Нефтегазовая промышленность и топливно-энергетический комплекс



жүктеу 3.85 Mb.
бет13/22
Дата29.08.2018
өлшемі3.85 Mb.
түріУчебно-методический комплекс
1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   ...   22

3.7.Газогидраты

Обнаружили газогидраты совсем случайно. По всем расчётам геологов и мерзлотоведов в недрах должен был залегать газ. Но когда пробурили скважину, его там не оказалось. Приборы обнаружили, что в глубинах залегают какие-то лёгкие пористые породы. Взяли пробу из скважины, принесли её в тёплое помещение, и тут ... раздался взрыв.

Открытие газогидратов сейчас называют чуть ли не революцией в энергетике. Их запасы просто невероятны - они залегают под третью поверхности суши и почти под всей поверхностью Мирового океана. По предварительным подсчётам, это просто сверхгигантское газовое месторождение. В России газогидратные месторождения занимают площадь 2,4 млн. км2, главным образом на северо-западе европейской части России, в Сибири и на Дальнем Востоке.

Газогидраты внешне выглядят как белесые кристаллы. По существу, это замёрзшая вода, вобравшая в себя огромное количество углеводородов. Их энергетическая ёмкость довольно высока - один кубический метр кристаллогидрата включает до 200 м3 горючего газа, например - метана.

На суше запасы газогидратных месторождений уступают обычным газовым. А в морских осадках и в подстилающих породах уже на глубине десятков и первых сотен метров их ресурсы легко доступны. Извлекать морские газогидраты предлагается посредством подъёма пульпы при её последующей дегазации. Для этого потребуются макроплатформы и специальные суда, оснащённые трубопроводами.

Чтобы знать, где искать газогидраты, нужно понимать, как они образовались. Выяснилось, что эти загадочные невидимки - горючие газы, например, тот же метан, - залегают на несколько десятков метров ниже раздела «лёд - фирн». Вода при замерзании захватывает воздух и он в теле льда погружается, или, как говорят гляциологи, растекается от центра к периферии вместе с ледниковыми слоями. А под большим давлением, при отрицательных температурах и с помощью движущей силы поляризации эти флюиды уже превращаются в гидраты. В Антарктиде такое превращение происходит на глубинах свыше 700 метров, а в Гренландии - с 900 метров. Так, в толщах льда и даже подстилающих его породах накапливаются летучие, но замёрзшие и отвердевшие вещества. И они перемещаются в соответствии с наступлением или отступлением ледника. При изменении объёмов льда, а значит и давления, флюиды могут смещаться и по вертикали. Перспективными при разведке газогидратов оцениваются краевые зоны ледников, в которые выдавливались эти углеводороды.

После обнаружения газогидратов в ледяных и мёрзлых толщах и уяснении их огромной энергетической ценности, промёрзшие породы стали называть «золотой жилой». Но оказалось, что это не только образное сравнение, а вполне реальный феномен. В условиях вечной мерзлоты, выступая то в качестве окислителей, то в качестве восстановителей, накапливаются различные вещества. Даже такой инертный металл как золото может накапливаться в толще льда. При плавлении «жильного льда», образующегося при замерзании воды в трещинах мёрзлого грунта, глазам исследователей на Севере нередко представали ажурные конструкции из нитей и плёнок золота. Минеральный «скелет» может содержать и другие полезные ископаемые. Их поиск и разведка залежей, наравне с углеводородами, относится к заботам уже не молодой науки – геохимии криолитозоны.

3.8. Требования к качеству товарного газа
Показатели качества товарного газа основаны на следующих требованиях:


  1. Газ при транспортировке не должен вызывать коррозию трубопровода, арматуры, приборов и т.д.;

  2. Качество газа должно обеспечить его транспортировку в однофазном состоянии, т.е. не должно произойти образование и выпадение в газопроводе углеводородной жидкости, водяного конденсата и газовых гидратов;

  3. Товарный газ не должен вызывать осложнений у потребителя при его использовании.

Для того, чтобы газ отвечал указанным требованиям, необходимо определять точку росы по воде, содержание углеводорода, содержания в газе сернистых соединений, механических примесей и кислорода.

