低温集气站的工艺设计中凝析油回收量的计算.docx

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低温集气站的工艺设计中凝析油回收量的计算

重庆科技学院

《油气集输工程》

课程设计报告

学院:

石油与天然气工程专业班级:

油气储运

学生姓名:

学号:

设计地点（单位）石油科技大楼

设计题目:

低温集气站的工艺设计中凝析油回收量的计算

完成日期：

年月日

指导教师评语:

_______________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

成绩（五级记分制）:

________________

指导教师（签字）:

________________

摘要

凝析油是是一种含烃、苯的天然气伴生的轻质原油，属于油气田生产过程中的副产品，一般可分为气井凝析油和伴生气凝析油。

过去国内对它的开发利用不够重视，特别是在以下陈旧的生产系统，没有考虑凝析油的深加工问题。

天然气凝析油是加工精细化工产品的优质原料，可生产化工轻油、燃料油、溶剂油、发泡剂、苯等精细化工产品，产品附加值高，市场前景非常的广阔。

本课程设计说明书主要是关于某低温集气站的工艺设计中凝析油回收量的计算，根据所给的课题条件和其他组员的相关设计，可以获取物料在节流阀前的温度和压力以及通过分离器后的温度和压力。

整个计算过程中需要根据蒸汽压、气液平衡两相定律、平衡气化，以及利用泡点和露点方程式校验此混合物在冷却前后均是气液两相状态，最后根据物料平衡方程用试算法求得凝析油回收量。

关键词：

凝析油节流阀制冷计算回收量

1引言3

2工艺方案设计4

3相关设计物性参数及分析5

3.1原料气基础资料5

3.2凝析油回收计算所需参数5

4凝析油回收量相关理论及计算公式6

4.1蒸汽压的概念6

4.2气液两相平衡定律6

4.3泡点6

4.4露点7

4.5闪蒸-平衡汽化7

5天然气凝析油回收量计算9

5.1气体参数及组成9

5.2凝析油回收量计算过程9

5.2.16MPa和12.67℃条件下露点校验9

5.2.2凝析油含量计算11

5.3第二次节流后凝析油回收量12

6结论13

参考文献14

1引言

凝析油的特点是在地下以气相存在。

采出到池面后呈液态凝析油到了地面时液态的油，在地层中确实气体，叫凝析气。

凝析气是石油在高温高压条件下溶解在天然气中形成的混合物。

凝析气藏位于地下数千米深的岩石中，开发得到的主要产品是凝析油和天然气。

由于凝析油的存在严重影响着天然气的计量和输送（流量计带液，造成计量部准确。

）因此，对天然气凝析油必须定点进行排放。

以前，国内对它的开发和利用不够重视，特别是对一些老的生产系统中，并没有考虑凝析油的深加工工艺。

从气井中开采出来的天然气是多组分烃类混合物。

如果把C2、C3、C4等较重烃类组分从中提取出来，可以使天然气的露点降低，对天然气的发热量进行调整，改善天然气的质量，同时还可以提高整个天然气的经济价值和商品价值。

提取出来的乙烷、丙烷、丁烷，以及丙丁烷混合物和天然汽油，凝析液等，主要成分为C2-C6，统称为天然气凝液，有时油田伴生气和湿性天然气，由于温度降低而得到的冷凝液，也称为凝析油，或称天然汽油。

天然气凝液的用途十分广泛，具有比天然气高得多的市场价值和商品价值。

因此，人们越来越重视天然气中液烃的提取及分离工艺，目前主要采用的提取方法有：

吸附法、油吸收法和低温分离法。

本课程设计主要涉及低温分离法中采用节流阀进行降压降温，从而达到气液分离，回收凝析油的目的。

对于压力高，产气量大的气井，在气体中除主要组分甲烷外，还有含量较高的硫化氢，二氧化碳和凝析油以及呈液态和气态的水分。

在这种情况下宜采用低温分离的流程，即在集气站用低温分离的方法，分离出天然气中的凝析油，使管输天然气的烃露点达到管输标准要求，防止烃析出影响管输能力。

2工艺方案设计

根据该气田凝析油的组分分析，结合凝析油深加工技术的最新发展，经过我们小组成员多次讨论研究，决定采用节流阀制冷工艺对该凝析油进行处理。

节流阀是一个可以调节液体压力的构造，可调整进入引擎的空气量，进而调整引擎的出力。

将节流阀和单向阀并联则可组合成单向节流阀。

节流阀和单向节流阀是简易的流量控制阀，在定量泵液压系统中，节流阀和溢流阀配合，可组成三种节流调速系统，即进油路节流调速系统、回油路节流调速系统和旁路节流调速系统。

