборилади.
Икки поғонали иссиқлик алмашиниш қурилмали ва бир поғонали газ қайтаргичли (редукция) қурилмалардан газ ҳарорати қурилмага киришдан олдин гидратланишнинг мувозанат ҳароратидан юқори бўлганда, босим эса 160 кгк/см² дан ошмаганда фойдаланилади (2.1-расм).
Паст ҳароратли сепарациялаш қурилмаси, бир поғонали иссиқлик алмашиниш қурилмаси ва битта поғонали газ қайтариш ускунаси, унга кираётган газ ҳарорати гидратланишнинг мувозанат ҳароратидан паст бўлган, босим эса 160 кгк/см² дан ошмайдиган конларда ишлатилади.
Қурилмага кираётган газнинг ҳарорати паст бўлганда уни дастлабки совитишга зарурат бўлмайди. Бундай ҳолларда гидратланиш ингибитори газ оқимига қудуқ оғзидаёқ киритилади. Қолган ҳолатларда бу қурилманинг технологик схемаси олдингидек бўлади.
Икки поғонали иссиқлик алмашиниш қурилмали ва икки поғонали газ қайтарувчили паст ҳароратли сепарациялаш қурилмаси ушбу қурилмага кириш жойидаги газ ҳарорати гидратланишнинг мувозанат ҳароратидан юқори, босими эса 160 кгк/см² дан ортиқ бўлганда қўлланилади.
Бундай қурилманинг технологик схемаси 4.1-расмдаги каби, фарқи, фақат С-1 сепаратордан олдин ўрнатилган дросселловчи турбодетандерда. Бу турбодетандер ёрдамида газнинг босими хавфсиз қийматгача туширилади. Агар шлейф қувурининг мустаҳкамлиги 160 кгк/см² босимни ўтказиб туришига ожизлик қилса, турбодетандер қудуқ оғзига ўрнатилади.
Бир поғонали иссиқлик алмашиниш қурилмали ва икки поғонали газ қайтаргичли қурилмалар газ ҳарорати қурилмага киришдан олдин гидрат ҳосил бўлишнинг мувозанат ҳароратидан паст, босим эса 160 кгк/см² дан юқори бўлганда фойдаланилади.
Паст ҳароратли сепарациялаш қурилмаларини автоматик бошқариш системасининг масалалар комплекси кўпинча қурилманинг технологик схемаси бўйича аниқланади.
Кон қатламларидаги газ босими камайиши билан газнинг кўрсаткичлари ҳам ўзгаради. Бу қурилманинг технологик схемасини ва мос ҳолда бошқариш системаларида ечиладиган масалалар комплексини ҳам ўзгаришига олиб келади. Қайта ишланадиган газ параметрларининг ва технологик схеманинг бир хилда турмаслиги газ конларига хос хусусиятлардир. Бундай ҳолат кондаги ишларнинг бошидан охиригача (ўзгаришларсиз) қамраб оладиган бошқариш системасини қуришга тўсқинлик қилади .
Бундай ҳолларда жараённинг ҳарорат режимини, гидратланишдаги ингибитор сарфини, аппарат ва қувурлардаги газ босимини, аппаратлардаги суюқлик сатҳини ҳамда технологик жиҳозларни муҳофаза қилишнинг турли вариантларини автоматлаштириш ва бошқариш схемалари кўп қўлланилади.
ПҲС жараёнига таъсир этувчи асосий омиллар. ПҲС қурилмаларининг ишлаш самарадорлигига хом ашё газнинг таркиби, ҳарорати, босими, қурилманинг самарадорлиги ва сепарациялаш босқичларининг сони катта таъсир кўрсатади.
Хом-ашё газ таркиби. Дастлабки аралашманинг таркиби (газнинг ўртача молекуляр массаси) қанчалик оғир бўлса, суюқ углеводородларни шунчалик кўп ажратиб олиш мумкин. Бироқ, маълум бир таркиб (қайнашнинг ўртача моляр ҳарорати минус 133 °С атрофида, молекуляр массаси эса тахминан 22) дан бошлаб, дастлабки аралашма таркиби оғирлашгани С₅₊ нинг компонентларини ажратиб олиш даражасига ҳеч қандай таъсир қилмайди.
Дастлабки бойитилмаган аралашмалардан суюқ углеводород ажратиб олиш даражасини ошириш учун айрим ҳолларда оқимда сорбция усули қўлланилади, яъни барқарор конденсатнинг дастлабки аралашма оқимини ёки бошқа углеводород суюқликларини пуркаш сепараторлардан бир мунча нарида амалга оширилади. Шу йўл билан аралашма оғирлаштирилади, демак С₅₊ компонентларини ажратиб олиш даражаси ошади.
Ҳарорат таъсири. ПҲС қурилмаларида ҳароратни газни бир фазали ҳолатида қувур бўйлаб ташиш учун зарурий “шудринг нуқтаси” дан келиб чиқиб танланади.
