192614. lajstromszámú szabadalom • Eljárás instabil földgázkondenzátumok csővezetéki szállítására
1 192 614 2 A találmány a kitermelt földgázból leválasztott kondenzátumok csővezetéki szállítására vonatkozik, amikoris a szállított földgázkondenzátum instabil tulajdonságú. Az ipari gyakorlatban a távvezetéki szállításra történő előkészítés során a kitermelt földgázt legalább részlegesen víz- és gazolinmentesítik. A gazolinmentesítés során leválasztott földgázkondenzátum egy viszonylag széles forrásponthatárú szénhidrogén-frakció, amely metántól dodekánig (Ci — C) 2 ) tartalmaz komponenseket, közvetlen felhasználásra azonban csak továbbfeldolgozás (stabilizálás) után válik alkalmassá. A leírásban „kitermelt földgázon” a víztől és gazolintól még el nem választott, távvezetéki szállításra nem alkalmas földgázt értünk. „Földgázkondenzátumon” a kitermelt földgázból leválasztott, és gyakorlatilag cseppfolyós halmazállapotban továbbított szénhidrogénelegyet értünk. „Földgáznak” a kitermelt földgázból a víz és a földgázkondenzátum eltávolítása után visszamaradó gázt tekintjük. Sok esetben a nyers földgázkondenzátum feldolgozása nem a földgáztermelés és előkészítés helyén, hanem attól távoleső bázisüzemben történik. Ezért a földgáz-kondenzátumot a továbbfeldolgozás helyére kell szállítani. A szállítás általában csővezetéken történik, nyomás alatt, Magyarországon többnyire 20— 130 km távolságokra. A kondenzátumvezetékben az áramlási irányban fellépő veszteségek miatt a nyomás fokozatosan csökken. A nyomáscsökkenés következtében a vezetékben lévő kondenzátum egy része kigázosodik, s a vezetékben kétfázisú áramlás jön létre. A kétfázisú áramlási nyomásesés három részből tevődik össze. Ezek: — a súrlódási nyomásesés, amelyet a fal menti súrlódás és a fázisok közötti súrlódás okoz, — a gyorsulási nyomásesés, amelyet a fázisok nyomásesés okozta gyorsulása vagy a fázisváltozás okoz, és — a magasságkülönbség okozta nyomásváltozás. Ellentétben az egyfázisú áramlással, a kétfázisú áramlás során a súrlódási nyomásesés nemcsak a falnál kialakult impulzusátadásnál jön létre, hanem a fázisok közötti impulzusátadás során is. A fázisok közötti súrlódás főként a két fázis áramlási formájától és az áramlás jellegétől (lamináris vagy turbulens) függ. A kondenzátumvezetékek üzemeltetési tapasztalatai szerint a kétfázisú áramlásnál megnő a kondenzátumvezetéken fellépő nyomásveszteség, ami csökkenti a vezeték szállítókapacitását. Ezen kívül számos olyan rendellenesség is fellép (nyomásingadozás, hidrátosodás), amely üzemzavarokhoz vezet. Megállapítottuk, hogy az átlagos összetételű földgázkondenzátum kigázosodása a vezetékben általában olyan körülményeket hoz létre, amikor instacionárius kétfázisú áramlási kép (buborékos, dugós, hullámos vagy réteges) jön létre. Ha az instabil földgázkondenzátumból csak kevés gáz szabadul fel, az kis buborékok alakjában egyenletes elosztásban áramlik a folytonos folyadékáramban (buborékos áramlási kép alakul ki). Stabil buborékos áramlás csak akkor lehetséges, ha a buborékok koncentrációja olyan kicsi, hogy a buborékok nem hatnak egymásra. Ez a helyzet 10% gáztérfogatarány alatt. A gáztérfogattört növekedésével a folyadékáramban a buborékok sűrűsége növekszik, azok gyakran összeütköznek, nagyobb buborékokká 5 egyesülnek. A nagyobb buborékok fajlagos súrlódási munkája kisebb, mint a kisebbeké. Ugyanakkor növekszik a rendszer gyorsulási nyomásesése, mivel a gázfázis fajlagos térfogata nagyobbá válik és az áramlási sebessége nő. A buborékos áramlás nem newtoni 10 viselkedésű. A gáztérfogattört további növekedésével (0,1 — 0,3) kialakul a dugós áramlási kép. A gázdugók általában hosszabbak, mint a cső átmérője, s egymásra legtöbbször kevésbé hatnak. Áramlási sebességük 15 nagy, s a gyorsulási nyomásveszteség is növekszik. A folyadék ekkor a gázdugók között áramlik. Minthogy a gáz gyorsabban áramlik, mint a folyadék, a gázdugók keresztüláramlanak a folyadékon és a dugók hátsó oldalán örvénylő leszakadások követ- 20 keztében a gáz egy része a dugók között áramló folyadékba jut és ott apró buborékok formájában áramlik tovább, amelyek súrlódási munkája nagy. A dugókban áramló gázt a folyadék bizonyos mértékig komprimálja; az ehhez szükséges munkát a rendszer 25 belső energiatartalmából meríti, s ezzel a rendszer teljesítménye csökken. A dugós áramlásra egyébként az erős pulzálás és egyéb áramlási zavarok jellemzők, ami a földgázkondenzátum távvezetéki szállításánál hátrányos. 30 A gáztartalom növekedésével a dugók közötti folyadékréteg egyre kisebbé válik és végül a folyadékfal eltűnik. Kis tömegáram-sűrűség esetén a két fázis egyértelműen szétválik, s az áramlás réteges áramlás (lamináris 35 áramlásnál) vagy a gyakoribb hullámos áramlási tartományba tartozik. A hullámos áramlási tartományban a két fázis határán — mivel a felület „érdes” — igen nagy a súrlódási nyomásveszteség. A hullámokból a gáz folyadékcseppeket ragad ki. 40 A fentiekből jól látható, hogy az instabil földgázkondenzátumok csővezetéki szállításánál a létrejövő kétfázisú áramlás következtében olyan áramlási kép álakul ki, amely nagy energiaveszteséggel jár, s a vezeték szállítókapacitását csökkenti, emellett üzemzava- 45 rok kialakulásának is kedvez. A találmány célja olyan eljárás biztosítása az instabil földgázkondenzátumok csővezetéki szállítására, amely kiküszöböli a fenti problémákat, s csökkenti az energiaveszteséget. 50 Azt találtuk, hogy a fenti célt elérjük, ha a földgázkondenzátumhoz a szállítás során földgázt keverünk. Meglepő módon ugyanis ekkor a kétfázisú rendszer szállítása szempontjából kedvezőbb, gyűrűs és/vagy ködös áramlási kép jön létre. 55 A gyűrűs áramlási kép megjelenési formája a fal mentén áramló folyadékfilm, s a magban áramló gázfázis. A folyadékfilm felületén is megjelennek a hullámok, de ezek távolsága jóval nagyobb, a hullámamplitudó pedig kisebb, mint a hullámos áramlás- 60 kor, tehát a fázisok közötti súrlódási nyomásesés is kisebb. A nagy sebességgel áramló gázmag viszonylag kevés folyadékéseppet ragad ki. A találmány értelmében úgy végezzük az instabil földgázkondenzátumok csővezetéki szállítását a ki- 65 termelt földgázból leválasztott földgázkondenzátum 2
