油气集输课程设计

摘 要
本次课程设计我们小组的主要内容是广安1#低温集气站的工艺设计——凝析油回收工艺设计，以及凝析油回收量的计算。

该工艺是利用汽液两相平衡定律，由闪蒸——平衡汽化，根据低温分离器中的状态参数（操作压力和温度），从而求出凝析油的回收量。

凝析油回收就是把天然气中的C 2、C 3、C 4等较重烃类组分提取出来，这样可以降低天然气的露点，调整天然气的发热值，改善商品气的质量，同时还可提高整个天然气的经济价值。

由此可见，天然气凝液回收是非常必要的。

关键词：低温分离器 平衡汽化 绝对压力 温度 凝析油
一、 有关互溶液体相平衡的基本知识
1.蒸汽压
在开口容器中，所有液体都会或快或慢地蒸发着，但在留有空间的密闭容器内，由
于液体的蒸发和蒸汽的凝结，在某一条件下，在液体和生成的蒸汽之间建立起平衡。

在平衡时，单位时间内离开液体的分子数和回到液体中的分子数相等，这时在液体上面形成的蒸汽叫做饱和蒸汽，此时的蒸汽压力叫做饱和蒸汽压或简称蒸汽压。

在一定温度时，各种液体的蒸汽压是不同的。

同时，蒸汽压随着温度的上升而增加。

2.汽液两相平衡定律
当液相和汽相达平衡时，两相间的平衡关系可用亨利定律来表示，即：
i y =i k i x （1） 式中i y ——在汽相中组分i 的摩尔分数
i x ——在液相中组分i 的摩尔分数
i k ——相平衡常数，是压力和温度的函数，一些碳氢化合物的相平衡常数可查有关文献图得到。

由于亨利定律中使用了一个随压力和温度而变化的平衡常数k,因而亨利定律适合于任何系统。

k 值可以是预先给定的（当压力和温度给定时）。

3.泡点
在给定压力下，液体混合物逐渐被加热，当有一个气泡出现时的温度叫泡点温度。

根据所研究系统的k 值和任何混合物的摩尔分数之和等于 1.0这个概念，即∑i y =∑i k i x =1.0（泡点方程式）
，就可以确定互溶混合物的泡点。

温度在泡点方程中是隐函数，因此只能通过式算法求泡点温度。

计算允许误差为
1.0%。

4.露点
在给定压力下，气体混合物逐渐被冷却，当有一滴液体出现时的温度叫露点温度。

其计算步骤类同于泡点计算。

计算准则仍然是：混合物中各组分的摩尔分数之和为1.0，即∑i x =∑(i y /i k )=1.0（露点方程）。

计算允许误差仍为1.0％。

5.闪蒸—平衡汽化
进料以某种方式被加热至部分汽化，经过减压设施，在一个容器（如闪蒸罐、蒸发塔、蒸馏塔的汽化段等）的空间内，在一定温度和压力下，汽-液两相迅速分离，得到相应的汽相和液相产物，此即谓之闪蒸。

在有的场合下，也可以没有加热器或节流设施。

闪蒸的别名叫平衡汽化或平衡蒸馏，
平衡汽化特点是：所形成的汽、液两相都处于同样温度和压力下，并呈平衡状态。

所有组分都同时存在于汽、液两相之中，而两相中的每一个组分也都处于平衡状态。

即可表示为i y =i k i x ，两相之间的汽液平衡关系为∑i
y =∑i k i x =1.0。

求定凝析液回收量问题也就是计算在一定压力下处于泡点之上、露点之下的汽、液混合物中到底含有多少液体和蒸汽的问题。

作全容器的物料平衡：
F=V+L （2）
式中F 、L 、V 分别表示进料、器顶产品、器底残液的流量，kmol/h 。

对某一组分来说，则有：
i f =i v +i l （3） 式中i f 、i v 、i l 分别表示进料、器顶产品、器底残液中某组分的流量，kmol/h 。

我们定义：
f x =i f /F ；i y =i v /V ；i x =i l /L （4） 式中f x 、i y 、i x 分别表示进料、器顶产品、器底残液中某组分的组成（摩尔分数）。

将式（4）代入式（1），可得：
i v /V=i k (i l /L) （5） 解出i v ： i v =i l i k （V/L ） （6） 将i v 代入式（3）中，得到：
i f =i l i k (V/L)+i l （7） 解出i l ： i l =i f /[1+i k (V/L)] （8） 对全部液相组分有： L=∑i l （9） 按照类似的步骤，对式（5）解出i l ，然后代入方程式（3）中，得到：
i v =i k i f /（L/V+i k ） （10）
对全部汽相组分有： V=∑
i
v（11）利用方程式（8）、（10）就可以确定在给定的混合物中有多少汽相和液相。

