книги / Переработка нефтяных и природных газов

22. Наличие потока П28 исключает наличие потоков П27 и П29.

23.Наличие потока П22 исключает наличие потоков П23 и П21.

24.Наличие потока П21 исключает наличие потоков П23 и П22.

25.Наличие потока П23 исключает наличие потоков П21 и

П22.

26.Совместное присутствие потоков 15 и 14 означает, что поток 15 «выродился» в поток 13.

27.При наличии в схеме Э 13.1 П48 из Э 14.2 направляется только в Э 13.1.

28.Если элемент, в который направлен один из рассматривае­ мых потоков, в конкретном наборе элементов отсутствует, то соответствующие варианты потоков считаются нереальными.

29.Для каждого элемента задается условие минимального числа входящих потоков, обеспечивающих его нормальное функ­ ционирование.

Ниже приводятся эвристические алгоритмы формирования по­

токов для каждого элемента обобщенной схемы НТК-

Эвристические алгоритмы формирования потоков для каждого элемента обобщенной схемы

1.Из Э 0 выходит единственный П1, идущий в Э 1.

2.Из Э 1 выходит единственный П2, идущий в Э 2.

3.Из Э 2 выходит единственный ПЗ, идущий в Э 3.

4. Из Э 3 выходит единственный ПЗ, идущий или в Э 4, или

вЭ 17.

5.Из Э 4 выходят П4 и П5, причем П4 направлен в Э 5, а П5 может быть направлен в каждый из элементов, входящих в любое

непустое подмножество элементов из набора: {8.2; 11.2; 14.2; 16; 17; 18], содержащее не более чем один из элементов 16; 17; 18.

6.Из Э 5 выходит единственный П4, идущий в Э 6.

7.Максимально возможный список потоков, выходящих из Э 6, имеет следующий вид: П4; П6; П32; ПЗЗ; П34, причем П4 направ­ лен в Э 7, П6 направлен в Э 19, а потоки из набора: {П31 в Э 2; П32 в Э 16; ПЗЗ в Э 17; П34 в Э 18] могут выходить из Э 6 в любом непустом сочетании, содержащем не более чем один из потоков:

32; 33; 34.

8. Из Э 7 выходят П7 и П8, причем П7 направлен или в Э 8, или в Э 8.1, а П8 может быть направлен в каждый из элементов, входящих в любое непустое подмножество элементов из набора: \8.2; 11.2; 14.2; 16; 17; 18], содержащее не более чем один из элементов 16; 17; 18.

9.Максимально возможный список потоков, выходящих из

Э8, имеет следующий вид: П6; П7; П60; П61; П62; П63; П64. Поток 6 идет в Э 19 только тогда, когда в конкретном наборе эле­ ментов оборудования отсутствует Э 6. Поток 7 направлен в Э 9, или при отсутствии Э 6 в Э 8.1. Потоки из набора: {060 в Э 2; П61

351

в Э 6; П62 в Э ПбЗ в Э 17; П64 в Э 18} могут выходить из Э 8 в любом непустом сочетании, содержащем не более чем один из потоков 62; 63; 64.

10.Из Э 8.1 выходит единственный П7, идущий в Э 9.

11.Из Э 8.2 может выходить любое непустое подмножество

потоков из максимального набора: {П56 в Э 8; П57 в Э 16; П58 в Э 17; П59 в Э 18,} содержащее не более чем один из потоков 57; 58; 59.

12. Из Э 9 выходят П9 и П10, П9 направлен в Э 10. П10 может быть направлен в каждый из элементов, входящих в любое непу­ стое подмножество элементов из набора: {6; 8; 8.2; 11.2; 14.2; 16; 17; 18}, содержащее не более чем один из элементов 16; 17; 18, причем П10 может быть направлен в Э 8 только при отсутствии

внаборе Э 6.

13.Максимально возможный список потоков, выходящих из

Э 10, имеет следующий вид: П9; П25; П26; П27; П28; П29; ПЗО. Поток 9 направлен вЭ 11.1. Потоки из набора |{П25 вЭ2; П26 вЭ 6; П26 в Э 8; П 27 в Э 16; П28 в Э 17; П29 в Э 18; ПЗО в Э 19\ могут выходить из Э 10 в любом непустом сочетании, содержащем не более чем один из потоков: 27; 28; 29, причем П26 может быть на­ правлен в Э 8 только при отсутствии в наборе Э 6.

