Софинско-Дзержинского месторождения
.pdf
|
|
127 |
|
В = 82,6% масс. |
|
|
Gв = 248146 ∙ 0,826 = 204968 кг/ч |
|
Массу нефти, поступающей в составе эмульсии, рассчитаем по формуле |
|
|
|
Gн = Gж – Gв |
(5.2) |
где Gн – масса нефти, поступающей в составе эмульсии, кг/ч; |
|
|
|
Gн = 248146 − 204968 = 43178 кг/ч |
|
вх |
– суммарная масса воды, поступающей в сепаратор, кг/ч; |
|
где Gв |
|
|
При разгазировании жидкости в сепараторе происходит однократное испарение, поэтому расчет производим по методу однократного испарения.
Основные уравнения однократного испарения, на основании которых определяются составы жидкой и газовой
(паровой) фаз, следующие:
ai
∑ Xi = 1 + e ∙ (Ki − 1)
∑ Yi = ∑ Ki ∙ Xi = 1
где Xi – мольная концентрация компонента в жидкой фазе, доли единицы; αi – мольная концентрация компонента сырья, доли единицы;
е – мольная доля отгона, доли единицы;
Кi – константа фазового равновесия компонента газожидкостной смеси;
Yi – мольная концентрация компонента в газовой фазе, доли единицы.
(5.3)
(5.4)
Консорциум « Н е д р а »
128
Сборочный чертеж сепаратора представлен на рисунке 5.1.
Консорциум « Н е д р а »
Рисунок 5.1 – Сборочный чертеж сепаратора
Консорциум « Н е д р а »
129
130
Решение уравнений производится подбором мольной доли отгона таким образом, чтобы суммы компонентов в жидкой и паровой фазах были равны единице.
Значения констант фазовых равновесий определяем по номограмме Уинна в зависимости от давления и
температуры в сепараторе и температуры кипения компонентов.
Расчет производится в следующей последовательности.
По известному мольному составу исходной газожидкостной смеси определяем массовый состав газожидкостной
смеси по формуле |
|
|
|
αi = |
αi ∙ Mi |
(5.5) |
|
|
|||
∑ αi ∙ Mi |
|||
|
|
где αi – массовая концентрация компонента сырья, доли единицы;
Мi – молярная масса компонента, кг/кмоль.
Порядок выполнения расчета:
В таблице 5.1 дан состав мольный состав газа, для начала определим массовый состав.
Нужно:
а) Мольную долю каждого компонента умножить на его молярную массу, получим массу каждого компонента.
б) Затем массы всех компонентов сложить.
в) Затем массу каждого компонента разделить на сумму масс. Это и будут массовые доли.
ρг = 1,312 кг/м3 − плотность газа, таблица исходныеданные;
м3 Г = 60,1 т − исходные данные;
Консорциум « Н е д р а »
Макет космического корабля «Восток-1» в павильоне «Космос» на ВДНХ. За ним — цитата К. Э. Циолковского:
«Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчёт. И уже в конце концов исполнение венчает мысль»
Консорциум « Н е д р а »
131
кг 1,312 ∙ 60,1 = 78,9 т − килограмм газа в одной тонне нефти
За час расход нефти 43178 кг/ч, переведем в тонны 43,2 т/ч
|
|
|
|
78,9 кг |
= |
1 т |
; |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Х кг |
43,2 т |
||||
Х = |
78,9 ∙ 43,2 |
= 3408,5 кг/ч газа в сепараторе |
|||||||
1 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Умножим массовый расход газа в сепараторе на массовую долю каждого элемента.
