Котовского месторождения
.pdf
58
Кi – константа фазового равновесия компонента газожидкостной смеси;
Yi – мольная концентрация компонента в газовой фазе, доли единицы.
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 [6, с. 171] 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
|
= |
|
M |
|
|
|
i |
|
|
i |
, |
||
|
|
|
|
|||
i |
|
i |
M i |
|||
|
|
|||||
|
|
|
||||
где αi – массовая концентрация компонента сырья, доли единицы;
Мi – молярная масса компонента, кг/кмоль.
(20)
Порядок выполнения расчета:
1. 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.
Таблица 5.1
Консорциум « Н е д р а »
59
Массовый состав газа
|
№ |
|
|
Название элемента |
|
|
Объемный состав, % |
|
Молярная масса, г/моль |
Массовый состав, % |
|||||||
|
1 |
|
|
Азот |
|
|
|
|
15,21 |
|
|
28 |
10,08 |
||||
|
2 |
|
|
Углекислый газ |
|
|
|
|
2,35 |
|
|
44 |
2,45 |
||||
|
3 |
|
|
Метан |
|
|
|
|
8,05 |
|
|
16 |
3,05 |
||||
|
4 |
|
|
Этан |
|
|
|
|
21,47 |
|
|
30 |
15,25 |
||||
|
5 |
|
|
Пропан |
|
|
|
|
23,21 |
|
|
44 |
24,18 |
||||
|
6 |
|
|
Изобутан |
|
|
|
|
4,89 |
|
|
58 |
6,71 |
||||
|
7 |
|
|
Нбутан |
|
|
|
|
11,82 |
|
|
58 |
16,23 |
||||
|
8 |
|
|
Изопентан |
|
|
|
|
4,96 |
|
|
72 |
8,45 |
||||
|
9 |
|
|
Нпентан |
|
|
|
|
2,33 |
|
|
72 |
3,97 |
||||
|
10 |
|
|
Нгексан |
|
|
|
|
2,41 |
|
|
86 |
4,91 |
||||
|
11 |
|
|
Гептан |
|
|
|
|
0,82 |
|
|
100 |
1,94 |
||||
|
12 |
|
|
Остаток |
|
|
|
|
0,42 |
|
|
280 |
2,78 |
||||
|
|
|
|
Сумма |
|
|
|
|
15,21 |
|
|
28 |
100 |
||||
ρ = 1,372 кг/м3 − плотность газа, таблица исходныеданные |
|
||||||||||||||||
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Г = 15,8 |
|
− исходные данные по месторождению |
|
|
|
||||||||||||
т |
|
|
|
||||||||||||||
1,372 ∙ 15,8 = 21,7 |
кг |
− килограмм газа в одной тонне нефти |
|
||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
За час расход нефти 14482,5 кг/ч, переведем в тонны 14,5 т/ч |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
21,7 кг |
|
|
1т |
21,7 14,5 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
; Х = |
|
|
= 314,65 кг/ч газа в сепараторе. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
Х кг |
14,5 т |
1 |
|
|||||||
Умножим массовый расход газа в сепараторе на массовую долю каждого элемента.
Таблица 5.2
Масса каждого компонента
Название вещества Массовый Масса компонента
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»
|
состав, % |
в сепараторе, кг/час |
Азот |
14,07 |
44,3 |
Углекислый газ |
0,91 |
2,9 |
Метан |
4,90 |
15,4 |
Этан |
17,24 |
54,2 |
Пропан |
20,82 |
65,5 |
Изобутан |
11,09 |
34,9 |
Нбутан |
17,43 |
54,8 |
Изопентан |
9,36 |
29,4 |
Нпентан |
2,44 |
7,7 |
Нгексан |
1,74 |
5,5 |
Гептан |
0,00 |
0,0 |
Остаток |
0,00 |
0,0 |
Итого |
100 |
314,7 |
Далее рассчитываем массовый расход каждого компонента сырья по формуле
Gi = G
где Gi – массовый расход каждого компонента сырья, кг/ч;
G – массовый расход газожидкостной смеси, кг/ч;
G = 31483,8 кг/ч (см. табл.7.3);
Далее рассчитываем число кмолей каждого компонента сырья по формуле
NiГЖФ =
где NiГЖФ – число кмолей компонента сырья, кмоль/ч;
Gi – массовый расход каждого компонента сырья, кг/ч;
. αi ,
Gi Mi ,
60
(21)
(22)
Консорциум « Н е д р а »
61
Мi – 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 5.3.