14.Из Э 11.1 выходит единственный П9, идущий в Э 12.

15.Из 11.2 может выходить любое непустое подмножество

потоков из максимального набора: {П52 в Э 10; ПбЗ в Э 16; П54

вЭ 17; П55 в Э 18\, содержащее не более чем один из потоков 53; 54; 55.

16.Из Э 12 выходят П11 и П12. Поток 11 направлен в Э 13. Поток 12 может быть направлен в каждый из элементов, входящих

влюбое непустое подмножество элементов из набора: {5; 8; 8.2; 10; 11.2; 14.2; 16; 17; 18}, содержащее не более чем один из эле­ ментов 16; 17; 18, причем П12 может быть направлен в Э 8 только при отсутствии в наборе Э 6.

17. Максимально возможный список потоков, выходящих из Э 13, имеет следующий вид: П11; П14; [П18; П19; П20; П21; П22; П23; П24. Поток И направлен или в Э 14.1 или в Э 24. По­ токи из набора: {П14 в Э 22.2; П18 в Э 2; П19 в Э 6; П19 в Э 8; П20 в Э 10; П21 в Э 16; П22 в Э 17; П23 в Э 18; П24 в Э 19} могут выходить из Э 13 в любом непустом сочетании, содержащем не более чем один из потоков 21; 22; 23, причем П19 может быть на­ правлен в Э 8 только при отсутствии в наборе Э 6.

18.Максимально возможный список потоков, выходящих из

Э13.1, имеет следующий вид: П11; П66; П67; П68; П69; П70; П71;

П72. Поток 11 направлен в Э 15. Потоки из набора {П66 в Э 2; U 67 в Э 6; П68 в Э 16; П69 в Э 17; П70 в Э 18; П71 в Э 19; П72 в Э 13} могут выходить из Э 13.1 в любом непустом сочетании, со­ держащем не более чем один из потоков 68; 69; 70.

19. Из Э 14.1 выходит единственный П11, идущий в один и только один из элементов 13.1; 14.4; 15.

352

20.Из Э 14.2 может выходить любое непустое подмножество потоков из максимального набора: {П48 в Э 13; П48 в Э 13.1; П49

вЭ 16; П50 в Э 17; П51 в Э 18}, причем П48 направляется в Э 13 только при отсутствии Э 13.1.

21.Из Э 14.3 выходит единственный П46, идущий в Э 15.

22.Из Э 14.4 выходит единственный П11, идущий в Э 15.

23.Максимально возможный список потоков, выходящих из

Э15, имеет следующий вид: П13; П14; П15; П16; П17. Поток 13 может быть направлен в любое непустое подмножество элементов

из набора: \6; 8; 8.2; 10; 11.2; 13; 14.2; 16; 17; 18}, содержащее не более одного элемента из 16; 17; 18, причем П13 может быть направлен в Э 8 только при отсутствии в наборе Э 6. Одновременно с этим каждому возможному варианту распределения П13 соот­ ветствует распределение П14 в любое непустое подмножество элементов из набора: {6; 8; 10; 13; 19; 20.2; 22.2}, причем П14 может быть направлен в Э 8 только при отсутствии в наборе Э 6.

Если в некотором варианте организации потоков П13 и П14 последние одновременно будут направляться из Э 15 в Э 6 (или Э 8), то будем считать, что из Э 15 в Э 6 (или в Э 8) направлен сводный поток 15 [СЗ ], состоящий из П13 и П14. Аналогично потоки 13 и 14, идущие из Э 15 в Э 10, образуют П16 [С4], а Э 13 — П17 [С5].

24.Из Э 16 выходят П35 и П36. Поток 36 направлен в Э 18. Поток 35 может быть направлен или в 3 2, или в Э 19.

25.Из Э 17 выходят: ПЗ; П37; П40: Поток 40 направлен в Э 18. Поток 3 направлен в Э 4 тогда и только тогда, когда ПЗ направлен из Э 3 в Э 17. Поток 37 может идти в один из элементов 20.1; 20.2 или в любое непустое подмножество элементов из набора: {8; 8; 10; 13}, причем П37 может быть направлен в Э 8 только при от­ сутствии в схеме Э 6.

