Содержание к диссертации
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ АБСОРБЦИИ И СЕПАРАЦИИ1.1.Физическая сущность процесса абсорбции
1.2. Основное уравнение массопередачи
1.3. Материальный баланс абсорбера
1.4. Кинетика абсорбции
1.5. Графический расчет числа теоретических тарелок
1.5.1. В абсорбере
1.5.2. В десорбере
1.6. Тепловой баланс
1.6.1. Абсорбера
1.6.2. Десорбера
1.7. Основные факторы, влияющие на процесс
Абсорбции
1.8. Физическая сущность процесса сепарации
2. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО АБСОРБЦИОННОСЕПАРАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ АБСОРБЦИОННОЙ ОСУШКИ ГАЗА
2.1. Насадочные абсорберы
2.1.1. Устройства распределения газа
2.1.2. Выбор насадки
2.1.3. Регулярные насадки
2.1.4. Гидродинамические режимы в насадочных колоннах
2.2. Тарельчатые абсорберы
2.2.1. Тарельчатые колонны оборудованные сливными устройствами
2.2.1.1. Колпачковые тарелки
2.2.1.2. Клапанные тарелки
2.2.1.3. Ситчатые тарелки
2.2.1.4. Пластинчатые тарелки
2.2.1.5. Гидродинамические режимы работы тарелок
2.2.2. Тарельчатые колонны без сливных устройств
2.2.2.1. Типы провальных тарелок
2.2.2.2. Гидродинамические режимы работы провальных тарелок
2.3. Многофункциональный аппарат осушки газа
2.4. Технологические схемы абсорбционной осушки газа
2.5. Выводы
3. РАСЧЕТ ПРОЦЕССОВ АБСОРБЦИИ И СЕПАРАЦИИ В АБСОРБЦИОННО-СЕПАРАЦИОННОЙ КОЛОННЕ
3.1. Определение числа теоретических тарелок
3.2. Расчет расхода абсорбента
3.3. Расчет массообменной секции
3.4. Расчет выходной сепарационной секции
3.5. Расчет входной сепарационной секции
3.6. Расчет глухой тарелки
3.7. Расчет гидравлического сопротивления контактных тарелок
3.8. Расчет общего гидравлического сопротивления аппарата
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ АППАРАТА, УЗЛОВ И ЭЛЕМЕНТОВ
4.1 Разработка компьютерной программы и расчет процессов абсорбции и сепарации в абсорбционно-сепарационном аппарате осушки газа
4.2 Анализ результатов расчета по программе МПА
4.3 Сопоставление полученных результатов с помощью специального программного пакета Fluent
4.4 Предложения по модернизации
Введение к работе
Одной из важнейших научно-технических и производственных проблем в области подготовки природного газа и газоконденсата к дальнему транспорту, в соответствии с отраслевыми стандартами, является оптимизация процессов промысловой переработки продукции скважин на весь период разработки и эксплуатации газовых и газоконденсатных месторождений.
Экстремальные условия добычи углеводородов и, соответственно, работы установок комплексной подготовки газа заставляют использовать все более разносторонний подход к изучению явлений и процессов, происходящик как в пласте, так и подготовке Как показала практика, существует несколько крупных проблем на установках комплексной подготовки газа (УКПГ), осуществляющих осушку газа путем абсорбционно-десорбционного процесса в многофункциональных аппаратах (МФА).
Существуют такие проблемы, как падение давления газа на входе в УКПГ из-за снижения пластового давления, появление на некоторых установках масла на входе в УКПГ из-за ввода дожимных компрессорных станций, низкий КПД работы некоторых секций многофункциональных аппаратов, унос гликоля из МФА, вынос пластовой жидкости из сепарационной секции МФА в массообменную.
Для решения существующих проблем были поставлены следующие задачи: выявить основные факторы и зависимости, влияющие на эффективность работы МФА по осушке газа, разработать компьютерную программу для оптимизации процесса осушки газа в МФА и расчета конструкции и гидравлических потерь в аппарате, предложить возможные варианты модернизации.
В процессе выполнения диссертационной работы исследованы параметры процесса осушки газа, поведение газожидкостного потока в теле аппарата в условиях изменения термобарических условий и состава флюида, разработана программа, позволяющая проводить расчет конструкции элементов и узлов аппарата и гидравлический расчет, оптимизирована работа нижней сепарационнои секции МФА и сепарационного элемента, а также предложена модернизация процесса осушки газа в МФА. Реализация предложенных диссертантом рекомендаций может обеспечить значительное улучшение показателей работы систем абсорбционной осушки газа и снизить возможные затраты, связанные с эксплуатацией установок подготовки газа.
Актуальность темы и постановка задачи: Мировое потребление природного газа растёт более высокими темпами по сравнению с другими видами энергоресурсов.
Разработка крупнейших газоконденсатных месторождений, таких как Уренгойское, Медвежье, Ямбургское, Заполярное, Юбилейное обусловила развитие и внедрение новых технологических и конструктивных решений в области добычи, сбора, подготовки, транспорта и хранения газа.
Одной из основных стадий в последовательной цепочке разработки и эксплуатации месторождений, является подготовка газа к промысловому и дальнему транспорту на установках комплексной подготовки газа (УКПГ).
