Содержание
Точка росы природного газа | SPA Vympel
Точка росы природного газа входит во все отраслевые, государственные и межгосударственные стандарты, как основной контролируемый параметр на этапах добычи, транспортировки, переработки и распределения природного газа. Каждый из перечисленных этапов имеет свои технологические особенности, которые необходимо учитывать для эффективного контроля влажности газа.
НПО «Вымпел» более 30 лет занимается разработкой и производством конденсационных гигрометров, каждый из которых имеет продуманный функционал для максимально точного решения задач конкретного участка нефтегазового комплекса.
Участки добычи и подготовки газа
Точка росы газа при добыче близка к его температуре из-за насыщенности парами воды. Высокая точка росы в газопроводе может привести к образованию гидратных пробок и, как следствие, к возникновению аварийных ситуаций.
Поэтому для успешного и безаварийного транспорта газ предварительно проходит этап осушки. Контролировать эффективность технологии на данном участке позволяет датчик точки росы, который монтируется после осушительных колонн. Сложность работы для измерительной аппаратуры в данной зоне заключается в том, что в газе после осушки может содержаться повышенное количество гликолевого тумана, который приводит к загрязнению датчика влажности и необходимости частого проведения профилактических работ.
Специально для эффективного измерения точки росы в условиях повышенной сложности инженеры фирмы «Вымпел» разработали систему подготовки газа «Модель 003» (СПГ «Модель 003»), комплектуемую поточным влагомером и запатентованной системой фильтрации. Инерционно-гравитационный фильтр позволяет эффективно очищать пробу газа от механических примесей и гликолевого тумана, сохраняя ее стопроцентную представительность. При этом фильтр долговечен — не требует чистки и частой замены, в отличие от механических и мембранных аналогов.
Влажность пробы газа измеряет поточный влагомер КОНГ-Прима-2М. Оптическая система прибора может регистрировать точку росы или температуру конденсации углеводородов. При этом она четко идентифицирует конденсат по составу, что крайне важно для достоверности измерений в среде постоянно конденсирующихся примесей. СПГ «Модель 003» тестировалась и доказала свою высокую эффективность применения не только на выходе со станции первичной осушки, но и на выходе непосредственно из сорбционных колонн.
Рис.1. Система подготовки газа Модель 003
Участки транспортировки газа
Температура точки росы природного газа – параметр, от которого напрямую зависит стоимость газового сырья.
Поточные влагомеры газа линейки КОНГ-Прима позволяют не только эффективно контролировать качество газа на этапе его транспортировки, но и своевременно предупреждать возможность гидратообразования и возникновения выноса в поток углеводородной аэрозоли.
В зависимости от степени очистки газа на различных участках газопровода предлагается использовать влагомеры разной модификации – поточный в составе СПГ, поточно-погружной с системой фильтрации или без нее. Последние две модели могут монтироваться непосредственно на трубу.
Для контроля показаний автоматических гигрометров, фирма «Вымпел» предлагает использовать переносные анализаторы серии HYGROVISION с уникальными техническими возможностями:
- регистрировать конденсацию воды или углеводородов с чувствительностью, измеряемую нанометрами;
-
выполнять функции арбитражного прибора, за счет встроенного микроскопа, увеличивающего картинку в десятки раз; -
производить измерения в максимально сжатые сроки, благодаря удобному интерфейсу, компактным габаритам и малому весу (менее 4 кг).
Помимо контроля показаний автоматического анализатора, переносные гигрометры серии HYGROVISION незаменимы при запуске оборудования, для отслеживания параметров влажности на участках трубопроводов после опрессовки их водой и т.
п.
Таким образом, разработке модельного ряда конденсационных гигрометров фирмы «Вымпел» предшествовало глубокое изучение проблем и задач газовой отрасли, чтобы предложить газодобывающим предприятиям лучшие решения для обеспечения высоких показаний качества газа на всех технологических участках.
