РасчЁт процесса НТС с применением холодильных установок

При расчёте процесса низкотемпературной сепарации газа с применением холодильных машин на весь период эксплуатации месторождения необходимо определить изменение температуры и давления перед установкой НТС. По годам разработки исходными данными для такого расчёта являются температура и давление на устье скважины. Кроме температуры и давления на устье скважины необходимо также знать расположение газосборного пункта или головных сооружений, где предусматривается НТС газа с применением холодильных машин.

Изменение температуры газа на входе НТС определяется по формуле Шухова

, (1)

где Т₁ – температура газа перед НТС, К;

Т_гр – температура грунта на глубине заложения газопровода (шлейфа), К;

х – расстояние от устья скважины до НТС, м.

Т₀ – температура газа на устье скважины.

, (2)

где D – наружный диаметр газопровода (шлейфа), м;

Q – объёмный расход газа, м³/с;

С_р – удельная теплоемкость газа, кДж/(кг×К);

`r - относительная плотность газа.

Изменения давления перед установкой НТС определяют по формуле ВНИИГАЗа

(3)

где Р₂ – давление в конце участка, МПа;

Р₁ – давление в начале участка, МПа;

l - коэффициент гидравлического сопротивления газопровода;

Т_ср – средняя температура в газопроводе, К;

Z_р – коэффициент сверхсжимаемости газа в рабочих условиях;

L – длина газопровода, км;

r - относительная плотность газа в нормальных условиях;

D – внутренний диаметр газопровода, м;

Q – расход газа в нормальных условиях, млн.м³/сут

, (4)

где К – содержание жидкости в газовом потоке, кг/м³.

После определения изменений температуры и давления на входе НТС по годам устанавливается время ввода рекуперативных теплообменников.

При работе рекуперативных теплообменников заданная температура сепарации газа (Т₃) определяется по формуле

Т₃ = Т₂ - DР×a, (5)

где Т₂ – температура газа на выходе трубного пространства теплообменника, К;

a - коэффициент снижения температуры при дросселировании давления на 0,1 МПа.

Так как величина DР (перепад давления на штуцере) переменная и уменьшается по годам разработки месторождения, то для поддержания заданной постоянной температуры сепарации газа (Т₃) должна понижаться Т₂. Это достигается увеличением поверхности теплообмена, которая может наращиваться до определенной величины. Следовательно, неизбежно наступает момент, когда при заданной поверхности теплообмена температура ее сепарации будет повышаться. С этого времени осуществляется отвод тепла с помощью холодильных установок.

Количество отводимого тепла со снижением DР будет увеличиваться:

, (6)

где Q_х – количество отводимого тепла, Вт;

Q_г – расход газа, м³/с;

ΔР₁ – Перепад давления на штуцере в момент ввода искусственного холода, МПа;

DР₂ – перепад давления на штуцере в момент определения количества отводимого тепла, МПа;

a₁ – коэффициент снижения температуры на каждый МПа в начале ввода холодильных установок, К/МПа;

a₂ – коэффициент снижения температуры на каждый МПа в момент определения количества отводимого тепла, К/МПа.

Если DР₀=0, то есть в период без штуцерной эксплуатации, то количество отводимого тепла равно

, (7)

Если же установка НТС с искусственным охлаждением построена на головных сооружениях газоконденсатного месторождения или за его пределами и если не используется пластовая энергия для охлаждения, то в этом случае количество отводимого тепла при заданной постоянной температуре сепарации Т₃ определяется из выражения

(8

где q_к – количество конденсата, которое может выделиться при искусственном охлаждении газа, кг/м³ газа;

q_в – количество воды, которое может выделиться при искусственном охлаждении газа, кг/м³ газа;

334,9 и 20934 – соответственно количество тепла, необходимого для конденсации 1 кг углеводородного конденсата и воды кДж;

Т₂ – температура газа на выходе трубного пространства теплообменника или входе испарителя холодильника, К;

Т₃ – температура газа на выходе испарителя-холодильника или температура сепарации, К.

При заданной поверхности рекуперативного теплообменника и температуре сепарации можно определить Т₂:

(9)

где F – поверхность теплообменника, м²;

К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К).

Мощность холодильной станции

Q = Q_xК_п, (10)

где К_п – коэффициент, учитывающий потери тепловоспринимающей способности хладоагента.

В расчётах коэффициент, учитывающий потери тепловоспринимающей способности хладоагента, в зависимости от условий работы холодильной станции принимается от 1,1 до 1,15.

Число холодильных машин

, (11)

где М_х – холодопроизводительность машины, Вт.