Енгил газлар учун (ўртача молекуляр массаси кўпи билан 22, қайнашнинг ўртача молекуляр ҳарорати минус 156-133 °С) сепарациялаш ҳароратининг 0 дан минус 40 °С гача пасайиши, газдан конденсат ҳосил қилувчи компонентларни ажратиб олишнинг жиддий ўсишини таъминлайди.
Тўйинган газлар учун (ўртача молекуляр массаси 22 дан катта, қайнашнинг ўрта молекуляр ҳарорати минус 133 °С дан катта) суюқ углеводородларни ажратиб олиш даражасига ҳаво ҳароратининг таъсири кам бўлади.
Шундай қилиб, дастлабки аралашма таркиби қанча енгил бўлса, берилган “шудринг нуқтаси” га яқинлашиш учун ПҲС қурилмаларида суюқ углеводородларни ажратиб олишга шунча паст ҳарорат талаб этилади.
Босимнинг таъсири. Сепарациялашнинг босими магистрал қувур тармоқларининг босими билан аниқланиб, одатда ишлатиладиган (5–7,5 МПа) босим қийматлари С₅ ва ундан юқори компонентларнинг ажралиш даражасига кам таъсир қилади. Сепарациялашнинг паст ҳароратларига эришадиган босимнинг эркин пасайиши жуда муҳимдир.
Қатламлар босимининг пасайиши даврида ПҲС қурилмасининг ишлаш самарадорлиги, қўшимча сиқишли компрессор ва ташқи совитиш циклининг қўшилиши ҳисобига, аввалги режимда ушлаб турилади.
Қурилма самарадорлиги. ПҲС қурилмаларининг самарадорлигига фойдаланилаётган совуқлик манбаи таъсир қилади. Қудуқлар узоқ вақт ишлатилганида ва қатламлар босими камайганда, изоэнтальпияли кенгайишни (дросселлаш) изоэнтропияли кенгайишга (детандерларда кенгайиш) алмаштириб, босимларнинг эркин пасайишидан унумли фойдаланиш мумкин ва битта шундай босимлар пасайишида оқимни сусайтириш сепарациялаш ҳароратини анча пасайтириши мумкин.
Қудуқлардан фойдаланишнинг анча кеч босқичларида босимларнинг эркин пасайиши бўлмайди. Шунда ПҲС қурилмаларининг иш самарадорлиги танланган совуқлик агенти, унинг буғлаткичдаги сарфи ва иссиқлик алмашинув юзасига боғлиқ бўлади.
Сепарациялаш босқичлари сони. Газконденсат конларида ташишга тайёргарлик кўрилаётганда ПҲС нинг икки ёки уч поғонали схемасидан фойдаланилади.
Совитишни охирги босқичининг бир хил параметрлари (босим ва ҳарорат) да сепарациялаш босқичининг сони қанча кам бўлса, суюқ фаза шунча кўп ажралиб чиқади ва товар газда С₅₊ углеводородлар миқдори шунча кам бўлади. Бироқ бир поғонали сепарациялашда газ компонентлари углеводородни конденсациясига жуда кўп йўқолади. Сепарациялаш босқичлари сонининг ортиши газ ва суюқ фазаларнинг ажралиш аниқлигини оширади.
Қудуқлар кўп ишлатилиб, эскирганидан кейин, ПҲС қурилмаларининг самарадорлиги қўйидаги икки сабабга кўра пасаяди:
– қатламлар босими пасайганлиги сабабли босимлар эркин ўзгаришининг камайиши;
– газ таркибининг енгиллашиши.
Демак, кон узоқ вақт ишлатилганидан кейин газни анча ПҲС керак бўлади. Амалиётда эса, бунинг акси ПҲС қурилмаларидан узоқ вақт фойдаланилгани сари сепарациялаш ҳарорати газ таркибининг енгиллашиши билан бир хил вақтда доимий ошиб боради [163,168].
Шундай қилиб, ПҲС қурилмаларининг афзалликлари сифатида қуйидагиларни кўрсатиш мумкин:

• 
  босимларнинг эркин ўзгаришидаги капитал ва жорий харажатларнинг камлиги;
  
• 
  газни сепарациялаш билан бир вақтда магистрал газ қувурлари орқали ташиш учун зарур бўлган “шудринг нуқта”сигача қуритилиши.
  

Қудуқларни ишлатишнинг дастлабки босқичларида ёки кичик конларда нисбатан мураккаброқ ускуналар ўз харажатларини қоплай олмаганда, ПҲС қурилмалари ўзларини оқлайди. Хорижий тажриба маълумотларига кўра, йирик конларда деярли паст ҳароратларда (минус 90-120 ^оС тартибида) углеводородли аралашмаларни тор фракцияларга ёки алоҳида углеводородларга ажратишни амалга оширадиган ПҲС қурилмаларини паст хароратли конденсациялаш жараёнларига алмаштириш мақсадга мувофиқ ҳисобланади.