Важный показатель качества товарного газа - содержание в нем кислорода. Значение этого показателя - не более 1%. При большем содержании кислорода газ становится взрывоопасным. Кроме того, кислород способствует усилению коррозии в системе.

Отраслевой стандарт не устанавливает конкретное содержание отдельных углеводородов в товарном газе. Это связано с разнообразием составов сырьевого газа (табл. 19.).

В ГОСТ 51.40-93 введен новый показатель, ограничивающий содержание меркаптановой серы в товарном газе, не более 36 мг/м3.

В газе могут содержаться также сероокись углерода (COS), сероуглерод (CS2) и др. В ГОСТе содержание этих компонентов не указано.

Несомненно, обеспечение надежной транспортировки, хранения и использования продукции газовой промышленности должно отвечать определенным требованиям, изложенным в соответствующих стандартах и технических условиях.

Таблица 18

Нормы ГОСТ 51.40-93 на природный газ, транспортируемый по магистральным газопроводам



Показатели

Для климатической зоны

умеренной и жаркой

холодной

Точка росы по влаге и тяжелым УВ при давлении 5,5 МПа, 0С:

в зимний период (с 1/Х по 30/IV)

в летний период (с 1/V по 30/IX)




< - 10

< - 3



< - 25

< - 15

Содержание мех. примесей, г/100м3

< 0,1

< 0,1

Содержание сероводорода, г / 100м3

< 2,0

< 2,0

Содержание кислорода, %

< 1,0

< 1,0

Например, на заключительном этапе разработки газоконденсатных месторождений для получения товарного газа, отвечающего требованиям отраслевого стандарта, необходимо вводить установки искусственного холода (УИХ). Затраты на строительство и эксплуатацию УИХ значительно превышают прибыль от выхода дополнительной продукции УКПГ. Для поддержания высокой эффективности работы газотранспортных систем предложен комплексный подход к определению показателей качества газа. Суть предложения сводится к тому, чтобы не внедрять ГОСТ на каждом месторождении, связанном с одним магистральным газопроводом, а на основном месторождении установить более высокие показатели качества газа, чем по стандарту. За основное можно принимать наиболее крупное месторождение из рассматриваемой группы с тем, чтобы на нем было экономически выгодно применять сложную технологию, позволяющую на всех этапах разработки осуществлять осушку газа по влаге и извлечению тяжелых УВ.

Базовыми могут служить месторождения, в газе которых содержится сероводород, т.к. на газоперерабатывающих заводах после сероочистки необходимо проводить осушку на гликолевых установках или охлаждать весь объем газа с использованием искусственного холода.

Практически без больших дополнительных затрат на базовых месторождениях или на газоперерабатывающих заводах можно готовить газ с точкой росы по влаге и углеводородам ниже, чем по ГОСТ 51.40-93. Это позволит подавать в магистральный газопровод газ, добываемый на небольших месторождениях, находящихся вдоль трассы, без организации сложных систем промысловой подготовки газа, осуществляя только отделение жидкой фазы. Смешение сырого газа с газом, имеющим более низкую точку росы, чем по требованиям ГОСТа, позволяет получить смесь, которая будет отвечать требованиям ГОСТа.

Применение такой системы промысловой подготовки газа дает возможность сконцентрировать сложное промысловое оборудование на одном базовом месторождении, мелкие месторождения обустраивать по упрощенным схемам.

Основные требования к технологическим процессам промысловой и заводской обработки природных и нефтяных газов - это обеспечение показателей качества товарного газа и другой продукции газовой промышленности.

Следует отметить, что в настоящее время единых международных норм по допустимым содержаниям сероводорода, углекислоты, серо-органических соединений, азота, воды, механических примесей и т.д. не существует.

3.9. Теплотехнические свойства нефтепродуктов и газа
Теплота испарения - количество тепла, расходуемое на превращение в пар одного килограмма жидкости при температуре ее кипения (ее называют еще скрытой теплотой, т.к. она расходуется не на повышение температуры продукта, а на его испарение).

Средние значения теплоты испарения (в кДж/кг): бензина - 293÷314; керосина - 230÷251; дизельных топлив - 209÷213; масел - 167÷209.

Теплоту испарения нефтяных фракций можно определить по следующей формуле:

l = 4,19∙ (22Tк/μ), кДж/кг

где: μ - молекулярная масса;

Тk - средняя температура кипения, К.

