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