И 52. Определение основных характеристик осушки газа и регенерации дэг.

В пром.условиях осн.величинами влияющими на экономику пром. обработки и тр-та газа яв-ся глубина осушки газа на УКПГ, потери ДЭГ с осуш.газом, кратность циркуляции ДЭГ. Эти величины зависят от ряда параметров УКПГ: условие контакта, конц.РДЭГ, пр-ть УКПГ по газу, сос-е оборудования, технолог. режим работы регенерации.

1,Влагосодержание

В процессе добычи газ контактирует с несколькими фазами. В пластовых условиях газ нах-ся в равновесии с пл.водой. После выхода на пов-ть в р-те сниж.Т происх-т конденсация раств. в газе влаги. В р-те этого в системе сбора и входных сепараторах УКПГ газ контактирует с выпадающей из него конд-нной водой. в случае подачи метанола а устье скв. газ контактирует с вод.рас-ром мет-ла, затем в аб-ре газ конт-рует с вод.рас-ром ДЭГа. Влагосод. газа можно опред. исп-я ур-е, таблицы, номограммы описывающие равновесную газа с водой и р-ми ДЭГа. влогосод. тощего (Сеноманского) газа опред-ся:

Р_в⁰-давл.нас.вод.пара,МПа

Р-давл газа, МПа

В- поправка на не идеальность р-ра,г/м³МПа

Давл.нас.пара воды опред-ся по ур-ю:

поправка на неид-ть опис-ся след.зависимостью от t

Для операт. расч. на рис.1 предст. номогр. зависимости W,P,t. Номогр. позволяет опред-ть влагосод. газа равновесного с водой при заданных P и t. Точку росы по воде газа при зад. давл. насыщ.газа и при известной Т и влагосод-нии.

Влагосодержание газа равновесного с раствором ДЭГ.

В процессе осушки газ контактирует в аб-ре с р-ром ДЭГ. В реалбных аппаратах равновесие не достигаеться и влагосодержание газа выше чем равновесная с РДЭГом при условиях осушки. Однако расчет в.с. газа равновесного с ДЭГом позволяет определить потенциальные возможности процесса осушки т.е. мин. влагоемкость, которая может быть достигнута при контакте с гликолем заданной концентрации при известных условиях осушки. В.с. газа равновесного с ДЭГом опред-ся по формуле:

W^*=W*X* _в

где Х-мольная доля воды в р-ре ДЭГа

_в-к-т активности воды в р-ре

Мольная доля воды связанна с массовой концентрацией ДЭГа

_в-пред-ся по ур-ю справедливому для условия осушки в области Т=0..30⁰С

Для оператив-го опред-я W на рис.2 представлена номограмма.

С помощью нее можно определить точку росы по воде и влагосодержание газа равновесного с раствором ДЭГа известной концентрации при заданных условиях контакта. Р и Т контакта газ-гликоль необход.для достижения зад-ной влажности газа при осушке его р-ром известной концентр.

Кратность циркуляции ДЭГа

Глубина осушки газа в абс-ре зависит от условий контакта, конц. РДЭГа и и кратности циркуляции абс-та. Чем выше Р и ниже Тконтакта в абс-ре тем ниже в.с. осушаемого газа, однако Р и Т контакта в пром.условиях параметры обычно не регулируемые, поэтому играют пассивную роль.

Повышение конц.РДЭГа и увеличение подачи его в абс-р т.е. увеличение краности циркуляции, ведет к увеличению глубины осушки газа. Поскольку конц. ДЭГа зависит от технолог. режима и возм-тей уст-ки реген-ции, то экономическое соображение кратности циркуляции ДЭГа должна ус-ся не выше, той которая обеспечивает заданную глубину осушки газа. Для расчета требуемой кратности циркуляции необходимо выполнить тех-кий расчет абс-ра. Для операт. расчетов построены номограммы рис3.

за основу принят тарельчатый абс-р оснащ-нный 15-ю колпачковыми тарелками. Опыт эксплуатации таких абс-ров показывает, что КПД тарелок нах-ся в пределах 0,15-0,25, поэтому в номограмме КПД=0,2, а раб. давл.контакта7,5МПа, унос влаги из сепаратора 30г/тыс.м³.Опыт экспл.сев.газовых мес-ний показывает, что ас-р нового типа МФА с 5-ю ступенями контакта имеют близкие технолог. хар-ки.Поэтому представленная номограмма применима для оценочных расчетов всех типов абс-ров. С помощью нее можно выполнить расчеты требуемой крат-ти цирк-ции ДЭГа, конц. ДЭГа,В.С.,точку росы газа.

