Системы пропанового, аммиачного и каскадного охлаждении

В большинстве случаев эти системы - автономные и на импортных установках отбензинивания газа являются составной частью этих установок.

Назначение систем - охлаждения перерабатываемого углеводородного газа специальными хладагентами (пропаном, аммиаком) до отрицательных температур. При глубоком охлаждении применяется каскадный этанопропановый цикл.

Конденсация хладагентов (пропана, аммиака) осуществляется в водяных или воздушных холодильниках, а этана - в пропановых холодильниках.

В технологических схемах новейших газоперерабатывающих заводов предусматривается глубокое охлаждение газа до температуры –80: -100 ºС и расширительных машинах-турбодетандеров.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР.18.03.01.03-3030/37а.419.2022.00.ПЗ

1.1.7.1 Охлаждение газов при расширении с производством внешней работы

При расширении предварительно сжатого газа в поршневых или турборасширительных машинах (детандерах) происходит значительное понижение температуры газа, причем наибольшее охлаждение достига­ется тогда, когда процесс расширения осуществляется адиабатически, т. е. без подвода или отвода теплоты от рабочего газа.

При любом расширении всякий реальный газ производит следую­щие виды работ:

1) работу по преодолению внутренних сил сцепления между частицами (молекулами газа);

2) работу по преодолению внешних сопротивлений увеличению объема газа при расширении;

3) внешнюю работу за счет изменения давления газа при расширении.

При дросселировании энергия газа расходуется только на первый и второй виды работ, поэтому степень охлаждения газа при дросселиро­вании относительно невысокая. При дросселировании третий вид работы не влияет на понижение температуры газа, так как она затра­чивается на преодоление трения при прохождении через дроссель, а расходуется на нее внутренняя тепловая энергия, которая возмещается теплом трения.

При адиабатическом расширении газа в детандере внешняя работа будет отдаваться наружу, а затрачиваемое на эту работу внутреннее тепло газа не будет возмещаться за счет поступления теплоты извне.

Поэтому газ при расширении с производством внешней работы будет охлаждаться значительно сильнее, чем при дросселировании, так как внутренняя энергия газа расходуется на все три вида работ.

При глубоком охлаждении газа обычно применяют турбодетандеры, обладающие большой производительностью.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР.18.03.01.03-3030/37а.419.2022.00.ПЗ

Наиболее распространенное нагрузочное устройство турбодетандера - центробежный компрессор, рабочее колесо которого смонтировано на одном валу с рабочим колесом турбодетандера. В этом случае отпадает необходи­мость в отборе мощности для внешнего потребителя и исчезает связан­ная с этим проблема уплотнения выходного вала из-за отсутствия элементов привода (муфт редукторов), снижается требуемая мощность дожимного компрессора, упрощается управление турбодетандером при изменении режима его работы.

На рисунке 1.1 показана технологическая схема турбодетандерной холодильной установки. Предварительно осушенный сырьевой газ сначала охлаждается в газовом теплообменнике обратным потоком отбензиненного газа, а затем расширяется в турбодетандере. Такая рекуперация холода позволяет получить наиболее низкие температуры в процессе отбензинивания и одновременно экономить тепло и холод.

 

 

1,3 – сепараторы; 2 – теплообменник; 4 – турбодетандер; 5 – компрессор турбрдетандера; 6 – дожимной компрессор; 7 – привод дожимного компрессора; I, II – сырой и остаточный газы; III – конденсат

Рисунок 1.1 – Схема турбодетандерной установки

 

Отсепарированный газ подвергается сжатию сначала компрессором, приводимым в действие детандером, а затем дожимным компрессором с приводом от. электродвигателя или от другого источника.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР.18.03.01.03-3030/37а.419.2022.00.ПЗ

Расширительная часть турбодетандера (детандера) представляет собой одноступенчатую турбину, в которой газ, расширяясь, вращает рабочее колесо, насаженное на одном валу с рабочим колесом компрессора. [1,с. 120].

Принцип действия детандера следующий (рисунок 1.2). Газ с некоторой скоростью ν₀ поступает в межлопаточные каналы соплового аппарата и расширяется в них от начального давления р₀ до давления р_1.

В результате расширения кинетическая энергия газа возрастает, и он приобретает скорость ν₁ (причем ν₁> ν₀), а температура его уменьшается.

Выйдя из соплового аппарата газовая струя попадает в каналы между лопатками рабочего колеса, и энергия расширившегося газа заставляет вращаться ротор. В рабочем колесе происходит дальнейшее расширение газа до давления р₂ <р₁,увеличение его скорости до ν₂> ν₁ и, следовательно, его охлаждение.

