油氣集輸課程設(shè)計-低溫集氣站的工藝設(shè)計中凝析油回收量的計算

重慶科技學(xué)院《油氣集輸工程》課程設(shè)計報告學(xué)院:石油與天然氣工程專業(yè)班級:油氣儲運學(xué)生姓名:學(xué)號:設(shè)計地點（單位）石油科技大樓K802設(shè)計題目:低溫集氣站的工藝設(shè)計中凝析油回收量的計算完成日期：年月日指導(dǎo)教師評語:___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________成績（五級記分制）:________________

指導(dǎo)教師（簽字）:________________某低溫集氣站工藝設(shè)計——凝析油回收量的計算摘要Ⅰ摘要凝析油是是一種含烴、苯的天然氣伴生的輕質(zhì)原油，屬于油氣田生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，一般可分為氣井凝析油和伴生氣凝析油。過去國內(nèi)對它的開發(fā)利用不夠重視，特別是在以下陳舊的生產(chǎn)系統(tǒng)，沒有考慮凝析油的深加工問題。天然氣凝析油是加工精細化工產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)原料，可生產(chǎn)化工輕油、燃料油、溶劑油、發(fā)泡劑、苯等精細化工產(chǎn)品，產(chǎn)品附加值高，市場前景非常的廣闊。本課程設(shè)計說明書主要是關(guān)于某低溫集氣站的工藝設(shè)計中凝析油回收量的計算，根據(jù)所給的課題條件和其他組員的相關(guān)設(shè)計，可以獲取物料在節(jié)流閥前的溫度和壓力以及通過分離器后的溫度和壓力。整個計算過程中需要根據(jù)蒸汽壓、氣液平衡兩相定律、平衡氣化，以及利用泡點和露點方程式校驗此混合物在冷卻前后均是氣液兩相狀態(tài)，最后根據(jù)物料平衡方程用試算法求得凝析油回收量。關(guān)鍵詞：凝析油節(jié)流閥制冷計算回收量某低溫集氣站工藝設(shè)計——凝析油回收量的計算目錄目錄1引言 12工藝方案設(shè)計 23相關(guān)設(shè)計物性參數(shù)及分析 33.1原料氣基礎(chǔ)資料 33.2凝析油回收計算所需參數(shù) 34凝析油回收量相關(guān)理論及計算公式 44.1蒸汽壓的概念 44.2氣液兩相平衡定律 44.3泡點 54.4露點 54.5閃蒸-平衡汽化 55天然氣凝析油回收量計算 75.1氣體參數(shù)及組成 75.2凝析油回收量計算過程 75.2.16MPa和12.67℃條件下露點校驗 75.2.26MPa和12.67℃條件下泡點校驗 95.2.3凝析油含量計算 95.36.7號井節(jié)流后凝析油回收量 106結(jié)論 11參考文獻 12某低溫集氣站工藝設(shè)計——凝析油回收量的計算引言11引言凝析油的特點是在地下以氣相存在。采出到池面后呈液態(tài)凝析油到了地面時液態(tài)的油，在地層中確實氣體，叫凝析氣。凝析氣是石油在高溫高壓條件下溶解在天然氣中形成的混合物。凝析氣藏位于地下數(shù)千米深的巖石中，開發(fā)得到的主要產(chǎn)品是凝析油和天然氣。由于凝析油的存在嚴重影響著天然氣的計量和輸送（流量計帶液，造成計量部準確。）因此，對天然氣凝析油必須定點進行排放。以前，國內(nèi)對它的開發(fā)和利用不夠重視，特別是對一些老的生產(chǎn)系統(tǒng)中，并沒有考慮凝析油的深加工工藝。從氣井中開采出來的天然氣是多組分烴類混合物。如果把C2、C3、C4等較重?zé)N類組分從中提取出來，可以使天然氣的露點降低，對天然氣的發(fā)熱量進行調(diào)整，改善天然氣的質(zhì)量，同時還可以提高整個天然氣的經(jīng)濟價值和商品價值。提取出來的乙烷、丙烷、丁烷，以及丙丁烷混合物和天然汽油，凝析液等，主要成分為C2-C6，統(tǒng)稱為天然氣凝液，有時油田伴生氣和濕性天然氣，由于溫度降低而得到的冷凝液，也稱為凝析油，或稱天然汽油。