Особенности сепарации многокомпонентных углеводородных сред в режимах работы аппаратов подготовки нефти

Abstract

При проектировании и эксплуатации аппаратов и устройств нефтегазового комплекса важным является оптимизация параметров работы оборудования. При этом эффективное прогнозирование механизмов сепарации, обусловленных фазовыми переходами и структурной нестабильностью компонентного состава, и переменностью теплофизических свойств, является немаловажным. В силу дороговизны проведения экспериментальных работ по предсказанию таких явлений и процессов теоретический подход в решении данных вопросов является актуальным, ценным и практически значимым. Цель работы: выявление закономерностей эволюции многокомпонентных углеводородных сред в режимах сепарации в аппаратах подготовки нефти в рабочем диапазоне температуры Т~0…70 °C и давления P~0,1…3,5 МПа. Методы исследования: термодинамические модели в программном комплексе Aspen HYSYS: уравнения состояния Пенга-Робинсона, Ли-Кеслера-Плокера, уравнение NRTL (non;random two;liquid), полуэмпирическая модель Грейсона-Стрида; теория подобия. Результаты. Представлены сведения об особенностях изменений критериев подобия в газообразных сплошных средах, характеризующих процессы переноса импульса, тепла и массы. Изучены особенности изменений состава смеси и теплофизических свойств выходящего потока газа в отдельных режимах изменений поля температуры и давления, характерных для функционирования промышленных аппаратов подготовки нефти. Установлено, что данные расчета изменений критериев успешны для прогноза процессов в реальных газах. Отмечается, что рассчитанные значения чисел Прандтля, Шмидта и Льюиса для однокомпонентных химически однородных систем достаточно хорошо коррелируют с экспериментальной информацией. Обсуждаемая математическая модель по определению параметров процессов переноса, в частности, числа Шмидта, для смеси может быть верифицирована данными экспериментальных исследований явлений самодиффузии в газообразных системах.

Optimization of oil preparation apparatus parameters is significant for designing and exploitation of oil and gas equipment. Furthermore, the effective predicting of separation mechanisms accompanied by phase transformation and structural instability of component composition and thermal properties is important. Theoretical approach in this problem is extremely actual, valuable and practically significant due to the absence of experimental data. The main aim of the study is to determine the regularities of multicomponent hydrocarbon media evolution in separation modes in oil preparation apparatus: the temperature is T?0…70 °C and pressure is P?0,1…3,5 MPa. The methods: thermodynamic models in HYSYS software such as Peng-Robinson equation of state, Lee-Kesler-Plocker equation of state, NRTL equation, Grayson-Streed semi;empirical model; similarity theory. The results. The paper introduces the data on the features of changes in similarity criteria in gaseous continuous media characterizing heat, mass and impulse transfer. The authors have studied the features of changes in composition and thermal properties of gas mixture depending on temperature and pressure of oil preparation apparatus. It was determined that the data of calculation of criteria change are successful for predicting the processes in real gases. It was noted that calculation values of Prandtl, Schmidt and Lewis numbers for one component chemically homogeneous systems are correlated well enough with the experimental information. The discussed mathematical model for determining the transfer parameters can be verified by the data of the experimental study of self; diffusion phenomena.