节流阀没有流量负反馈功能，不能补偿由负载变化所造成的速度不稳定，一般仅用于负载变化不大或对速度稳定性要求不高的场合。

节流阀制冷属于直接膨胀制冷法，特点是通过气体本身的压力能转变为冷能，气体自身温度降低，将轻烃从天然气中分离出来。

适用于压力很高的气藏气（大于10MPa），节流后的压力无太高要求，以及在不适于采用膨胀机的工况条件下采用，虽然其降温效果相对较差，天然气液回收率较低，但是投资费用低。

由于节流阀的流量不仅取决于节流口面积的大小，还与节流口前后的压差有关，阀的刚度小，故只适用于执行元件负载变化很小且速度稳定性要求不高的场合。

3相关设计物性参数及分析

3.1原料气基础资料信息

某低温集气站原料气相关信息见表3.1原料气基本参数：

表3.1原料气基本参数

井号

产量（104m3/d）

进站压力（Mpa）

进站温度（00C）

出站压力：

6Mpa；天然气露点：

<-50C。

气体组成（%）：

表3.2原料气气体组成

组分

CO2

H2S

C1～C6

分子，%

85.33

2.2

1.7

1.56

1.23

0.9

6.3

0.78

92.92

凝析油含量：

20g/m3SL=0.78。

3.2凝析油回收计算所需参数

根据小组成员讨论节流阀和分离器的设计，本人计算的是某低温集气站凝析油回收工艺设计是天然气低温分离工艺6、7号井节流前在10MPa（绝）、30.5℃的条件下变化到低温分离器压力为6MPa（绝）和温度为12.67℃状态时，天然气凝析油回收量的计算。