天然氣凝液的用途十分廣泛，具有比天然氣高得多的市場價值和商品價值。因此，人們越來越重視天然氣中液烴的提取及分離工藝，目前主要采用的提取方法有：吸附法、油吸收法和低溫分離法。本課程設(shè)計主要涉及低溫分離法中采用節(jié)流閥進行降壓降溫，從而達到氣液分離，回收凝析油的目的。對于壓力高，產(chǎn)氣量大的氣井，在氣體中除主要組分甲烷外，還有含量較高的硫化氫，二氧化碳和凝析油以及呈液態(tài)和氣態(tài)的水分。在這種情況下宜采用低溫分離的流程，即在集氣站用低溫分離的方法，分離出天然氣中的凝析油，使管輸天然氣的烴露點達到管輸標準要求，防止烴析出影響管輸能力。某低溫集氣站工藝設(shè)計——凝析油回收量的計算方案設(shè)計PAGE22工藝方案設(shè)計根據(jù)該氣田凝析油的組分分析，結(jié)合凝析油深加工技術(shù)的最新發(fā)展，經(jīng)過我們小組成員多次討論研究，決定采用節(jié)流閥制冷工藝對該凝析油進行處理。節(jié)流閥是一個可以調(diào)節(jié)液體壓力的構(gòu)造，可調(diào)整進入引擎的空氣量，進而調(diào)整引擎的出力。將節(jié)流閥和單向閥并聯(lián)則可組合成單向節(jié)流閥。節(jié)流閥和單向節(jié)流閥是簡易的流量控制閥，在定量泵液壓系統(tǒng)中，節(jié)流閥和溢流閥配合，可組成三種節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，即進油路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)、回油路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)和旁路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)。節(jié)流閥沒有流量負反饋功能，不能補償由負載變化所造成的速度不穩(wěn)定，一般僅用于負載變化不大或?qū)λ俣确€(wěn)定性要求不高的場合。節(jié)流閥制冷屬于直接膨脹制冷法，特點是通過氣體本身的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)槔淠?，氣體自身溫度降低，將輕烴從天然氣中分離出來。適用于壓力很高的氣藏氣（大于10MPa），節(jié)流后的壓力無太高要求，以及在不適于采用膨脹機的工況條件下采用，雖然其降溫效果相對較差，天然氣液回收率較低，但是投資費用低。由于節(jié)流閥的流量不僅取決于節(jié)流口面積的大小，還與節(jié)流口前后的壓差有關(guān)，閥的剛度小，故只適用于執(zhí)行元件負載變化很小且速度穩(wěn)定性要求不高的場合。某低溫集氣站工藝設(shè)計——凝析油回收量的計算物性參數(shù)及分析PAGE43相關(guān)設(shè)計物性參數(shù)及分析3.1原料氣基礎(chǔ)資料信息某低溫集氣站原料氣相關(guān)信息見表3.1原料氣基本參數(shù)：表3.1原料氣基本參數(shù)井號產(chǎn)量（104m3/d）進站壓力（Mpa）進站溫度（00C）118163122216303201632416163257163061410317191030出站壓力：6Mpa；天然氣露點：<-50C。氣體組成（%）：表3.2原料氣氣體組成組分C1C2C3C4C5C6CO2H2SC1～C6分子，%85.30.7892.92凝析油含量：20g/m3SL=0.783.2凝析油回收計算所需參數(shù)根據(jù)小組成員討論節(jié)流閥和分離器的設(shè)計，本人計算的是某低溫集氣站凝析油回收工藝設(shè)計是天然氣低溫分離工藝6、7號井節(jié)流前在10MPa（絕）、30.5℃的條件下變化到低溫分離器壓力為6MPa(絕)和溫度為12.67℃狀態(tài)時，天然氣凝析油回收量的計算。PAGE74凝析油回收量相關(guān)理論及計算公式4.1蒸汽壓的概念在一定溫度下，液體同其液面上方蒸汽呈平衡狀態(tài)時蒸汽所產(chǎn)生的壓力稱為飽和蒸汽壓，簡稱蒸汽壓。