12.4. Материальный баланс второй ступени сепарации нефти
В соответствии с принятой последовательностью стадий подготовки нефти, вторая ступень сепарации производится при давлении 0,3 МПа и температуре 50оС (после нагрева нефти в печи). Расчёт производим по такой же методике, что и для первой ступени сепарации.
Для расчёта материального баланса необходимо определить долю образовавшейся газовой фазы при принятых условиях сепарации (или долю отгона), а также состав газовой и жидкой фазы.
Мольная доля отгона e| определяется также методом последовательного приближения путём подбора такого значения, при котором будет выполняться условие (см. п. 8.4.1):
где - мольная доля компонента в поступающей нефти;
- константа фазового равновесия данного компонента при температуре и давлении на второй ступени сепарации.
В табл. 12.10 приведены справочные значения констант фазового равновесия компонентов при давлении 0,3 МПа температурах 40оС и 60оС.
Таблица 12.10
Значение констант фазового равновесия компонентов
Компонент |
Значение константы фазового равновесия |
|
при 40оС и 0,3 МПа |
при 60оС и 0,3 МПа |
|
N2 |
256,00 |
249,00 |
СО2 |
29,00 |
34,00 |
СН4 |
64,00 |
70,00 |
C2H6 |
13,50 |
17,00 |
C3H8 |
4,10 |
5,80 |
i-C4H10 |
1,70 |
2,70 |
n-C4H10 |
1,25 |
2,10 |
i-C5H12 |
0,52 |
0,87 |
n-C5H12 |
0,43 |
0,74 |
С6Н14 и выше |
- |
- |
Путём интерполяции определяем значения констант при рабочих условиях сепарации (табл. 12.11).
Таблица 12.11
Значение констант фазового равновесия компонентов
при рабочих условиях второй ступени сепарации
Компонент |
Значение константы фазового равновесия при 50оС и 0,3 МПа |
N2 |
252,50 |
СО2 |
31,50 |
СН4 |
67,00 |
C2H6 |
15,25 |
C3H8 |
4,95 |
i-C4H10 |
2,20 |
n-C4H10 |
1,675 |
i-C5H12 |
0,695 |
n-C5H12 |
0,585 |
С6Н14 и выше |
0,0001 |
Для компонента «С6Н14 и выше» значение константы фазового равновесия также условно примем равным 0,0001.
Мольный состав нефти, поступающей на вторую ступень сепарации, соответствует составу жидкой фазы после первой ступени сепарации (см. табл. 12.5). Расчёт путём последовательного приближения показывает, что мольная доля отгона составляет:
e|=0,0369
Определяем мольный состав газовой и жидкой фазы (табл. 12.12).
Таблица 12.12
Мольный состав фаз второй ступени сепарации
Компонент |
Mi |
|
Ki |
|
|
N2 |
28 |
7,4·10-5 |
252,50 |
0,0018 |
7,2·10-6 |
CO2 |
44 |
0,0011 |
31,50 |
0,0158 |
0,0005 |
CH4 |
16 |
0,0225 |
67,00 |
0,4395 |
0,0066 |
C2H6 |
30 |
0,0178 |
15,25 |
0,1776 |
0,0116 |
C3H8 |
44 |
0,0551 |
4,95 |
0,2382 |
0,0481 |
i-C4H10 |
58 |
0,0117 |
2,20 |
0,0247 |
0,0112 |
n-C4H10 |
58 |
0,0450 |
1,675 |
0,0735 |
0,0439 |
i-C5H12 |
72 |
0,0168 |
0,695 |
0,0118 |
0,0169 |
n-C5H12 |
72 |
0,0286 |
0,585 |
0,0170 |
0,0290 |
С6 и выше |
227 |
0,8014 |
0,0001 |
8,321·10-5 |
0,8321 |
Сумма |
- |
1,0000 |
- |
1,0000 |
1,0000 |
Рассчитываем массовый состав газовой и жидкой фазы (табл.12.13 и табл. 12.14).
