Авторы:
Заместитель генерального директора по производству Корнев В.П., Начальник ПТО Янкин А.Б.

ООО "БайТекс"

ООО "ИТ-Сервис" 

Директор предприятия, к.т.н. Васильев Александр Алексеевич
Технический директор Курочкин Борис Викторович
ООО ИИП "Нефтегазовые технологии"


Наиболее актуальным становится вопрос внедрения ГТЭС блочно-модульного построения для нефтегазодобывающих отраслей промышленности. Это позволяет обеспечить надежное электроснабжение собственных нужд, исключить издержки на строительство и эксплуатацию протяженных линий электропередач, а также улучшить экологию окружающей среды за счет сокращения вредных выбросов по сравнению с термической утилизацией попутного нефтяного газа на факельных установках. Однако,удовлетворительный ресурс эксплуатации ГТЭС (полный до 120 000 часов, до капитального ремонта 25 000 ... 60 000 часов) во многом определяется качеством подготовки попутного нефтяного газа, подаваемого в модуль ГТЭС.

Задача повышения качества очистки попутного нефтяного газа, подаваемого в модуль ГТЭС, является актуальной производственной задачей поскольку влияет на эксплуатационные затраты (ремонт газовой турбины ГТЭС) и ресурс электростанции в целом.

Общество с ограниченной ответственностью «БайТекс» - одно из немногих малых предприятий, которое планово внедряет современные, перспективные технологии в производство, в частности газотурбинные электростанции блочно–модульного построения. В процессе эксплуатации ГТЭС специалистами предприятия «БайТекс» было обнаружено скопление загрязнений в виде порошка черно-бурого цвета в районесоединения, фланца трубопровода подачи газа из ресивера,с фланцем газового модуля электростанции. В то же время загрязнения не были обнаружены в районе фланцевого соединения ресивера с трубопроводом подачи газа в газовый модуль электростанции. Внешний вид порошка и его зернистость напоминают речной песок. Материальное исполнение трубопровода – сталь 09Г2С. Протяженность трубопровода 120 ... 150 м.

С целью очистки газа от загрязнений возникла необходимость проведения исследований направленных на определение химического и гранулометрического состава порошка, а так же природы его происхождения. При выполнении этой работы были применены следующие методы исследования:

- рентгеноструктурный анализ;


- сканирующая электронная микроскопия;


- энергодисперсионный микроанализ;


- оптическая микроскопия.


Результаты исследования (см. приложение 1) позволили установить следующее:

- рентгеноструктурный анализ (рисунок1,  приложение1) позволил выделить в порошке три фазы: сульфид железа (макиновит), элементарную серу  и  метагидроксид железа  (лепидокрокит).
 Сульфид железа является типичным продуктом коррозии стального оборудования в нефтепромысловых средах, содержащих H2S.

Элементарная сера может являться как самостоятельным компонентом нефтепромысловой среды, так и результатом окисления сульфидов на воздухе в присутствии воды.
Окисление сульфида железа по данной реакции может объяснить наличие в порошке метагидроксида железа.



Рисунок1 - Результаты фазового рентгеноспектрального анализа порошка. Обнаружена элементарная кристаллическая сера, сульфид железа (макинавит) и метагидроксид железа

Снимок порошка, полученный с использованием растрового электронного микроскопа, приведен на рисунке 2а  приложения 1. В порошке присутствуют относительно крупные частицы диаметром более 1-1,5 мм и мелкие частицы диаметром от 10 мкм до нескольких сот микрон. На снимке крупные и мелкие частицы имеют существенно отличающийся контраст. Порошок был разделен постоянным магнитом на ферромагнитные частицы, притягивающиеся к магниту, и остаток. Доля ферромагнитных частиц составила около 90 % по объему. Вид порошкапосле разделения приведен на рисунках 2 б, 2 в(см. приложение1).Из предоставленных материалов видно, что к постоянному магниту притянулись в основном крупные частицы.
После разделения магнитом был проведен энергодисперсионный микроанализ частиц порошка. На рисунке 3 (см. приложение1) приведен результат анализа немагнитных мелких частиц. В состав частиц входит железо, кислород и сера, что согласуется с результатами рентгеноструктурного анализа.
Более детальное исследование порошка было произведено на металлографическом шлифе (сечении). Порошок был залит в специальную смолу на эпоксидной основе, подвергнут шлифовке и последующей полировке. Вид металлографического шлифа приведен на рисунке 4 (см. приложение1).
На шлифе видны сечения частиц порошка. Частицы имеют преимущественно форму чешуек (рисунки 5, 6). Структура частиц слоистая: видны более светлые плотные участки и рыхлые темные участки. Подобная структура характерна для продуктов коррозии, образующихся на поверхности стального изделия.
Результаты исследования порошка в электронном микроскопе приведены на рисунках 7-10 (см. приложение 1) Почти по всему объему частицы состоят из железа, серы и кислорода. В частицах могут чередоваться слои обогащенные серой (вероятно, сульфиды) и кислородом (вероятно, оксиды и гидроксиды). Исключение составляет участок, приведенный на рисунке 8, содержащий почти чистую серу, вероятно, в не окисленномвиде S8.

