天然气处理系统工艺技术模拟分析

【摘要】：天然气处理系统是由相互联系、彼此影响的不同层次的子系统构成的复杂系统。随着气田开发时期不同、以及新气源的不断开发，原料天然气无论是其物理化学性质，还是流动特性及很多工艺参数都在不断地变化，天然气处理系统的工艺过程在时间和空间范围内是一个动态的过程。但对于已建成的天然气处理系统而言，其工艺流程和结构保持不变，系统中工艺单元和装置生产能力是一定的，这些都在系统装置设计时已经确定。在运行若干年后，由于腐蚀、磨损及其它原因，设备的强度指标要随着变化，当原料气变化(物性、流动和工艺参数)时，不匹配的现象就会发生，这就要求实时了解和掌握系统的运行工况，进行系统的调整改造，以满足天然气处理的要求。而对天然气处理系统进行模拟分析就是最重要的手段之一。 本文通过对处理系统数学模型的建立、求解，得到有关天然气处理过程的信息，如天然气处理能力、轻烃回收率及物流点的相关参数等等。对于气田开发的各个时期，随着天然气物性和工艺参数的变化，通过模拟分析可以及时调整各设备的操作参数，并在某些设备、装置不能满足生产要求时，提出工艺改造方案。 根据从设备到单元、从单元到系统的研究路线，本论文主要在以下几个方面做了大量的工作： 1)天然气处理工艺中的热力学基础研究； 2)天然气处理系统中各主要设备的工艺计算模型研究； 3)天然气处理系统的过程模拟方法研究； 4)系统模拟模型的求解及软件编制； 5)天然气处理系统过程模拟技术及软件的实际应用和建议。 本文将过程系统模拟分析方法应用到天然气处理系统中，建立了一套专门针对天然气处理系统模拟分析技术理论体系，并开发研制了专门针对天然气处理系统的模拟软件。同时，第一次提出了天然气处理系统技术界限的概念。天然气处理系统原料的物性参数、流动参数和设备的强度指标随油气田开发时期不同而变化，因此，确定其技术界限意义十分重大。 该技术理论和软件在渤海JZ20-2天然气处理厂得到了很好的应用。论文中，对渤海JZ20-2天然气处理厂的各生产单元及系统分别作出了模拟流程图，并利用回路矩阵法计算出了单元及系统的模拟计算顺序，这对天然气处理系统的模拟分析具有一定的代表性，对其它的天然气处理系统的模拟分析具有一定的指导意义。该论文的研究对国内天然气处理系统的模拟研究提供了一定的理论支持。 【关键词】：天然气处理系统 过程模拟 稳态 模拟流程图 轻烃回收
【学位授予单位】：西南石油学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TE868
【目录】：

• 中文摘要2-3
• ABSTRACT3-6
• 1 绪论6-14
• 1.1 目的意义6-7
• 1.2 国内外发展现状及趋势7-11
• 1.3 主要研究内容11-12
• 1.4 研究技术与思路12-13
• 1.5 本文的创新点13-14
• 2 天然气处理工艺中热力学基础14-24
• 2.1 工艺计算中常用的状态方程14-22
• 2.1.1 SRK状态方程14-15
• 2.1.2 PR状态方程15-16
• 2.1.3 BWR状态方程16-18
• 2.1.4 SHBWR状态方程18-19
• 2.1.5 天然气物性参数的求取19-22
• 2.2 天然气处理工艺中各过程的理论计算模型22-24
• 3 天然气处理系统中主要设备及管线工艺计算模型24-61
• 3.1 分离器24-32
• 3.1.1 立式两相分离器24-26
• 3.1.2 卧式两相分离器26-27
• 3.1.3 三相立式分离器27-29
• 3.1.4 三相卧式分离器29-31
• 3.1.5 丝网除雾器31-32
• 3.2 闪蒸罐32-33
• 3.3 固定床吸附塔33-37
• 3.4 精馏塔计算模型37-44
• 3.4.1 简单精馏塔37-42
• 3.4.2 复杂精馏塔42-44
• 3.5 膨胀机制冷工艺计算44-45
• 3.6 冷换设备计算模型45-52
• 3.6.1 传热基本关系式46-47
• 3.6.2 套管换热器47-49
• 3.6.3 浮头式换热器49-51
• 3.6.4 板翅式换热器51-52
• 3.7 压缩机工艺计算52-53
• 3.8 泵计算模型53-55
• 3.8.1 设备方程53-54
• 3.8.2 离心泵的性能换算54
• 3.8.3 容积泵的性能换算54-55
• 3.9 管线流动压降计算模型55-58
• 3.10 天然气处理系统中的常用阀门58-61
• 3.10.1 节流阀计算模型58-59
• 3.10.2 阀门压降计算59-61
• 4 天然气处理过程系统模拟方法基础研究61-68
• 4.1 天然气处理过程系统模拟的基本方法61-62
• 4.2 序贯模块法62-68
• 4.2.1 模拟的基本要素62-63
• 4.2.2 再循环流的断裂63-65
• 4.2.3 系统的分割与排序65-67
• 4.2.4 断裂流股变量的收敛67-68
• 5 系统模型的求解及软件编制68-69
• 6 渤海JZ20-2天然气处理厂系统模拟研究69-92
• 6.1 渤海JZ20-2天然气处理厂工艺流程69-83
• 6.1.1 国内设计区工艺流程69-76
• 6.1.2 国外设计区工艺流程76-83
• 6.2 渤海JZ20-2天然气处理厂系统模拟研究83-92
• 6.2.1 单元模拟计算方法研究83-89
• 6.2.2 系统模拟计算方法研究89-92
• 7 渤海JZ20-2天然气处理厂模拟运算结果分析92-114
• 7.1 主要设备资料92-98
• 7.2 最大处理能力条件下的模拟分析98-114
• 7.2.1 模拟计算98-113
• 7.2.2 模拟结果分析113-114
• 8 结论与建议114-115
• 致谢115-116
• 参考文献116-120

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