Таблица 12.13
Массовый состав газовой фазы второй ступени сепарации
Компонент |
Mi |
|
|
|
yi·100, % масс. |
N2 |
28 |
0,0018 |
0,0510 |
0,0016 |
0,1624 |
CO2 |
44 |
0,0158 |
0,6933 |
0,0221 |
2,2097 |
CH4 |
16 |
0,4395 |
7,0319 |
0,2241 |
22,4116 |
C2H6 |
30 |
0,1776 |
5,3288 |
0,1698 |
16,9835 |
C3H8 |
44 |
0,2382 |
10,4816 |
0,3341 |
33,4059 |
i-C4H10 |
58 |
0,0247 |
1,4354 |
0,0457 |
4,5749 |
n-C4H10 |
58 |
0,0735 |
4,2658 |
0,1360 |
13,5957 |
i-C5H12 |
72 |
0,0118 |
0,8478 |
0,0270 |
2,7021 |
n-C5H12 |
72 |
0,0170 |
1,2217 |
0,0389 |
3,8938 |
С6 и выше |
227 |
8,321·10-5 |
0,0189 |
0,0006 |
0,0603 |
Сумма: |
- |
1,0000 |
31,3764 |
1,0000 |
100,0000 |
Таблица 12.14
Массовый состав жидкой фазы второй ступени сепарации
Компонент |
Mi |
|
|
|
xi·100, % масс. |
N2 |
28 |
7,2·10-6 |
0,0002 |
0,000001 |
0,0001 |
CO2 |
44 |
0,0005 |
0,0220 |
0,0001 |
0,0111 |
CH4 |
16 |
0,0066 |
0,1050 |
0,0005 |
0,0529 |
C2H6 |
30 |
0,0116 |
0,3494 |
0,0018 |
0,1762 |
C3H8 |
44 |
0,0481 |
2,1175 |
0,0107 |
1,0680 |
i-C4H10 |
58 |
0,0112 |
0,6525 |
0,0033 |
0,3291 |
n-C4H10 |
58 |
0,0439 |
2,5468 |
0,0128 |
1,2845 |
i-C5H12 |
72 |
0,0169 |
1,2199 |
0,0062 |
0,6153 |
n-C5H12 |
72 |
0,0290 |
2,0884 |
0,0105 |
1,0533 |
С6 и выше |
227 |
0,8321 |
189,1736 |
0,9541 |
95,4096 |
Сумма: |
- |
1,0000 |
198,2753 |
1,0000 |
100,0000 |
Массовая доля отгона:
где
- средняя молекулярная масса газовой
фазы, кг/кмоль (см. табл. 12.13);
=
192 - средняя молекулярная масса нефти,
поступающей на вторую ступень сепарации,
т.е. жидкой фазы после первой ступени
сепарации (см. табл. 12.7).
Плотность газа при нормальных условиях:
кг/м3
Плотность газа при рабочих условиях второй ступени сепарации:
кг/м3
Составляем материальный баланс второй ступени сепарации. Из материального баланса предварительного обезвоживания (см. табл. 12.9) следует, что на вторую ступень сепарации поступает эмульсия в количестве:
G = 83635,09 кг/ч
Количество безводной нефти на входе:
Gн(вх) = 79453,34 кг/ч
Газ отделяется в сепараторе от нефти с производительностью:
Gг = e·Gн = 0,006026·79453,34 = 478,82 кг/ч
Из сепаратора выходит поток жидкости с производительностью по чистой нефти Gн(вых) и по эмульсии Gэм соответственно:
Gн(вых) = Gн(вх) - Gг = 79453,34 - 478,82 = 78974,52кг/ч
Gэм = Gн(вых) + Gв = 78974,52 + 4181,75 = 83156,27 кг/ч
где Gв – количество воды на выходе из сепаратора. Так как количество воды на входе и выходе из сепаратора не изменяется, поэтому Gв = 4181,75 кг/ч (см. табл. 12.9).
Правильность расчёта материального баланса определяется выполнением условия:
G = Gэм + Gг
83635,09 = 83156,27 + 478,82 кг/ч
Условие выполняется. Материальный баланс второй ступени сепарации сводим в табл. 12.15.
Таблица 12.15