 

 

21. Расчет процесса дросселирования ПГ Для т/д-кого расчета пр-са НТС и определения потребного кол-ва ингибитора, следующему предотвращению г/о в промысловых сеп-ных устройствах и регулирующих клапанах на ГРС, необходимо знать t-ру газа после дросселирования. Эту температуру можно определить по известным начальному P₁, t₁ и конечному давлению P₂, зная интегральный или среднедиф-ный эффект Джоуля-Томсона. Осн-м признаком процесса дросселирования явл-ся ровный по теплосодержанию или энтальпии газа до и после дросселирования, независимо от величины изменения Р. Т.е. i₁=i₂ – энтальпия Поскольку различия скоростей течения газа до и после дросселирования, а также наличие некоторой реальной теплопередачи может вызвать изменение теплосодержания. Если изменение скорости незначительно, либо равно 0, а величина реальной теплопередачи невелика и ею можно пренебречь, то можно принять ¶i=0.

Когда, при дросселировании газа давление уменьшают на значительную величину, то эффект Джоуля-Томсона называют интегральным. Дифференциальный эффект Джоуля-Томсона это изменение температуры, происходящее от бесконечно малого изменения давления m_i=(¶T/¶P)_i=const (1)

m_i – дифференциальный эффект Джоуля-Томсона

в промысловой практике в основном всегда имеет конечный перепад давления газа, поэтому диф. Эффектом обычно считается некоторый конечный перепад давления газа и (Dp=0,1 МПа). Свяжем (1) с 3-м параметром состояния – объемом. Для этого воспользуемся третьим законом т/д-ки: dQ=di–V×dP (2) Q – кол-во тепла; V – объем системы; Если процесс протекает при постоянном давлении, то изменение кол-ва тепла системы будет равно изменению ее теплосодержанию:

dQ=di–C_pdT (3)

Отсюда C_p=(¶i/¶T)_p (4) C_p – теплоемкость газа при постоянном давлении. Изотермическое влияние давления на энтальпию:

(¶i/¶P)_T=V–T(¶V/¶T)_P (5)

энтальпию любого процесса можно выразить в зависимости от параметров Р и Т:

di=(¶i/¶P)_Т×dP+(¶i/¶T)_P×dT (6)

Подставив (6) в (4) и (5):

di=C_p×dT+[V–T(¶U/¶T)_P]×dP (7)

Для рассматриваемого процесса процесса дросселирования, когда d_i=0 из (7) получим: m_i=(dP/¶P)=(T×(dV/dT)_P–V)/C_P (8)

Этим выражением определяется дифференциальным эффектом Дж.-Томп. Через абсолютные параметры состояния газа. Дифференциальный эффект можно вычислить теоретически из уравнения состояния Ван-дер-Ваальса, Битта, Бертло и др. Из уравнения Бертло справедливо для запретной области теиператур и при умеренных давлениях (до 10 Мпа) можно получить формулу диф. дроссель эффекта в виде:

m_i=9×A×R×T_к×[1–8×(Т_к/Т₁)²]/(128×Р_к×С_р) (9)

где T_к, Р_к – критическая температура и давление газа. Т₁ – начальная тем-ра газа. С_Р – молярная теплоемкость газа при постоянном давлении. Преобразуя (8) к виду удобному для вычисления диф. дроссель эффекта, выразив его через остаточный объем и предение параметрах газа обобщенных функциях. Т.к. остаточный объем есть разность м/у объемами ид. И реального газов, то:

а=R×T/P–V (10)

Продифференцируем 10 по Т при Р=соnst.

И результат дифференцирования подставив в уравнение (8), после преобразований для коэффициента Джоуля-Томпсона

m_i=[a–T×(¶a/¶T)_P]/C_P (11)

выражая (11) через приведенные параметры газа t, p, и a получим, что

m_i=a_к×[a_пр–t×(¶a_пр/¶t)_p]/С_Р (12)

где С_Р=С_Р^о+DС_P (13)

С_Р^о – молярная теплоемкость идеального газа при атмосферном давлении; DС_Р – изотермическая поправка теплоемкости на давление. Остаточный критический объем:

a_к=Р×Т_к/Р_к–V_к (14)

p=Р/Р_к (15), t=Т/Т_к (16)

a_пр=a/a_пр (17)

Соответсвенно при Р, Т и остат. объемы.

