Исследование процесса разделения многокомпонентной смеси в газовом сепараторе

Размещено на http://www.allbest.ru/

116

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование процесса разделения многокомпонентной смеси в газовом сепараторе

Цель работы

1. Ознакомиться с методикой расчета процесса однократного испарения.

2. Практически освоить методику исследования на ЭВМ процесса разделения углеводородной смеси в газовом сепараторе.

3. Изучить влияние температуры, давления, состава сырья на процесс разделения газожидкостной смеси в каскаде сепараторов и выбрать эффективный режим работы с использованием информационно-моделирующей системы (ИМС).

Разделение газожидкостных потоков в химико-технологических процессах

В химической технологии широко распространены процессы разделения двухфазных газожидкостных систем, в частности, сепарация на составляющие фазы - газ и жидкость [11, 13, 14].

Сепараторы являются обязательным элементом любой технологической схемы промысловой подготовки нефти и газа на нефтяных и газоконденсатных месторождениях, а также составной частью оборудования в процессах переработки нефти, газа и газового конденсата.

На рис. 4.1 представлена схема классификации сепараторов по основным функциональным и конструктивным признакам.

Газовые сепараторы предназначены для отделения природного газа от конденсата, воды и твердых частиц. В газовых сепараторах разделяют газожидкостную смесь с относительно небольшим содержанием жидкости.

Сепараторы, как правило, состоят из нескольких секций, каждая из которых выполняет определенные функции.

Секция ввода газожидкостных смесей обеспечивает максимальное отделение крупнодисперсной фазы, особенно при высоком начальном содержании жидкой фазы, а также равномерный ввод газожидкостной смеси в аппарат, а том числе в секцию окончательной очистки газа от капель жидкости.

Секция коагуляции мелких капель жидкости располагается в зоне осаждения перед секцией окончательной очистки, и предназначена для укрупнения мелких капель жидкости, отделения укрупненных капель и выравнивания подачи газа в секцию окончательной очистки.

Секция окончательной очистки газа обеспечивает заданную эффективность сепарации в проектном диапазоне его нагрузок как по газу, так и по жидкости.

Несмотря на большое разнообразие конструкций сепараторов, их можно условно разделить на два класса в соответствии с физическими принципами разделения газожидкостных смесей: гравитационные и инерционные [13].

В гравитационных сепараторах, представляющих собой большие горизонтальные или вертикальные емкости, разделение фаз происходит за счет силы тяжести. Поскольку размеры капель, попадающих в сепаратор из подводящего трубопровода, малы, то для их эффективного удаления из потока только за счет силы тяжести требуется длительное время и, как следствие этого, сепараторы имеют большие размеры.

В инерционных сепараторах разделение фаз происходит за счет сил инерции при обтекании газожидкостной смесью различных препятствий (сеток, струн и т. п.) и при закручивании потока в центробежных патрубках (циклонах). газожидкостный углеводородный смесь сепаратор

В современных конструкциях газовых сепараторов используются оба принципа. Сепаратор состоит из двух секций: осадительной и концевой. В осадительной секции происходит осаждение капель за счет силы тяжести. Концевая секция оборудуется различными насадками: центробежными патрубками, сетчатыми и струнными насадками и т. д. В этих насадках улавливание капель происходит за счет силы инерции. Степень разделения газожидкостной смеси в сепараторах зависит от расхода газа, термобарических условий, а также от среднего радиуса капель, вносимых в сепаратор с потоком газа из подводящего трубопровода, который, в свою очередь, зависит от параметров трубопровода, а также от наличия установки предварительной конденсации перед сепаратором.

Объем газосепаратора определяется условием пребывания в нем жидкости:

,(4.1)

где V - объем газосепаратора, м³;

- время пребывания жидкости, с;

- объемный расход, м³/с.

По объему газосепаратора подбирают тип и марку сепаратора по каталогу.

