2020-01-14
936
Технологией подготовки нефти предусмотрено, что термодинамические параметры работы рассматриваемого блока соответствует абсолютному давлению и температуре, равных соответственно
Р=1.0 МПа; t=20 ОС
Расчеты разгазирования нефти в сепараторах при небольших давлениях (0,6 – 1,1МПа) с достаточным для практических целей точностью можно производить по закону Рауля – Дальтона:
(3.1)
где 
- мольная доля i-го компонента в образовавшейся газовой фазе, находяйщейся в равновесии с жидким остатком.; 
- мольная доля этого же компонента в жидком остатке; 
- константа фазового равновесия i-го компонента при условии сепарации (в рассматриваемом случае при давлении Р=1.0 МПа и температуре t=20 ОС).
Для определения покомпонентного состава образовавшейся газовой (паровой) фазы используется уравнение:
(3.2)
где 
- мольная доля i-го компонента в исходной эмульсии;
- мольная доля отгона.
Поскольку 
то по уравнению (3.2) получим:
|
|
|
(3.3)
Уравнение (3.3) используется для определения методом последовательного приближения мольной доли отгона , при заданных составе исходной смеси 
, давлении и температуре сепарации.
При расходе нефтяной эмульсии 
- 1600000 тонн/год часовая производительность установки составит:
т/ч
Содержание углеводородов в нефтяной эмульсии и константы фазового равновесия () с учетом условий сепарации приведены в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Исходные данные для расчета
| № п/п | Компонент смеси | Мольная доля компонента в нефти (z  ), % мол.
| Молекулярная масса (М  ), кг/кмоль
| 
|
| 1 | Диоксид углерода (СО  )
| 0,21 | 44 | 21,3 |
| 2 | Азот (N2) | 0,43 | 28 | 52,6 |
| 3 | Метан (СН  )
| 25,15 | 16 | 23,28 |
| 4 | Этан (С Н  )
| 2,10 | 30 | 3,72 |
| 5 | Пропан (С  Н  )
| 5,17 | 44 | 0,83 |
| 6 | n-Бутан (n-С Н  )
| 5,04 | 58 | 0,28 |
| 7 | i-Бутан (i-С Н )
| 2,20 | 58 | 0,39 |
| 8 | n-Пентан (n-С  Н  )
| 2,66 | 72 | 0,06 |
| 9 | i-Пентан (i-С Н )
| 1,12 | 72 | 0,08 |
| 10 | Гексан и выше (С Н  +)
| 54,92 | 86 | 0,016 |
|   =100
| - | - |
Составим уравнения мольных концентраций для каждого компонента в газовой фазе в расчете на 100 молей нефти:
Путем подбора определим такую величину , при которой выполняется условие:
Подбор величины приводится в табл. 3.3
Таблица 3.3
Определение мольной доли отгона N
| Компонент смеси | N'= 26,63 | N'=26,4 | N'=26 |
| Диоксид углерода (СО )
| 0,0069 | 0,0070 | 0,0071 |
| Азот (N2) | 0,0153 | 0,0154 | 0,0156 |
| Метан (СН )
| 0,8444 | 0,8507 | 0,8619 |
Этан (С Н  )
| 0,0453 | 0,0454 | 0,0457 |
Пропан (С  Н  )
| 0,0449 | 0,0449 | 0,0448 |
| n-Бутан (n-С Н )
| 0,0174 | 0,0174 | 0,0173 |
i-Бутан (i-С Н  )
| 0,0102 | 0,0102 | 0,0101 |
n-Пентан (n-С  Н )
| 0,0021 | 0,0021 | 0,0021 |
i-Пентан (i-С Н  )
| 0,0011 | 0,0011 | 0,0011 |
Гексан и выше (С Н  +)
| 0,0119 | 0,0118 | 0,0118 |
| Σ Yi | 1,0000 | 1,0064 | 1,0180 |
Расчеты показали, что из 100 молей сырой нефти в процессе сепарации выделяется 26,63 молей газа. Составим материальный баланс сепарации в молях на 100 молей сырой нефти. Расчет приведён в табл. 3.4.