蒸汽壓的高低表明液體中分子汽化或蒸發(fā)的能力，同一溫度下蒸汽壓高的液體比蒸汽壓低的液體更容易汽化。在開口容器中，所有液體都會或快或慢地蒸發(fā)著，但在留有空間的密閉容器內(nèi)，由于液體的蒸發(fā)和蒸汽的凝結(jié)，在某一條件下，在液體和生成的蒸汽之間建立平衡。在一定溫度時，各種液體的蒸汽壓是不同的。同時，蒸汽壓隨著溫度的上升而增加。4.2氣液兩相平衡定律當(dāng)氣相和液相達平衡時，兩相間的關(guān)系可用道爾頓—拉烏爾定律來表達：=（4.1）式中——作用在混合物上的總壓力；——在氣相中組分i的摩爾分數(shù)；——純組分i在給定溫度下的飽和蒸汽壓；i——在液相中組分i的摩爾分數(shù)。道爾頓－拉烏爾定律只限于在比較低的壓力和中等溫度下使用，同時還需要知道所求組分在給定條件下的蒸汽壓。液相和氣相間的平衡關(guān)系，也可以用亨利定律來表示，即：＝（4.2）為相平衡常數(shù)，它是壓力和溫度的函數(shù)，一些碳氫化合物的相平衡常數(shù)可查圖獲得。由于亨利定律中使用了一個隨壓力和溫度而變化的平衡常數(shù)k，因而亨利定律使用于任何系統(tǒng)。4.3泡點在給定壓力下，液體混合物逐漸被加熱，當(dāng)有一個氣泡出現(xiàn)時的溫度叫泡點溫度。根據(jù)所研究系統(tǒng)的k值和任何混合物的摩爾分數(shù)之和等于1.0這個概念，即Σ=Σ=1.0(泡點方程式)，就可以確定互溶混合物的泡點。因為溫度在泡點方程中式隱函數(shù)，因此只能通過試算法來求泡點溫度。還基于這樣一個事實，即在計算液體混合物的泡點時，只有無限小量的液體被汽化，這樣，可視液體組成同原始組成。4.4露點在給定壓力下，氣體混合物逐漸被冷卻，當(dāng)有一滴液體出現(xiàn)時的溫度叫露點溫度。其計算步驟類同于泡點計算。計算準則仍然是：混合物中各組分的摩爾分數(shù)之和為1.0，即Σ=Σ(/)=1.0(露點方程)。4.5閃蒸-平衡汽化

將液體混合物連續(xù)加熱、減壓而部分汽化達到平衡并使汽液兩相分離的操作。使原料液連續(xù)地進入加熱爐，被加熱至一定溫度，然后經(jīng)節(jié)流閥減壓至預(yù)定壓強，隨著壓強的突然降低，過熱液體發(fā)生自蒸發(fā)，使部分液體汽化并達到平衡狀態(tài)。汽、液兩相在分離器中分成兩股不同組成的產(chǎn)物，頂部產(chǎn)物中易揮發(fā)組分獲得濃集，底部產(chǎn)物中難揮發(fā)組分獲得濃集。其原理參見閃急蒸餾。進料以某種方式被加熱至部分氣化，經(jīng)過減壓設(shè)施，在一個容器的空間內(nèi)，在一定溫度和壓力下，氣－液兩相迅速分離，得到相應(yīng)的氣相和液相產(chǎn)物，此即謂之閃蒸。閃蒸又叫平衡汽化或平衡蒸餾。其特點是，所形成的汽、液兩相都處于同樣溫度和壓力下，并呈平衡狀態(tài)。所有組分都同時存在于汽、液兩相之中，而兩相中的每一個組分也都處于平衡狀態(tài)。即可表示為＝，兩相之間的汽液平衡關(guān)系為Σ=Σ=1.0。求定凝析液回收量問題也就是計算在一定壓力下處于泡點之上、露點之下的汽、液混合物中到底含有多少液體和蒸汽的問題。為了解決此問題需關(guān)聯(lián)物料方程，即：F=V+L（4.3）式中F、L、V——分別表示進料、器頂產(chǎn)品、器底殘液的流量，kmol/h對某一組分來說，則有：=+（4.4）式中、、分別表示進料、器頂產(chǎn)品、器底殘液中某組分的流量，kmol/h我們定義：Xf=/F;Yf=/V;Xi=/L（4.5）式中Xf、Yf、Xi分別表示進料、器頂產(chǎn)品、器底殘液中某組分的組成（摩爾分數(shù)）。將式（4）代入式（1），可得：/V=·/L（4.6）解出：=(V/L)（4.7）將代入式（3）中，得到：=(V/L)+（4.8）解出：=（4.9）對全部液相組分有：L=Σ（4.10）按照類似的步驟，對式（5）解出，然后代入方程式（3）中，得到：Vi=（4.11）對全部氣相組分有：V=Σ（4.12）利用方程式（4.9）、式（4.11）就確定在給定的混合物中有多少汽相和液相。