26.Из Э 18 выходят П41 и П45. Поток 45 направлен в Э 0 схемы. Поток 41 может быть направлен в один из элементов 22,1;

22.2или в любое непустое подмножество элементов из набора: \6; 8; 10; 13}, причем П41 может быть направлен в Э 8 только при отсутствии в схеме Э 6.

27.Из Э 20.1 выходит единственный П37, идущий в Э 21.

28.Из Э 19 выходит единственный П65, идущий в Э 0 схемы.

29.Из Э 20.2 выходят: П14 и П37. Поток 37 направлен в Э 21. Поток 14 может быть направлен в любое непустое подмножество элементов из набора: {10; 13; 22.2}.

30.Из Э 21 выходят П38 и П39. Поток 38 направлен в Э 17. Поток 39 может быть направлен в любое непустое подмножество элементов из набора: \6; 8; 10; 13}, причем П39 может быть на­ правлен в Э 8 только при отсутствии Э 6.

31.Из Э 22.1 выходит единственный П41, идущий в Э 23.

32.Из Э 22.2 выходят П14 и П41. Поток 41 направлен в Э 23. Поток 14 может быть направлен в каждый из элементов, входя­ щих в любое непустое подмножество элементов из набора: [10; 13}.

33.Из Э 23 выходят П42; П43 и П44. Поток 43 направлен в Э О схемы. Поток 42 идет в Э 18 и в любое возможно пустое, подмно­ жество элементов из набора: {8.2; 11.2; 14.2}. Поток 44 идет в лю­ бое непустое подмножество элементов из набора: {6; 8; 10; 13}, причем П44 может идти в Э 8 только при отсутствии в наборе Э 6.

34.Из Э 24 выходят П46 и П47. Поток 46 направлен в Э 14.3. Поток 47 может быть направлен в каждый элемент из любого не­ пустого подмножества элементов из набора: {5; 8; 10; 8.2; 11.2; 14.2; 16; 17; 18\, содержащего не более чем один из элементов 16; 17; 18, причем П47 может идти в Э 8 только при отсутствии в ра­

боте Э 6.

Пример синтеза конкретной технологической схемы

В качестве примера на основе обобщенной схемы составим схему одноступенчатой НТК (рис. IV.39) с получением в качестве целе­ вых продуктов Сз+ьысшпе> без предварительной деэтанизации, с внешним источником холода как основного, так и для охлажде­ ния верхнего продукта деэтанизатора.

Для этого прежде всего из общего списка элементов обобщенной матрицы делаем список элементов конкретной схемы:

на основании этого списка строим матрицу смежности кон­ кретной схемы путем исключения из матрицы смежности обоб­ щенной схемы исключенных аппаратов и потоков, связанных

сними.

1.П1, П2, ПЗ и П4 не меняются, так как остаются элементы

занные с ними потоки, кроме П4, выходящего из элемента 5 и на­ правляемого в следующий элемент реальной схемы 13.

354

Реальная схема одноступенчатой НТК:

/, 4, 15 — сепараторы; 2, 19 — компрессоры; 3 — воздушный холодильник; 5 — блок

13, исключается, вследствие исключения соответствующих эле­ ментов. Остается П11, идущий в Э 14.1; П23, идущий в Э 18, П24 (С12), идущий в Э 19, и выходящие потоки П17 (С5) из Э 15 и П44 из Э 23. Рассмотрим эти потоки подробнее.

а. Сводный поток П23 (С11) в данном конкретном случае пре­ вращается в простой поток П13. Под таким номером его вставляют

вматрицу.

б.Сводный поток П24 (С12) в нашем реальном случае состоит из П14 и П44, т. е.:

в.П17 изменений не претерпевает, так же как и П44.

4.Из Э 14.1 выходит один П11 в 15.

5.Из потоков элемента 15

П41, идущие соответственно в Э 0 и 22.1. Они изменений не пре­ терпевают.

7.Из Э 22. 1, так же как и иа обобщенной схеме, выходит П41

инаправляется в Э 23.

8.Из потоков элемента 23 реальными остаются П42 и П44,

идущие соответственно в Э 18 и 13. П41 из Э 22.2 не реален, так как он исключен из схемы.

Таким образом, построена матрица смежности реальной схемы, которая изображена на рис. IV.40.

ЛИ ТЕРАТУРА

1.Халиф А. А. и др. — Газ. пром., 1973, № 8, с. 44—46.

2.Коуль А. Л., Ризенфельд Ф. С. Очистка газа. М., Недра, 1968, 392 с.

3.Халиф А. А. и др. — Газ. пром., 1974, № 2, с. 43—45.

4.Методика расчета числа контактных ступеней абсорбента гликолевой осушки

газа. М., ВНИИЭгазпром, 1976. 32 с.

5. Кемпбел Д. М. Очистка и переработка природных газов. М., Недра, 1977.

350 с.

6. Гвоздев Б. П. Осушка природного газа твердыми сорбентами. М., ВНИИЭ­ газпром, 1975. 52 с.

7. Жданова Н. В., Халиф А. А. Осушка природных газов. М., Недра. 1975. 158 с.

8. Катц Д. А. и др. Руководство по добыче, транспорту и переработке природ­

10.Подготовка газа к транспорту/Коротаев 10. П., Гвоздев Б. П., Гриценко А. И. Саркисян Л. М. М., Недра, 1973. 239 с.

11.Клименко А. П. Разделение природных углеводородных газов. Киев, Тех­

ника, 1964. 378 с.

12. Engineering Data Book, Tulsa, Oklahoma, 1972. 407 p.

13.Скобло А. И. и др. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефте­ химической промышленности. М., Гостоптехиздат, 1962. 651 с.

14.Халиф А. А. и др. — Газ. пром., 1976, № I, с. 53—55.

15.Туревский Е. Н. и др. Схемы и методы расчета процесса абсорбции. М., ВНИИЭгазпром, 1969. 52 с.

16.Александров И. А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. М., Хи­ мия, 1971. 296 с.

17.Стабников В. Н. Ректификационные аппараты. М., Машиностроение, 1965.

18.Адельсон С. Б. Процессы нефтепереработки и нефтехимии. М., Химия, 1963. 309 с.

19.Берлин М. А., Фридт А. И., Константинов А. Н. — Нефт. хоз-во, 1974, № 5, с. 52—54.

23.Кроу К. и др. Математическое моделирование химических производств. М., Мир, 1973, 391 с.

24.Островский Г. М., Волин 10. М. Моделирование сложных химико-техноло­ гических систем. М., Химия, 1975. 311 с.

25.Кафаров В. В., Дорохов И. Н. Системный анализ процессов химической тех­ нологии. Основы стратегии. М., Наука, 1976. 499 с.

356

Раздел V

Аппаратурное оформление ГПЗ

Глава 1

РАЗДЕЛИТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА В ПРОЦЕССАХ ПЕРЕРАБОТКИ ГАЗА

Гидромеханические процессы разделения неоднородных смесей и соответствующую аппаратуру широко применяют в газопереработке для очистки газа на входе в газоперерабатывающий завод от механических примесей и капельной жидкости; для отделения от газа сконденсировавшейся жидкости и масла, унесенного после компрессоров; для окончательного отделения адсорбента от газа на выходе из абсорбционных колонн; для отделения конденсата от газа после холодильных установок; для разделения водяного пара и гликоля в блоках регенерации гликолей и др.

В газопереработке используют главным образом изотермиче­ ское разделение смесей газ—жидкость, газ—твердое тело, где носителем (сплошной средой) является газ, а дисперсной средой — жидкость или твердая взвесь. В этих случаях носитель легче дис­ персной среды.

Разделительную аппаратуру ГПЗ можно разделить на три класса: 1) входные сепараторы, устанавливаемые на входе ГПЗ перед компрессорами и предназначенные для очистки газа от меха­ нических примесей и капельной жидкости; 2) промежуточные се­ параторы, устанавливаемые на технологических линиях ГПЗ для отделения капельной жидкости, после чего газ поступает на даль­ нейшую переработку; 3) основные технологические (концевые) сепараторы для конечной стадии отделения жидкости (целевых углеводородов, гликолей и др.) из газожидкостного потока после охлаждения его до низких температур в схемах НТК или НТА.

Для входных сепараторов характерны низкие рабочие давле­ ния, порядка 0,1—0,3 МПа. Поэтому к ним предъявляют жесткие требования по величине гидравлического сопротивления. Осталь­ ные сепараторы работают при достаточно высоких давлениях, по­ рядка 3—4 МПа.

По эффективности наиболее высокие требования предъявляют к входным сепараторам, к маслоотделителям в схемах с адсорб­ ционной осушкой газа и к трехфазным сепараторам, где требуется обеспечить низкий унос дорогостоящего гликоля.

357

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ

Выбор разделительной аппаратуры для тех или иных целей опре­ деляется следующими основными показателями [1]: эффектив­ ностью разделения смесей; габаритно-массовым показателем; гидравлическим сопротивлением.

Эффективность разделения определяют коэффициентом сепа­ рации т] (в %) или кратностью разделения kv и долей уноса тяже­ лой фазы через сепаратор е (в %) [2].

Коэффициент сепарации находят из выражения

где (?тК, бтн — конечный и начальный расход тяжелой фазы на выходе и входе сепаратора соответственно, кг/с; а к, а н — конечное и начальное содержание тя­ желой фазы в легкой, г/кг

большинства, но не для всех классов сепараторов. В частности, при очистке от механических примесей остаточное содержание их в газе должно составлять около 0,5—2 мг/кг, т. е. степень сепара­ ции должна быть сверхчеткой.

В настоящее время на ГПЗ применяют гравитационные, жалю­ зийные, инерционные, сетчатые и центробежные сепараторы. Кратность разделения гравитационных и инерционных аппаратов kv = 20—40, для жалюзийных, сетчатых и центробежных сепа­ раторов kp достигает 50—100 [3].

Следующей по важности является габаритно-массовая харак­ теристика. Массовая характеристика отдельного аппарата может определяться коэффициентом массы [1]

(V.6)

358

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ АППАРАТОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗА ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ

Нефтяной газ, поступающий на ГПЗ, обычно содержит различ­ ные примеси в виде жидкости и пыли. Если ранее на входе в ГПЗ предусматривалась очистка газа только от капельной жидкости, то в новых схемах газ очищается от капельной жидкости и от механических примесей, что обусловлено широким внедрением на новых ГПЗ центробежных компрессоров и новых видов тепло­ обменного оборудования, требующих тщательной очистки газо­ вых потоков. В связи с этим в схемах ГПЗ все шире внедряются различные фильтрующие устройства.

Для очистки нефтяного газа целесообразно использовать опыт очистки в других отраслях низконапорных горючих газов. С этой целью можно рекомендовать в основном аппараты следующих типов: а) сухой очистки — циклонные сепараторы; б) мокрой очистки — ударно-инерционные сепараторы; в) фильтры.

К аппаратам очистки газа от механических примесей можно предъявлять требования по суммарной и по фракционной степени очистки, т. е. по степени очистки газа от твердых примесей раз­ ных фракций (размеров). Общий коэффициент сепарации газа т], определяемый по формуле (V.1), может быть найден из выраже­ ния

ан

/=1

где индексом «фр Ь обозначена принадлежность к i-й фракции при общем разделении механических примесей на п фракций. Фракционный коэффициент сепарации определяют аналогично об­ щему коэффициенту

а фр Hi

Основной параметр при выборе аппаратов для очистки газа — фракционный состав механических примесей, а также физико­ химические свойства твердых частиц. Чем меньше средний диа­ метр механических примесей и чем выше требуемая степень очистки,.тем больше затраты на эксплуатацию установки очистки. Немаловажное значение имеет при этом допустимая величина по­ терь давления в аппарате, поскольку с их уменьшением возрастают габариты аппарата.

Для выбора аппарата очистки газа от механических примесей необходимо располагать следующими исходными данными: объ­ емным расходом очищаемого газа, приведенным к стандартным условиям, QC1., м3/с; рабочим давлением в аппарате Р, МПа; ра­ бочей температурой Т, К; плотностью газа при стандартных усло­

360