авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Моделирование процессов промысловой подготовки газов и газовых конденсатов. (

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Барамыгина Наталья Александровна

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРОМЫСЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ ГАЗОВ И ГАЗОВЫХ КОНДЕНСАТОВ.

(05.17.08 – Процессы и аппараты химических технологий)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Томск – 2006

Работа выполнена в Томском политехническом университете

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Кравцов А.В.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Косинцев В.И.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Юдина Н.В.

Ведущая организация: ОАО «ТомскНИПИнефть», г. Томск

Защита диссертации состоится « 27 » июня 2006 г. в « 1430 » часов на заседании диссертационного совета Д 212.269.08 при Томском политехническом университете по адресу: 634034, Томск, пр. Ленина, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского политехнического университета.

Автореферат разослан « 26 » мая 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент Петровская Т.С.

Общая характеристика работы

Актуальность работы: При эксплуатации действующих установок промысловой подготовки газа и газового конденсата объективно возникают технологические проблемы, обусловленные, в первую очередь, выработкой газоконденсатного месторождения, изменением компонентного состава пластовой смеси, требованиями к качеству товарной продукции и т.п., что обуславливает необходимость непрерывного анализа основных технологических показателей и эффективности производства в целом.

Наиболее эффективным решением этих проблем является, в настоящее время, применение технологических моделирующих систем, базирующихся на физико-химических основах процессов, и методе математического моделирования с учетом накопленного опыта эксплуатации технологии промысловой подготовки газа и газового конденсата.

Разработанные к настоящему времени универсальные моделирующие системы (такие как PRO-II, HYSYS и т.п.) используются в основном для проведения инжиниринговых (проектных) расчетов.

Однако, для решения задач повышения эффективности действующего производства, экономически более выгодно и практически приемлемо применение специализированных технологических моделирующих систем (ТМС). Эти системы формируются с использованием методологии метода математического моделирования, т.е. на основе иерархического подхода, с описанием на каждом этапе количественных закономерностей процессов в реальных условиях. По существу ТМС адаптируется к исследуемым процессам и отражает специфику конкретной технологии.

Таким образом, возникает реальная необходимость разработки компьютерной технологической системы промысловой подготовки газа и газового конденсата, позволяющей на качественно новом уровне анализировать технологические решения и прогнозировать основные показатели работы установки промысловой подготовки газа и газового конденсата, а также эффективно решать задачи проектирования новых и реконструкции действующих процессов и технологий.

Работа выполнена в рамках основного направления научных исследований кафедры химической технологии топлива, входящего в число основных направлений Томского политехнического университета «Разработка научных основ математического моделирования и оптимизация технологий подготовки и переработки горючих ископаемых и получения энергетических топлив», а также по договору с предприятием ОАО «Томскгазпром».

Цель работы: Разработка технологической моделирующей системы промысловой подготовки газов и газовых конденсатов, интегрированной на основе моделей стадий низкотемпературной сепарации, процессов деэтанизации и стабилизации газовых конденсатов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

– Разработка структуры и формирование технологической моделирующей системы на основе анализа технологии промысловой подготовки газов и газовых конденсатов.

– Разработка математического описания каждой стадии процесса ректификации с целью создания математической модели адекватно описывающей процесс.

– Разработка метода численной реализации предложенной математической модели процесса ректификации с целью сокращения временных затрат на выполнение расчетов и повышения точности определения составов и расходов выходных потоков.

– Оценка коэффициента эффективности контакта с целью составления математической модели контактного устройства, учитывающего влияние гидродинамического фактора на парожидкостное равновесие.

– Изучение влияния технологических параметров на исследуемые процессы с целью подтверждения соответствия результатов основным теоретическим закономерностям.

– Прогнозирование параметров работы промысловой технологии в процессе выработки месторождения.

Научная новизна:

– Впервые, с использованием иерархического подхода, сформирована технологическая моделирующая система промысловой подготовки газа и газового конденсата, основанная на выявленных взаимовлияющих этапах многостадийного процесса, позволяющая выполнять многопараметрический анализ действующих производств.

– Сформирована математическая модель процесса ректификации, позволяющая учесть долю отгона и конденсации потоков, поступающих на ступень разделения, а также как равновесные, так и рабочие параметры определяемых потоков. Выявлено, что рабочий расход пара покидающего тарелку зависит от равновесных параметров этого потока, эффективности контакта и рабочих параметров потока пара, поступающего с ниже расположенной тарелки. Математическая модель кубовой части колонны разделения основана на общем и покомпонентном материальных балансах, учитывающих неполное испарение жидкости в печи нагрева.

– Установлена зависимость функции, позволяющей корректировать исходную информацию для каждого итеративного этапа расчета по модели, от покомпонентного материального баланса аппарата.

Практическое значение.

  • Разработана технологическая моделирующая система промысловой подготовки газов и газовых конденсатов, позволяющая на качественно новом уровне анализировать технологические процессы, оценивать эффективность технологических режимов, прогнозировать качество и количество товарной продукции и т.д.
  • Разработан математический модуль процесса ректификации, позволяющий адекватно описывать процессы разделения технологии промысловой подготовки газов и газовых конденсатов.
  • Предложенный метод корректировки исходной информации при реализации математической модели позволяет ускорить процесс вычислений и повысить точность полученных результатов.

С использованием разработанной технологической моделирующей

системы:

  • Определены оптимальные термобарические условия проведения процесса стабилизации Северо-Васюганского газоконденсатного месторождения для получения максимального количества товарной продукции, качество которой удовлетворяет требованиям ГОСТ, при минимальных энергетических затратах.
  • Предложен вариант реконструкции установки стабилизации газового конденсата Мыльджинского газоконденсатного месторождения с целью получения дополнительного товарного потока – бензиновой фракции.

Реализация результатов исследований.

Разработанная технологическая моделирующая система и результаты, исследования переданы по акту в технологический отдел ОАО «Томскгазпром», а также используются в научно-педагогической деятельности кафедры Химической технологии топлива Томского политехнического университета.

На защиту выносятся:

1. Структура сформированной технологической моделирующей системы процессов промысловой подготовки газов и газовых конденсатов.

2. Математическая модель процесса многокомпонентной ректификации, основанная на системном подходе, учитывающая рабочие условия протекания процессов, а также позволяющая определить доли испарения и конденсации на каждой ступени разделения.

3. Результаты моделирования технологии промысловой подготовки газов и газовых конденсатов месторождений Западной Сибири.

4. Решения технологических задач определения оптимальных термобарических условий проведения процесса стабилизации газового конденсата Северо-Васюганского газоконденсатного месторождения, оптимального варианта реконструкции колонны стабилизации Мыльджинского газоконденсатного месторождения с целью получения дополнительного продукта–бензиновой фракции.

Апробация работы.

Результаты исследований обсуждались на конференциях, симпозиумах и форумах: Пятом международном им. академика М.А. Усова научном симпозиуме студентов, аспирантов, молодых ученых «Проблемы геологии и освоения недр», г. Томск, 2002г.; Второй межрегиональной специализированной выставке-ярмарке «Газификация -2002», г. Томск, 2002г.; Пятой международной конференции «Химия Нефти и Газа», г. Томск, 2003г.; Пятой межрегиональной выставке-конгрессе «Нефть и газ 2004», г. Томск, 2004г.; Третьей всероссийской научной конференции «Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий», г. Томск, 2004.; Специализированной выставке-конгрессе «Нефть и Газ - 2005», г. Томск, 2005 г.; 8th Korea-Russia International Symposium on Science and Technology KORUS 2004, Tomsk, 2004г.; Международной научно-технической конференции «Нефть и Газ Западной Сибири», г. Тюмень,2005г.

Результаты диссертационной работы обсуждались на семинарах кафедры ХТТ ТПУ и научно-технических советах ОАО «Томскгазпром».