Теплота конденсации - количество тепла, выделяющееся при конденсации пара в жидкость при той же температуре и численно равное скрытой теплоте испарения.

Теплота сгорания (теплотворная способность) - количество тепла, выделяемое при полном сгорании топлива, кДж/кг (нефть - 42∙103, мазут - 41∙103, уголь - 31∙103, ацетилен - 49∙103, спирт метиловый - 22∙103, этан - 52∙103, бутан - 57∙103).

Теплота плавления (скрытая) - количество тепла, поглощаемое 1 кг твердого тела, когда оно при температуре плавления превращается в жидкость.

Температура застывания - температура, при которой продукт теряет текучесть. С увеличением содержания в нефтепродукте тяжелых УВ температура застывания уменьшается. Данная характеристика является важным показателем для масел.

Температура кристаллизации - температура, при которой начинается выпадение УВ (в основном парафина), сопровождающееся помутнением нефтепродукта и изменением его вязкостных характеристик.

Зная последние две характеристики, можно правильнее выбрать способы хранения и транспортировки продуктов с низкой температурой застывания.



Температура кипения - температура, при которой происходит переход вещества из жидкого состояния в парообразное не только с поверхности вещества (как при испарении), но и по всему объему.

Теплоемкость - количество тепла, которое необходимо затратить для нагрева 1 кг вещества на 10С. В зависимости от того, к какому количеству продукта относится тепло, различают удельную (на единицу массы) и мольную (на один моль). Зная теплоемкость продукта, можно определить необходимое количество тепла на нагревание его до требуемой температуры. Теплоемкость увеличивается с повышением температуры и уменьшением плотности. В зависимости от условий, при которых происходит процесс для газов и паров, различают теплоемкость при постоянном давлении (Сp) и при постоянном объеме (Сv). Различают также истинную теплоемкость (при данной температуре). Средневзвешенную теплоемкость смеси Ссм определяют по закону аддитивности.

Для бензинов теплоемкость изменяется от 1,93 до 2,21 кДж/кг∙К при изменении температуры с 00С до 500С. Для реактивного топлива - от 1,91 до 2,15 кДж/кг∙К. Для этана - 3,3, пропана - 2,2.



Влагосодержание природных газов. Природный газ в пластовых условиях насыщен парами воды, поскольку газоносные породы всегда содержат связанную, подошвенную или краевую воду. В процессе эксплуатации месторождений значения давлений и температур изменяются. При этом снижение температуры вызывает уменьшение количества водяных паров в газовой фазе, а снижение давления - увеличение их содержания. В самом пласте по мере разработки происходит увеличение влагосодержания газа, т.к. пластовое давление падает при изотермическом режиме. Влагосодержание природного газа - важнейший параметр, который определяет в значительной мере технологические режимы эксплуатации скважин газопромысловых сооружений.

Содержание влаги в газе характеризуют абсолютным и относительным влагосодержанием.

Абсолютное влагосодержание W равно массе водяных паров в единице объема газовой смеси, приведенной к нормальным условиям (00С и 0,1 МПа), и измеряется в г/м3 или кг/1000м3.

Относительное влагосодержание W0 - отношение фактического содержания паров воды в единице объема газовой смеси при данных давлении и температуре к его влагосодержанию, т.е. к количеству водяных паров, которые могли бы содержаться в том же объеме и при тех же условиях при полном насыщении. W0 измеряется в долях единицы или в процентах. Полное насыщение оценивается как 100%.



Кристаллогидраты природных газов. Многие компоненты природного газа (метан, этан, пропан, изобутан, углекислый газ, сероводород, азот) в соединении с водой образуют кристаллогидраты - твердые кристаллические соединения, существующие при высоких давлениях и положительных температурах. Они представляют собой физические соединения газа и воды (клатраты), образующиеся при внедрении молекул газа в пустоты кристаллических структур, составленных из молекул воды. Все газы, размер молекул которых находится в пределах (4÷6,9) ∙10-9 м, образуют гидраты.

Условия образования гидратов газа могут быть представлены равновесными кривыми гидратообразования в координатах температура – давление для различной плотности (рис. 11).