Таблица 5.3
Состав паровой и жидкой фаз нефти в условиях однократного испарения в УБС при температуре 40 0С и давлении 0,4 МПа
Компоненты |
кг/ч |
Mi |
Ni |
i |
Ki |
Xi |
Yi |
|
CH4 |
15,4 |
16 |
1,0 |
0,017 |
438 |
0,000 |
0,188 |
|
C2H6 |
54,2 |
30 |
1,8 |
0,032 |
121 |
0,003 |
0,333 |
|
C3H8 |
65,5 |
44 |
1,5 |
0,026 |
39,6 |
0,006 |
0,236 |
|
Изо-C4H10 |
34,9 |
58 |
0,6 |
0,011 |
16,9 |
0,004 |
0,075 |
|
Н-C4H10 |
54,8 |
58 |
0,9 |
0,017 |
12,1 |
0,008 |
0,102 |
|
Изо-C5H12 |
29,4 |
72 |
0,4 |
0,007 |
4,86 |
0,005 |
0,026 |
|
Н-C5H12 |
7,7 |
72 |
0,1 |
0,002 |
3,7 |
0,002 |
0,006 |
|
Н-C6H14 |
5,5 |
86 |
0,1 |
0,001 |
1,1 |
0,001 |
0,001 |
|
Н-C7H16 |
|
100 |
0,0 |
0,000 |
0,35 |
0,000 |
0,000 |
|
Н-C8H18 |
0 |
114 |
0,0 |
0,000 |
0,11 |
0,000 |
0,000 |
|
(1200С) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
C9+в (1800С) |
31216,3 |
280 |
49,9 |
0,887 |
0,035 |
0,970 |
0,034 |
|
СО2 |
|
44 |
0,0 |
0,000 |
97 |
0,000 |
0,000 |
|
H2S |
|
34 |
0,0 |
0,000 |
65,5 |
0,000 |
0,000 |
|
N2 |
|
28 |
0,0 |
0,000 |
650 |
0,000 |
0,000 |
|
Итого |
31483,8 |
|
56,3 |
1,000 |
|
1,000 |
1,000 |
Далее в зависимости от температуры кипения компонентов, давления и температуры в сепараторе по номограмме Уинна [6, с. 171] 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.
Консорциум « Н е д р а »
62
Определяем число кмолей жидкой и газовой фаз по формулам
Nжф = Nгжф . (1 – е) , |
(23) |
Nгф = Nгжф . е , |
(24) |
где Nгжф – число кмолей сырья, поступающего в УБС, кмоль/ч;
Nжф – число кмолей жидкой фазы, выделившейся 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 , |
|
(25) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Niгф = Nгф . Yi , |
|
(26) |
|
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. 5.4. |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5.4 |
|
|
|
Результаты расчетов однократного разгазированиявсепараторе |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
паровая фаза |
|
|
|
|
жидкая фаза |
|
|
||
кг |
% масс |
|
кмоль |
% моль |
|
кг |
% масс |
|
кмоль |
%т масс |
15 |
5,3 |
|
0,94 |
18,8 |
|
0 |
0,001 |
|
0,0 |
0,0 |
50 |
17,4 |
|
1,67 |
33,3 |
|
4 |
0,014 |
|
0,1 |
0,3 |
52 |
18,1 |
|
1,18 |
23,6 |
|
13 |
0,043 |
|
0,3 |
0,6 |
22 |
7,6 |
|
0,37 |
7,5 |
|
13 |
0,042 |
|
0,2 |
0,4 |
30 |
10,3 |
|
0,51 |
10,2 |
|
25 |
0,081 |
|
0,4 |
0,8 |
9 |
3,3 |
|
0,13 |
2,6 |
|
20 |
0,064 |
|
0,3 |
0,5 |
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»
|
|
|
|
|
|
|
63 |
|
2 |
0,7 |
0,03 |
0,6 |
6 |
0,018 |
0,1 |
0,2 |
|
1 |
0,2 |
0,01 |
0,1 |
5 |
0,016 |
0,1 |
0,1 |
|
0 |
0,0 |
0,00 |
0,0 |
0 |
0,000 |
0,0 |
0,0 |
|
0 |
0,0 |
0,00 |
0,0 |
0 |
0,000 |
0,0 |
0,0 |
|
106 |
37,1 |
0,17 |
3,4 |
31110 |
99,722 |
49,8 |
97,0 |
|
0 |
0,0 |
0,00 |
0,0 |
0 |
0,000 |
0,0 |
0,0 |
|
0 |
0,0 |
0,00 |
0,0 |
0 |
0,000 |
0,0 |
0,0 |
|
0 |
0,0 |
0,00 |
0,0 |
0 |
0,000 |
0,0 |
0,0 |
|
287 |
100,00 |
5,01 |
100,0 |
31197 |
100,0 |
51,3 |
100,0 |
|
Материальный баланс сепаратора приведен в табл. 5.5
Таблица 5.5
Материальный баланс УБС
Статьи баланса |
%масс. |
кг/ч |
т/сут |
Приход: |
|
|
|
1.Нефтегазовая смесь |
100,0 |
31483,8 |
755,6 |
в том числе вода |
|
(17001,3) |
(408,0) |
Итого |
100,0 |
31483,8 |
755,6 |
Расход: |
|
31483,8 |
755,6 |
1.Нефть сырая |
99,3 |
14195,5 |
340,7 |
в том числе вода |
|
(17001,3) |
(408,0) |
2.Газ |
0,7 |
297,0 |
6,9 |
Итого |
100,0 |
31483,8 |
755,6 |
Консорциум « Н е д р а »
Определение минимально допустимого диаметра УБС Диаметр сепаратора определяем по формуле
d = |
4 S |
, |
|
|
|||
|
|||
|
|
где d – диаметр сепаратора, м;
S – площадь поперечного сечения сепаратора, м2.
Площадь поперечного сечения сепаратора определяем по формуле
S = |
V |
|
|
п |
, |
||
|
|||
|
0,5 W |
||
|
|
||
|
доп |
|
где Vп – 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
Vп |
= |
22,4 N ГФ |
|
T |
|
|
0,1 |
Z , |
||
|
|
|
|
|
||||||
3600 |
273 |
P |
||||||||
|
|
|
|
|
||||||
где Nгф – число моль газопаровой фазы, кмоль/ч;
Nгф = 5,01 кмоль/ч (см. табл. 7.4);
Т– температура в сепараторе, К;
Т= 40+273=313 К;
Р – давление в сепараторе, МПа;
64
(27)
(28)
(29)
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»