Serdyukova_E.Yu_._i_dr._Raschety_tehnologich._processov_pervichnoy_pererabotki_nefti._Ch._1

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина»

Кафедра технологии переработки нефти

Сердюкова Е.Ю., Кожевникова Ю.В., Чернышева Е.А.

РАСЧЕТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ.

Часть 1

учебно-методическое пособие

Рекомендовано кафедрой технологии переработки нефти РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению подготовки 18.03.01 «Химическая технология»

Москва, РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина,

2020

3

Введение

Программа UniSim Design является высокоэффективным инструментом технологических расчетов нефтегазоперерабатывающих процессов: успех как мощного и широко используемого расчетного инструмента связан не только с уникальным набором инструментов, шаблонов различных технологических узлов и утилит, которые были разработаны и встроены авторами данной программы, но в не меньшей мере и термодинамическими методами, которые лежат в основе всех технологических расчетов нефтегазопереработки.

Математические пакеты свойств обеспечивают точные результаты для расчетов, применяемых в нефтегазохимической и химической промышленности. На основе трудоемкой работы команды ученых была составлена база данных, содержащая более 1500 компонент и более 16 тысяч бинарных коэффициентов.

Наряду с имеющимися встроенными базами данных, пользователю предоставляется возможность рассчитать уникальные свойства материального потока, обратившись к специальному пакету, который предоставит возможность получить более точные результаты в необходимом диапазоне,

или создать свой собственный специализированный пакет свойств.

4

1 Основные структурные элементы и понятия

Программное обеспечение UniSim Design – это уникальный инструмент моделирования и расчета процессов нефтяной и газовой промышленности, используемый для проектирования и оптимизации работы как отдельных технологических узлов, так и комплексных технологических схем.

Для создания модели и дальнейшего ее расчета программой предусмотрено наличие двух специальных рабочих сред Basis Environment

и Simulation Environment.

Basis Environment – это рабочая среда, в которой пользователю доступны функции задания компонентного состава, выбора метода расчета свойств материального потока, а также доступна термодинамическая информация активной задачи. В данной среде можно задать все необходимые изменения в ходе моделирования, не внося корректировки в построенную технологическую схему. Все изменения оказываются активными, и схема пересчитывается с их учетом.

Simulation Environment – это рабочая среда, в которой непосредственно осуществляется моделирование технологических схем,

используя существующую кассу объектов и расчет свойств материальных потоков на основе выбранного математического пакета. В данной среде предусмотрено создание уникальной системы единиц на базе системы СИ.

Для последующей работы с программой необходимо ознакомиться с основными понятиями:

Термодинамический пакет (Fluid package) – это пакет свойств,

представленный уравнением состояния, объединяющий всю информацию, необходимую для расчета фазового равновесия и физических свойств материального потока.

Гипотетические компоненты (Hypotheticals Components) – это компоненты, используемые в расчете конкретных задач, которые

5

отсутствуют в библиотеке программы. Они могут быть представлены чистыми веществами, смесями заданного состава,

смесями, не установленного состава, или твердыми

компонентами.

Диспетчер нефтей (Oil manager) – это пакет характеризации нефти,

который позволяет преобразовывать данные лабораторных анализов конденсатов, нефтей, нефтяных фракций и каменноугольной жидкой смолы в гипотетические компоненты.

Получившимся гипотетическим компонентам присваиваются все параметры, такие как молекулярная масса (Molecular Weight),

плотность (Density), вязкость (Viscosity), данные разгонки

(Distillation), необходимые для их использования в пакете свойств,

в частности, для расчета фазового равновесия.

Графическая среда (PFD) – представляет собой графическое отображение рассчитываемой схемы, показывает связи между объектами, включенными в рассчитываемую технологическую схему. При необходимости для любого потока или аппарата схемы можно вывести на экран значения технологических параметров. (например, для материального потока расход, давление и т.д., для аппаратов перепад давления, нагрузка и т.д.)

Рабочая тетрадь (Workbook) – окно, в котором информация,

описывающая технологические объекты, представлена в виде таблиц. Пользователь имеет возможность создать отдельную страницу для каждого типа объектов: потоков, сепараторов, труб,

регуляторов и т. д. На каждой из этих страниц можно выводить информацию с разной степенью детализации.

Касса объектов (Object Pallet) – содержит в себе набор потоков,

емкостей, теплообменного оборудования, сепараторов,

перекачивающих устройств, а также устройств, создающих

давление, реакторов и шаблонов колонн.

6

Утилиты (Utilities) – представляют собой полезные программы,

обеспечивающие дополнительную информацию, касающуюся потоков и операций технологической схемы.

Библиотека компонентов (Library Components) – библиотека,

содержащая в себе все доступные компоненты (химические вещества и их соединения).

7

2 Моделирование технологических процессов

2.1 Задание материального потока из списка компонентов

Исходный материальный поток может быть задан несколькими

способами:

на основе списка компонентов встроенной библиотеки данных программы;

с помощью гипотетических компонентов;

при помощи диспетчера нефтяных смесей.

Для начала рассмотрим алгоритм создания материального потока на базе существующей библиотеки компонентов.

Пример 1: Поток углеводородного газа представлен следующими соединениями: метан 5 % масс., этан 8 % масс., пропан 32 % масс., н-

бутан 29 % масс., и-бутан 26 % масс. Давление потока 4.1 МПа,

температура 12 °С, расход 120 000 м3/сутки.

Чтобы начать моделирование необходимо создать новую задачу при помощи вкладки File, где необходимо выбрать New > Case. После чего в окне программы появится Simulation Basis Manager, в котором по умолчанию открыта вкладка Components.

Рисунок 1 – Создание новой задачи

8

Данная вкладка позволяет добавить поток и выбрать компоненты,

входящие в его состав. Для этого в открытой вкладке Components

необходимо нажать кнопку добавить поток (Add), после чего можно приступать к выбору компонентов.

Рисунок 2 – Задание компонентного состава материального потока Выбрать компоненты из представленного списка в правой части окна

можно отсортировав их по типам соединений (View Filters). Можно осуществить фильтрацию компонентов по таким группам как углеводороды

(Hydrocarbon), твердые соединения (Solids), амины (Amines), спирты

(Alcohols), кетоны (Ketones), альдегиды (Aldehydes), сложные эфиры (Esters),

карбоновые кислоты (Carboxylic Acids), галогены (Halogens), нитрилы

(Nitrilies), фенолы (Phenols), простые эфиры (Ethers). Поиск компонентов может осуществляться по полному названию компонента (Sim Name), по синониму (Full Name/Synonym), либо по брутто формуле (Formula), которая отражает соотношение атомов в веществе, но ничего не говорит о строении.

После того как нужный состав будет сформирован, следует перейдти во вкладку Fluid Pkgs для того, чтобы связать созданный список компонентов с пакетом свойств.

9

Рисунок 3 – Выбор термодинамического пакета свойств

В программе UniSim Design имеется большое количество термодинамических пакетов для компонентов различной природы происхождения. Наиболее широко в качестве пакета свойств применяются уравнения состояния, например, пакет Peng-Robinson. Термодинамический пакет Peng-Robinson представляет собой модификацию уравнения Ван-дер-

Ваальса и используется для компонентов, представленных углеводородными соединениями, входящими в состав углеводородного газа, газоконденсата и нефти. После того, как создание потока и выбор уравнения состояния завершены, можно переходить в среду моделирования (Enter Simulation Environment). После перехода в среду моделирования пользователю будет доступна графическая среда (PFD), в правой части которой находится палитра объектов.

10