Данные к задаче на определение количества ингибиторов для предотвращения гидратообразования в газопроводе

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

МНОГОПРОФИЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ

Отделение «Сооружение объектов нефтегазохимии»

Контрольная работа

Вариант №

по дисциплине «Техническое обслуживание и диагностика на объектах транспорта и хранения нефти и газа»

Выполнил: студентгруппыЭГНтз-

ФИО

Проверил: преподаватель отделения СОНХ

Д.Н. Войцеховский

Тюмень 2018г.

Контрольная работа по дисциплине «Техническое обслуживание и диагностика на объектах транспорта и хранения нефти и газа» для студентов IIIкурса заочной формы, обучающихся по направлению «Сооружение и эксплуатация ГНП и ГНХ»

Тема: «Расчёт количества реагентов для ликвидации гидратов в газопроводе»

Цель:выполнить расчетытребуемого количества реагента для ликвидации гидратов в газопроводе.

Общие положения:

Гидраты – это твердые кристаллические соединения, образованные водой и микромолекулами. Они представляют собой твердые вещества с ионным типом связей, в которых ионы окружены молекулами воды и образуют твердое кристаллическое тело.

Образование гидратов является одной из проблем, связанных с процессами добычи, переработки и транспортировки природного газа и его производных жидкостей.

Для образования гидратов необходимы три условия:

1) благоприятные термобарические условия. Образованию гидратов благоприятствует сочетание низкой температуры и высокого давления;

2) наличие гидратообразующего вещества – метан, этан, двуокись углерода и другие;

3) достаточное количество воды.

Точные значения температуры и давления гидратообразования зависят от химического состава газа, причем гидраты могут образовываться при температуре выше точки замерзания воды 0⁰С. Для предотвращения гидратообразования достаточно исключить одно из трех условий, перечисленных выше. В случае с природным газом именно гидратообразующие вещества являются полезным продуктом. Поэтому для борьбы с гидратообразованием обратим внимание на два других фактора.

В структуре газогидратов молекулы воды образуют ажурный каркас (то есть решётку хозяина), в котором имеются полости. Установлено, что полости каркаса обычно являются 12- («малые» полости), 14-, 16- и 20-гранниками («большие» полости), немного деформированными относительно идеальной формы. Эти полости могут занимать молекулы газа («молекулы—гости»). Молекулы газа связаны с каркасом воды ван-дер-ваальсовскими связями. В общем виде состав газовых гидратов описывается формулой M·n·H2O, где М — молекула газа-гидратообразователя, n — число молекул воды, приходящихся на одну включённую молекулу газа, причём n — переменное число, зависящее от типа гидратообразователя, давления и температуры.
Полости, комбинируясь между собой, образуют сплошную структуру различных типов. По принятой классификации они называются КС, ТС, ГС — соответственно кубическая, тетрагональная и гексагональная структура. В природе наиболее часто встречаются гидраты типов КС-I, КС-II, в то время как остальные являются метастабильными.

Большинство природных газов (CH4, C2H6, C3H8, CO2, N2, H2S, изобутан и т. п.) образуют гидраты, которые существуют при определённых термобарических условиях. Область их существования приурочена к морским донным осадкам и к областям многолетнемёрзлых пород. Преобладающими природными газовыми гидратами являются гидраты метана и диоксида углерода. При добыче газа гидраты могут образовываться в стволах скважин, промышленных коммуникациях и магистральных газопроводах. Отлагаясь на стенках труб, гидраты резко уменьшают их пропускную способность. Для борьбы с образованием гидратов на газовых промыслах вводят в скважины и трубопроводы различные ингибиторы (метиловый спирт, гликоли, 30%-ный раствор CaCl2), а также поддерживают температуру потока газа выше температуры гидратообразования с помощью подогревателей, теплоизоляцией трубопроводов и подбором режима эксплуатации, обеспечивающего максимальную температуру газового потока. Для предупреждения гидратообразования в магистральных газопроводах наиболее эффективна газоосушка — очистка газа от паров воды.

Основными факторами гидратообразования являются влажность газа, его состав, давление и температура в газопроводе. Применяемые ингибиторы (метанол СН₃ОН, этилен гликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, 30%-ный раствор хлористого кальция и т.д.) способствуют снижению температуры гидратообразования.

Необходимый расход ингибитора определяется по следующей формуле:

q = ( W₁- W₂) * C₂/ ( C₁- C₂), [ кг/1000м³],

где: W₁,W_{2 –}содержание влаги в газе до и после ввода ингибитора, кг/1000м³газа;

C₁,C₂ – массовая концентрация свежего и отработанного ингибитора, %.

