Geum.ru

Федеральное агентство по атомной энергии фгуп «цнииатоминформ» центр «атом-инновация» материалы инновационного форума росатома июнь, 2007 год москва партнеры форума

Вид материалаДокументы

Содержание


Оптический детектор одоранта природного газа для газораспределительных станций в реальном масштабе времени
Подобный материал:
1   ...   44   45   46   47   48   49   50   51   ...   60

Оптический детектор одоранта природного газа для газораспределительных станций в реальном масштабе времени


Киреев С.В., Подоляко Е.М., Шнырев С.Л., МИФИ

В настоящее время в рамках обеспечения промышленной и экологической безопасности функционирования предприятий нефтегазовой отрасли актуальна проблема детектирования меркаптановых соединений в газовых средах в реальном масштабе времени. Это необходимо, прежде всего, на транспортных и распределительных газопроводах, обеспечивающих природным газом как промышленные предприятия, так и жилой сектор. Природный газ, как известно, не уловим человеческим обонянием. Поэтому газ одорируют с целью придания ему характерного запаха. Одорантом природного газа называется интенсивно пахнущее органическое химическое соединение или комбинация химических соединений, добавляемых к природному газу в малой концентрации, способное придать специфический (как правило, неприятный) предупреждающий запах с целью обнаружения утечки газа при концентрациях, меньших его нижнего предела взрываемости. В качестве одорантов в мире используются, в основном, сераорганические меркаптановые соединения, как в виде индивидуальных веществ, так и в виде смесей синтетических или природных меркаптанов, а также ряд сульфидов, тиофан, кротоновый альдегид и их смеси. Для одоризации природного газа в России наиболее широко используется смесь природных меркаптанов (СПМ), основу которой составляет сильно пахнущее ароматическое вещество – этилмеркаптан. СПМ вырабатывается на Оренбургском газоперерабатывающем заводе из природного газоконденсата.

Содержание одоранта в газопроводах должно быть строго фиксированным, поскольку при его пониженных концентрациях заметно снижается безопасность эксплуатации, а избыточная одоризация газа отрицательно сказывается на экологии окружающей среды. Кроме того, проблема переизбытка одоранта особенно важна для химических предприятий, так как при сгорании меркаптанов образуются токсичные окислы. Установленная норма одоризации промышленного природного газа по ГОСТ 5542-87 составляет от 16 до 32 мг/м3 при атмосферном давлении, то есть необходимая минимальная концентрация одоранта составляет 5 ppm.

Одорирование природного газа, подаваемого потребителю, осуществляется либо непосредственно на газораспределительных станциях (ГРС), либо на кустовых одоризационных пунктах. Существует большое количество способов и устройств, используемых для одоризации природного газа. В подавляющем большинстве случаев все существующие одоризаторы представляют собой установки, осуществляющие ввод одоранта в газопровод пропорционально изменяющемуся объемному расходу газа в нем. Одоризаторы подразделяются на два основных типа: одоризаторы, основанные на смешении потока газа с парами одоранта, и одоризаторы, работающие по принципу нагнетания жидкого одоранта. Кроме того, используются капельные одоризаторы. Следует отметить что, несмотря на то, что в настоящее время существуют автоматические одоризаторы, более половины ГРС России оснащены одоризаторами ручного типа.

Одним из недостатков как ручных, так и автоматических используемых одоризаторов является невозможность обеспечения ими строго дозированного расхода одоранта. В частности, непропорциональность одоризации может возникать при больших колебаниях расхода газа, что довольно часто бывает на практике. Кроме того, большинство одоризаторов производят расход одоранта по измерению только одного параметра газа – его расхода. При этом не учитываются температура и точное давление природного газа, что также приводит к неточности дозирования. Вследствие этих причин содержание одоранта в природном газе может заметно отклоняться от установленной нормы.

Другой существенный недостаток современных одоризаторов заключается в том, что при одоризации по объемному расходу газа оказывается невозможным учесть фактор качества одоранта, который в настоящее время является фактически неконтролируемым параметром. Несоблюдение требований при транспортировке и заправке одоранта в одоризаторы приводят к попаданию в одорант примесей (в том числе воды), что приводит к ухудшению качества одоризации газа.

Одним из способов решения перечисленных проблем является разработка метода непрерывного контроля концентрации одоранта в газопроводах на ГРС и в одоризационных пунктах в реальном масштабе времени.

Одними из наиболее перспективных методов, позволяющих проводить измерения в реальном времени, и сочетающими в себе возможность непрерывного контроля с высокой чувствительностью, являются методы оптической спектроскопии, в особенности с применением современных лазерных систем в сочетании с автоматизированными методами обработки результатов измерений.

Анализ имеющихся на сегодняшний день данных показывает, что наилучшая чувствительность детектирования одоранта получена при использовании абсорбционного метода. В настоящее время этот способ уже используется для определения содержания искусственно синтезированных однокомпонентных одорантов (с заранее известным и постоянным составом) в природном газе в ряде стран. Однако способ непригоден для детектирования одоранта, использующегося для одоризации природного газа в России, поскольку он производятся из природного газоконденсата и включает в себя более шести меркаптановых соединений.

Вышесказанное определяет актуальность настоящей работы –разработка новых высокочувствительных оптических методов детектирования меркаптановых одоризационных соединений в газовых и жидких средах в реальном масштабе времени, имеющих большое значение для обеспечения эффективного и экологически безопасного функционирования предприятий нефтегазовой отрасли и потребителей.

Для достижения поставленной цели в настоящей работе проведен комплекс физических исследований процессов поглощения одоранта и сред, в которых необходимо его детектирование, а именно:

– исследованы спектры поглощения одоранта и компонентов природных газовых смесей в широких спектральных диапазонах в газовой фазе, определены значения коэффициентов и сечений поглощения;

– изучено влияние давления газовых сред и спектральных диапазонов измерений на точность детектирования одоранта и компонентов природных газовых смесей;

– на основании проведенных исследований определены оптимальные условия детектирования, обеспечивающие достижение наилучшей точности детектирования одоранта.

Проведение данных исследований позволило получить целый ряд новых результатов, которые были положены в основу разработки оптического детектора одоранта в газовых средах в реальном масштабе времени. Разработанный способ детектирования одоранта защищен патентом [Киреев С.В. и др. Способ детектирования меркаптановой одоризационной смеси природного газа в реальном масштабе времени. Патент РФ №2267114 от 27.12.2005 г., Бюл. №36]. Полученная чувствительность определения концентрации одоранта является лучшей в мире.

Оптический детектор одоранта, будучи включенным в технологический процесс одоризации природного газа на газораспределительных станциях, позволит существенно снизить расход одоранта и повысить безопасность использования природного газа потребителями. Этот результат достигается за счет проведения измерений в реальном масштабе времени, что в настоящее время в отечественной практике не реализуется из-за отсутствия подобных устройств. Предел обнаружения одоранта (не хуже 5 ppm) удовлетворяет требованиям ГОСТа по содержанию одоранта в природном газе.

Разработка и организация серийного производства оптического детектора одоранта природного газа для газораспределительных станций в реальном масштабе времени позволит существенно повысить конкурентоспособность газовой отрасли и безопасность использования природного газа в России и других странах (в первую очередь, в странах ближнего зарубежья), снизить уровень затрат при эксплуатации предприятий газовой промышленности.