|
|
|
Таблица 3.4
Мольный баланс процесса сепарации первой ступени
| Компонент смеси | Молярный состав сырой нефти zi' | Газ из сепаратора | Нефть из сепар. Nноi=zi'-Nгоi | Xi'=((zi'-Nгоi)/Σ(zi'-Nгоi))*100, % | |
| Молярная концентр. Yi' | Моли Nгоi=N'*Yi' | ||||
| СО
| 0,21 | 0,007 | 0,18 | 0,024 | 0,03 |
| N2 | 0,43 | 0,015 | 0,41 | 0,021 | 0,03 |
| СН
| 25,15 | 0,844 | 22,45 | 2,661 | 3,63 |
| С Н
| 2,1 | 0,045 | 1,20 | 0,893 | 1,22 |
С  Н 
| 5,17 | 0,045 | 1,20 | 3,973 | 5,41 |
| n-С Н
| 5,04 | 0,017 | 0,46 | 4,575 | 6,23 |
i-С Н 
| 2,2 | 0,010 | 0,27 | 1,927 | 2,62 |
n-С  Н 
| 2,66 | 0,002 | 0,06 | 2,603 | 3,55 |
i-С  Н 
| 1,12 | 0,001 | 0,03 | 1,088 | 1,48 |
С  Н +
| 54,92 | 0,011 | 0,32 | 54,603 | 74,42 |
| Итого | 100 | 1,000 | Σ Nгоi =26,63 | 73,370 | 100 |
Баланс по массе в расчете на 100 молей сырой нефти приведен в табл. 3.5
Таблица 3.5
Массовый баланс процесса сепарации первой ступени
| Компонент смеси | Молярный состав сырой нефти zi' % | Массовый состав сырой нефти Mci=zi'*Mi' | Массовый состав газа из сепаратора Mгi=Nгоi*Mi' | Массовый состав нефти из сепаратора Mнi=Mгсi-Mгi | Масса выде-ливщегося газа, относительно сырой нефти Rгi=(Mгi/Mci)*100, % |
| СО
| 0,21 | 9,24 | 8,18 | 75,60 | 88,54 |
| N2 | 0,43 | 12,04 | 11,44 | 137,74 | 95,02 |
| СН
| 25,15 | 402,4 | 359,81 | 144789,53 | 89,41 |
С Н 
| 2,1 | 63 | 36,19 | 2280,17 | 57,45 |
С Н 
| 5,17 | 227,48 | 52,66 | 11979,68 | 23,15 |
| n-С Н
| 5,04 | 292,32 | 26,97 | 7882,80 | 9,22 |
| i-С Н
| 2,2 | 127,6 | 15,82 | 2018,88 | 12,41 |
| n-С Н
| 2,66 | 191,52 | 4,08 | 781,74 | 2,13 |
i-С  Н
| 1,12 | 80,64 | 2,27 | 183,48 | 2,82 |
| С Н +
| 54,92 | 4723,12 | 27,27 | 128795,99 | 0,58 |
| Итого | 100 | ΣMci= 6129,36 | ΣMгi=544,70 | Σ 298925,63 | ΣRгi= 8,88 |
- массовая доля отгона.
Средняя молекулярная масса газа:
Плотность газа:
Плотность газа при нормальных условиях (атмосферном давлении и температуре 0 ОС):
Таблица 3.6
Характеристика газа, выделяющегося в сепараторе
| Компонент смеси | Молярная концентрация
| Молекуляр-ная масса (Mi) | Массовый состав Мср | Содержание тяжелых углеводородов г/м3 |
| Диоксид углерода (СО )
| 0,0007 | 44 | 1,50 | - |
| Азот (N2) | 0,0153 | 28 | 2,10 | - |
| Метан (СН )
| 0,8444 | 16 | 66,07 | - |
Этан (С Н  )
| 0,0453 | 30 | 6,64 | - |
Пропан (С Н  )
| 0,0449 | 44 | 9,67 | 821,99 |
| n-Бутан (n-С Н )
| 0,0174 | 58 | 4,95 | 420,91 |
| i-Бутан (i-С Н )
| 0,0102 | 58 | 2,90 | 246,96 |
n-Пентан (n-С Н  )
| 0,0021 | 72 | 0,75 | 63,71 |
| i-Пентан (i-С Н )
| 0,0012 | 72 | 0,42 | 35,51 |
| Гексан и выше (С Н +)
| 0,0120 | 86 | 5,00 | 425,64 |
| Итого | 1,0000 | - | 100,00 | 2014,73 |
В блоке сепарации от сырой нефти отделяется только газ. Исходя из этого составим материальный баланс блока сепарации с учетом обводненности нефти.
Сырая нефть имеет обводненность 35% масс. Количество безводной нефти в этом потоке составит
т/ч.
Газ будет отделяться от нефти с производительностью:
т/ч.
т/ч,
т/ч.
Правильность расчета материального баланса определится выполнением условия:
;
т/ч;
;
т/ч.
Уравнение выполняется.
Данные по расчету блока сепарации первой ступени сводим в табл. 3.7.
Таблица 3.7
Материальный баланс сепарации первой ступени
| Приход | Расход | ||||||
| % масс | т/ч | т/г | % масс | т/ч | т/г | ||
| Эмуль-сия | Эмуль-сия | 94,23 | |||||
| в том числе: | в том числе: | ||||||
| нефть | 65 | 123,8 | 1039920 | нефть | 62,85 | 112,8 | 947520 |
| вода | 35 | 66,66 | 560079 | вода | 37,15 | 66,66 | 560079 |
| Всего | 100 | 179,46 | 1507599 | ||||
| ИТОГО | 100 | 190,47 | 1600000 | Газ | 5,77 | 11 | 92400 |
| ИТОГО | 100 | 190,47 | 1600000 | ||||
