способ контроля качества природного газа по показателю "температура точки росы по высшим углеводородам"

Формула изобретения

Способ контроля качества природного газа по показателю "температура точки росы газа по высшим углеводородам" (ВУ) путем понижения температуры газа, отличающийся тем, что контролируемый газ охлаждают путем его пропускания (барботажа) через слой жидкости (например, водного раствора хлористого кальция), плотность которой больше плотности жидкой фазы ВУ и в которой не растворяются жидкие ВУ, но растворяются вода, диэтиленгликоль (ДЭГ) и метанол, при этом температуру жидкости поддерживают равной требуемому значению температуры точки росы газа по ВУ, и качество газа по показателю "температура точки росы по ВУ" определяют по наличию или отсутствию пятен (пленки) ВУ на поверхности жидкости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов путем определения их химических или физических свойств и может быть использовано в газовой промышленности. Наиболее широко оно может быть использовано для контроля качества газа при транспортировке и переработке.

Одним из основных показателей качества товарного природного газа является «температура точки росы газа по высшим углеводородам» (ВУ), т.е. по углеводородам от пентана (С ₅Н₁₀) и выше (С_5+в). Значение этого показателя регламентировано Отраслевым стандартом (ОСТ 51.40-93. Газы горючие природные, поставляемые и транспортируемые по магистральным газопроводам), согласно которому «температура точки росы газа по ВУ» для холодного пояса Российской Федерации должна составлять: летом не выше -5°С, а зимой - не выше -10°С.

Известен "Способ контроля качества товарного природного газа по показателю «температура точки росы газа по ВУ»" (Москалев И.Н., Битюков В.А., Филоненко А.С., Гаврилин А.К., Федосов В.М., Ефременко Н.А. Влагометрия природного газа: Состояние и проблемы. - М.: ИРЦ Газпром, 1999, 36 с. (Обзорная информация. Сер. Подготовка и переработка газа и газового конденсата). Ил.2. Табл.4). Контроль качества газа по этому показателю на практике осуществляют путем определения «температуры точки росы газа по ВУ» и последующего сравнения полученного значения с требованиями ОСТа. Определение «температуры точки росы газа по ВУ» осуществляют известным конденсационным способом согласно ГОСТ 20061-84. Этот ГОСТ стандартизирует конденсационный способ определения «точки росы по углеводородам» для природных газов, не содержащих капельных взвесей углеводородов и гликолей. На практике гликоли практически всегда присутствуют в потоке газа. Суть способа (Вяхирев Р.И., Гриценко А.И., Тер-Саркисов P.M. Разработка и эксплуатация газовых месторождений. - М.: OOO «Недра-БИЗНЕСЦЕНТР», 2002, 666-667 с.) заключается в визуальном или автоматическом измерении температуры начала конденсации углеводородов на поверхности охлаждаемого металлического зеркала при непрерывном потоке над ним предварительно осушенного анализируемого газа и фиксированном давлении. Важная особенность методики проведения измерения - достаточно медленное охлаждение измерительного зеркала так, чтобы скорость понижения температуры ее поверхности не превышала 1°С/мин, а в окрестности предполагаемой точки росы - не более 0.5°С/мин (Макагон Ю.Ф. Газовые гидраты, предупреждение их образования и использование. - М.: Недра, 1985, 232 с).

Этот способ контроля качества природного газа по показателю «температура точки росы по ВУ» (Москалев И.Н., Битюков В.А., Филоненко А.С., Гаврилин А.К., Федосов В.М., Ефременко Н.А. Влагометрия природного газа: Состояние и проблемы. - М.: ИРЦ Газпром, 1999, 36 с. (Обзорная информация. Сер. Подготовка и переработка газа и газового конденсата). Ил.2. Табл.4) является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату.

Известный способ заключается в следующем.

Контролируемый газ пропускают над охлаждаемой полированной зеркальной линейкой, вдоль которой существует градиент температур, и на участке этой линейки, где начинает выпадать конденсат ВУ, измеряют температуру, которую принимают за «температуру точки росы по ВУ». Сравнивают эту температуру с заданным значением (например, со значением, заданным в ОСТ 51.40-93) и делают вывод о соответствии качества товарного газа требуемой «температуре точки росы газа по ВУ». Устройства, при помощи которых реализуют описанный способ, называют оптическими конденсационными гигрометрами (Москалев И.Н., Битюков В.А., Филоненко А.С., Гаврилин А.К., Федосов В.М., Ефременко Н.А. Влагометрия природного газа: Состояние и проблемы. - М.: ИРЦ Газпром, 1999, 36 с. (Обзорная информация. Сер. Подготовка и переработка газа и газового конденсата). Ил.2. Табл.4). Однако в виду близости оптических свойств воды и ВУ (Москалев И.Н., Битюков В.А., Филоненко А.С., Гаврилин А.К., Федосов В.М., Ефременко Н.А. Влагометрия природного газа: Состояние и проблемы. - М.: ИРЦ Газпром, 1999, 36 с. (Обзорная информация, Сер. Подготовка и переработка газа и газового конденсата). Ил.2. Табл.4. 18 с.), «возникает проблема установления природы выпавшего конденсата» и получения достоверной информации о том, «температуру точки росы» какого вещества (влаги или ВУ) мы определили. В результате тщательного анализа проблемы влагометрии в газовой промышленности авторы вышеназванного обзора пришли к выводу, что «... даже в отсутствие в газе паров диэтиленгликоля (ДЭГ) и метанола оптический конденсационный гигрометр с трудом различает «температуру точки росы» по воде и ВУ» (а чаще - не различает). Углеводороды и влагу (воду) на конденсационной поверхности различают (Вяхирев Р.И., Гриценко А.И., Тер-Саркисов P.M. Разработка и эксплуатация газовых месторождений. - М.: ООО «Недра-БИЗНЕСЦЕНТР», 2002. 670 с.) по цвету: пленка углеводородов имеет на границе радужный оттенок; влага имеет серовато-матовый оттенок (как запотевшее зеркало). Правильно (достоверно) определить границу раздела не всегда удается. Субъективизм приводит к большой погрешности определения «температуры точки росы газа по ВУ» и, соответственно, к недостоверности контроля товарного газа на соответствие «температуры точки росы по ВУ» требованиям стандарта (Вяхирев Р.И., Гриценко А.И., Тер-Саркисов P.M. Разработка и эксплуатация газовых месторождений. - М.: ООО «Недра-БИЗНЕСЦЕНТР», 2002, 671 с.) констатируется, «Важно отметить, что определение температур точки росы по влаге и углеводородам существующими конденсационными приборами, в том числе и «Харьков-1М», для газов сепарации установок НТС газоконденсатных месторождений практически не представляется возможным. Это связано с наличием в газе сепарации большого количества конденсата, наряду с метанолом и водой, поэтому на зеркальной поверхности индикатора образуется сплошная пленка жидкости, и определить раздельно «температуры точки росы» по водометанольному раствору (BMP) и углеводородам не удается».

В этом недостаток известного способа контроля качества товарного природного газа по показателю «температура точки росы газа по ВУ».

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в том, чтобы создать такое техническое решение, при использовании которого обеспечивалось повышение достоверности контроля качества товарного природного газа по показателю «температура точки росы газа по высшим углеводородам».

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности контроля качества товарного природного газа по показателю температура точки росы газа по высшим углеводородам .

Способ контроля качества природного газа по показателю "температура точки росы газа по высшим углеводородам" (ВУ) путем понижения температуры газа, заключается в том, что контролируемый газ охлаждают путем его пропускания (барботажа) через слой жидкости (например, водного раствора хлористого кальция), плотность которой больше плотности жидкой фазы ВУ и в которой не растворяются жидкие ВУ, но растворяются вода, диэтиленгликоль (ДЭГ) и метанол, при этом температуру жидкости поддерживают равной требуемому значению температуры точки росы газа по ВУ, и качество газа по показателю "температура точки росы по ВУ" определяют по наличию или отсутствию пятен (пленки) ВУ на поверхности жидкости.

Для достижения названного технического результата контролируемый газ охлаждают путем его пропускания (барботажа) через. слой жидкости, температуру которой поддерживают равной заданному значению «температуры точки росы газа по ВУ», и соответствие качества газа по показателю «температура точки росы по ВУ» определяют по наличию или отсутствию пленки В У на поверхности жидкости, при этом выбирают жидкость, плотность которой больше плотности жидкой фазы ВУ и в ней не растворяются жидкие ВУ, но растворяются: вода, ДЭГ и метанол, присутствующие, как правило, в контролируемом газе. Такой жидкостью может быть, например, водный раствор хлористого кальция нужной концентрации. Концентрацию водного раствора хлористого кальция подбирают так, чтобы ожидаемая «температура точки росы газа по ВУ» была больше температуры замерзания раствора.

Зависимость температуры замерзания водного раствора хлористого кальция от его концентрации приведена в таблице 1, составленной по данным (Макагон Ю.Ф. Газовые гидраты, предупреждение их образования и использование. - М.: Недра, 1985, 107 с.).

Таблица 1. Зависимость температуры замерзания водного раствора хлористого кальция от его массовой концентрации
Концентрация, %	21,9	26,6	27,5	30,0
Температура замерзания, °С	-21,2	-34,6	-38,6	-55,0

Из таблицы следует, что для контроля качества товарного газа на соответствие «температуры точки росы газа по ВУ» требованиям ОСТ 51.40-93 (например, -10°С) можно использовать водный раствор хлористого кальция с концентрацией не меньше 22%, температура замерзания которого не превышает -21°С.

Предложенный способ контроля качества природного газа по показателю «температура точки росы газа по ВУ» состоит в следующем.

Контролируемый газ пропускают (барботируют) через слой жидкости (например, водного раствора хлористого кальция), температуру которой поддерживают равной требуемому значению (например, по ОСТ 5140-93) «температуры точки росы газа по ВУ», и соответствие качества газа по показателю «температура точки росы по ВУ» определяют по наличию или отсутствию пленки ВУ на поверхности жидкости, при этом выбирают жидкость, плотность которой больше плотности жидкой фазы ВУ и в ней не растворяются жидкие ВУ, но растворяются вода, ДЭГ и метанол. Контроль качества товарного газа осуществляют по факту появления или отсутствия пленки ВУ на поверхности холодной жидкости. Если «температура точки росы» контролируемого газа по ВУ больше температуры жидкости, т.е. качество газа не соответствует заданным требованиям по этому показателю, то паровая фаза ВУ конденсируется, образовавшаяся жидкая фаза ВУ, как менее плотная, всплывает, и на поверхности холодной жидкости (например, на поверхности водного раствора хлористого кальция) появляется тонкая пленка сконденсировавшихся ВУ, которую определяют (детектируют) визуально по специфическому переливающемуся цвету (цвету побежалости). В противном случае, т.е., когда пленка жидких ВУ не появляется на поверхности холодной жидкости, а значит «температура точки росы» контролируемого газа по ВУ меньше температуры холодной жидкости, качество товарного газа соответствует заданным требованиям по показателю «температура точки росы по ВУ».

При реализации предложенного способа контроля качества товарного газа по показателю «температура точки росы по ВУ» исключается влияние присутствия в контролируемом газе паров воды, ДЭГа и метанола на достоверность контроля качества газа по этому показателю, т.к. указанные компоненты при конденсации в холодной жидкости растворяются в ней и не всплывают. В предложенном способе роль детектора росы (роль охлажденной поверхности зеркала, как в конденсационном гигрометре) выполняет поверхность охлажденной жидкости, обладающей вышеуказанными свойствами, благодаря которым исключается влияние паров воды ДЭГа и метанола на достоверность контроля качества газа по показателю «температура точки росы по ВУ». Способ дает ответ на вопрос удовлетворяет ли качество газа по показателю «температура точки росы по ВУ» заданным требованиям или не удовлетворяет.

Предложенный способ реализуют при помощи устройства, схема которого приведена на чертеже.

Устройство содержит входной участок 1 линии контролируемого газа; барботажную трубку 2; барботер 3, снабженный смотровым окном 4; барботер, заполненный жидкостью 5, в которой не растворяются жидкие ВУ, но растворяются вода, ДЭГ и метанол; теплообменное устройство 6, например, змеевик, расположенный в жидкости; датчик температуры 7, чувствительный элемент которого расположен в жидкости; выходную линию 8 контролируемого газа, на которой установлено запорно-регулирующее устройство 9, например, вентиль; автоматический регулятор температуры 10, к первому входу которого подключен датчик температуры, ко второму входу подключен задатчик 11 температуры, а к выходу - исполнительный механизм 12, регулирующий орган 13 которого установлен на байпасной линии 14 холодного газа; устройство охлаждения 15, выполненное, например, в виде вихревой трубки (трубки Ранка) 16, содержащей втулку-диафрагму 17 с отверстием в центре; завихритель 18; настроечный вентиль 19, линию 20 силового газа, линию 21 холодного газа и линию 22 горячего газа. Устройство охлаждения аналогично тому устройству, которое используется в известном конденсационном гигрометре «Харьков-1М» (Вяхирев Р.И., Гриценко А.И., Тер-Саркисов P.M. Разработка и эксплуатация газовых месторождений. - М.: OOO «Недра-БИЗНЕСЦЕНТР», 2002).

Устройство работает следующим образом.

Контролируемый газ проходит по входному участку 1 линии контролируемого газа в барботажную трубку 2 и далее, барботируя через слой жидкости 5, залитой в барботер 3, сбрасывается через выходную линию 8 и вентиль 9 в линию утилизации контролируемого газа (не показана). Жидкость 5 в барботере 3 охлаждается при помощи змеевика 6, в который по линии 21 подается холодный газ от устройства охлаждения 15. В качестве устройства охлаждения (генератора холода) используется, например, вихревая трубка (трубка Ранка) 16. В принципе может быть использовано любое другое устройство охлаждения (например, пропановый или углекислотный холодильник, полупроводниковая или термоэлектрическая термобатарея и др.). Однако в условиях газовой промышленности предпочтение следует отдать трубке Ранка, т.к. для производства (генерации) холода в данном случае используется энергия сжатого газа, всегда имеющегося в избытке на объектах контроля (магистральные газопроводы, установки комплексной подготовки газа, узлы учета газа и др.), и поэтому отпадает необходимость в сооружении и эксплуатации более сложных и менее надежных устройств охлаждения. Расход холодного газа, подаваемого в змеевик 6, регулируется путем перепуска части холодного газа через байпасную линию 14 при помощи исполнительного механизма 12, воздействующего на регулирующий орган 13. Температура жидкости 5 в барботере 3 поддерживается постоянной при помощи автоматической системы регулирования, образованной датчиком 7 температуры, автоматическим регулятором 10, исполнительным механизмом 12 и регулирующим органом 13. Заданное значение температуры жидкости, равное требуемой температуре точки росы контролируемого газа по ВУ, устанавливают при помощи задатчика 11. Если температура жидкости 5 в барботере 3 не равна заданному значению, то регулятор 10 формирует регулирующее воздействие на исполнительный механизм 12 до тех пор пока температура жидкости в барботере 3 не станет равной заданному значению. При формировании регулирующего воздействия по пропорционально-интегральному закону (ПИ-закону) автоматическая стабилизация температуры жидкости осуществляется без статической ошибки. В результате барботажа контролируемого газа через слой охлажденной жидкости температура газа понижается практически до температуры жидкости). Если «температура точки росы» контролируемого газа по ВУ , больше температуры жидкости (Т_ж), т.е. , то из газа выделяется жидкая фаза ВУ, которая, как имеющая меньшую плотность, чем плотность холодной жидкости, всплывает на поверхность этой жидкости. Требуемый расход контролируемого газа при рабочем давлении, определяемый экспериментально, устанавливают при помощи вентиля 9 и поддерживают в течение некоторого времени, заведомо достаточном для выделения нужного (для детектирования), количества жидких ВУ. По истечению этого времени вентиль 9 закрывают, чем прекращают барботаж и дают возможность установится ровной (не возмущенной) поверхности жидкости. Факт появления пятен ВУ на поверхности жидкости, наблюдаемый визуально через смотровое окно 4, говорит о том, что качество товарного газа по показателю «температура точки росы газа по ВУ» не соответствует заданному значению. Если в течение заведомо длительного времени барботажа пятна ВУ на поверхности жидкости не появились, это означает, что качество газа по показателю «температура точки росы газа по ВУ», соответствует заданным требованиям.

Устройство 15 охлаждения газа работает следующим образом. Газ из газопровода (не показан) по линии 20 силового газа через завихритель 18 тангенциально поступает в вихревую трубку 16, где разделяется на холодный и горячий потоки. Холодный газ проходит через центральное отверстие втулки-диафрагмы 17 и отводится в линию 21, а горячий - через настроечный вентиль 19 - в линию 22 и далее в линию утилизации (не показана). Настроечный вентиль 19 служит для настройки соотношения расходов холодного и горячего потоков газа и, соответственно, температуры холодного газа.

Предложенный способ исключает влияние присутствующих в контролируемом газе воды, ДЭГа и метанола, на результат контроля качества природного газа по показателю «температура точки росы газа по высшим углеводородам».

Использование предложенного технического решения дает возможность повысить достоверность контроля качества газа по показателю «температура точки росы газа по высшим углеводородам».