CS211392B2 - Zařízení k stlačování zemního plynu - Google Patents

Abstract

Vynález se týká zařízení ke stlačování zemního plynu o malém tlaku pomočí tlakové energie zemního plynu s vysokým tlakem nebo/a přídavného plynu s vířivým injektorem, kde do vířivého injektoru zasahují dvě až pět trubek pro- přívod plynu. Podstata vynálezu je v tom, že odlučolviač (2j Obsahující surový plyn je spojen s výměníkem tepla (3), vířivým injektiorem (4j a studeným odlučovačem! (5). Vířivý injekt-o-r (4) je připojen ke studenému odlučovači (5), ten je spojen s dalším- odlučovačem (8) připojeným jednak na vířivý injektor (4), jednak na- vypuzovací sloupec (9), a mimo to na, sací trubku (10) vířivého injektoru (4). Rovnoběžně s vířivým ihjektorem (4) je uspořádán další vířivý iinjektoir (18), spojený s výměníkem tepla (3) a s vedením mezi prvním vířivým ihjektoreim (4) a studeným odlučovačem (5j. Odlučovač (2), obsahující surový plyn, je připojen na další odlučovač (24), spojený s dvoustupňovým odlučovačem (23). Pomocí zařízení podle vynálezu se vytváří vhodný kompresní poměr, snižuje se koncentrace kapaliny v plynu a rOvněž i výrobní náklady.

Description

Vynález se týká zařízení ke stlačování zemního plynu o malém tlaku pomocí tlakové energie zemního plynu s vysokým tlakem ai/nebo přídavného! plynu.

V moderní úpravě zemního plynu se nyní využívá tlakové energie vyrobeného zemního plynu. Tato energie se s výhodou všeobecně používá během technologického průběhu reakce.

Surový zemní plyn je normálně „mokrý“, a sice v tom smyslu, že obsahuje kondenzovanou fázi, tj. kapalnou a pevnou fázi.

Ze surového zemního! plynu se tato kondenzovaná fáze odděluje již před expanzí nebo při expanzi. U nestlačitelných kondenzátů je použití pístového stroje téměř nemožné, dokonce je omezeno! použití expanzní turbiny, protože se eroze vyvolaná kapkami tekutiny může pouze zmenšit, ale nemůže se jí zabránit. Ačkoliv tzv. šroubové expanzní stroje se mohou používat v přítomnosti kondenzované fáze, nemohou se vyrobit hospodárně pro vysoký tlak v důsledku růstu axiálních sil. Pracovní stroje se smějí proto používat pouze omezeně k expanzi mokrého zemního· plynu s vysokým tlakem.

Vzhledem, ke shora zmíněným skutečnostem byly v posledních letech vyvinuty a používány plymoproudové injektory, do· nichž se nasává plyn, který se získává z kapaliny vyloučené ze zemního plynu pomocí redukce tlaku. U tohoto způsobu se proud plynu vystupující z injektoru, který tedy pochází z plynu vyloučeného ze zemníhoi plynu a z expanzního odlučovače kapaliny, vede do odlučovače, ve kterém se oddělí jak nastalý kondenzát uhlovodíků (gasolin), tak i vodná fáze.

Při Obvyklých provozních poměrech obsahuje kapalné fáze značné množství metanu, etanu a v daném případě kysličníku uhličitého CO2, které se udržují v rozpuštěném stavu. Tyto složky se při snížení tlaku uvolní. Složení uvolněného plynu je takové, že se plyn může zavádět do dálkového potrubí, aniž by se snížila kvalita. Plynoiproiudovýjn injektorem se tentýž plyn nasaje a stlačí na hodnotu tlaku dálkového potrubí.

Účelem vynálezu je proto· navržení zařízení ke stlačování zemního' plynu s malým tlakem pomocí tlakové energie zemního plynu s vysokým tlakem a/nebo přídavného, plynu nebo oleje, které by pracovalo! co nejjednodušeji a nejhospodárrtěji.