Расчет точка росы газа по углеводородам
Из истории проблемы
С необходимостью измерения температуры конденсации углеводородов газовая промышленность столкнулась сравнительно недавно. Ещё каких-то 20-30 лет назад сеноманские месторождения были богаты газом с содержанием метана 98-99%. Так как при обычных условиях транспортировки газа метан не переходит в жидкую фазу, вопрос контроля точки росы по углеводородам на магистральных газопроводах отсеивался сам собой. Но по мере истощения сеноманских месторождений и освоения более глубинных (валанжинских и ачимовских) проблема необходимости контроля температуры конденсации углеводородов стала вставать все острее.
В природном газе процентное соотношение содержания метана и других углеводородов поменялось в сторону увеличения последних. Точка росы углеводородов стала непрерывно возрастать. Транспортировка газа с увеличенным содержанием тяжелых углеводородов чревата появлением второй фазы в потоке, что, в свою очередь, приводит к:
- нарушению работы газовых расходомеров и, как следствие, к появлению ошибок в вычислении расхода газа и увеличению контрактной погрешности, что недопустимо;
-
нанесению существенного урона газотурбинным установкам (разрушение лопаток).
Обе эти проблемы сопряжены с существенными финансовыми потерями для отрасли. Кроме того, высокая температура точки росы по углеводородам крайне негативно сказывается на работе всей контрольно-измерительной аппаратуры, отслеживающей качественные параметры газа.
Что предлагает рынок
Так как точка росы газа по углеводородам в основном измеряется конденсационными гигрометрами, многие их производители попытались адаптировать для решения задачи имеющуюся на тот момент технологию измерения точки росы.
Технология основана на методе фиксации фотодиодом рассеянного отражения луча светодиода от поверхности металлического зеркала при появлении на нем конденсата. Но из-за специфических свойств углеводородов (конденсации в виде ровной пленки из-за чего луч светодиода отражается без рассеивания) пришлось модернизировать конструкцию охлаждаемого зеркала. Это привело к тому, что приборы для измерения точки росы по углеводородам лишились возможности измерения конденсации паров воды.
Инженеры фирмы «Вымпел» предложили совершенно другой, инновационный метод решения проблемы, позволяющий не только одним прибором измерять точку росы по воде и углеводородам, но и обеспечивать более высокую точность измерений в сравнении с конкурентными аналогами.
Инновационные решения НПО «Выпел»: взгляд на проблему под углом Брюстера
НПО «Вымпел» — ведущий отечественный производитель конденсационных гигрометров. Уже более 30 лет приборы для измерения точки росы НПО «Вымпел» эффективно используются на крупнейших газодобывающих предприятиях России, ближнего и дальнего зарубежья.
Именно анализатор влажности фирмы «Вымпел» был выбран Международной метрологической организации СООМЕТ в качестве прибора-компаратора для сравнения показаний национальных эталонов влажности стран, входящих в организацию.
Такой огромный опыт в сфере разработок и производства конденсационных гигрометров для расчетов точки росы в газопроводе позволил инженерам компании взглянуть на проблему измерения температуры конденсации углеводородов под другим углом, причем в прямом смысле слова. Специалисты компании предложили вместо классического светодиода использовать поляризованный лазерный луч, направленный к поверхности охлаждаемого зеркала под углом Брюстера. В качестве материала зеркала был использован не металл, как в классических системах, а диэлектрик. Таким образом, свою систему оптической регистрации разработчики фирмы «Вымпел» построили на эффекте полного преломления. Луч поглощается зеркалом за счет угла Брюстера, а при появлении конденсата, начинает отражаться и фиксируется фотодиодом.
Такая система оптической регистрации позволяет фиксировать конденсат с самой первой капли, в отличие от других конденсационных приборов. Тем самым анализаторы компании «Вымпел» гарантируют высокую точность измерений. Кроме того, данный принцип регистрации применим как для воды, так и для углеводородов, что дает возможность, как уже отмечалось выше, осуществлять измерения обоих параметров одним прибором. Принцип действия гигрометров «Вымпел» подробно описан в статье.
Ещё одно важное конкурентное преимущество влагомеров фирмы «Вымпел» — возможность осуществлять расчет точки росы углеводородов при рекомендованных Европейской ассоциацией EASEE-gas 27 бар – давлении точки крикондентерма всех известных углеводородов. Специально для решения этой задачи потоковые автоматические гигрометры фирмы «Вымпел» комплектуются системой подготовки газа СПГ «Модель-003».
