Проблема гідратоутворення на газорозподільних станціях та шляхи її вирішення

Природний газ, насичений парами води, при високому тиску і при певній позитивній температурі здатний утворювати тверді з'єднання з водою - гідрати.

Гідрати природних газів являють собою нестійке фізико-хімічне з'єднання води з вуглеводнями, яке з підвищенням температури або при зниженні тиску розкладається на газ і воду. За зовнішнім виглядом - це біла кристалічна маса, схожа на лід або сніг.

Гідрати відносяться до речовин, у яких молекули одних компонентів розміщені у порожнинах решітки між вузлами асоційованих молекул іншого компонента. Такі сполуки зазвичай називають твердими розчинами впровадження, а іноді сполуками включення.

Молекули гідратоутворювачів в порожнинах між вузлами асоційованих молекул води гідратної решітки утримуються за допомогою Ван-дер-ваальсових сил тяжіння. Гідрати утворюються у вигляді двох структур, порожнини яких заповнюються молекулами гідратоутворювачів частково або повністю (мал. 1.2). У першій структурі 46 молекул води утворюють дві порожнини з внутрішнім діаметром 5.2 • 10^-10 м і шість порожнин з внутрішнім діаметром 5.9 • 10^-10 м. У другій структурі 136 молекул води утворюють вісім великих порожнин з внутрішнім діаметром 6.9 • 10^-10 м і шістнадцять малих порожнин з внутрішнім діаметром 4.8 • 10^-10 м.

Малюнок 1.2 Структура утворення гідратів: а- першого виду; б- другого виду.

Формули гідратів компонентів природних газів: СН₄ • 6Н₂О; С₂Н₆ • 8Н₂О; С₃Н₈ • 17Н₂О; i-С₄Н₁₀ • 17Н₂О; H₂S • 6Н₂О; N₂ • 6Н₂О; СО₂ • 6Н₂О. Ці формули гідратів газів відповідають ідеальним умовам, тобто таким умовам, при яких всі великі й малі порожнини гідратної решітки заповнюються на 100%. На практиці зустрічаються змішані гідрати, що складаються з обох структур.

При скороченні тиску газу на ГРС відбувається зниження його температури, що призводить до виникнення та відкладення твердих кристалогідратів на поверхні клапана і сідла регуляторів тиску, внаслідок чого вони перестають працювати, що може спричинити за собою повну зупинку всієї ГРС.

В якості способів боротьби з утворенням кристалогідратів застосовують такі методи:

• загальний або частковий підігрів газу;

• локальний підігрів корпусу регуляторів;

• введення метанолу у газопровід.

Всі перераховані методи мають як свої переваги, так і недоліки. Розберемо їх окремо.

Загальний або частковий підігрів природного газу на ГРС здійснюється за допомогою промислових підігрівачів. Даний спосіб, безсумнівно, є найбільш зручним, оскільки дозволяє постійно підтримувати необхідну температуру газу для повноцінного функціонування технологічних схем ГРС. Конструктивно підігрівачі можуть бути з прямим і непрямим (за допомогою проміжного теплоносія) нагріванням, і оснащені різними комплектами автоматики та допоміжними пристроями.

Вартість підігрівачів досить висока залежно від теплопродуктивності, пропускної здатності і комплектації. Даний спосіб найбільш поширений, але вимагає значних фінансових вкладень.

Локальний підігрів регуляторів здійснюють шляхом обмотування корпусу електричним стрічковим обігрівачем. При своїй відносній економічній вигоді, даний спосіб вимагає наявності стороннього джерела електроенергії.

Введення метанолу в газопровід здійснюється шляхом установки системи впорскування. Вартість даної установки досить висока, плюс витрати на придбання витратного матеріалу - метанолу. Крім того, потрібно врахувати, що метанол є дуже сильною отрутою, що має кумулятивні властивості, тобто може накопичуватися в організмі. Навіть незначна концентрація метанолу в повітрі може привести до дуже сильного отруєння. Тому для обслуговуючого персоналу метанольної установки потрібні додаткові засоби захисту, а відповідно, і додаткові витрати.

Найбільш широке застосування знайшов перший метод, другий - менш ефективний, третій - дуже дорогий.

Крім вищеперелічених способів, для запобігання гідратоутворення можуть застосовувати й інші: обігрів приміщень, де розташований вузол редукування, до необхідної температури, установка на регулятор підігріваючої водяної сорочки тощо. Всі ці способи вимагають або значних капіталовкладень, або сторонніх джерел енергії. Крім того, встановлення додаткового обладнання спричиняє підвищення трудовитрат з його обслуговування.

Тому підігрів газу на ГРС у даний час є найбільш надійним та ефективним методом, що знайшов широке застосування для запобігання гідратоутворення.

Дата добавления: 2015-07-13