Podstata zařízení ke stlačování zemního plynu o· malém tlaku pomocí tlakové energie zemního plynu s vysokým tlakem a/nebo přídavného· plynu, s vířivým injektorem, přičemž do vířivého injektoru zasahují dvě, ale maximálně pět trubek pro přívod plynu, podle vynálezu spočívá v tom, že odlučovač obsahující surový plyn je spojen s, výměníkem tepla, vířivým injektorem a studeným •odlučovačem, přičemž vířivý injektor je připojen ke studenému odlučovači, studený odlučovač je spojen s dalším odlučovačem, který je připojen jednak na vířivý injektor, jednak ,na vypuzovací sloupec a dále na sací trubku vířivého injektoru. Paralelně k vířivému injektoru je uspořádán další vířivý injektor, který je spojen s výměníkem tepla a s vedením mezi prvním vířivým injektorem a studeným odlučovačem, přičemž odlučovač obsahující surový plyn je připojen na další odlučovač, spojený s dvoustupňovým odlučovačem.

Podle vynálezu je výhodné, když do vířivého injektoru zasahují dvě koncentrické sací trubky, tvar tělesa vířivého injektoru je rotační, přičemž jeho průměr Di je měřen v, rovině trysek, a trysky jsou uspořádány ve vzdálenosti lo od konce tělesa, přičemž na vířivý injektor navazuje šroubovitý difúzor.

Dále je podle vynálezu výhodné, když se průměr vířivého injektoru podél šroubovitého difuzoru stále zvětšuje a jeho· krycí deska je vytvořena jako kuželovitý plášť, přičemž délky 15, U,... li, počítáno· od stěny vířivého injektoru, klesají v posloupnosti 15 š U ě b š lz S li.

S výhodou jsou mezi koncentrickými trubkami přivádějícími plyn uspořádána zpevňující šroubovitá tělesa, řídící proudění.

Rovněž je výhodné, když js-oiu trysky uspořádány na, kuželovitém plášti, jehož osa je totožná s osou vířivé komory a poloviční vrcholový úhel α kuželového pláště vykazuje hodnlotu 70^c í « š 90°.

Mezi vstupem proudu plynu a vířivou komorou je uspořádán s výhodou šroubovitý difúzor.

Dále je výhodné, když plášť šroubovitého difuzoru a/nebo šroubovitého! konfuzoru sestává z alespoň dvou excentricky uspořádaných segmentů kuželového pláště.

Výhoda vynálezu spočívá v tom, že se tlakovou energií expandovaného zemního plynu může plyn, který se uvolní vlivem snížení .tlaku a přívodem tepla z kapaliny oddělené ze zemního plynu, stlačit na počáteční tlak dálkového vedení. Právě tak se plyn, oddělený ze zemního plynu a/nebo. pocházející ze vháněcího vedení a/nebo· ze dvoustupňového odlučovače, může přivést na hodnotu počátečního tlaku.

Zařízením podle vynálezu se pomocí vířivých injektorů může vytvořit kompresní poměr, který se nikdy nemohl uskutečnit pomocí plynového injektoru.

Zařízením podle vynálezu se snižuje koncentrace kapaliny v plynu. Kromě toho· se významně snižují výrobní náklady na zařízení v důsledku dělení při malém, tlaku, protože se může vyrobit zařízení s menšími tlakovými stupni.

U zařízení podle vynálezu se používá vířivý injektor, kterým se využívají vlastnosti plynů vykazujících velkou rychlost proudění a proudících podél dráhy šroiuboiviee. U vířivého injektoru by neměl být využíván dělicí účinek vířivých proudů plynu, vzniká211392 jící v důsledku tepla, nýbrž sací účinek vířivého proudu plynu.

Při úpravě zemního plynu čiiní množství expandovaného surového zemního plynu zpravidla mnohonásobek — 50- až lOQnásobek — množství plynu pocházejícího z úpravy kapaliny. Prakticky to znamená, že adiabaťický stupeň účinnosti je při použití vířivého injektoru velmi příznivý. Realizují se totiž dva pochody, a sice přeměna tlaku surového zemního plynu a jeho vnitřní energie v kinetickou energii (u vháněcí trysky] a přeměna kinetické energie vířícího proudu plynu v tlakovou energii (ve šroubovitém difuzoru), přičemž vznikající redukce tlaku se zvětšuje tím, že se proud plynu vede podél dráhy s malým poloměrem křivosti. Tím se vyvolá radiální tlakový rozdíl, jehož působením se zvětšuje podtlak. Tímto způsobem se může jev tlakového gradientu vzniklý ve vířivém injektoru využít výhodně při pochodu úpravy zemního plynu, a sice tam, kde se metan, etan a eventuálně propain-butan, obsažené v kondenzátu vylučujícím se ze zemního plynu, vypuzují redukcí tlaku a přívodem tepla. Použití vířivých injektoru je umožněno i tím, že se zemní olej a zemní plyn vyskytují často' ve stejném ložisku, a jsou tedy zpracovávány ve stejném provozu.