由于方程中含有总液量与总气量之比项，该项正是欲求项。

因此，只能试算求解，其计算程序如下：
①用泡点方程和露点方程校验该混合物是否同时存在汽、液两相。

②在给定温度和压力下查图，得到系统中各组分的k值。

③假设L、V或L/V值。

④利用式（8）或（10）计算液相（或汽相）中各个组分的千摩尔数。

⑤用式（9）计算总液量；用式（11）计算总蒸汽量。

⑥将第⑤步计算出的总液量和总蒸汽量同第③步假定值相比较。

如果两个值很接
近，误差小于<1.0%,则计算值为所求值，否则，需从第③步开始重新计算。

二、天然气液烃回收量计算
前面导出的汽液平衡闪蒸方程式（8）和（10），是我们进行低温分离有关计算的主要工具，不管采用哪一类低温分离流程，一旦冷冻压力和冷冻温度被确定，凝析液也就可以求定。

我们组的广安1#低温集气站凝析油回收工艺设计是天然气在6MPa（绝）、-1℃的条件下变化到低温分离器压力为6MPa(绝)和温度为-16℃状态时，天然气液烃回收量的计算。

我们小组的天然气组成见下表:
若不考虑CO
2和H
2
S，则C1 ～C6各组分的含量见下表:
⑴露点校验
对气体混合物在6MPa（绝）和-1℃条件下用露点方程（∑
i
x=1）进行露点校验，校验结果见表1。

表1 校验露点计算表
由于∑
x=453.4>>100，故该混合物的露点远在-1℃以上，说明此气体混合物中存在
i
液相。

⑵泡点校验
在P=6MPa，t= -16℃时，查图得到C1的平衡常数Kc1=2.07
故Yc1=2.07×91.83％=190.09％>>100％
足以说明该混合物的泡点远在-16℃以下，液体混合物中存在着气相。

由(1)(2)证明此混合物在冷冻前、后均处于气液相混合态。

⑶凝析液含量计算
假定进料为100kmol，对在-1℃和-16℃、6MPa的条件下进行闪蒸计量，确定冷冻前气体混合物的带液量和冷冻后天然气液烃生成量。

表2 在-1℃时的闪蒸
计算说明：
①第一次试算，假设：L设=7.5，V/L =12.3。

而∑i l算=L算=7.364，L设/ L算=7.5/7.364=1.02。

误差大于1.0%，需重新试算。

②第二次试算，假设：L设=7.1，V/L =13.08。

而∑i l算=L算=7.105，L设/ L算=7.1/7.105=0.999，误差小于1.0%。

计算结果表明：第二次试算的误差远远小于1.0%，所以第二次假设正确。

则在给定条件（6MPa，-1℃）下，该气体混合物的带液量为7.105Kmol。

表3在-16℃时的闪蒸计算
计算说明：
①第一次试算，假设：L设=8.5，V/L =10.76。

而∑i l算=L算=8.749，L设/ L算=8.5/8.749=0.972。

误差大于1.0%，需重新试算。

②第二次试算，假设：L设=9，V/L =10.1。

而∑i l算=L算=9.066，L设/ L算=9/9.066=0.993，误差小于1.0%。

计算结果表明：第二次试算的误差小于1.0%，所以第二次假设正确。

则在给定条件（6MPa，-16℃）下，该气体混合物含9.066kmol凝析液。

⑷说明：
①冷冻前含凝析液量见表2。

计算结果表明：该气体混合物含7.105Kmol凝析液。

②天然气液烃生成量，即凝析油回收量的计算见表3。

由以上计算结果表明：带液气体在6Mpa（绝）的压力下，温度由-1℃下降
到-16℃时，产生9.066Kmol的天然气液烃。

三、课程设计总结
本次油气集输课程设计为小组分工合作并完成设计，设计时间为两周。

我和聂子豪同学的任务是集输工艺流程中凝析油回收量的计算。

在老师安排完任务后，我们小组就一起将广安1#低温集气站的工艺流程图画出并拿给老师检验是否合理，在老师认可后，我们就查阅了大量有关凝析液回收量计算的资料并针对不懂的地方向老师请教，老师那几天因为学生毕业答辩也挺忙，但老师们却不因学生人数的多少，哪怕只有几个，都不辞辛劳地呆在教室为我们进行答疑并耐心地指导，我非常感谢。

现在，我已经很清楚地知道了凝析油回收量的计算方法并能够熟练地计算出数据。

凝析油回收量的计算本来很好理解，但难就难在试算，虽然我上边的表格只列出了两次假设，两次试算，实际上远远不止，要保证数据误差小于1.0%，真的很难算，在计算过程中我差点儿就放弃了。

但通过无数次的试算，我最终得出了数据，并感到很高兴，本次设计告诉我：今后在做某些事情时，必须要有耐心。

从收集资料到提出疑问，再到数据计算，最终得出结果。

其间与老师、同学进行交流，最终完成了本次课程设计报告。

在这次课程设计中我不仅学会了怎样计算凝析油的回收量，还学会了思考问题，提出问题并通过相关路径解决问题。

同时，本次课程设计也培养了我们的团队协作能力、语言沟通能力等，并让我深深地感受到理论联系实践是多么的重要。

最后，我还想说一声：谢谢指导我们油气集输课程设计的梁老师、游老师、杨老师，你们这段时间辛苦了！
参考文献
[1] 曾自强，张育芳．天然气集输工程[M]．北京：石油工业出版社，2001
[2] 梁平，王天祥．天然气集输技术［M］．北京：石油工业出版社，2008。