由于方程式中含有總液量與總氣量之比項，該項正式欲求項。因此，只能試算求解，其計算程序如下：用泡點方程和露點方程校驗該混合物是否同時存在氣、液兩相。在給定溫度和壓力下查圖，得到系統(tǒng)中各組分的k值。假設(shè)L、V或L/V值。利用式（8）和（10）計算液相（或氣相）中各組分的千摩爾數(shù)。用式（9）計算總液量，用式（11）計算總蒸汽量。將第（5）步計算出來的總液量和總蒸汽量同第（3）步假定值相比較，如果兩個值很接近，誤差<1.0%.則計算值為所求值,否則,需從第(3)步開始重新計算。某低溫集氣站工藝設(shè)計——凝析油回收量的計算凝析油回收量計算PAGE105天然氣凝析油回收量計算5.1氣體參數(shù)及組成綜合其他組員設(shè)計結(jié)果，可得本人選取6、7號井節(jié)流處節(jié)流閥前壓力為10MPa，溫度30.5℃；經(jīng)過節(jié)流后，變化到低溫分離器壓力為6Mpa，溫度12.67℃。氣體組成（%）：表5.1原料氣氣體組成組分C1C2C3C4C5C6C1～C6分子，%85.361.230.992.925.2凝析油回收量計算過程5.2.16MPa和對氣體混合物在6MPa和12.67℃條件下用露點方程（∑=1）進行露點校驗，碳氫化合物的相平衡常數(shù)K可查圖5.1平衡常數(shù)，校驗結(jié)果見表5.2校驗露點計算表。表5.2校驗露點計算表組分分子,%K值(12.67℃,6C185.332.3536.3C22.20.375.9C31.70.011.7C41.560.002562.4C51.230.007175.7C60.90.0024375.0∑92.92∑657.0圖5.1平衡常數(shù)K由于∑=657.0>>92.29，故該混合物的露點在12.67℃以上，說明此氣體混合物中存在著液相。5.2.26MPa和12.67℃條件下泡點校驗在p=6MPa，t=12.67℃時，查圖得C1的平衡常數(shù)Kc1=故yc1=2.35*85.33%=200.5%>>92.29%足以說明該混合物的泡點遠在12.67℃以下，液體混合物中存在著氣相。即證明表5.1所示的混合物在冷凍前、后均處于氣、液相混合態(tài)5.2.3凝析油含量計算假定進料為100Kmol，對在12.67℃、6Mpa的條件下進行閃蒸計量，利用方程式（4.9）、式（4.11）及圖5.1，表5.3在12.67℃時的閃蒸組分分子，％k值（6MPa，12.67℃）（1）1+k（）(1)(2)1+k（）(2)(2)C1C2C3C4C5C685.350.370.100.0250.0070.002413.4552.9611.531.1331.0371.0136.3420.7431.1111.3771.1860.88812.7502.851.5001.1251.0351.0126.8260.7721.1331.3871.1880.88978.641.430.570.170.040.01∑92.92L設(shè)=12=5.3∑11.647L設(shè)=12.1=5.0∑12.195計算說明：①第一次試算，假設(shè)：L設(shè)=11，V/L=5.3。而∑算=L算=11.647，L設(shè)/L算=12/11.647=1.030。誤差大于1.0%，需重新試算。②第二次試算，假設(shè)：L設(shè)=12.1，V/L=5.0。而∑算=L算=12.195，L設(shè)/L算=12.1/12.195=0.992，誤差小于1.0%。計算結(jié)果表明：第二次試算的誤差小于1.0%，所以第二次假設(shè)正確。則在給定條件（6MPa，12.67℃）下，該氣體混合物含12.195Kmol凝析液。5.36、7號井節(jié)流后凝析油回收量根據(jù)小組其他同學(xué)的數(shù)據(jù)，節(jié)流前管道中天然氣流量為176.4m3/h，利用5.2.3的計算結(jié)果進行換算，得到凝析油回收量：L=176.412.195/100=21.512m某低溫集氣站工藝設(shè)計——凝析油回收量的計算結(jié)論PAGE126結(jié)論此次