Крюковского месторождения
.pdf56
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
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 |
|
|
|
|
|
№ |
масса, |
Мольная доля, аi |
Ki=y/x |
Xi |
Yi |
||||
компонента |
кг/ч |
кмолей/ч |
|||||||
|
кг/кмоль |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
CH4 (метан) |
1,176 |
16 |
0,1 |
0,004 |
438 |
0,000 |
0,015 |
|
2 |
C2H6 (этан) |
4,269 |
30 |
0,1 |
0,007 |
121 |
0,000 |
0,028 |
|
3 |
C3H8 (пропан) |
3,142 |
44 |
0,1 |
0,004 |
39,6 |
0,000 |
0,013 |
|
4 |
Изо-C4H10 (изобутан) |
3,932 |
58 |
0,1 |
0,003 |
16,9 |
0,001 |
0,011 |
|
5 |
Н-C4H10 (н-бутан) |
6,183 |
58 |
0,1 |
0,005 |
12,1 |
0,001 |
0,017 |
|
6 |
Изо-C5H12 (изопентан) |
7,377 |
72 |
0,1 |
0,005 |
4,86 |
0,003 |
0,013 |
|
7 |
Н-C5H12 (н-пентан) |
3,241 |
72 |
0,0 |
0,002 |
3,7 |
0,001 |
0,005 |
|
8 |
Н-C6H14 (гексан) |
4,139 |
86 |
0,0 |
0,002 |
1,1 |
0,002 |
0,003 |
|
9 |
Н-C7H16 (гептан) |
1,294 |
100 |
0,0 |
0,001 |
0,35 |
0,001 |
0,000 |
|
10 |
Н-C8H18 (октан) |
0,000 |
114 |
0,0 |
0,000 |
0,11 |
0,000 |
0,000 |
|
11 |
Нефть+вода |
35405,2 |
2346 |
15,1 |
0,745 |
0,001 |
0,988 |
0,001 |
|
12 |
СО2 |
10,178 |
44 |
0,2 |
0,011 |
97 |
0,000 |
0,045 |
|
13 |
H2S |
0,651 |
34 |
0,0 |
0,001 |
65,5 |
0,000 |
0,004 |
|
14 |
N2 |
119,219 |
28 |
4,3 |
0,210 |
650 |
0,001 |
0,846 |
|
15 |
Итого |
35570,0 |
|
20,3 |
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
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»
57
газовой фаз, образовавшихся в результате однократного испарения, подобрав при этом значение мольной доли отгона
[25].
Определяем число кмолей жидкой и газовой фаз по формулам |
|
Nжф = Nгжф ∙ (1 − е), |
(2.25) |
Nгф = Nгжф ∙ е, |
(2.26) |
где Nгжф - число кмолей сырья, поступающего в сепаратор, кмоль/ч ;
Nжф −число кмолей жидкой фазы, выделившихся 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; |
(2.27) |
|||
Nгф |
= N |
гф |
∙ Y |
(2.28) |
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 |
||
|
|||||||||
Консорциум « Н е д р а »
58
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
CH4 (метан) |
1,17 |
0,71 |
0,07 |
1,46 |
0,01 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
C2H6 (этан) |
4,16 |
2,53 |
0,14 |
2,77 |
0,10 |
0,00 |
0,00 |
0,02 |
C3H8 (пропан) |
2,92 |
1,77 |
0,07 |
1,32 |
0,22 |
0,00 |
0,01 |
0,03 |
Изо-C4H10 (изобутан) |
3,33 |
2,02 |
0,06 |
1,15 |
0,60 |
0,00 |
0,01 |
0,07 |
Н-C4H10 (н-бутан) |
4,94 |
3,00 |
0,09 |
1,70 |
1,24 |
0,00 |
0,02 |
0,14 |
Изо-C5H12 (изопентан) |
4,53 |
2,75 |
0,06 |
1,26 |
2,84 |
0,01 |
0,04 |
0,26 |
Н-C5H12 (н-пентан) |
1,78 |
1,08 |
0,02 |
0,49 |
1,46 |
0,00 |
0,02 |
0,13 |
Н-C6H14 (гексан) |
1,10 |
0,67 |
0,01 |
0,25 |
3,04 |
0,01 |
0,04 |
0,23 |
Н-C7H16 (гептан) |
0,13 |
0,08 |
0,00 |
0,03 |
1,16 |
0,00 |
0,01 |
0,08 |
Н-C8H18 (октан) |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
Нефть+вода |
11,61 |
7,04 |
0,00 |
0,10 |
35393,59 |
99,97 |
15,09 |
98,84 |
СО2 |
9,87 |
5,99 |
0,22 |
4,48 |
0,31 |
0,00 |
0,01 |
0,05 |
H2S |
0,62 |
0,38 |
0,02 |
0,37 |
0,03 |
0,00 |
0,00 |
0,01 |
N2 |
118,66 |
71,99 |
4,24 |
84,64 |
0,56 |
0,00 |
0,02 |
0,13 |
Итого |
164,8 |
100,0 |
5,0 |
100,0 |
35405,2 |
100,0 |
15,3 |
100,0 |
Материальный баланс сепаратора приведен в таблице 5.4
Таблица 5.4 - Материальный баланс сепаратора
№ |
Поступило |
% |
кг/ч |
т/сут |
1 |
Газожидкостная смесь |
100,0 |
35570,0 |
853,7 |
|
Получено |
|
|
0,0 |
1 |
Газ |
0,46 |
164,8 |
4,0 |
2 |
Нефть+вода |
99,5 |
35405,2 |
849,7 |
а |
вода |
96,5 |
34326,0 |
823,8 |
б |
Нефть |
3,0 |
1079,2 |
25,9 |
|
Итого |
100 |
35570,0 |
853,7 |
Консорциум « Н е д р а »
Определение минимально допустимого диаметра сепаратора Диаметр сепаратора определяем по формуле
d = √4 ∙ S
π
где d – диаметр сепаратора, м;
S – площадь поперечного сечения сепаратора, м2.
Площадь поперечного сечения сепаратора определяем по формуле
S = |
Vn |
0,5 ∙ W |
|
|
доп |
где Vn – объемный расход газовой фазы, м3/с;
0,5 – коэффициент заполнения сепаратора;
Wдоп – допустимая линейная скорость газовой фазы в сепараторе, м/с.
Объемный расход газовой фазы рассчитаем по формуле:
|
22,4 ∙ Nгф |
|
T |
0,1 |
|||
V = |
|
∙ |
|
|
∙ |
|
∙ Z |
|
|
|
|
||||
n |
3600 |
|
273 |
|
P |
||
|
|
|
|||||
где Nгф – число моль газопаровой фазы, кмоль/ч; Nгф = 5 кмоль/ч (см. табл. 2.18);
Т – температура в сепараторе, К;
T = 20 + 273 = 293 K;
59
(2.29)
(2.30)
(2.31)
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»
Р– давление в сепараторе, МПа;
Р= 0,4 МПа;
Z – коэффициент сжимаемости.
Z – 1,0
Определяем объемный расход газовой фазы:
Vп |
= |
22,4 ∙ 5,0 |
∙ |
293 |
∙ |
0,1 |
∙ 1,0 = 0,0083 м3⁄с |
|||
|
|
|
|
|
||||||
3600 |
273 |
0,4 |
||||||||
|
|
|
|
|
||||||
Допустимую линейную скорость газовой фазы в сепараторе рассчитываем по формуле:
|
|
|
|
ρ |
ж |
− ρ |
|
|
|
|
Wдоп = 0,0334√ |
|
п |
, |
|
||
|
|
|
|
ρ |
|
|||
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
где Wдоп – допустимая линейная скорость газовой фазы в сепараторе, м/с; |
|
|
|
|
||||
ρ – плотность жидкой фазы, кг/м3; |
|
|
|
|
||||
|
ж |
|
|
|
|
|
|
|
ρ – плотность газопаровой фазы, кг/м3. |
|
|
|
|
||||
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
Рассчитываем плотность жидкой фазы формуле: |
|
|
|
|
||||
|
|
ρ(t) = ρ(20C) |
|
|
|
1 |
|
, |
|
|
|
||||||
|
|
1 + β(t − 20) |
||||||
где ρ(t) – плотность нефти при температуре t, кг/м3; |
|
|
|
|
||||
ρ |
(20C) |
– плотность нефти при 200С, кг/м3; |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ρ |
(20C) |
= 927 кг/м3; |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
60
(2.32)
(2.33)
Консорциум « Н е д р а »
β - коэффициент термического расширения, 1/0С; t – температура;
Коэффициент термического расширения рассчитаем по формуле:
β = 1,975 ∙ (1,272 − ρ(20) ∙ 10−3) ∙ 10−3,
Рассчитываем плотность жидкой фазы:
β = 1,975(1,272 − 927 ∙ 10−3) ∙ 10−3 = 0,000918 −1,
1 ρ20 = 927 0,000918 ∙ (20 − 20) = 927 кг/м3.
Плотность газопаровой фазы рассчитываем по формуле:
Gгф
ρп = 3600 ∙ Vп ,
где ρп – плотность газопаровой фазы, кг/м3;
Gгф – массовый расход газопаровой фазы, кг/ч;
Gгф = 164,8 кг/ч (см. табл. 2.20);
Vп – объемный расход газопаровой фазы, м3/с;
Vп = 0,0083 м3/с.
164,8 ρп = 3600 ∙ 0,0083 = 5,5 кг/м3.
Рассчитаем допускаемую скорость паров:
61
(2.34)
(2.35)
Консорциум « Н е д р а »
vk.com/id446425943
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»
Wдоп = 0,0334√ |
927 − 5,5 |
= 0,43 |
м |
|
с |
||
5,5 |
|
||
Рассчитаем сечение сепаратора и минимально допустимый его диаметр:
S = 0,0083 = 0,0386 м2, 0,5 ∙ 0,43
d = 1,128√0,0386 = 0,222 м.
Фактическую скорость газового потока рассчитаем по формуле:
Vп
Wфак = 0,5 ∙ Sp ,
где Wфак – фактическая линейная скорость газовой фазы, м/с;
Sp – сечение реального сепаратора, м2 .
Сечение реального сепаратора определяем по формуле
|
|
|
|
|
|
Sp = |
π ∙ dp2 |
, |
|
|
|
|
|
|
4 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,14 ∙ 2,82 |
|
|
||
Sp |
= |
|
|
|
= 6,1 м2, |
|
|
|
4 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||
Wфак |
|
|
0,0083 |
= 0,0027 м/с |
|
|
||
|
|
|
|
|||||
0,5 · 6,1 |
|
|
||||||
62
(2.36)
(2.37)
Консорциум « Н е д р а »