С
Р, [Мпа]

Т, [К]
увеличением давления и плотности газа температура гидратообразования возрастает. Область существования гидратов на этих графиках располагаются левее и выше кривых.






1


a



b

3


2

L, [км]

Рис. 11. Зона образования гидратов.

Гидратообразование определяется давлением, температурой, составом газа и воды (рис. 11.). Пусть давление в газопроводе меняется по кривой (1), а температура – по кривой (2). На основании кривых гидратообразования (рис. 11) и линии падения давления (1) строим кривую (3) равновесной температуры гидратообразования. Область возможного образования гидратов располагается на участке ab.



3.10. Опасные свойства природных газов и нефти
Опасными свойствами углеводородных газов являются их токсичность и способность к образованию взрывоопасных смесей с воздухом, воспламеняющихся от электрической искры, пламени и др.

С увеличением молекулярной массы предельных УВ их токсические свойства возрастают. Предельно допустимые концентрации для метана - 10 мг/дм3, а для гептана 2 мг/дм3.

Санитарными нормами проектирования промышленных предприятий в рабочей зоне производственных помещений предусмотрена предельно допустимая концентрация (ПДК) углеводородов (паров бензина), равная 0,3 мг/дм3.

Из газовых компонентов природных и нефтяных газов особенно токсичен сероводород. Сероводород - бесцветный газ. Относительная плотность его по воздуху 1,19. Человек чувствует сероводород (запах тухлых яиц) даже при содержании его в воздухе (0,0014÷0,0023) мг/дм3. Однако, при непродолжительном пребывании человека в сероводородной среде его обоняние притупляется. Сероводород является ядом, вызывающим паралич органов дыхания и сердца (табл. 19).

Таблица 19

Предельно допустимая концентрация, мг/л



Аммиак

0,02

Бензин-растворитель

0,3

бензины топливные

0,1

Бензол

0,02

керосин (в пересчете на углерод)

0,3

Лигроин

0,3

окись углерода

0,02

сернистый ангидрид (сернистый газ)

0,01

Сероводород

0,01

спирт метиловый

0,05

спирт этиловый

1,0

Тетраэтилсвинец

0,000005

уайт-спирт

0,3

сероводород в смеси с УВ С46

0,003

Природные нефтяные газы многих месторождений содержат в своем составе сероводород (Н2S) и двуокись углерода (СО2). Объемное содержание этих компонентов, называемых иногда кислыми, колеблется в широких пределах, доходя до 50% и более. Значительное содержание Н2S и СО2 обнаружено в газах глубоко залегающих месторождений Прикаспийской впадины, и, в особенности, Оренбургском, Карачаганакском, Астраханском. Содержание кислых компонентов в газе Астраханского месторождения достигает 40%, из которых концентрация сероводорода составляет 22%.

Концентрация сероводорода 0,006 мг/дм3 при 4-часовом дыхании вызывает головную боль, слезотечение, светобоязнь, насморк. При концентрации около (0,2÷0,28) мг/дм3 наблюдается жжение в глазах, светобоязнь, слезотечение, раздражение в носу и зеве, металлический привкус во рту, тошнота. Концентрация сероводорода 1 мг/дм3 и выше приводит к острому отравлению (судороги, потеря сознания и быстро наступающая смерть). ПДК сероводорода в рабочей зоне производственных помещений - 0,01 мг/дм3.

Воздействие газов на организм человека всегда отрицательно (табл. 20).

Таблица 20

Физиологическое воздействие газов на организм человека


Газ

Содержание

Длительность и характер воздействий

%

мг/л

оксид углерода

0,1

1,25

Через 1 час головная боль, тошнота, недомогание

0,5

6,25

Через 20÷30 мин. смертельное отравление

1,0

12,50

Через 1÷2 мин. очень сильное или смертельное отравление

сероводород

0,01÷ 0,015

0,15÷0,23

Через несколько часов легкое отравление

0,02

0,31

Через 5÷8 мин. сильное раздражение глаз, носа, горла

0,1 ÷ 0,34

1,54 ÷ 4,62

Быстрое смертельное отравление

сернистый

0,001÷0,002

0,029÷0,058

При длительном воздействии раздражение горла и кашель

0,05

1,46

Кратковременное воздействие опасно для жизни

оксиды азота

0,006

0,29

При кратковременном воздействии раздражение горла

0,010

0,48

Продолжительное воздействие опасно для жизни

0,025

1,2

При кратковременном воздействии смертельное отравление

Углекислый газ - бесцветный, практически без запаха. Общий характер действия на организм - наркотический и раздражающий кожу и слизистые оболочки. В высоких концентрациях вызывает быстрое удушье, вследствие недостатка кислорода.

