Методика расчета сепарации газа

Методика расчета сепарации газа в газосепараторах или при испарении нефти в резервуаре заключается в следующем.

1. Выбирают таблицы или графики коэффициентов распреде­ления применительно к интересующей системе.

2. Определяют по ним величины k_i для каждого компонента при заданных давлениях и температуре.

3. Выбирают величину паровой фазы V такой, чтобы величина жидкой фазы L соответствовала уравнению

. (3.36)

4. Решают следующие уравнения

, (3.37)

где z_i – мольная доля компонента i в смеси.

5. Если , то задача решена и принятые значения V и L являются правильными. Полученные при этом величины x_i пред­ставляют мольные доли компонентов в жидкой фазе. Этим и устанавливают состав жидкой фазы. Если , то необходимо задаться другими значениями V и L, и расчет повторить.

Методика может быть несколько изменена. Это изменение состоит в следующем.

Решают уравнение

. (3.38)

Если рассчитанная величина V_рас равна принятой V_пр, задача решена, и состав жидкой фазы может быть определен из уравнения

, (3.39)

а состав паровой фазы из уравнения

или .

Если рассчитанная величина V_рас не равна принятой V_пр, то необходимо задаться другой величиной V, и расчет повторить.

При нескольких последовательных попытках величина V может быть рассчитана с точностью до 0,0001.

Последовательные стадии приближения могут быть сделаны при минимальном переносе цифровых данных со счетной машины в таблицу. Для нахождения последующих величин V в процессе приближения строят график зависимости расчетной величины V_рас от принятой. Количество повторных расчетов зависит от опытности исполнителя в оценке величины V.

Для расчета ступенчатой сепарации газа сущесвуют программы для вычислений на ЭВМ.

Речфорд предложил следующую методику:

;

,

но так как

;

; ;

,

то

. (3.40)

Задаваясь величиной V, проводят расчет методом последова­тельных приближений. Искомая величина V дает f(V, k_i, z_i)=0. Для облегчения получения искомой величины строят график, пред­ложенный авторами методики (рис. 3.36).

Если принятая величина V мала, функция уравнения (3.40) принимает отрицательную величину. В начале расчета этим мето­дом принимают V = 0,5 и далее уменьшают обычно вдвое или уве­личивают эту величину в полтора раза. Применение описанного метода позволяет быстро найти искомую величину V. Заслуживает внимания также методика, предложенная Холландом и Девисоном. В ней используется следующая формула равновесного соотношения:

. (3.41)

Применяя эту методику, задаются величиной L и рассчитывают значение функции. Если функция не равна нулю, то задаются новой величиной L и расчет повторяют. График этой функции приведен на рис.3.37. Если при заданном давлении выбранная температура выше температуры точки росы (при ней L = 0, а V = 1), то воз­можно лишь одно простое решение L = 0, т. е. жидкой фазы нет. Если же выбранная температура ниже температуры точки начала парообразования (при ней L = 1, а V = 0), то получается также одно решение V= 0, т. е. газовой фазы нет. Эти условия соответ­ствуют линиям-штрих. Сплошная кривая определяет значения функции при давлениях и температурах, соответствующих двух­фазной области.

Рис.3.36. График равновесной функции Речфорда

При этом методе сначала задаются величиной L, очень близкой к единице, и оценивается значение функции. Если функция с до­статочной степенью точности не равна нулю, то новую величину принимают в соответствии с равенством

, (3.42)

где L_m – новая принятая величина L; L_m-1 – первоначально принятая величина L; f" – первая производная от f' (L, k_i, z_i), равная

. (3.43)

Рис.3.37. График равновесной функции Холланда: 1 – Т > температуры точки росы; 2 – темпе­ратура начала парообразования < Т < темпе­ратуры точки росы; 3 – Т < температуры точки начала парообразования

Ниже приведены два способа расчета двухступенчатой сепара­ции газа из пластовой нефти состава, приведенного в табл.3.4.

Свойства фракции C₇₊, представляющей нефтяной остаток: молекулярный вес 263, плотность 0,886 кг/м³ при р_абс = 1 aт и t = 20 ⁰С.

Первая ступень р_1абс = 2,45 aт и t = 4,4 ⁰С; вторая ступень р_2абс = 1,05 aт и t = 4,4 ⁰С

Если состав пластовой нефти дан в весовых единицах, то его пересчитывают в мольные доли согласно табл. 3.5.

Для обоих способов коэффи­циенты распределения (константы равновесия) взяты из рис. 3.20 – 3.34.

Расчет осуществляют по формуле (3.37) или по формуле (3.38). Сначала по формуле (3.37) задаются V = 0,5 и вычисляют . > 1, то принимают V < 0,5 и соответственно при < 1, V > 0,5.

Таблица 3.4