Ход работы:

Задание:Рассчитать количество ингибиторов для следующих условий движения газа по газопроводу: начальные давление газа в газопроводе 0,981 МПа (10кгс/см²) и температура +25^оС, конечные давление 0,1962 МПа (2 кгс/см²) и температура 0^оС; количество газа, транспортируемого по газопроводу, равно 900 тыс.м³/сут. Относительная плотность газа по воздуху 0,7. В качестве ингибиторов принять а) хлористый кальций С₁=30% и б) диэтиленгликоль С₁=80%

Решение:

1. Определяетсянеобходимый расход ингибитора по следующей формуле:

q = ( W₁- W₂) * C₂/ ( C₁- C₂), кг/1000м³

где: W₁,W_{2 –}содержание влаги в газе до и после ввода ингибитора, кг/1000м³газа;

C₁,C₂ – массовая концентрация свежего и отработанного ингибитора, %.

2. Согласно номограмме (Приложение №1), количество влаги в начале газопровода W₁=2,2 кг на 1000 м³ газа, количество влаги в конце газопровода W₂=2,0 кг на 1000 м³ газа.

3. Определяется количество воды, конденсирующейся на каждых 1000 м³ газа:

W =W₁- W₂= 2,2 - 2,0 = 0,2 кг

4. Определяется из графика температуру начала образования гидратов (приложение №2). Для данного случая она будет Т_г= +3,5^оС.

5. Определяется величина понижения равновесной температуры t для расхода хлористого кальция по формуле:

t = Т_г–Т_к = 3,5 - 0 = 3,5^оС

6. Определяется концентрация отработанного раствора хлористого кальция С₂ (приложение №3), по графику находим что для t = 3,5 ^оС она будет равна 10% масс.

7. Определяется удельный расход 30%-ного раствора хлористого кальция:

q = 0,2 * 10 / ( 30 – 10 ) = 0,2 кг /1000 м³

8. Определяется суточный расход:

q_сут= 0,2 * 900 = 180 кг

9. Определим количество диэтиленгликоля, которое следует ввести в поток газа для предотвращения образования гидратов при условиях, рассмотренных выше. Начальная концентрация ингибитора С₁= 80%.

10. Определяется по графику для t = 3,5 ^оС концентрация отработанного ингибитора С₂= 12,5% , которую необходимо поддерживать для указанной величины снижения температуры начала образования гидратов.

11. Определяется удельный расход ингибитора (диэтиленгликоля):

q = 0,2 * 12,5 / ( 80 – 12,5 ) = 0,39 кг /1000 м³

12. Суточный расход ингибитора составит:

q_сут= 0,39 * 900 = 35,1 кг

Ответ: q_сут30%-ного раствора хлористого кальция равно 180 кг

q_сутдиэтиленгликоля равно 35,1 кг

Задание к работе:

Рассчитать количество ингибиторов гидратообразования, подаваемых в газопровод.Условия движения газа определены давлением (Р_н) и температурой газа (t_н) в начале газопровода и давлением (Р_к) и температурой (t_к) в конце газопровода. Известно количество транспортируемого газа (Q) и плотность газа по воздуху, а также начальные концентрации ингибиторов (С₁).

Данные к задаче на определение количества ингибиторов для предотвращения гидратообразования в газопроводе

№ варианта	, МПа	,	, МПа	,	Q* ,	∆	, Метанол	, ДЭГ	, СаС
1	1,2	20	0,2	-8	850	0,8	95	-	30
2	0,6	10	0,2	-8	880	0,8	-	75	30
3	1,5	25	0,3	-2	850	0,7	95	75	-
4	1	10	0,2	-12	830	0,7	93	75	-
5	1	15	0,2	-10	920	0,7	94	80	-
6	1,2	20	0,2	-8	870	0,6	94	77	-
7	1,5	20	0,5	0	850	0,8	95	75	-
8	1	15	0,2	-10	800	0,7	-	80	30
9	1,2	20	0,2	-6	875	0,6	90	78	-
10	1	15	0,2	-10	940	0,6	93	80	-
11	1,8	25	1	5	880	0,7	95	70	-
12	0,8	20	0,2	-15	860	0,7	80	78	-
13	1	30	0,2	-2	800	0,8	-	75	30
14	1,5	15	0,6	0	850	0,7	93	70	-
15	1	20	0,2	-7	900	0,7	90	72	-
16	1	20	0,3	0	920	0,6	92	-	30
17	2	25	0,5	0	850	0,8	93	80	-
18	1,25	15	0,2	-10	880	0,7	95	70	-
19	0,8	10	0,2	-15	850	0,6	80	78	-
20	0,4	15	0,2	-10	830	0,6	-	75	30
21	1,2	25	1	-5	920	0,7	93	70	-
22	0,6	15	0,2	-15	870	0,7	90	70	-
23	1,5	30	0,2	-5	875	0,8	92	-	30
24	1	15	0,3	-20	940	0,8	90	78	-