При содержании (4÷5)% углекислого газа в воздухе у человека раздражается слизистая оболочка дыхательных путей и глаз, появляются кашель, головокружение, повышается кровяное давление. При вдыхании весьма высоких концентраций углекислого газа наступает смерть от остановки дыхания (при 20% газа в воздухе смерть наступает через несколько секунд).
3.11. Взрывоопасные смеси углеводородных газов с воздухом
Природные УВ газы образуют взрывоопасные смеси с воздухом. Существует два предела взрываемости газовоздушных смесей: нижний предел, соответствующий минимальной концентрации горючего газа, при которой горение еще возможно, и верхний предел, соответствующий максимуму этой концентрации (табл. 21). При содержании инертных газов в смеси газов пределы их воспламенения также возрастают.

С повышением давления смеси значительно возрастают пределы ее взрываемости. Горение и взрыв - однотипные химические процессы, но резко отличающиеся по интенсивности протекающей реакции. При взрыве реакция происходит очень быстро в замкнутом пространстве без доступа воздуха к очагу воспламенения взрывоопасной газовоздушной смеси.

Скорость распространения детонационной волны горения при взрыве (900÷3000 м/с) в несколько раз превышает скорость звука в воздухе при комнатной температуре. Сила взрыва максимальна, когда содержание воздуха в смеси становится теоретически необходимым для полного сгорания.

При концентрации газа в воздухе в пределах воспламенения и при наличии источника воспламенения произойдет взрыв. Если же содержание газа в воздухе меньше нижнего или больше верхнего пределов воспламенения, то смесь не способна взорваться. Струя газовой смеси с концентрацией газа выше верхнего предела воспламенения, поступая в объем воздуха, и, смешиваясь с ним, сгорает спокойным пламенем. Скорость распространения фронта волны горения при атмосферном давлении составляет около (0,3÷2,4) м/с (нижнее значение скоростей - для природных газов, верхнее - для водорода).

При оценке взрывоопасности большое значение имеет температура вспышки нефтепродукта (табл. 22, 23, 24), т.е. температура, при которой пары нефтепродукта, нагретого в установленных стандартом условиях (ГОСТ 4333-88), образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени.

Пожароопасность наряду с взрывоопасностью является одним из специфических свойств нефтепродуктов. Все нефти и нефтепродукты в зависимости от температуры вспышки делят на классы (табл. 23).

По температуре вспышки нефтепродукта определяют степень его опасности. Нефтепродукты с температурой вспышки 610С и ниже относятся к взрывоопасным (легковоспламеняющиеся, табл. 24), выше 610С - относятся к пожароопасным (горючим).
Таблица 21

Показатели газов при температуре окружающей среды

Т=00С и Р=0,1 МПа


Газ

Низшие температуры воспламенения, 0С

Концентрационные пределы

взрываемости газов,% (по объему)



в смеси с воздухом

в смеси с кислоро-дом

в смеси с воздухом

в смеси с кислородом

нижний

верхний

нижний

верхний

ацетон

305

295

1,95

82

28

93

бензол

740

662

1,40

8,0

-

-

н-бутан

430

460

1,5

8,5

-

-

бутилен

445

400

1,65

9,95

-

-

водород

510

450

4,0

75

4,5

95

метан

537

645

5,0

15,2

5,0

60

окись углерода

610

590

12,5

75

13

96

пентан

-

-

1,1

8,0

-

-

пропан

466

490

2,1

9,5

-

-

сероводород

290

220

4,3

45,5

-

-

сероокись углерода

-

-

11,9

28,5

-

-

этан

510

500

2,5

15

3,9

50,5

этилен

450

485

2,5

34,0

3,0

80,0

Таблица 23

Классификация нефтепродуктов в зависимости от температуры вспышки


Классы нефти и нефтепродуктов

Температура вспышки паров, 0С

Нефть, нефтепродукты

I

28 и ниже

бензин, нефть, конденсат

II

28÷61

керосины: тракторные, осветительные; дизельное топливо ДА; топливо для реактивных двигателей

