CC BY
44
УДК 621.522.3. А. Д. Нурман, Э. В. Осипов СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ ЛЕГКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ В РЕЗЕРВУАРНЫХ ПАРКАХ
Ключевые слова: жидкостно-кольцевой компрессор, резервуар, испарение нефти в резервуаре.
Исследуемый процесс хранения и транспортировки нефти, добываемой на месторождении Кумколь АО «Тургай Петролеум». Для снижения потерь в резервуарном парке в расчет была предложена схема, включающая откачку испарившейся газовой фазы ЖКК, в качестве рабочей жидкости использовалась исходная нефть. Для расчета процесса в программе ChemCAD синтезирована расчетная схема.
Keywords: liquid ring compressor, tank, recycling the gas phase, evaporation of oil in the tank.
The test process of storage and transportation of oil produced in the Kumkol AO "Turgai Petroleum". To reduce the losses in the tank farm payment scheme has been proposed, which includes evacuating vaporized gas phase HMC, as a working fluid source oil used. For the calculation of the program ChemCAD synthesized design scheme.
Введение
Одним из основных средств улучшения экономических и экологических показателей на нефтяных промыслах является максимальное использование имеющихся резервов за счет сокращения потерь нефти и нефтепродуктов при подготовке и транспортировке нефти [1]. Как известно, потери легких углеводородов (ЛУ) возникают в основном при сливе и наливе нефтепродуктов - «большие дыхания», и в результате суточных изменений температуры при неподвижном хранении нефти - «малые дыхания» [2]. Следует отметить, что испаряются легкие углеводороды, которые являются ценным сырьём для предприятий нефтехимического сектора промышленности.
Таблица 1 - Исходный состав пластового флюида по
Характеристика исходного сырья
В месторождении сырьем для участка подготовки и перекачки нефти (УППН) является газожидкостная смесь, поступающая с контрактной территории месторождения Кумколь АО «ТУРГАЙ ПЕТРОЛЕУМ» по семи коллекторам: от дожимной насосной станции (ДНС) с мультифазными насосами и групповая установка (ГУ-38), замерная установка (ЗУ-ЗО), Восточный Кумколь (ВК) (без первой ступени сепарации), а также от УПСВ-2,3,4,5 установки предварительного сброса воды, прошедшей первую ступень сепарации.
В таблице 1 представлен исходный состав пластового флюида по объектам разработки [3,4].
разработки
Наименование компонента Объект № 1 М I + М II Объект № 2 Ю I + Ю II Объект № 3 Ю I I I Объект № 4 Ю IV
При однократном разгазировании пластовой не( >ти в стандартных условиях
пласт. нефть пласт. нефть пласт. нефть пласт. нефть
Сероводород сл. 0,01 0,01 0,01
Углекислый газ 0,02 0,07 0,07 сл
Азот+редк. в т.ч. гелий 0,43 0,87 0,90 1,48
Метан 5,52 31,91 32,24 38,95
Этан 1,61 9,85 9,22 10,09
Пропан 3,85 9,88 8,61 8,62
и-бутан 1,49 1,68 1,56 1,25
н-бутан 4,91 4,53 4,11 3,65
и-пентан 2,26 1,38 1,42 1,30
н-пентан 3,81 2,11 2,08 1,94
Неопентан 0,01 0,04 - -
ц - пентан 0,13 0,14 0,14 0,14
2,3 ДМбутан 0,96 0,74 0,66 0,75
3 Мпентан 0,51 0,39 0,42 0,48
п- гексан 2,47 2,22 1,81 2,47
Мцпентан 0,69 0,67 0,55 0,79
2,2 -ДМпентан - - - -
ц - гексан 0,99 1,03 0,83 1,22
Сум I - гептан 1,73 1,53 1,72 1,73
п - гептан 2,30 1,79 1,68 2,47
Мцгексан 2,31 1,96 2,63 2,88
Ост. (С8 и выше) 64,00 27,20 29,34 19,78
Математическая модель блока
Испарения углеводородов из нефти происходит за счет взаимодействия сырья с атмосферным воздухом, находящимся или поступающим в резервуар.
Количество воздуха, находящегося в резервуаре, зависит от его геометрических размеров, типа нефти и её количества в резервуаре. Если известны размеры и уровень нефти в резервуаре, то количество воздуха можно подсчитать по следующей формуле:
xD
т = — \РвВн~ нн) + з
(1)
где D - диаметр резервуара; рв - плотность воздуха; Н и Нн - высота цилиндрической части и уровень нефти в резервуаре соответственно; И - высота крыши резервуара.
Для снижения потерь ЛУ предполагается использовать следующую схему: образовавшаюся газовую фазу откачивать жидкостно-кольцевым компрессором (ЖКК), выхлоп которого возвращать обратно в резервуары для поддержания небольшого избыточного давления. В качестве рабочей жидкости предполагается использовать газовый бензин с блока стабилизации нефти. Срабатывание ЖКК будет осуществляться при превышении заданного давления на манометре, установленного на всасывании компрессора. Принципиальная схема предлагаемого решения представлена на рис. 1.
Рис. 1 — Технологическая схема процесса
Для моделирования предложенной схемы в УМП ChemCad была синтезирована расчётная модель, в которой использовались следующие модули - Flash (расчёт однократного испарения), Mixer (смеситель), Compressor (Компрессор), Divider (делитель); Heat Exchanger (теплообменник).
Для расчёта процесса испарения нефти из резервуара при контакте с воздухом использовался модуль Flash, в котором задавались температура и давление, соответствующие условиям хранения нгефти в резервуаре.
Материальный баланс процесса ОИ для любого i-го компонента многокомпонентной смеси при условии, что паровая фаза находится в равновесии с жидким остатком состава, запишется в виде (2):
т
/=1 /=т
X:f
е (Н-1)
(2)
где х^, X; - мольные доли 1-го компонента в жидком сырье, в полученных жидкой и паровой фазах
соответственно; е - мольная доля пара (доля отгона); п - число компонентов жидкой смеси; К; -константа фазового равновесия.
Модель блока, синтезированная с использованием СИешСАБ, представлена на рис.2.
Рис. 2 - Синтезированная модель жидкостно-кольцевого компрессора
Исходная нефть (поток 18), состав которой соответствует таблице 1, поступает в сепаротор 11 (Module Flash), и тем самым моделируется процесс отделения из нефти растворенных в ней газов. Дегазированная нефть (поток 17), поступает в сепаратор 10, в котором при взаимодействии с воздухом часть легких фракций испаряются и уходят в атмосферу. В модели это явление учитывается путем подачи в сепаратор 10 потока 21, который по составу соответствует атмосферному воздуху.
Модель жидкостно-кольцевого компрессора идентична моделям, изложенным в [3,6].
Экспериментальная часть
Количество среды, поступающей на всасывание в компрессор, находится в прямой зависимости от количества воздуха, находящегося в резервуаре. Это количество зависит от типа резервуара, его геометрических размеров и условий эксплуатации [5].
Исходя из условий месторождения Кумколь АО «ТУРГАЙ ПЕТРОЛЕУМ» расход потока 21, рассчитанный по формуле (1) был принят 800 кг/час. Параметры и состав потока на всасывание в компрессор представлены в таблице 2.
Результаты и обсуждение
На расчетной модели был проведен численный эксперимент, целью которого было определение количества и состава среды, поступающей на всасывание в компрессор.
По данным таблицы 2, из резервуара испаряются 380 кг/час легких углеводородных фракций, что отрицательно сказывается на экологической ситуации в районе месторождения и наносят экономические убытки предприятию.
Общий вид установки представлен на
рис.3.
Откачка образовавшейся газожидкостной смеси жидкостно-кольцевым компрессором, позволяет избежать этих потерь. Использование в качестве рабочей жидкости нефти, которая имеет наибольшее термодинамическое родство с
откачиваемой смесью позволяет снизить затраты [7,8] на проведение процесса.
Таблица 2 - Параметры и составы потоков
Свойство входного Входной поток
потока
Температура, :" 31,858
Давление, бар 1
Доля пара 1
Энтальпия, МДж/ч -852,5917
Общий расход 1180,142
Компонент Массовая доля
Сероводород 0.0006470375
Углекислый газ 5.613469e-005
Азот 0.003142691
Метан 0.1080334
Этан 0.04939848
Пропан 0.02580893
и-бутан 0.003564249
н-бутан 0.004713926
и-пентан 0.0009515636
н-пентан 0.0006959058
Неопентан 3.224365e-005
ц - пентан 7.746722e-005
2,3 ДМбутан 0.0001333198
3 Мпентан 0.0001245084
Воздух 0.5904315
]МВР69С 0.1346816
]МВР82С 0.03310566
]МВР95С 0.01943876
]МВР108С 0.01144056
ШРШС 0.006428196
ШРШС 0.003448636
]МВР147С 0.001741753
]МВР160С 0.0009187759
]МВР173С 0.0004842882
]МВР186С 0.0002458738
]МВР199С 0.0001241902
]МВР212С 6.451855e
]МВР225С 3.306967e
]МВР238С 1.659856e
]МВР251С 8.293537e
]МВР264С 4.127915e
ШР277С 2.030308e
]МВР290С 1.068719e
]МВР303С 5.06472e
Для поддержания требуемого давления в резервуаре выхлоп жидкостно-кольцевого компрессора предполагается через дроссель возвращать обратно в резервуар.
Выводы
1. В УМП ChemCAD разработана математическая модель процесса испарения легких углеводородов из нефти в резервуар.
2. На модели был проведен численный эксперимент, в ходе которого было определено количество целевых нефтяных фракций.
3. Предложена схема утилизаций газовой фазы из резервуара жидкостно-кольцевым компрессором.
4. В качестве рабочей жидкости в компрессоре предполагается использовать газовый бензин, что повысит термодинамические условия для конденсации газовой смеси в резервуаре.
Литература
1. Шаммазов А.М., Коршак А.А. Основы нефтегазового дела: учебник для вузов. - Уфа: ООО «Дизайн Полиграф Сервис», 2001. - 544 с.
2. Зарипов А.Г. Комплексная подготовка продукции нефтегазодобывающих скважин. - Т.1.- М.: Изд-во МГГУ, 1996 - 215 с.
3. Учебное пособие «Sterling Sihi», Германия. С.1-9.
4. Технологический регламент. АО «ТУРГАЙ ПЕТРОЛЕУМ». Кызылорда. 2012. С.5-6.
5. Осипов Э.В. Энергосберегающая технология создания вакуума в ректификационной колонне установки АВТ / Э.В. Осипов, Э.Ш. Теляков, К.С. Садыков, Х.С. Шоипов и др. // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний. М.: «Техинформ» МАИ. 2011. №12, -С. 31-35
6. Осипов Э.В. Модернизация вакуумсоздающих систем установок ректификации мазута / Э.В. Осипов, Э.Ш. Теялков, С.И. Поникаров // Бутлеровские сообщения. 2011. Т.28. №20, -С. 109-115
7. Осипов Э.В. Системное моделирование установок вакуумной ректификации / Э.В. Осипов, Э.Ш. Теляков, С.И. Поникаров // Бутлеровские сообщения. 2011. Т.28. №20., -С. 81-88
8. Осипов Э.В. Влияние наличия в откачиваемых смесях легких углеводородов на производительность жидкостно-кольцевого вакуумного насоса (ЖКВН) // Э.В. Осипов, Ф.М. Сайрутдинов, К.С. Садыков, Э.Ш. Теляков // Вестник Казанского технологического университета. 2012. №13. -С. 158-163.
© А. Д. Нурман - магистрант каф. «Машины и аппараты химических производств» КНИТУ, [email protected]; Э. В. Осипов-к.т.н., доцент той же кафедры, [email protected].
© A. D. Nurman - graduate student of the department. "Machinery and equipment of chemical plants" (MACP) KNRTU, [email protected]; E. V. Osipov - c.t.n., assistant professor. MACP KNRTU, [email protected].