На основании результатов проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

- твердые частицы (механические примеси), содержащиеся в газе и перемещающиеся вместе с газом оказывают абразивное воздействие на внутреннюю поверхность стальной трубы газопровода. В результате этого воздействия происходит непрерывное удаление с металлической поверхности трубы защитных окисных пленок и продуктов коррозии металла различного гранулометрического состава;

- изменение термодинамического состояния газа в трубе обуславливает образование капельной жидкости в газе (газового конденсата и воды). Капельная жидкость оседает на внутренней поверхности трубы газопровода и в виде жидкостной пленки обволакивающей всю внутреннюю поверхность трубы перемещается в сторону направления движения газа;

- порошок черно–бурого цвета, содержащийся в трубе газопровода на входе в газовый модуль ГТЭС, – продукт коррозии, появился в результате процессов эррозионно–коррозионного разрушения внутренней поверхности металлической трубы газопровода соединяющего ресивер с газовым модулем ГТЭС.

Из вышеизложенного следует, что для увеличения ресурса эксплуатации ГТЭС  (наработки на отказ) необходимо свести к минимуму количество загрязнений, в частности, продукта коррозионного разрушения металлических поверхностей оборудования и газопровода контактирующего с газом, а также количества капельной жидкости, поступающих вместе с газом на турбину газотурбинной электростанции. Для этого необходимо осуществить следующие мероприятия:

- стабилизировать термодинамическое состояние газа на пути его следования к ГТЭС за счет надежной термоизоляции как газопровода, включающего запорно–регулирующую арматуру, так и другого оборудования, например фильтровального;

- установить на входе в ГТЭС фильтровальное оборудование, которое способно надежно защитить турбину ГТЭС от негативного воздействия твердых частиц,продуктов коррозии металла и коррозионно-активной капельной жидкости газового конденсата.

Для решения задач по очистке газов для промышленных целей инновационно–инжиниринговым предприятием «Нефтегазовые технологии» были разработаны фильтровальные технологии в состав которых входят газовые сепараторы (см. приложение 2), газовые фильтры и газовые фильтр-сепараторы.

В настоящее время наиболее востребованы газовые фильтр–сепараторы (сепараторы газовые универсальные изготавливаются по ТУ 3689-002-88112250-2013). В зависимости от специфики технологических задач решаемых на производстве компоновка газовых фильтр–сепараторов может быть исполнена как вертикальной (рисунок 1, приложение 3), так и горизонтальной (рисунок 2, приложение 3).

Конструкция газового фильтр–сепаратора (рисунок 3, приложение3) позволяет осуществить как одноступенчатую так и двухступенчатую схему очистки газа. При этом первая ступень не обслуживаемая, предназначена для грубой очистки газа, выполнена в виде двух завихрителей которые делят общий поток газа на два противоположно направленных потока. За счет перемешивания газа происходит соударение механических частиц и частиц капельной жидкости между собой. Этот процесс обуславливает укрупнение частиц и их перемещение под действием сил гравитации в нижнюю часть корпуса. Газовый конденсат удаляется из нижней части корпуса фильтр–сепаратора через патрубок отвода жидкости. При необходимости отбить механические примеси в фильтр-сепаратор, возможно, установив вторую ступень очистки газа, содержащую фильтрующий элемент.

Вторая ступень обслуживаемая - содержит фильтрующие элементы и предназначена для принудительной тонкой очистки газа до заданных в опросном листе показателей качества.

Связь между ступенями осуществляется как непосредственным встраиванием фильтрующего элемента в конструкцию завихрителя (импеллера), так и через промежуточную камеру. Это позволило согласовать газодинамические характеристикизавихрителейс техническими характеристиками (пропускная способность, тонкость фильтрации, перепад давления и др.) фильтрующих элементов. Такой подход к решению технологической задачи предложено использовать в данном проекте – очистка газа от продуктов коррозии и капельной жидкости при его подачи в газовый блок ГТЭС (рисунок 4, приложение3). Это позволит свести к минимуму влияние гранулометрического состава механических примесей и капельной жидкости, находящихся в газе, на качество его очистки, и тем самым обеспечить высокие эксплуатационные показатели работы фильтра–сепаратора, обеспечивающего повышенный ресурс работы турбины ГТЭС.


Приложение 1


Рисунок 2 - Вид частиц порошка до разделения магнитом (а) и после разделения магнитом на
ферромагнитные (в) и не ферромагнитные (б) частицы.



Рисунок 3 - Результат химического энергодисперсионного микроанализа немагнитных частиц
порошка



Рисунок 4 - Внешний вид металлографического шлифа (а). Вид частиц порошка наметаллографическом шлифе (б) (в)



Рисунок 5 - Вид частиц порошка на металлографическом шлифе, оптическая микроскопия, х50



Рисунок 6 - Результаты оценки размера частиц порошка на металлографическом шлифе,
оптическая микроскопия



Рисунок 7 - Результат химического энергодисперсионного микроанализа частиц порошка на
металлографическом шлифе



Рисунок 8 - Результат химического энергодисперсионного микроанализа частиц порошка наметаллографическом шлифе



Рисунок 9 - Результат химического энергодисперсионного микроанализа частиц порошка на
металлографическом шлифе



Рис. 10. Результат химического энергодисперсионного микроанализа частиц порошка на
металлографическом шлифе.



Приложение 2


Патент на газовый фильтр-сепаратор





Приложение 3




Рисунок 1 - Фильтр-сепаратор




Рисунок 2 - Фильтр-сепаратор




Рисунок 3 - Фильтр газовый