Главной функцией УТСПГ, является обработка газа до определенного ГОСТом качества, соответствующего условиям транспортировки по магистральным газопроводам. Исследование и решение вопросов, связанных с подготовкой газа в течение всего периода эксплуатации месторождений, является одной из важнейших задач. Проблемы, возникающие в этот период вызваны падением давления, изменением температуры и состава продукции скважин.
Одним из основных решений в данном направлении является разработка высокопроизводительных установок подготовки газа, а также объединение нескольких технологических процессов в одном многофункциональном аппарате.
На газовых и газоконденсатных месторождениях широко применяется процесс абсорбционной осушки газа.
Задача поставленная в данной исследовательской работе, состоит в выявлении проблем возникающих при подготовке газа к транспорту, создание адекватной математической модели и компьютерной программы, позволяющей вести расчет процесса абсорбции при изменении термобарических параметров газа непосредственно на газовом промысле.
В диссертационной работе рассматриваются теоретические основы процесса абсорбции, применение в промышленности абсорбционного метода осушки газа, а также методика работы с новой разработанной программой МПА (Моделирование Процесса
Абсорбции). Программа позволяет вести расчет и моделирование процесса абсорбции, расчет гидравлических сопротивлений, геометрических размеров аппарата. В работе представленны результаты впервые проведённого моделирования действующих узлов и элементов аппарата с визуализацеи динамического изменения параметров, что позволяет оптимизировать работу абсорбционносепарационного аппарата.
В работе предложен вариант возможной модернизации сепарационной секции многофункционального аппарата осушки газа.
Цель диссертационной работы заключается:
1. в модернизации и оптимизации процесса осушки газа в абсорбционно-сепарационном аппарате на УКПГ в период снижения пластового давления;
2. в создании модели и методике выбора технологически оптимальной конструкции элементов абсорбционносепарационного аппарата осушки газа в условиях изменения термобарических параметров газа;
3. в разработке рекомендаций по технологическому усовершенствованию абсорбционно-сепарационного аппарата осушки газа.
Основные задачи, поставленные в диссертационной работе
1. разработать алгоритм расчета абсорбционно-сепарационного аппарата и основных технологических параметров осушки газа в период падающей добычи;
2. дать анализ технологии очистки газожидкостных смесей.
3. провести анализ поведения газожидкостного потока в сепарационной секции и сепарационном элементе в зависимости от состава и термобарических условий входящего газа.
4. создать методику расчета процесса абсорбционной осушки газа в многофункциональном аппарате, эксплуатируемом в составе Научная новизна
1. Усовершенствованна математическая модель расчета абсорбционно-сепарационного аппарата осушки газа.
2. Разработана компьютерная программа "Моделирование Процесса Абсорбции" (МПА), учитывающая изменение параметров входящего потока и, позволяющая оптимизировать процесс абсорбционной осушки газа и рассчитывать конструкцию элементов многофункционального аппарата с учетом изменения параметров газа в процессе разработки месторождения.
3. Впервые с использованием программы Fluent и применением моделируемой конструкции, рассчитанной в программе МПА, показано движение газожидкостного потока (добываемого
флюида) в сепарационной секции аппарата и в сепарационном массообменном элементе. Показано динамическое распределение фаз, что позволяет моделировать более эффективные конструкции и технологию процесса с учетом состава и гидродинамики потока.
4. Выполнено моделирование предложенной модернизации сепарационной секции аппарата осушки газа.
Основные защищаемые положения:
1. Математическая модель модернизации абсорбционносепарационного аппарата, позволяющая проводить расчет геометрических размеров и гидравлических потерь.
2. Обоснование результатов моделирования поведения газожидкостной смеси в сепарационной секции и сепарационном элементе.
3. Предложения по модернизации многофункционального аппарата, состоящие в использовании дополнительных завихрителей потока на входе в аппарат.
Практическая значимость работы: Разработана компьютерная программа, основанная на математической моделе расчета абсорбционно-сепарационного аппарата осушки газа.
Разработанная программа «МПА» позволяет проводить расчет технологического режима, гидравлических сопротивлений и конструкции абсорбционно-сепарационного аппарата и его элементов в период изменения термобарических условий сбора и подготовки газа на промыслах с целью оптимизации процесса.
Получены новые визуализированные данные моделирования движения газожидкостного потока в сепарационном элементе и сепарационной секции, состоящие в определении структуры и гидродинамики газожидкостного потока в зависимоси от его состава, которые могут быть использованы для оптимизации процесса абсорбционно-сепарационной осушки газа.
Предложены рекомендации по модернизации существующих абсорбционно-сепарационньгх аппаратов осушки газа. В их число входит изменение структуры и состава входящего в аппарат потока газа, усовершенствование входной сепарационной секции, путем установки дополнительных завихрителей.
Апробация работы Основные результаты исследований докладывались на следующих конференциях и семинарах:
1. На научно-технических семинарах кафедры Разработки и Эксплуатации Газовых и Газо-Конденсатных Месторождений РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. 2004, 2005 г.
2. На презентации программы Fluent в России. 2006 г.
3. Апробация разработанной программы «МПА» проведена в научно-техническом центре ОАО «Надымгазпром». 2006 г.
Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы. Работа изложена на 200 страницах машинописного текста, включая 105 рисунков и 9 таблиц.
