Абсорбция. Программа, специализация Управление и информатика в технических системах
 Скачать 0.52 Mb.
|
ОГ
А С СГ ГВ Р КГ ВП Рисунок 1.1 -Типовая технологическая схема цехагазу абсорбционной осушки природного газа На рисунке 1.1 приняты следующие обозначения: СГ – сырой газ; С – сепаратор; А – абсорбер; Р – разделитель; ОГ – осушенный газ; ГВ – газ выветривания; КГ – конденсат газовый; ВП – вода пластовая; РДЭГ – регенерированный диэтиленгликоль; НДЭГ – насыщенный диэтиленгликоль. Разделитель Р, в котором происходит деление газожидкостной смесимагнитное на жидкую (легкую и тяжелую фракции) и газовую фазы, является важным элементомдиаметр системы осушки газа, но не оказывающего значимого влияния на рост ТП абсорбционной осушки газа. Послеповоротных того как сырой газ предварительно очищается от жидкостипоглощаемым и механических примесей в сепараторе С, он поступает в абсорбер А. В абсорбере А, сырой газ последовательно проходит через распределитель потока, тарелку из просечно-вытяжного листа, паровые патрубкидлительность глухой тарелкиу,величения массообменную секцию и фильтрующую секцию. В распределителе потока из газа частично отделяется капельная жидкость, которая черезинформативных отверстие в распределителе стекает в кубовую часть абсорберадэга А. Затем газ проходит через тарелку из просечно-вытяжного листа с целью более равномерного распределения газасодерания по сечению абсорбера А и через паровые патрубки глухой тарелки поступает в массообменную секцию. Здесь газ контактирует с РДЭГом, стекающим вниз. В результателагосодержание контакта газа с РДЭГом происходит извлечение влаги из газа до температурыпрямоугольном точки росы по воде:газе летом – минус 10 °С, зимой – минус 20 °С (при давлениивверх pоколо 7,6 МПа) и разбавление ДЭГа до определенноймесяц концентрации. Значения этих параметров, как правило, поддерживаются строго постоянными. Это и является задачей системырисунок автоматического управления (САУ) параметрами цеха абсорбционной осушки природного газа. Насыщенный влагой ДЭГ стекает в кубовую часть абсорбера, откуда отводится в цех регенерации ДЭГа. Осушенный газ из массообменной секции далее поступает в выходную фильтрующую секцию. Здесь при проходе через слои газораспределительной насадкивозможность и через фильтрующие патроны отделяется унесенный капельныйокружающей ДЭГ. Этот ДЭГ с фильтрующей тарелки перебрасывается в кубовую часть абсорбера А. После окончательной очистки в фильтрующей секции осушенный газ с содержанием капельной жидкости не более 5 г/1000 м3 из абсорбера А поступает через станцию охлаждения газапренебре в магистральный газопровод. КРДГ FE ME ОГ А КлР3 M FE РДЭГ СГ С КлР1 ГВ КлР2 НДЭГ Р 1 2 КГ ВП 35 9 67 8 4 12 1110 E/P E/P E/P E/E LT LY LT LY FT PT TE FT FFY PT PY MT FY Коррект. Коррект. Осн. Осн. Осн. L H L H Регулирование Регистрация Измерение Приборы местные 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 АСУ ТП Рисунок 1.2. - Типовая функциональная схема автоматизации цеха абсорбционной осушки природного газареализов Типовая функциональная схема автоматизации цеха абсорбционной осушки природного газа представлена на рисугазовую нке 1.2. На схеме приняты следующие обозначения запорно-регулирующей арматуры:
Обозначения приборов и средств автоматизации приведены в соответствии с ГОСТ 21.208-2013. Для качественного управления ТП на действующихпроцесс установках реализован целыйеье ряд локальных САР, указанных в нижней части схемы. Эти САР поддерживыполнение частности: вают на заданномасход уровне некоторые физических величины, в
Все вышеперечисленные САР относятсянезависимой к одноконтурным системам стабилизации определенной физическойопределятся величины (давления, расхода, уровня, температуры).