Vynález bude dále vysvětlen pomocí výkresů, na nichž značí obr. 1 blokové schéma, obr. 2 princip provedení vířivého! injektoru, obr. 3 příklad provedení vířivého injektoru v podélném řezu, obr. 4 další vířivý injektor ve svislém řezu, a obr. 5 řez podle čáry V — V z obr. 4.

Jak lze seznat z obr. 1, vede se při způsobu podle vynálezu surový zemní plyn z trubky 1 do· odlučovače 2, ve kterém se odděluje z plynu v něm obsažená voda á gazolin. Voda se vede dále z vodního prostoru odlučovače 2 potrubím 13 do čističky.

Čárkovaně je na schématu naznačeno řešení zpracování gázo,linu, při kterém se surový gazolin. dopravuje do studeného odlučovače 5.

Plyn se vede z odlučovače 2 do výměníku tepla 3, ve kterém se plyn ochlazuje suchým plynným vodíkem vedeným ze studeného odlučovače 5 trubkou 6. Z výměníku tepla 3 se mokrý zemní plyn vede do vířivé komory vířivého' injektoru 4, přičemž plyn proudí do vířivého injektoru 4 šroubovitými, tangenciálně uspořádanými tryskami — které ale mohou vykazovat přímočarou osu —, a v tomto, narážejíc na stěny je nucen proudit po šroubovité dráze.

Do vnitřního prostoru vířivého' injektoru 4 zasahují sací trubky 10, 11, které jsou uspořádány koncentricky. Směs zemního plynu expandovaného ve vířivém injektoru 4 a nasátého plynu se odděluje ve studeném odlučovači 2 od gazolinu a vodné, inhibitorické fáze (na obr. meznázorněind).

Surový gazolin se odděluje ve studeném odlučovači 5. Vlivem snížení tlaku a popří8 pádě zároveň teplem se takto uvolněný plyn odděluje v tzv. „kapalinovém, expanzním“ odlučovači 8. Z tohoto odlučovače 8 se plyn vede sací trubkou 11 do oblasti osy vířivého injektoiru 4 a částečně odplyiněný gazolin do horníhoi prostoru vypuzovacího' sloupce

9. Vypuzovací sloupec 9 je vytápěn výměníkem tepla 15. Vypuzovací sloupec 9 je všeobecně konstruován jako rektifikačni zařízení, provozované bez zpětného toku, jehož tlak vykazuje menší hodnotu než tlak kapalinově expanzního odlučovače 8. Plyn vytékající z vypuzovacího sloupce 9 se vede sací trubkou 10 do· oblasti osy vířivého injektoru 4.

Odplyněná kapalina se dostává ke spotřebiteli z vypuzovacího sloupce 9 potrubím 12. Rovnoběžně s vířivým injektorem 4 je uveden do' provozu další vířivý injektor¹ 18, do něhOiž je přiváděn, plyn trubkou 17 za účelem oddělení oleje.

Pokud ke dvoustupňovému odlučovači 23 proudí větší množství proudu plynu odlučovačem 24, a zvyšuje se tím' tlak ve sběrném potrubí 26, tak se provozuje další vířivý injektor 20. V tamto případě se — v důsledku tlaku ve sběrném potrubí 26 — otevřou armatury 25, 19, 22 a plyn, prouidí trubkou 21 k Oblasti osy vířivého injektoru 20.

Na obr. 2 je znázorněno další příkladné provedení zařízení. U tohoto uspořádání jsou použity dvě koncentrické sací trubky 10, 11. Těleso 4a vykazuje tvar rotačního tělesa, jehož průměr Di se měří v rovině trysek. Trysky 4b, jejichž průřezem může být buď kruh, nebo, čtyřúhelník atd., jsou vmontovány ve vzdálenosti lo, pcčítánioi od kloníce tělesa 4a. Počet trysek 4 b není omezen. Tyto jsou s výhodou rozděleny rovnoměrně po obvodu tělesa 4a.

Sací itrubkai 11 slouží k zavádění plynu, jehož tlak je Pž. Její délka — měřeno od stěny tělesa 4a — je li. Sací trubkou 10 se nasává prostředí, jehož tlak je Pi. Tento tlak Pi je menší než tlak P2. Sací trubka 10 zasahuje — měřeno· od stěny tělesa 4a — v délce lz do tělesa 4a. Mezi sacími trubkami

10, 11 jsou uspořádány desky 4c, čímž se zabezpečuje souosost sacích trubek 10, 11 a současně se tlumí vibrace sací trubky 10. Desky jsou vytvořeny tím způsobem, že plyn, jehož tlak je P2, a který je zaváděn sací trubkou 11, vykazuje stejnosměrný moment hyhnosti, jako plyn, který byl přiváděn tryskami 4b.

K vířivému injektoru 4 je kromě toho připojen šroubovitý difuzor 4d, který vykazuje tvar hlemýždí ulity a má rovnou dolní desku 4e.

Na obr. 3 je znázorněn vířivý injektor, jehož směšovací prostor je vytvořen jako kuželovitý, tj. Di < Dz; jeho průměr se podél šroubovitého difuzoru 4d stále zvětšuje. Jeho krycí deska 4f tvoří kuželovitý plášť.

Na obr. 4 a 5 jsou znázorněny příklady provedení vířivých injektorů, které se liší od vířivých injektorů znázorněných na obr.

211

2, popřípadě 3 v tom, že šroubovité difuzory 4d jsou vytvořeny z excentricky uspořádaných segmentů kuželovitého pláště. Trysky mohou být podle vynálezu uspořádány v rovině kolmé k podélné ose vířivého in9 2 jektoru nebo odchylně od ní, s výhodou na kuželovitém plášti, jehož iosa souhlasí s osou vířivé komory a jejíž poloviční vrcholový úhel a je v rozmezí 70° š a S 90⁵.

Claims (7)

1. Zařízení ke stlačování zemního plynu o malém tlaku pomocí tlakové energie zemního plynu s vysokým tlakem a/nebo přídavného plynu, s vířivým iinjektorem, přičemž do vířivého injektoru zasahují dvě, ale maximálně pět trubek proi přívod plynu, vyznačené tím, že odlučovač (2] obsahující surový plyn je spojen- s výměníkem tepla (3), vířivým, iinjektorem (4) a studeným odlučovačem (5), přičemž vířivý injektor (4) je připojen ke studenému odlučovači (5), studený odlučovač (5) je spojen s dalším odlučovačem (8), který je připojen jednak na vířivý injektor (4), jednak na vypuzoyací sloupec (9) a dále na sací trubku (10) vířivého injektoru (4), paralelně k vířivému injektoru (4) je uspořádán další vířivý injektor (18), který je spojen s výměníkem tepla (3 j as vedením mezi prvním vířivým injektor em (4) a studeným odlučovačem (5), přičemž odlučovač (2) obsahující surový plyn je připojen na další odlučovač (24), spojený s dvoustupňovým odlučovačem (23).

2. Zařízení podle bodu 1 vyznačené tím, že do vířivého injektoru zasahují dvě koncentrické sací trubky (10, 11), tvar tělesa (4a) vířivého injektoru je rotační, přičemž jeho průměr (Di) je měřen v rovině trysek, a trysky (4b) jsou uspořádány ve vzdáleVYNÁLEZU niosti (lo) od konce tělesa (4a), přičemž na vířivý injektor (4) navazuje šroubovitý difuz or (4d).

3. Zařízení podle bodů 1 a 2 vyznačené tím, že jeho; průměr se podél šroubovitého difuzoru (4d) stále zvětšuje a jeho krycí deska je vytvořena jako kuželovitý plášť, přičemž délky (ls, 14,... li), počítáno od stěny vířivého injektoru', klesají v posloupnosti ls š 1< š ls & I2 -š li.

4. Zařízení podle bodu 3 vyznačené tím, že mezi koncentrickými trubkami (10, 11) přivádějícími plyn jsou uspořádána zpevňující šroubovitá tělesa řídící proudění.

5. Zařízení podle bodů 3 nebo 4 vyznačené tím, že jeho trysky (4b) jsou uspořádány na kuželovitém plášti (4g), jehož osa je totožná s osou, vířivé komory a poloviční vrcholový úhel [«) kuželového pláště vykazuje hodnotu 70° š a š 90°.

6. Zařízení podle jednoho- z bodů 3 až 5 vyznačené tím, že mezi vstupem priondu plynu á vířivou komorou (4h) je uspořádán šroubovitý difuzor (4d).

7. Zařízení podle jednoho z holdů 3 až 6 vyznačené tím, že plášť šroubovitého, difuzoru (4d) a/nebo šroubovitého' konfuzoru sestává alespoň ze dvou excentricky uspořádaných segmentů kuželového! pláště.