Таким образом, гигрометры фирмы «Вымпел» не только с успехом справляются с задачей измерения температуры конденсации углеводородов, но и отвечают самым высоким стандартам измерений точки росы, существующим в отрасли.
Что такое точка росы по углеводородам и как ее измеряют?
В момент добычи природный газ представляет собой смесь углеводородных и неуглеводородных компонентов в различных концентрациях. Точный состав варьируется в зависимости от устья скважины, а это означает, что как первоначальная обработка, так и точные измерения качества природного газа имеют решающее значение для предотвращения повреждения оборудования и обеспечения постоянной теплотворной способности. В данной статье обсуждается один из самых сложных для измерения, но важных параметров: точка росы по углеводородам.
Компоненты природного газа
На момент добычи природный газ содержит 20 или более отдельных углеводородных и неуглеводородных компонентов. Метан является основным компонентом, обычно от 60 до 90%, с другими компонентами, присутствующими в различных пропорциях, от высоких процентов до следов менее 0,01%. Нежелательные неуглеводородные составляющие включают двуокись углерода, сероводород и влагу.
Помимо метана, другие углеводородные компоненты включают этан (C2H6), пропан (C3H8) и бутан (C4h20).
При первичной обработке газ осушается для удаления жидкой воды и снижения концентрации водяного пара. Дальнейшая обработка удаляет CO2 и H3S перед разделением при пониженной температуре, извлекает унесенные конденсаты и снижает концентрацию неметановых углеводородов, таких как сжиженный природный газ (ШФЛУ) – этан, пропан, бутан, изобутан и природный бензин. В результате получается газовая смесь с высокой долей метана, но все еще содержащая различное количество этана, пропана и бутана.
Компоненты природного газа
Таким образом, термин «природный газ» описывает газовую смесь, содержащую широкий спектр углеводородов, от легких алифатических соединений с короткой цепью (неароматических соединений) до тяжелых молекул с длинной цепью.
Как точка росы по углеводородам определяется промышленностью?
Точка росы по углеводородам (HCDP) указывает температуру, при которой тяжелые углеводородные компоненты начинают конденсироваться из газовой фазы, когда газ охлаждается при постоянном давлении.
Иногда это называют «выпадением углеводородной жидкости».
Таким образом, более высокое значение HCDP обычно указывает на более высокую долю тяжелых углеводородных компонентов. Это важный параметр для операторов трубопроводов: если природный газ содержит высокую долю тяжелых углеводородов, возрастает риск образования жидкого конденсата в трубопроводе.
HCDP определяется как ряд соответствующих точек давления и температуры, в которых углеводороды конденсируются в жидкость из смеси природного газа. Обычно это отображается на фазовой диаграмме (см. Ниже) в зависимости от давления и температуры газа для природного газа с заданным составом. Линия точки росы разделяет двухфазную газожидкостную область и однофазную газовую область. При заданном давлении возможны две температуры точки росы, а при заданной температуре возможны два значения давления точки росы.
Типичные огибающие фазы воды и углеводорода для обеспечения качества передачи Natural Ga
Это явление огибающей фазы приводит к поведению, известному как ретроградная конденсация.
Слово «ретроградный» означает движение назад, и это явление было названо потому, что оно противоречит фазовому поведению чистых компонентов, которые конденсируются при повышении давления и/или понижении температуры. Максимальное давление, при котором могут образовываться жидкости, называется криконденбаром, а максимальная температура, при которой могут образовываться жидкости, называется крикондентермом. Обратите внимание, что, учитывая форму фазовой диаграммы, измерение точки росы по углеводородам и потенциальной углеводородной жидкости обычно проводят при давлении от 25 до 30 бар (в идеале 27 бар), когда выпадение жидкости происходит при самых высоких температурах. При образовании конденсата из газовой смеси распределение углеводородов изменяется таким образом, что жидкая фаза обогащается более тяжелыми компонентами, а газовая фаза обедняется этими более тяжелыми компонентами. Когда газ охлаждается ниже своей первоначальной температуры точки росы, вся кривая точки росы смещается в сторону более низких температур для оставшейся газовой фазы, которая теперь обеднена более тяжелыми компонентами.