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 2 статьи, 17 тезисов докладов, зарегистрирована компьютерная программа, получены:

– Диплом университетского тура Всероссийского конкурса на лучшую научную работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам.– 2003г.

– Грамота открытого конкурса на лучшую работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в высших учебных заведениях Российской Федерации. – 2003г.

– Диплом I степени конкурса 2003 года «Использование современных информационных технологий в учебном процессе».

Объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 186 страницах машинописного текста, содержит 76 рисунков, 54 таблицы, библиография включает 131 наименование.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении показана актуальность темы данной диссертационной работы, определены ее основные цели, показана научная новизна и практическая значимость.

В первой главе приведен обзор химико-технологических процессов, составляющих технологию промысловой подготовки газа и газового конденсата. Проведен анализ существующих моделирующих систем, их возможностей и недостатков. Показана необходимость разработки специализированной технологической моделирующей системы промысловой подготовки газов и газовых конденсатов, позволяющей моделировать процессы с учетом их технологических особенностей, а также с учетом взаимного влияния стадий технологии друг на друга.

Во второй главе приведено описание структуры разработанной технологической моделирующей системы (рис.1) процессов промысловой подготовки газов и газовых конденсатов, включающих две стадии представленные процессами установки комплексной подготовки газ (УКПГ) и установки деэтанизации и стабилизации конденсата (УДСК). Принципиальная технологическая схема промысловой подготовки газов и конденсатов приведена на рисунке 2.

 Структура технологической-0

Рисунок 1. Структура технологической моделирующей системы процессов промысловой подготовки газов и газовых конденсатов.

 – Принципиальная-1

Рисунок 2.– Принципиальная технологическая схема промысловой подготовки газа и газового конденсата Мыльджинского газоконденсатного месторождения.

Ранее на кафедре ХТТ была разработана моделирующая система только одной стадии – комплексной подготовки газа (модуль УКПГ). Несомненно, необходимо моделировать процессы промысловой подготовки в рамках единой технологии со взаимозависимыми и взаимовлияющими стадиями.

Нами разработан математический модуль расчета стадии стабилизации (УДСК), представленной многокомпонентной ректификацией. Интегрирование сформированных математических моделей стадий УКПГ и УДСК позволяет моделировать весь технологический процесс и оценивать оптимизационные решения на качественно новом уровне.

Математическое описание основывается на системном подходе к построению математических моделей. Выделенные элементарные стадии в исследуемом процессе приведены на рисунке 3.

 – Элементарные стадии процесса-2

Рисунок 3. – Элементарные стадии процесса ректификации.

Для каждого элементарного этапа разработано математическое описание.

Расчет фазового равновесия заключается в определении констант фазового равновесия на основе уравнения состояния Пенга-Робинсона и методики, предложенной в работе Шилова, Клочкова, Ярышева, опубликованной в журнале «Нефтяное хозяйство».

Для расчета равновесия на тарелке разработаны:

– модуль расчета однократного испарения жидкости с определением доли отгона (eисп);

– модуль расчета однократной конденсации пара с определением доли конденсации (eконд);

Для описания математической модели контактного устройства обратимся к рисунку 4.

Рисунок 4. – Схема потоков контактного устройства.

Расход и состав: L,xi – жидкости, спускающейся с тарелки; G,yi – пара, поступающего на тарелку; Ln,xn,i – жидкости, поступающей на тарелку; Gn,yn,i – пара, уходящего с тарелки.

В основе математической модели лежит четырехпоточная схема контактного устройства.

При известных параметрах без индекса n, последовательность расчета следующая:

Определим равновесные расход и состав пара покидающего j-ю тарелку (), просуммировав два потока:

а) Состав не сконденсировавшегося пара (yk,i) при поступлении парового потока на j-ю тарелку с параметрами G, yi определим из расчета конденсации на тарелки.