4凝析油回收量相关理论及计算公式

4.1蒸汽压的概念

在一定温度下，液体同其液面上方蒸汽呈平衡状态时蒸汽所产生的压力称为饱和蒸汽压，简称蒸汽压。

蒸汽压的高低表明液体中分子汽化或蒸发的能力，同一温度下蒸汽压高的液体比蒸汽压低的液体更容易汽化。

在开口容器中，所有液体都会或快或慢地蒸发着，但在留有空间的密闭容器内，由于液体的蒸发和蒸汽的凝结，在某一条件下，在液体和生成的蒸汽之间建立平衡。

在一定温度时，各种液体的蒸汽压是不同的。

同时，蒸汽压随着温度的上升而增加。

4.2气液两相平衡定律

当气相和液相达平衡时，两相间的关系可用道尔顿—拉乌尔定律来表达：

（4.1）

式中

——作用在混合物上的总压力；

——在气相中组分i的摩尔分数；

——纯组分i在给定温度下的饱和蒸汽压；

i——在液相中组分i的摩尔分数。

道尔顿－拉乌尔定律只限于在比较低的压力和中等温度下使用，同时还需要知道所求组分在给定条件下的蒸汽压。

液相和气相间的平衡关系，也可以用亨利定律来表示，即：

＝

　　　　　　　　　　　（4.2）

为相平衡常数，它是压力和温度的函数，一些碳氢化合物的相平衡常数可查图获得。

由于亨利定律中使用了一个随压力和温度而变化的平衡常数k，因而亨利定律使用于任何系统。

4.3泡点

在给定压力下，液体混合物逐渐被加热，当有一个气泡出现时的温度叫泡点温度。

根据所研究系统的k值和任何混合物的摩尔分数之和等于1.0这个概念，即Σ

=Σ

=1.0（泡点方程式），就可以确定互溶混合物的泡点。

因为温度在泡点方程中式隐函数，因此只能通过试算法来求泡点温度。

还基于这样一个事实，即在计算液体混合物的泡点时，只有无限小量的液体被汽化，这样，可视液体组成同原始组成。

4.4露点

在给定压力下，气体混合物逐渐被冷却，当有一滴液体出现时的温度叫露点温度。

其计算步骤类同于泡点计算。

计算准则仍然是：

混合物中各组分的摩尔分数之和为1.0，即Σ

=Σ（

）=1.0（露点方程）。

4.5闪蒸-平衡汽化

将液体混合物连续加热、减压而部分汽化达到平衡并使汽液两相分离的操作。

使原料液连续地进入加热炉，被加热至一定温度，然后经节流阀减压至预定压强，随着压强的突然降低，过热液体发生自蒸发，使部分液体汽化并达到平衡状态。

汽、液两相在分离器中分成两股不同组成的产物，顶部产物中易挥发组分获得浓集，底部产物中难挥发组分获得浓集。

其原理参见闪急蒸馏。

进料以某种方式被加热至部分气化，经过减压设施，在一个容器的空间内，在一定温度和压力下，气－液两相迅速分离，得到相应的气相和液相产物，此即谓之闪蒸。

闪蒸又叫平衡汽化或平衡蒸馏。

其特点是，所形成的汽、液两相都处于同样温度和压力下，并呈平衡状态。

所有组分都同时存在于汽、液两相之中，而两相中的每一个组分也都处于平衡状态。

即可表示为

＝

，两相之间的汽液平衡关系为Σ

=Σ

=1.0。

求定凝析液回收量问题也就是计算在一定压力下处于泡点之上、露点之下的汽、液混合物中到底含有多少液体和蒸汽的问题。

为了解决此问题需关联物料方程，即：

　　F=V+L　　（4.3）

式中F、L、V——分别表示进料、器顶产品、器底残液的流量，kmol/h

对某一组分来说，则有：

　（4.4）

式中

、

分别表示进料、器顶产品、器底残液中某组分的流量，kmol/h

我们定义：

　　Xf=

/F;Yf=

/V;Xi=

/L（4.5）

式中Xf、Yf、Xi分别表示进料、器顶产品、器底残液中某组分的组成（摩尔分数）。

将式（4）代入式

（1），可得：

/V=

/L　　（4.6）

解出：

（

V/L）（4.7）

将

代入式（3）中，得到：

=（

V/L）

　　（4.8）

解出

：

　　（4.9）

对全部液相组分有：

L=Σ

　　　　　　　　　（4.10）

按照类似的步骤，对式（5）解出

，然后代入方程式（3）中，得到：

Vi=

　　（4.11）

对全部气相组分有：

　V=Σ

（4.12）

利用方程式（4.9）、式（4.11）就确定在给定的混合物中有多少汽相和液相。

由于方程式中含有总液量与总气量之比项，该项正式欲求项。

因此，只能试算求解，其计算程序如下：

（1）用泡点方程和露点方程校验该混合物是否同时存在气、液两相。

（2）在给定温度和压力下查图，得到系统中各组分的k值。

（3）假设L、V或L/V值。

（4）利用式（8）和（10）计算液相（或气相）中各组分的千摩尔数。

（5）用式（9）计算总液量，用式（11）计算总蒸汽量。

（6）将第（5）步计算出来的总液量和总蒸汽量同第（3）步假定值相比较，

如果两个值很接近，误差<1.0%.则计算值为所求值,否则,需从第（3）步开始重新计算。

5天然气凝析油回收量计算

5.1气体参数及组成

综合其他组员设计结果，可得本人选取6、7号井节流处节流阀前压力为10MPa，温度30.5℃；经过节流后，变化到低温分离器压力为6Mpa，温度12.67℃。

气体组成（%）：

表5.1原料气气体组成

组分

C1～C6

分子，%

85.33

2.2

1.7

1.56

1.23

0.9

92.92

5.2凝析油回收量计算过程

5.2.16MPa和12.67℃条件下露点校验

对气体混合物在6MPa和12.67℃条件下用露点方程（∑

=1）进行露点校验，碳氢化合物的相平衡常数K可查图5.1平衡常数，校验结果见表5.2校验露点计算表。

表5.2校验露点计算表

组分

分子,%

K值（12.67℃,6MPa）

85.33

2.35

36.3

2.2

0.37

5.9

1.7

0.01

1.7

1.56

0.0025

62.4

1.23

0.007

175.7

0.9

0.0024

375.0

∑92.92

∑657.0

图5.1平衡常数K

由于∑

=657.0>>92.29，故该混合物的露点在12.67℃以上，说明此气体混合物中存在着液相。

5.2.26MPa和12.67℃条件下泡点校验

在p=6MPa，t=12.67℃时，查图得C1的平衡常数Kc1=2.35

故yc1=2.35*85.33%=200.5%>>92.29%

足以说明该混合物的泡点远在12.67℃以下，液体混合物中存在着气相。

即证明表5.1所示的混合物在冷冻前、后均处于气、液相混合态。

5.2.3凝析油含量计算

假定进料为100Kmol，对在12.67℃、6Mpa的条件下进行闪蒸计量，利用方程式（4.9）、式（4.11）及图5.1，确定冷冻前气体混合物的带液量和冷冻后天然气液烃生成量。