Температура охлажденного газа становится новым HCDP газового потока.
Типичная фазовая оболочка для 3-х ступеней природного газа
Трудности измерения точки росы по углеводородам
Точка росы по углеводородам (HCDP) – параметр, который нелегко измерить. Состав газа, загрязняющие вещества и примеси, высокое давление и наличие коррозионно-активных соединений варьируются от трубопровода к трубопроводу, и все это влияет на результаты измерений.
HCDP очень чувствителен к конкретным компонентам газового потока и сильно зависит от концентрации более тяжелых углеводородов, особенно C6+. Присутствие более тяжелых углеводородов увеличит HCDP, и отсутствие их включения в расчет HCDP приведет к недооценке HCDP. Поэтому для точного определения ГХДП требуется оценка распределения отдельных компонентов во фракции С6+ (по крайней мере, С9но возможно выше).
Как измерить точку росы по углеводородам
Существует ряд различных общепринятых методов измерения точки росы по углеводородам, которые были разработаны с течением времени.
Онлайн оптические анализаторы точки росы углеводородов
В этих анализаторах используется датчик с охлаждаемым зеркалом для точного и автоматического определения температуры точки росы по углеводородам в пробе газа. Их основным преимуществом является надежная воспроизводимость измерений — в отличие от описанного ниже ручного оросителя, измерения полностью объективны и автоматически. Нет необходимости в специализированных операторах, а общие эксплуатационные расходы низки, несмотря на значительные капиталовложения.
Анализатор точки росы углеводородов Condumax II от Michell Instruments использует метод темного пятна, который является разновидностью датчика точки росы с охлаждаемым зеркалом, для обеспечения непрерывных и точных измерений HCDP. Измерения точки росы по воде также доступны с использованием того же анализатора с датчиком влажности Michell на основе керамического оксида металла.
Ручной прибор для определения точки росы по углеводородам с охлаждаемым зеркалом
Предназначенные для выборочных проверок качества природного газа в трубопроводах и для проверки измерений других анализаторов точки росы углеводородов, тестеры точки росы углеводородов представляют собой портативные приборы, предназначенные для простого использования инженером-одиночкой в полевых условиях.
Основным преимуществом ручных измерителей точки росы, помимо портативности, являются низкие капиталовложения. Однако они рекомендуются только в качестве инструмента обслуживания или для проведения выборочных проверок в точке, где не установлен онлайн-анализатор.
Несмотря на удобство, у них есть ряд недостатков, в том числе высокие эксплуатационные расходы. Хотя сам прибор прост, его использование очень трудоемко и требует высококвалифицированного персонала. Сами измерения субъективны, поскольку зависят от суждения оператора. Независимо от того, насколько опытны и хорошо обучены операторы, точность измерений будет в определенной степени различаться у каждого человека. Из-за этих факторов ручные анализаторы росы с охлаждаемым зеркалом подходят только для периодических выборочных проверок качества газа.
Первоначальный метод измерения точки росы по углеводородам заключался в использовании прибора для определения росы с охлаждаемым зеркалом. Это ручной метод, который требует, чтобы опытный оператор наблюдал за образованием конденсата на охлаждаемом зеркале и использовал свое суждение для определения температуры точки росы.
Видео высокого разрешения для надежных воспроизводимых измерений
Недавние разработки в новых моделях портативных измерителей точки росы позволили преодолеть многие недостатки и ограничения старых приборов.
Прибор для измерения точки росы CDP301 Condumax компании Michell Instrument использует фундаментальный метод охлаждаемого зеркала, но снижает зависимость от суждений оператора для точной регистрации температуры точки росы. CDP301 использует видео высокой четкости для отображения образования конденсата на экране, что позволяет пользователям легко определять точную температуру точки росы одним нажатием кнопки. Видео также записывается, чтобы обеспечить точную запись всех измерений для последующего анализа. CDP301 также может измерять точку росы по воде с помощью того же датчика охлаждаемого зеркала.