III

61÷120

дизельные топлива, мазуты

IV

120 и выше

масла, битумы, асфальты, парафин

Таблица 22

Характеристики взрыво- и пожароопасности нефти и нефтепродуктов


Нефть, нефтепродукты

Температура,0С

Пределы взрываемости с воздухом

паров смеси, %



вспышки

самовосп-ламенения

нижний

Верхний

Бензин:

А1-80

Б2-90

Б-91/115


Б-95/130

Б-100/130















-39

255

0,76

5,03

-34

300

0,79

5,16

-38

435

-

-

-37

380

0,98

5,48

-34

474

0,98

5,48

Керосин:













осветительный

48

265

1,40

7,50

тракторный

28

260

-

-

Нефть туймазинская

-21

320

-

-

Диз. топливо:

78

240

1,40

6,0


ДЗ

ДА

64

330

-

-

ДС

92

345

-

-

Уайт-спирт

35

270

1,4

6,0

1 Автомобильный бензин;

2 Авиационный бензин.
Пары нефтепродуктов могут воспламеняться (при соприкосновении с огнем), но могут и самовоспламеняться, если горение возникает в результате нагревания смеси паров нефтепродуктов с воздухом за счет быстрого выделения тепла и разогрева всего объема. Температурой самовоспламенения называют наименьшую температуру, при которой газ с воздухом воспламеняется при нагревании без внесения пламени в смесь, лишь за счет превышения тепловыделений над теплоотводом. Температура самовоспламенения зависит от объема, концентрации газа, давления и ряда других факторов. Наименьшую температуру нефтепродукта, при которой смесь паров с воздухом загорается от открытого огня, называют температурой воспламенения.

В зависимости от температуры самовоспламенения по «Правилам изготовления взрывозащищенного и рудничного электрооборудования» (ПИВРЭ) установлены 5 групп взрывоопасных смесей.

В зависимости от способности передачи взрыва через фланцевые зазоры оболочки электрооборудования установлены 4 категории взрывоопасных смесей.

Таблица 24

Характеристики некоторых легковоспламеняющихся веществ


Вещество

Температура, С0

кипения

вспышки

самовоспламенения

диэтиловый эфир

35

-41

164

петролейный эфир

(30 ÷ 70)

-18

246

гексан

68

-20

434

циклогексан

80

-18

260

бензол

80

-11

534

толуол

110

+4

536

метиловый спирт

64

+8

464

этиловый спирт

78

+13

365

конденсат

(90 ÷ 110)

+18

340

бутиловый спирт

117

+34

345

ацетон

50

-18

465

В зависимости от категории и группы взрывоопасной смеси применяют взрывозащищенное электрооборудование, имеющее различное исполнение. В зависимости от вида исполнения, а также от наивысшей категории и группы взрывоопасной смеси, для которых электрооборудование признано взрывозащищенным, установлены следующие условные обозначения взрывозащищенности электрооборудования, наносимые на его корпусе: В - взрывонепроницаемое, М - маслонаполненное, Н - повышенной надежности против взрыва, П - продуваемое под избыточным давлением, И - искробезопасное (с наименованием газа или пара, в котором оборудование испытано), С - специальные.



Каталог: wp-content -> uploads -> umk2
uploads -> Шжқ «Павлодар қаласының №5 емханасы» кмк байқау кеңесі отырысының №2 хаттамасы павлодар қ. 2015 жылғы 12 қазан Өткізу формасы
umk2 -> Тюменская областная дума тобольско-тюменская епархия
umk2 -> Социальная эффективность управления региональной системой образования
umk2 -> Тюменская область
umk2 -> Разработка и исследование технологических жидкостей для добычи и транспортировки нефти
umk2 -> Практическое занятие 1
umk2 -> 1 Обсадные трубы отечественного производства
umk2 -> Исследование и разработка способов, повышающих нефтеотдачу в низкопроницаемых коллекторах хохряковской группы месторождений


Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   ...   22


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет