Serdyukova_E.Yu_._i_dr._Raschety_tehnologich._processov_pervichnoy_pererabotki_nefti._Ch._1

2.3 Моделирование технологических процессов нефтегазопереработки

Рассмотрим моделирование схем технологических процессов нефтегазопереработки на примере схемы разделения углеводородных газов,

представленной на рисунке 31. Схема состоит из 4 сепараторов: входного сепаратора и сепараторов 1, 2 и 3 ступени (V-100, V-101, V-102, V-103).

Сепаратор – это аппарат, предназначенный для разделения жидкой и газообразной фаз. В зависимости от количества разделяемых фаз, сепараторы делятся на: двухфазные (газ, жидкость) и трехфазные (газ, жидкость,

жидкость). По расположению в пространстве сепараторы разделяют на:

вертикальные и горизонтальные. Как правило, вертикальные сепараторы являются двухфазными, то есть предназначены для отделения газовой фазы от жидкости. Такие сепараторы широко применяются на газовых месторождениях, для первичной стабилизации газа, а также на газоперерабатывающих и нефтеперерабатывающих заводах. Горизонтальные сепараторы служат для разделения смеси на 3 фазы: газ, жидкость, жидкость.

Горизонтальные сепараторы широко применяются на нефтяных и газоконденсатных месторождениях для разделения газа, нефти или конденсата и воды. В данном разделе рассматривается схема разделения углеводородных газов, поэтому в схему будут встраиваться вертикальные двухфазные сепараторы. Также в семе предусмотрено наличие двух центробежных компрессоров (К-100, К-101), двух холодильников (Е-100, Е-101) и смесителя жидкостных потоков (MIX-100).

Компрессор – это энергетическая машина, предназначенная для повышения давления и перемещения потока, представленного газом. Следует обратить особое внимание на то, что рабочим материальным потоком может служить только лишь газовая фаза. Наличие жидкости в потоке, подаваемом на прием компрессора, может привести к выходу из строя оборудования.

Холодильник представляет собой аппарат, предназначенный для охлаждения потока жидкости, газа или газ-жидкость.

31

Схема, которая будет рассмотрена в данной пункте представлена на рисунке 31. Материальный поток, представленный углеводородным газом поступает во входной сепаратор (V-100), после чего, стабилизированный газ подается на прием центробежного компрессора (K-100), где сжимается до заданного давления и поступает в сепаратор первой ступени (V-101). В

сепараторе V-101 от газового потока отделяется жидкая фаза, образовавшаяся в процессе сжатия материального потока. Облегченная газовая часть,

отделившаяся в сепараторе, поступает в холодильник Е-100, где охлаждается до заданной температуры, с целью конденсации тяжелых компонентов материального потока. После чего, охлажденный поток подается в сепаратор второй ступени, где также происходит отделение газа от жидкости. Далее газовый поток поступает на прием центробежного компрессора К-101, где сжимается до заданного давления, после чего поток проходит через холодильник Е-101 и поступает в сепаратор третьей ступени, где смесь разделяется на газ и жидкость. Жидкая фаза после сепараторов V-100, V-101, V-102 и V-103 собирается при помощи смесителя MIX-100 и выводится из установки.

Рисунок 31 – Технологическая схема разделения углеводородных газов

32

Пример 3: Поток углеводородного газа, состоящий из: метан 61 %

масс., этан 12 % масс., пропан 8 % масс., н-бутан 7 % масс., и-бутан 4%

масс., н-пентан 5 % масс., гексан 3% масс. поступил на установку разделения газов, технологическая схема которой представлена на рисунке 22, Давление потока 4,5 МПа, температура 9°С, расход 110 000 м3/сутки.

Для создания технологического процесса (рисунок 32), необходимо создать материальный поток, руководствуясь пунктом 2.1. После того как материальный поток будет создан, можно приступать к моделированию технологической схемы.

Рисунок 32 – Рабочая тетрадь газового потока

Для установки входного сепаратора, который отделит паровую фазу от жидкой, представленной сконденсированными компонентами материального потока, необходимо выбрать из кассы объектов Separator, перенести его в рабочую область и приступить к подключению его к материальному потоку,

вызвав рабочую тетрадь Workbook сепаратора.

Во вкладке следует Design ввести название сепаратора, задать входной поток, выбрав в выплывающем списке имя созданного материального потока

(имена выходящих газового и жидкого потоков, энергетический поток, в

представленном случае, не используется, так как содержимое сосуда не

33

подогревается и не охлаждается). После перейдти во вкладку Parameters. В

вкладке Parameters установливается перепад давления Delta P равный 20 кПа

(рисунок 33).

