Расчетная часть
Цель расчёта: оценить эффективность использования мембран в половолоконных модулях для выполнения задачи газоразделения при технологических условиях нефтегазоконденсатного месторождения. Исследовать закономерность изменения ключевых параметров мембраны от давления в напорном канале и определить их влияние на процесс газоразделения.
Задачи:
1) Определить текущую селективность в зависимости от применяемой мембраны и технологического давления разделяемой среды.
2) Рассчитать необходимое количество ступеней мембранного газоразделения для одной технологической линии.
3) Составить материальный баланс мембранных газоразделительных установок и рассчитать потребные площади мембран, далее посредством сравнения полученных параметров выбрать наиболее подходящее решение.
4) Для мембраны исходного типа построить графические зависимости концентрации гелия и потерь метана в пермеате от изменения давления в напорном канале мембранного модуля в широком диапазоне давлений от 1 до 20 МПа, по которым необходимо определить оптимальные условия процесса газоразделения.
Алгоритм расчёта представлен в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Алгоритм расчета
№
|
Этапы расчета
|
1
|
Расчет проницаемости (Λ) и селективности (α) мембраны при технологических условиях месторождения
|
Λ = Λ0exp(m∆P);
|
α = Λ(He)/Λ(CH4)
|
2
|
Расчет средней концентрации гелия в напорном пространстве аппарата (y)
|
y = (yf - yr)/ln(yf/yr)
|
3
|
Определение содержания гелия в пермеате
|
|
4
|
Материальный баланс мембранной установки
|
|
|
5
|
Определение потерь метана в потоке пермеата
|
F/[P*(1-yp(He))]
|
6
|
Расчет потребной площади мембраны (δ)
|
δ = Q(He)/[Λ(He)*(p1*y-p2*yp)]
|
Удельная цена мембраны исходного типа составляет 100 руб/м2, фторированного типа – 150 руб/м2.
Исходные данные:
Таблица 2.2. Исходные данные
Характеристика мембраны
|
(при T0 = 50 оС и P0 = 0,1 МПа).
|
Тип мембраны
|
Проницаемость
|
Селективность
|
(производительность)
|
α (P0,T0)
|
Λ (P0,T0),
|
|
л*м/м2*ч*атм
|
|
He
|
CH4
|
He/CH4
|
Исходная
|
246,9
|
1,52
|
135
|
Фторированная
|
215,1
|
0,208
|
1034
|
Таблица 2.3. Исходные данные
Технологические условия процесса газоразделения на нефтегазоконденсатном месторождении
|
Значения постоянной m (при T = 50 оС), атм-1
|
|
|
Расход, млрд. м3/год
|
Давление в напорном канале,
|
Температура,
|
Давление в дренажном канале,
|
He
|
CH4
|
|
атм
|
оС
|
атм
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5,32
|
80,00
|
50,00
|
2,00
|
0,00000505
|
0,0056500
|
|
|
Решение:
Расчет проницаемости (Λ) и селективности (α) мембраны при технологических условиях месторождения:
где:
Λ – проницаемость газа после изменения давления, л/м2*ч*атм;
|
|
|
Λ0 – исходная проницаемость газа, л/м2*ч*атм;
|
|
|
m – постоянная, характеризующая зависимость проницаемости от давления газа;
Таблица 3. Проницаемость мембраны.
|
|
|
Давление, атм
|
Исходного типа
|
Фторированного типа
|
Λ(He)
|
Λ(CH4)
|
Λ(He)
|
Λ(CH4)
|
1
|
246,9
|
1,83
|
215,1
|
0,208
|
10
|
246,9112219
|
1,925462054
|
215,1097765
|
0,218850332
|
20
|
246,9236912
|
2,037382645
|
215,1206398
|
0,231571361
|
30
|
246,9361612
|
2,155808801
|
215,1315037
|
0,24503182
|
40
|
246,9486317
|
2,281118669
|
215,1423681
|
0,25927469
|
50
|
246,961103
|
2,413712375
|
215,1532331
|
0,27434545
|
60
|
246,9735748
|
2,554013304
|
215,1640986
|
0,290292223
|
70
|
246,9860473
|
2,702469452
|
215,1749647
|
0,307165927
|
80
|
246,9985204
|
2,859554853
|
215,1858313
|
0,325020442
|
90
|
247,0109941
|
3,025771096
|
215,1966984
|
0,34391278
|
100
|
247,0234685
|
3,201648927
|
215,2075661
|
0,363903266
|
110
|
247,0359435
|
3,387749941
|
215,2184344
|
0,385055731
|
120
|
247,0484191
|
3,584668377
|
215,2293032
|
0,407437717
|
130
|
247,0608954
|
3,793033015
|
215,2401725
|
0,431120692
|
140
|
247,0733723
|
4,013509184
|
215,2510425
|
0,456180279
|
150
|
247,0858498
|
4,246800886
|
215,2619129
|
0,482696494
|
160
|
247,098328
|
4,493653046
|
215,2727839
|
0,510754007
|
170
|
247,1108067
|
4,754853885
|
215,2836555
|
0,540442409
|
180
|
247,1232862
|
5,031237445
|
215,2945276
|
0,571856497
|
190
|
247,1357662
|
5,323686246
|
215,3054002
|
0,605096579
|
200
|
247,1482469
|
5,633134106
|
215,3162734
|
0,640268795
|
|
|
где
|
α – селективность процесса разделения;
|
|
Λi и Λj – проницаемости i-го и j-го компонента смеси, л/м2*ч*атм.
Таблица 3.1. Селективность процесса разделения.
| |
Скачать 334.33 Kb.