表5.3在12.67℃时的闪蒸

组分

分子，％

k值

（6MPa，12.67℃）

（1）

1+k（

）

（1）

（2）

1+k（

）

（2）

85.33

2.2

1.7

1.56

1.23

0.9

2.35

0.37

0.10

0.025

0.007

0.0024

13.455

2.961

1.53

1.133

1.037

1.013

6.342

0.743

1.111

1.377

1.186

0.888

12.750

2.85

1.500

1.125

1.035

1.012

6.826

0.772

1.133

1.387

1.188

0.889

78.64

1.43

0.57

0.17

0.04

0.01

∑92.92

L设=12

=5.3

∑11.647

L设=12.1

=5.0

∑12.195

计算说明：

①第一次试算，假设：

L设=11，V/L=5.3。

而∑

算=L算=11.647，L设/L算=12/11.647=1.030。

误差大于1.0%，需重新试算。

②第二次试算，假设：

L设=12.1，V/L=5.0。

而∑

算=L算=12.195，L设/L算=12.1/12.195=0.992，误差小于1.0%。

计算结果表明：

第二次试算的误差小于1.0%，所以第二次假设正确。

则在给定条件（6MPa，12.67℃）下，该气体混合物含12.195Kmol凝析液。

5.3第二次节流后凝析油回收量

根据小组其他同学的数据，节流前管道中天然气流量为176.4m3/h，利用5.2.3的计算结果进行换算，得到凝析油回收量：

L=176.4

12.195/100=21.512m3/h

6结论

此次油气集输课程设计为小组各个成员分工合作并完成设计，所用的设计时间为2周。

我和我的搭档的任务是集输工艺流程中凝析油回收量的计算。

在分工明确的安排下，我们先确定好低温集气站的工艺流程并交给指导老师检验是否合理。

在流程图的设计和确定的过程中，我们查了大量有关相关资料和组员集体讨论，以及向老师的请教，我感觉自己学到了很多的东西和体验到一个团队的齐心协力的合作感。

根据本大组同学计算得出气体在节流阀前的压力和温度以及到达低温分离器温度和压力的值，根据蒸汽压、气液平衡两相定律、平衡气化，利用相平衡常数求得在液相中组分ｉ的摩尔分数，首先进行露点和泡点的校验，证明混合物在冷却前后均处于气、液相的混合态，然及后再用试算法计算出凝析油的回收量。

现在，我已经很清楚地知道了凝析油回收量的计算方法并能够熟练地计算出数据。

凝析油回收量的计算本来很好理解，但难就难在试算，虽然我上边的表格只列出了两次假设，两次试算，实际上远远不止，要保证数据误差小于1.0%，真的很难算，在计算过程中我差点儿就放弃了。

但通过无数次的试算，我最终得出了数据，并感到很高兴，本次设计告诉我：

今后在做某些事情时，必须要有耐心。

从收集资料到提出疑问，再到数据计算，最终得出结果。

其间与老师、同学进行交流，最终完成了本次课程设计报告。

本课程设计最后结论：

6、7号井节流前管道中天然气流量为176.4m3/h，节流前压力为10MPa，温度30.5℃；经过节流后，变化到低温分离器压力为6MPa，温度12.67℃，计算得到凝析油的回收量为21.512m3/h。

参考文献

[1]梁平，王天祥.天然气集输技术[M]，北京：

石油工业出版社,2008.5.43-53；

[2]曾自强，张育芳.天然气集输工程[M]，北京：

石油工业出版社,2001.4.341-350

[3]冬主编.天然气处理与加工工艺.北京：

石油工业出版社，1999.4

[4]油气集输设计技术手册[M]，北京：

石油工业出版社，1994.12.596-681

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