Процесс абсорбции, базирующийся на избирательном поглощении влаги в газовой смеси жидким поглотителем (ДЭГом), выполняется в насадочных колоннах (рисунок 1.3). Они отличгаазе ются обеспечением контакта газа и жидкости в регулярных насадках. Среды перемещаются вдоль абсорбераободную противотоком: сверху-вниз движется ДЭГ, снизу-вверх – газ. При их контакте происходит массообменный процесс, когда тяжелые компоненты природного газа и влага – переходят в раствор ДЭГа. Исследование физических закономерностей абсорбционного процесса с учетом конструктивных и технологических особенностей абсорбера, режимов его работы, позволило определить допущения и ограничения, положенные в основу математической модели (ММ):
11850 мм 4элементы200 мм массообменные процессы между газом и жидкостью описываются на основе гидродинамической модели полного вытеснения;
газа;
переносится равное количество влаги; Выход ОГ Распределительреги жидкости Фильтр-патроны Вход РА Дренаж Газораспределительнаявходного секция Массообменная секция на базе регулярной насадки Выход НА Газораспределительная тарелка Дренаж Узел входазаменять Вход ВГ Сепарационные центробежные элементы Выход жидкостиотчисления Дренаж ø1800 мм Рисунок1.3. - Абсорбционная колонна с регулярной насадкойрегулирования
При рассмотрении схемы газового и жидкостного потоков в абсорбере, который представляет из себя колонну, заполненную насадками (рисунок 1.4), можно увидеть, что снизу в аппарат поступает газ, содержащий ЦК, сверху по насадке стекает жидкий поглотитель. G Q C вх ж Cвх вых г вых ц.г C вых ц.г z z, t ц.ж вх vвых z z,t Cц.ж z z, t zж v вх z z, t Cвых z, t zг z ц.г Cвх z, t lа ц.ж v вх z, t v вых zж z, t zг G C вых ж G вх C г вх ц.г вых ц.ж Рисунокеа 1.4. - Схема направленияаает потоков системы «газ-ДЭГ» в абсорбере На схеме приняты следующие обозначения: Gвх
г нормальное содержанию G вых г – массовый расходунке газа-носителя на выходе из аппарата, кг/с; Gвх – массовый расход РДЭГа на входе в аппарат, кг/с; ж высота Gвых – массовый расход НДЭГа на выходе из аппарата, кг/с; ж C вх ц.г максимально
C вых ц.г C вх ц.ж
C вых ц.ж
vzж, vzг – скорости жидкости и газа вдоль оси z соответственно, м/с; ∆z– выделенныйдостигается элемент насадки, м; lа – высота абсорбера, м. Чтобы получить ММ процесса абсорбции необходимо применить к рассматриваемой системе «газ–ДЭГ» допустимое ограничение одномерным случаем. Направление оси zсовпадает с направлением движения газац:елью снизу-вверх. В основу описания абсорбционного процесса положено общее уравнение массопередачи, составленное относительно ЦК, содержащегося в газовойрегулирования или жидкой фазе q Kг [Cцг
(Cцг ) Cцж ]. цг цж В этом уравнении принято: q – удельный поток целевого компонента, т.е. количество ЦК, возникновения отбираемого жидкостью из газа (переходящего из газа в жидкость) в единицу времени через единицу площади поверхности фазового контакта, кг/(м2с); Cцг , Cцж C р , С р
цг цж Kг , Kж – коэффициенты массопередачи по газу и жидкости, кг/(м2с). При исследовании процесса абсорбции обычно рассматривают следующие режимы работы:
В реальных абсорберах продольное перемешивание фаз возникает в результате:
Опыт эксплуатациирасчетов абсорберов в реальных условияхкапельной показывает, что влияние первой причины пренебревжлага имоухревс мало. До сих пор строгое теоретическое описание процессапредставлена продольного перемешивания фаз отсутствует. Структуры потоков в абсорбере представляются упрощенными ячеечными и диффузионными моделями. Повсеместное практическое применение второй модели, позволило принять ее в качестве основной. Таким образом, перемешивание фаз в аппарате подчинено закону диффузии. Так же отметим,реализуе что наличие градиента концентрацииблко вещества в аппарате, создает поток этого веществап,невматическое называемый диффузионным потоком. Такой поток пропорционален градиенту концентрации gradC. Процесс перемешивания, как и процесс диффузии, определяет возникновение в насадочном аппаратепроцесса потока вещества, описываемый законом Фика: q D gradC , где q– удельный поток веществап,оследнем обусловленный перемешиванием (диффузионный поток), кг/(м2 с); – плотность вещества, кг/м3; D – коэффициент перемешивания (аналогичен коэффициенту диффузии), м2/с; grad C – градиент концентрации вещества, (кг/кг)/м =1/м. Для одномерного случая можно записать: q D dC dz . комспостоит Данное уравнение применяется как для газового, так и для жидкостного онента. Соответственно термин удельного потока вещества в насадочном аппарате требует уточнения. В одномерном случае удельным потоком вещества называется количество вещества, проходящего нормально через единицу сечения в единицу времени. При этомлагосодержание для насадочной колонны речь идет не о сечении колонны S , а о сечении технологического пространства Sтп νS, заполненного этимрежиме веществом, где 1. Тогдаа,бсорбер количество вещества mд , которое переносится диффузионным потоком в единицу времени через сечение Sтп , определяется равенством mд qSтп DSgrad C . В дальнейшем предполагаетсяп,лотность сечения учитывается. что указанная поправка к площади
|