Таблица 5.1
Массовый состав газа
№ |
Название |
Объемный |
Молярная |
Массовый |
Масса компонента, |
|
элемента |
состав, % |
масса, г/моль |
состав, % |
кг/час |
||
|
||||||
1 |
Сероводород |
0,0 |
34 |
0,00 |
0,0 |
|
2 |
Азот |
4,8 |
28 |
3,65 |
124,4 |
|
3 |
Углекислый газ |
0,5 |
44 |
0,57 |
19,4 |
|
4 |
Метан |
40,55 |
16 |
17,52 |
597,0 |
|
5 |
Этан |
15,7 |
30 |
12,72 |
433,4 |
|
6 |
Пропан |
15,8 |
44 |
18,77 |
639,7 |
|
7 |
Изобутан |
2,37 |
58 |
3,71 |
126,5 |
|
8 |
Нбутан |
5,88 |
58 |
9,21 |
313,8 |
|
9 |
Изопентан |
1,62 |
72 |
3,15 |
107,3 |
|
10 |
Нпентан |
1,25 |
72 |
2,43 |
82,8 |
|
11 |
Нгексан |
7,39 |
86 |
17,16 |
584,8 |
|
12 |
Гептан |
4,12 |
100 |
11,12 |
379,1 |
|
|
Сумма |
100,0 |
|
100 |
3408,5 |
Консорциум « Н е д р а »
Далее рассчитываем массовый расход каждого компонента сырья по формуле:
Gi = G ∙ ai
где Gi – массовый расход каждого компонента сырья, кг/ч;
G – массовый расход газожидкостной смеси, кг/ч;
G = 248146 кг/ч
Далее рассчитываем число кмолей каждого компонента сырья по формуле
NГЖФ = Gi ,
i Mi
где NiГЖФ − число кмолей компонента сырья, кмоль/ч;
Gi − массовый расход каждого компанента сырья, кг/ч; Mi − молярная масса компонента сырья, кг/кмоль.
Общее число кмолей сырья определяется как сумму всех кмолей компонентов.
Результаты расчета массового расхода и числа кмолей каждого компонента приведены в таблице 5.2.
132
(5.6)
(5.7)
Таблица 5.2
Состав паровой и жидкой фаз нефти в условиях однократного испарения в сепараторе при температуре 20 0С и давлении 0,4 МПа
№ |
Наименование |
Загрузка, |
Молярная |
Количество |
|
|
|
|
|
компонента |
масса, |
Мольная доля, аi |
Ki=y/x |
Xi |
Yi |
||
|
кг/ч |
кмолей/ч |
||||||
|
|
кг/кмоль |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
CH4 (метан) |
1382,1 |
16 |
86,4 |
0,349 |
438 |
0,002 |
0,664 |
2 |
C2H6 (этан) |
535,1 |
30 |
17,8 |
0,072 |
121 |
0,001 |
0,136 |
3 |
C3H8 (пропан) |
538,5 |
44 |
12,2 |
0,049 |
39,6 |
0,002 |
0,092 |
4 |
Изо-C4H10 (изобутан) |
80,8 |
58 |
1,4 |
0,006 |
16,9 |
0,001 |
0,010 |
5 |
Н-C4H10 (н-бутан) |
200,4 |
58 |
3,5 |
0,014 |
12,1 |
0,002 |
0,025 |
Консорциум « Н е д р а »
133
6 |
Изо-C5H12 (изопентан) |
55,2 |
72 |
0,8 |
0,003 |
4,86 |
0,001 |
0,005 |
7 |
Н-C5H12 (н-пентан) |
42,6 |
72 |
0,6 |
0,002 |
3,7 |
0,001 |
0,004 |
8 |
Н-C6H14 (гексан) |
251,9 |
86 |
2,9 |
0,012 |
1,1 |
0,011 |
0,012 |
9 |
Н-C7H16 (гептан) |
140,4 |
100 |
1,4 |
0,006 |
0,35 |
0,009 |
0,003 |
10 |
Н-C8H18 (октан) |
0,0 |
114 |
0,0 |
0,000 |
0,11 |
0,000 |
0,000 |
11 |
Нефть+вода |
244737,5 |
2138 |
114,5 |
0,462 |
0,001 |
0,971 |
0,001 |
12 |
СО2 |
17,0 |
44 |
0,4 |
0,002 |
97 |
0,000 |
0,003 |
13 |
H2S |
0,0 |
34 |
0,0 |
0,000 |
65,5 |
0,000 |
0,000 |
14 |
N2 |
164,3 |
28 |
5,9 |
0,024 |
650 |
0,000 |
0,045 |
15 |
Итого |
248146,0 |
|
247,7 |
1,000 |
|
1,000 |
1,000 |
Далее в зависимости от температуры кипения компонентов, давления и температуры в сепараторе по номограмме Уинна определяем константы фазовых равновесий каждого компонента сырья. Затем определяем составы жидкой и газовой фаз, образовавшихся в результате однократного испарения, подобрав при этом значение мольной доли отгона.
Определяем число кмолей жидкой и газовой фаз по формулам
Nжф = Nгжф ∙ (1 − е), |
(5.8) |
Nгф = Nгжф ∙ е, |
(5.9) |
где Nгжф-число кмолей сырья,поступающего в сепаратор,кмоль/ч ; |
|
Nжф − число кмолей жидкой фазы,выделевшийся в результате однократного испарения,кмоль/ч;
Nгф -число кмолей газовой фазы,выделившейся в результате однократного испарения,кмоль/ч;
Далее определяем число кмолей каждого компонента жидкой и газовой фаз, выделившихся в результате
однократного испарения по формулам |
|
Niжф = Nжф ∙ Xi; |
(5.10) |
Консорциум « Н е д р а »
|
|
|
|
134 |
Nгф |
= N |
гф |
∙ Y |
(5.11) |
i |
|
i |
|
где Niжф − число кмолей компонента жидкой фазы,кмоль/ч;
Niгф − число кмолей компонента газовой фазы,кмоль/ч;
Результаты расчетов однократного испарения в сепараторе приведены в табл. 5.3.
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5.3 |
|
|
Результаты расчетов однократного разгазирования всепараторе |
|
|
||||||
Наименование компонента |
|
паровая фаза |
|
|
жидкая фаза |
|
|||
кг |
% масс |
кмоль |
% моль |
кг |
% масс |
кмоль |
%т масс |
||
|
|||||||||
CH4 (метан) |
1379,3 |
40,5 |
86,21 |
66,4 |
2,9 |
0,001 |
0,2 |
0,2 |
|
C2H6 (этан) |
531,2 |
15,6 |
17,71 |
13,6 |
4,0 |
0,002 |
0,1 |
0,1 |
|
C3H8 (пропан) |
526,5 |
15,4 |
11,97 |
9,2 |
12,1 |
0,005 |
0,3 |
0,2 |
|
Изо-C4H10 (изобутан) |
76,7 |
2,2 |
1,32 |
1,0 |
4,1 |
0,002 |
0,1 |
0,1 |
|
Н-C4H10 (н-бутан) |
186,4 |
5,5 |
3,21 |
2,5 |
14,0 |
0,006 |
0,2 |
0,2 |
|
Изо-C5H12 (изопентан) |
46,5 |
1,4 |
0,65 |
0,5 |
8,7 |
0,004 |
0,1 |
0,1 |
|
Н-C5H12 (н-пентан) |
34,2 |
1,0 |
0,48 |
0,4 |
8,4 |
0,003 |
0,1 |
0,1 |
|
Н-C6H14 (гексан) |
138,1 |
4,1 |
1,61 |
1,2 |
113,8 |
0,047 |
1,3 |
1,1 |
|
Н-C7H16 (гептан) |
39,1 |
1,1 |
0,39 |
0,3 |
101,3 |
0,041 |
1,0 |
0,9 |
|
Н-C8H18 (октан) |
0,0 |
0,0 |
0,00 |
0,0 |
0,0 |
0,000 |
0,0 |
0,0 |
|
Нефть+вода |
269,6 |
7,9 |
0,13 |
0,1 |
244467,9 |
99,890 |
114,3 |
97,1 |
|
СО2 |
16,9 |
0,5 |
0,38 |
0,3 |
0,2 |
0,000 |
0,0 |
0,0 |
|
H2S |
0,0 |
0,0 |
0,00 |
0,0 |
0,0 |
0,000 |
0,0 |
0,0 |
|
N2 |
164,1 |
4,8 |
5,86 |
4,5 |
0 |
0,000 |
0,0 |
0,0 |
|
Итого |
3408,5 |
100,00 |
129,92 |
100,0 |
244737,5 |
100,0 |
117,8 |
100,0 |
|
Материальный баланс сепаратора приведен в таблице 5.4
Консорциум « Н е д р а »
|
|
|
|
135 |
|
|
|
|
Таблица 5.4 |
|
Материальный баланс сепаратора |
|
|
|
№ |
Поступило |
|
% |
кг/ч |
1 |
Газожидкостная смесь |
|
100 |
248146 |
|
Получено |
|
0 |
|
1 |
Газ |
|
1,4 |
3408,5 |
2 |
Нефть+вода |
|
98,6 |
244737,5 |
а |
вода |
|
82,6 |
204968,0 |
б |
Нефть |
|
16,0 |
39769,5 |
|
Итого |
|
100 |
248146,0 |
Консорциум « Н е д р а »