Рис. 4.1. Классификация сепараторов по основным функциональным и конструктивным призанакам

Расчет однократного испарения многокомпонентной углеводородной смеси

Сепарация нефти по своей физической сущности является сочетанием физических и массообменных процессов, протекающих между газовой и жидкой фазами, содержащими большое количество компонентов, т. е. является сложным многокомпонентным процессом. Однако при построении математических моделей, обладающих высокой прогнозирующей способностью и точностью, необходимо учитывать физико-химические закономерности их протекания. В то же время модель должна иметь приемлемую для расчетов размерность и возможность решения известными численными методами.

Чтобы удовлетворить требованиям, будем рассматривать, что в процессе сепарации:

· достигается состояние равновесия;

· происходит однократное испарение компонентов смеси.

Исходя из этого, модель сепарации должна включать расчет констант фазового равновесия и расчет доли отгона на основании уравнений материальных балансов по газовой и жидкой фазам.

Уравнение материального баланса процесса однократного испарения для многокомпонентной системы в целом можно представить как [4]

,(4.2)

где F - количество исходного сырья, кг/ч;

G - количество паровой фазы, кг/ч;

L - количество жидкой фазы, кг/ч.

Для i-го компонента системы материальный баланс запишется следующим образом:

,(4.3)

где u_i, x_i, y_i - мольные доли i-го компонента в исходном сырье и полученных жидкой и паровой фазах соответственно.

В условиях равновесия

,(4.4)

где К_i - константа фазового равновесия i-го компонента,, где

P_i - давление насыщенного пара i -го компонента;

Р - общее давление в аппарате;

Основное уравнение для расчета частичного однократного испарения многокомпонентной системы:

(4.5)

где - молярная доля пара (доля отгона) в конце процесса однократного испарения.

Контролем правильности решения является выполнение условий

. (4.6)

Определить давление насыщенных паров компонентов можно по различным расчетным формулам, например: Антуана, Ашворта.

В частности, формула Ашворта имеет следующий вид [11]:

, (4.7)

где Р_i - давление насыщенных паров, Па;

T - температура однократного испарения;

T_i - температура кипения углеводорода, или средняя температура кипения углеводородной фракции.

Функцию F(T) находят из уравнения

. (4.8)

По этому же уравнению, подставляя T_i вместо Т, рассчитывают и функцию F(T_i).

Уравнение Антуана [10]

,

где А_i, B_i, C_i - коэффициенты уравнения Антуана (табл. 3, Приложение Ж);

Т - температура процесса, К;

Р_i - давление i-го компонента в системе (мм. рт. ст.).

Исходные данные для расчета процесса разделения многокомпонентной углеводородной смеси

Размещено на http://www.allbest.ru/

116

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4.2. Принципиальная схема сепарационного блока: С - сепараторы

Таблица 4.1Варианты технологических параметров процесса низкотемпературной сепарации

Для проведения расчета сепарационного блока процесса разделения многокомпонентной углеводородной смеси необходимы следующие данные:

1. Расход сырья, кггод.

2. Температура в сепараторах, ^оС.

3. Давление, Па.

4. Состав сырья, мольные доли.

Пример исходных данных для расчета приведен в табл. 4.2.

Таблица 4.2 Исходные данные для расчета процесса сепарации

Примечание. 1 687 649 - расход сырой эмульсии, т/год.

Пример результатов расчетов приведен в табл. 4.3 и 4.4.

Таблица 4.3 Результаты расчета процесса сепарации

Примечание. На входе в сепаратор суммарный расход = 200 910,6 кгчас.Ж - жидкая фаза, Г - газовая фаза.

Таблица 4.4 Результаты расчета процесса сепарации

Расчеты могут быть выполнены с использованием информационно-моделирующей системы (ИМС) установок комплексной подготовки нефти и газа (УПН и УКПГ).

Блок-схемы алгаритма расчета процесса сепарации представлены на рис. 4.3, 4.4.

Рис. 4.3. Блок-схема программы расчета процесса сепарации

Рис. 4.4. Блок-схема информационно моделирующей системы (ИМС)

Размещено на Allbest.ru