 

1 – направляющий аппарат с соплами; 2 – лопатки рабочего колеса; 3 – вал

Рисунок 1.2 - Рабочее колесо активно-реактивного радиального турбодетандера

 

В зависимости от того, где заканчивается расширение газа - в соплах или рабочих лопатках ротора, турбодетандеры делятся на два основных типа: активные и активно-реактивные. В турбодетандере активного типа газ полностью

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР.18.03.01.03-3030/37а.419.2022.00.ПЗ

расширяется в направляющих соплах. При этом он приобретает большую скорость, и вся энергия расширив­шегося газа передается рабочему колесу воздействием скоростного напора газа на лопатки колеса.

В турбодетандере активно реактивного типа расширение газа происходит как в сопловом аппарате, так и на рабочем колесе.

На рисунке 1.3 приводится конструкция турбодетандера с компрессором фирмы "Ротофлоу" (США), используемого на ряде ГПЗ ПО "Сибнефтегазпереработка" [1,с. 120].

 

1 - патрубок вывода газа из турбодетандера; 2 - патрубок ввода газа в турбодетандер; 3 - рычаг для открытия и закрытия сопел турбодетандера; 4 - сопло детандера; 5 - рабочее колеса детандера; 6 - канал уплотнительного масла; 7 - канал смазочного масла; 8 - вал; 9 - патрубок вывода газа из компрессора; 10 - патрубок ввода газа в компрессор; 11, 13 - подшипники вала; 12 - сборник-дегазатор масла; 14 - лабиринтное уплотнение; I - вход газа в турбодетандер; II - выход газа из турбодетандера; III - поступление газа в компрес­сор; IV - вывод газа из компрессора; V - масло с растворенным газом; VI - газ, выде­лившийся из масла; VII - масло на вход насоса

Рисунок 1.3 - Турбодетандер с компрессором фирмы "Ротофлоу" (США)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР.18.03.01.03-3030/37а.419.2022.00.ПЗ

1.1.8 Товарные парки и сливо-наливные эстакады

Товарные парки предназначены для приема и временного хранения:

а) нестабильного бензина, поступающего от заводских установок во время остановок ГФУ и извне;

б) готовой продукции и реагентов: абсорбента, метанола, диэтиленгликоля, смазочных масел и т. д.

На крупных газоперерабатывающих заводах склады для хранения реагентов строят отдельно, обычно на заводской территории, а товарные парки — на обособленной площадке, удаленной от завода не менее чем на 500 м.

Все реагенты на завод поступают в железнодорожных вагон-цистернах или бочках. Для каждого вида продукции и реагентов выделяют группу емкостей и резервуаров, рассчитанных на соответствующее давление.

Получаемые на заводе сжиженные газы и газовый бензин, элементарную серу и гелий отправляют потребителям железнодорожным транспортом, а жидкие продукты перекачивают и по трубопроводу. Продукцию, реагенты и смазочные масла наливают на специальных сливо-наливных эстакадах.

 

Факельное хозяйство

При повышении допустимого давления в технологических аппаратах и емкостях установок газоперерабатывающего завода происходит сброс углеводородных газов через контрольные предохранительные клапаны в факель­ную линию. В эту же линию сбрасывают избыток газа: с отдельных аппаратов и установок при отключении их на ремонт, осмотр и испытание; с напорных и выходных трубопроводов компрессоров во время их остановок.

Сбрасываемые газы собирают и сжигают на специальных устройствах — факелах, которые располагаются за пределами завода. Но газ, прежде чем попасть в факельный сток или свечу, проходит сепаратор, в котором отделяется

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

БР.18.03.01.03-3030/37а.419.2022.00.ПЗ

углеводородный конденсат. Выпавший конденсат стекает в монжус факельной жидкости, обычно монтируемый под сепаратором. Из этого монжуса углеводородный конденсат газом выдавливается на площадку завода. В некоторых схемах жидкость из сепаратора откачивают на площадку завода специальным насосом. Для предупреждения замораживания факельная линия снабжается теплоспутником. Эта линия обычно имеет тепловую изоляцию. Перед свечой на факельной линии обычно устанавливают огнепреградитель.

Сброс газа с рабочих предохранительных клапанов осуществляется в атмосферу непосредственно из аппаратов или же через свечу рассеивания, монтируемую на заводской территории. [1,с. 118].