Расход вычислим по выражению:

( 1)

б) Примем, что жидкость, спускающаяся с j-ой тарелки (L, xi) имеет такие же параметры что и жидкость, находящаяся на тарелке. Состав испарившегося из жидкости пара (yu,i) определим из расчета однократного испарения.

Расход пара:

(2)

Определим состав пара при рабочих условиях, покидающего j-ю

тарелку:

(3)

где – эффективность тарелки можно задавать цифрой или определять по методу, описанному ниже.

В данной работе предлагается следующая последовательность расчета, количество пара покидающего тарелку:

(4)

где n – количество компонентов, GGn,i – покомпонентный расход пара, покидающего тарелку при рабочих условиях, определяется по формуле:

(5)

где GGi – покомпонентный расход пара, поступающего на тарелку, – равновесный покомпонентный расход пара, находящегося на тарелке.

Расход и состав жидкости, поступающей с выше расположенной тарелки, определим из общего и покомпонентного материальных балансов j-й тарелки.

Математическая модель контактного устройства с дополнительно подводимыми и (или) отводимыми потоками основывается на модели четырехпоточной тарелки, но при этом общий и покомпонентный материальные балансы будут включать не четыре потока, как в общем случае, а все необходимые дополнительные потоки.

В контексте данной работы кубовая часть колонны представляет собой сам куб (нижняя часть колонны), печь нагрева кубового остатка, при этом учитываются все потоки входящие и выходящие из нее, а также поток пара поступающего на первую тарелку и поток жидкости, спускающийся с первой тарелки. Предложена математическая модель расчета кубовой части колонны, которая учитывает неполное испарение жидкости в печи нагрева. Модель основывается на общем и покомпонентном материальных балансах кубовой части, которая решается с применением численного метода последовательного приближения, где вычисляются расходы и составы выходных потоков из печи (испарившийся пар и не испарившаяся жидкость) до тех пор, пока разница между расходами неиспарившейся жидкости на двух ближайших итерациях не станет меньше, чем допустимое значение.

Поскольку в процессе стабилизации Мыльджинского ГКМ дефлегматор реализован по схеме парциальной конденсации, то модуль расчета ректификации также основывается на математической модели парциальной (неполной) конденсации.

Для определения эффективности контактного устройства при расчете ректификации по предложенной математической модели был выбран метод, основанный на определении общих чисел переноса для жидкой и паровой фаз. Метод учитывает гидродинамические режимы работы колонны, конструкционные особенности тарелки, физико-химические свойства контактирующих фаз и т.д.

Математическая модель процесса ректификации, предлагаемая в данной работе, позволяет выполнить расчеты процесса разделения смеси с практически любым количеством компонентов. Ограничивающим фактором в данном случае будет являться, созданная специально для разрабатываемой системы, база данных с физико-химическими свойствами индивидуальных компонентов.

Поскольку применение предложенной математической модели процесса ректификации возможно с формированием исходной смеси по количеству компонентов (проводя агрегирование или напротив, разбиение), то выбраны и обоснованы методы определения основных физико-химических свойств агрегированных псевдокомпонентов.

Для численной реализации разработанной математической модели выбран метод последовательного приближения. В результате вычисления определяется основная информация (расходы и составы выходных потоков – остатка и дистиллята) для расчета покомпонентного материального баланса (к примеру, колонны деэтанизации):

(6)

Где Gb, Lb, F, Fор – расходы верхнего продукта, нижнего продукта, потока питания и орошения соответственно; yb,i, xb,i, xf,i – составы верхнего, нижнего продуктов и потока питания соответственно.

При условии, если уравнение (6) не выполняется с некоторой заданной точностью, то выполняется расчет следующей итерации. Исходная информация для следующей итерации формируется с учетом результатов расчета с предыдущей итерации по алгоритму:

– определяется покомпонентный расход потока жидкости спускающейся с первой тарелки в куб колонны по предложенной в данной работе формуле (для колонны деэтанизации):

(7)

где q – номер итерации, – покомпонентный расход жидкости спускающейся с первой тарелки.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.