Расчеты показывают, что величина Р_кр×a_пр/Т_кр для у/в-ых газов колеблется в пределах 1,41…1,47 и в среднем можно принять

Р_к×a_к/Т_к=1,44 (18)

Отсюда a_к=1,44×Т_к/Р_к (19)

С учетом (13), (19) уравнение (12) для коэффициента Дж.-Томпсона:

m_i=1,44×(Т_к/Р_к)×[a_пр–t(¶a_пр/¶t)_p]/(С_р^о+DС_Р) (20)

Преобразуем (20) в форму Р_к×m_i×C_p/Т_к=1,44×[a_пр–t(¶a_пр/¶t)_p] (21)

Р_к×m_i×C_p/Т_к – обобщенная ф-ция Дж.-Томпсона. Величина ее, вычисленная по (21) приведена на рисунке 1 в зависимости от p и t. Из ур. (20) получим окончательное выражение для вычисления коэф. Дж.-Томсона для ПГ:

m_i=(Т_к/Р_к)×[Р_к×m_i×C_p/T_к]/(С_р^о+DС_Р) (22)

По (22) можно вычислить коэффициент Дж.-Томсона при этом обобщенная функция Р_к×m_i×C_p/T_к в зав-ти от прив. параметров определяется по графику рис. 1. Среднее отклонение, вычисленных по нашему методу коэффициентов Дж.-Томсона. для чистых компонентов и смесей от опытных данных составляют 7 %. При пост. Р-х и t-рах коэф. Дж.-Томсона. для сухого у/в-го газа имеет большую величину для газа с большой молекулярной массой. При промысловых расчетах, связанных с дросселированием газа, обычно пользуются интегральным дроссель-эффектом, который определяется как произведение средних значений: дифференциального дроссель-эффекта на изменение давления. Для аналитического определения дроссель эффекта при изменении давления от Р₁ до Р₂, необходимо проинтегрировать величину:

(23)

Для газа, подчиняющегося уравнению Ван-дер-Ваальса, Чарный получил из (23) след. Выражение Т₁–Т₂+2×а×ln[(2×a–T₁)/(2×a–T₂)]=A×b×(P₁–P₂)/C_P (24) где Т₁, Т₂ – начальная и конечная температура газа; Р₁, Р₂ – начальное и конечное давления газа; С_Р – уд. теплоемкость газа.

a=27×R²×T_кр²/(64×Р_кр) (25)

b=R×T_к/(8×Р_к) (26)

(26) можно преобразовать к виду для расчета интегрального дроссель эффекта. DТ=Т₁–Т₂=А×R×T_к/(8×С_Р)(1/t¢₁–1)×(p₁–p₂) (27)

где: p¢₁=p¢/Т_инв (28) p₁=Р₁/Р_кр (29)

p₂=Р₂/Р_кр (30)

Т_инв=27/(4×Т_кр) (31)

формулу 27 можно преобразовать к след виду:

DТ=5,569×(1/t¢₁–1)(p₁–p₂) (32)

анные, полученные по (27) и (32) совпадают с экспериментальными, и данными. (32) можно использовать для расчета интегрального эффекта ПГ с содержанием газа >90 %. Уменьшение температуры природного газа при данном изменении еа штуцере и известном давлении газа можно определить по рис. 2. При интегральных расчетах температуру газа в процессе дросселирования можно определить энтальпийным диаграммам, т.е. диаграмма состояния, которые для каждого индивидуального компонента газа строятся экспериментальным данным. Чаще всего параметры процесса дросселирования определяются по диаграммам состояния для чистого газа.

По этим диаграммам получают приближенные значения величины интегрального дроссель эффекта, применительно к природному газу. В реальных условиях интегральный дроссель эффект для ПГ, определено для СН₄. Эти отклонения могут быть вызваны отклонением в составе, присутствием в газе азота и СО₂, а также наличие капельной жидкости Н₂О и у/в-ого конденсата, который способствует увеличению конечной температуры газа, т.е. уменьшению дроссель эффекта. Рядом исследователей построены номограммы, позволяющие определить температуру ПГ после дросселирования. Одна из таких номограмм построена Будаяном, на основе диаграммы i – lgP для метана приведена на рис. 3.

Данная номограмма позволяет определить интегральный дроссель эффект метана нужной для практики газовой промышленности области Р=0…32 МПа и Т=70…120^оС. Эта номограмма с достаточной точностью можно пользоваться для определения дроссель эффекта, или температуры после дросселирования ПГ, с содержанием метана >90% рис. 3.