Рисунок 33 – Рабочая тетрадь входного сепаратора

Далее в схеме устанавливается турбодетандер (низкотемпературная турбина, которая понижает давление газа с целью получения холода), задается входной и выходящий потоки, энергетический поток, а также давление на выходе равное 2,3 Мпа (рисунок 34).

Рисунок 34 – Рабочая тетрадь турбодетандера первой ступени

34

Получившийся материальный поток направляется в сепаратор первой ступени, подключив его аналогично входному сепаратору, как показано на рисунке 35.

Рисунок 35 – Рабочая тетрадь сепаратора первой ступени

После того, как в сепараторе первой ступени от паровой фазы материального потока отделилась жидкая фаза, газ направляется в холодильник.

Для включения в схему холодильника, в кассе объектов следует выбрать

Cooler и встроить его в схему, подключив к нему входной, выходной и энергетический потоки. Во вкладке Parameters указывается сопротивление 50

кПа и температура потока на выходе -35 °С (рисунок 36).

35

Рисунок 36 – Рабочая тетрадь холодильника первой ступени

Далее необходимо подключить последовательно сепаратор второй ступени аналогично предыдущим и турбодетандер с заданным выходным давлением 0,8 МПа.

После турбодетандера в схеме предусмотрено наличие холодильника.

Подключить его возможно задав входной, выходной и энергетический потоки,

а также температуру выходного потока -47 °С.

Далее в схеме предусмотрена установка сепаратора третьей ступени аналогично предыдущим. Жидкие потоки после сепараторов всех ступеней собираются при помощи установки смеситель Mixer жидких потоков (рисунок

37).

Рисунок 37 – Технологическая схема установки разделения заданного материального потока

36

Задания для самостоятельной работы:

1.Постройте фазовую диаграмму типа РТ для исходного материального потока и для газового потока, выходящего из сепаратора третьей ступени.

2.Объясните полученные результаты диаграмм, сопоставив с компонентным составом и условиями указанных потоков.

3.При какой температуре жидкого потока смешения (при Р=const) доля отгона будет равна 0,6?

4.Определите количество энергии, потребляемое холодильником E-101

при работе в заданном режиме.

37

Список вопросов для самостоятельной работы студентов

1.Что такое термодинамический пакет?

2.Принцип выбора термодинамического пакета.

3.Пакет Peng-Robinson, его термодинамические основы.

4.Способы задания химического состава материального потока.

5.Что такое гипотетический компонент?

6.Основные параметры, которые необходимо задать для расчета материального потока.

7.Система единиц СИ. Основные единицы измерения.

8.Зависимость изменения плотности, вязкости от температуры.

9.Принципы построения кривой ИТК (3 способа).

10.Перестроение кривой ИТК в ОИ, их назначение.

11.Что такое доля отгона, доля отбора?

12.Методы определения доли отгона.

13. Что такое фазовое равновесие?

14.Принцип построения диаграммы фазового перехода (РТ, VT) 15.Принцип расчета константы фазового равновесия.

16.Техническая и технологическая классификация нефти.

17.Методы разгонки нефти (по Энглеру, ASTM D86 / D86(CR) / D1160(Vac)

/D1160(Atm) / ASTM D2887), их сравнение.

18.Сепаратор. Назначение, классификация. Принцип расчета.

19.Компрессор. Назначение, классификация. Принцип расчета.

20.Холодильник. Назначение, классификация. Принцип расчета.

38

Литература

1.Капустин В.М. Под редакцией Глаголевой О.Ф. Технология переработки нефти. Часть 1. 2015 –

2.Кузнецов А.О. Основы работы в Aspen Hysys. – М.: Берлин: Директ-

Медиа, 2015 . – 153с.

3.Кузнецов А.О. Моделирование схемы переработки природного газа в

Aspen Hysys V8. - М.: Берлин: Директ-Медиа, 2015 . – 116с.

39

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

СЕРДЮКОВА ЕКАТЕРИНА ЮРЬЕВНА КОЖЕВНИКОВА ЮЛИЯ ВИКТОРОВНА ЧЕРНЫШЕВА ЕЛЕНА АЛЕКСАНДРОВНА

РАСЧЕТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ.

Часть 1

В авторской редакции

Сведения о программном обеспечении, которое использовано для создания электронного издания:

Microsoft Word - набор, вёрстка текста, генерация PDF https://www.microsoft.com/

Техническая обработка и подготовка материалов выполнены авторами

Подписано к использованию: 01.06.2020; Объём издания: 3,40 Мб; Тираж: 50 экз.; Комплектация издания: 1 CD-ROM;

Запись на физический носитель: Белоусов А.В., belousov.a@gubkin.ru.

119991, Город Москва, проспект Ленинский, дом 65, корпус 1, РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, учебно-методическое управление (900)