Газовый хроматограф (ГХ) для углубленного анализа состава газов
При правильном использовании газовый хроматограф позволяет пользователям дополнительно анализировать точный состав природного газа.
Этот метод определяет концентрацию каждого углеводородного элемента (в большинстве случаев до C12). Газовый хроматограф, такой как LDetek MultiDetek2-EX, позволяет пользователям:
- объединять ряд параметров качества/тарифа газа в одном анализаторе
- идентифицируйте компоненты, способствующие высокому уровню точки росы, чтобы определить причину/источник
- обеспечивают теоретическую кривую огибающей фазы.
Однако ГХ не является идеальным решением для мониторинга процесса, поскольку он использует расчетные значения для определения точки росы по углеводородам. Онлайн-анализатор точки росы по углеводородам, такой как Condumax II, является наиболее эффективным и экономичным методом мониторинга процесса и обнаружения нарушений процесса, при этом дополнительный ГХ используется для получения дополнительных данных анализа.
Дополнительная поддержка
Точка росы по углеводородам и переработка природного газа являются сложными темами.
Пожалуйста, свяжитесь с нами, если у вас есть какие-либо комментарии к этой статье или вы хотели бы обсудить ее подробнее.
Определение точки росы пробы газа
«Точка росы» определяется как температура, до которой необходимо охладить данный объем воздуха при постоянном давлении и постоянном содержании водяного пара, чтобы произошло насыщение. При дальнейшем охлаждении воздуха часть влаги будет конденсироваться.
Понятие «давление насыщенного пара» можно понять, рассмотрев процесс испарения в закрытом сосуде с водой с небольшим количеством воздуха над жидкостью. Испарение будет продолжаться до тех пор, пока в жидкость не вернется столько же молекул, сколько улетит. В этот момент пар считается насыщенным, а давление этого пара (обычно выражаемое в миллиметрах ртутного столба [мм рт.ст.]) называется давлением насыщенного пара.
Поскольку молекулярная кинетическая энергия больше при более высокой температуре, больше молекул может покинуть поверхность, и давление насыщенного пара соответственно выше.
Если жидкость открыта для воздуха, то давление пара рассматривается как парциальное давление вместе с другими составляющими воздуха.
Для полноты картины «относительная влажность» определяется как отношение парциального давления водяного пара в газообразной смеси воздуха и водяного пара к давлению насыщенного пара воды при данной температуре.
Относительная влажность выражается в процентах и рассчитывается следующим образом:
Где
— относительная влажность рассматриваемой газовой смеси
— парциальное давление водяного пара в газовой смеси
— давление насыщенного пара воды при температуре газовой смеси
Как видите, хотя относительная влажность может быть полезной точкой отсчета для прогноза погоды, точка росы является предпочтительным параметром, когда кто-то беспокоится о конденсации в анализируемой пробе газа, особенно в пробе, поступающей из технологической трубы.
Конденсат может загрязнить линии отбора проб, повредить инструменты и во многих случаях может растворить часть той самой пробы, которую вы пытаетесь проанализировать.
Например, такие газы, как бром, хлор, двуокись хлора, формальдегид, хлористый водород, перекись водорода, двуокись азота, перуксусная кислота и двуокись серы, хорошо растворимы в воде.
Зная точку росы рассматриваемого образца, вы сразу поймете, что, как только он будет доведен до температуры ниже этой, произойдет конденсация.
Хорошо, но как это определить для типичного образца стека?
Практически во всех случаях предыдущие анализы пробы дымовой трубы сообщали о процентном содержании воды в ней, поскольку это важно для целей управления технологическим процессом. Учитывая эту информацию, достаточно обратиться к таблице, показывающей давление насыщенного пара воды в зависимости от температуры, и точка росы будет немедленно определена.
Рассмотрим примеры 10-процентного и 20-процентного содержания воды в образце:
1. См. эту таблицу. Обратите внимание, что электронная таблица разделена на шесть разделов, разделенных зелеными полосами. В каждом разделе представлены данные о давлении паров в определенном диапазоне температур.