2.2 Фазовые переходы в многокомпонентных углеводородных смесях

Фазовые переходы (выделение из нефти растворенного газа, конденсация части газа при компримировании и т.п.) описывается уравнениями фазовых концентраций [4]

(2.16)

где Z_i – молярная доля i-гo компонента в исходной смеси;

 – мольная доля газовой фазы;

К_i – константа фазового равновесия i-го компонента при заданных давлении Р и температуре Т.

Для нахождения мольной доли газовой фазы е удобнее решать объединенное уравнение

(2.17)

Из него, как частные случаи, вытекают условие начала выделения растворенного газа (=0)

(2.18)

и условие начала конденсации многокомпонентного газа (=1)

(2.19)

Прежде чем решать уравнение (2.17) необходимо убедиться, что многокомпонентная смесь находится в двухфазном состоянии. В этом случае должны выполняться неравенства

, . (2.20)

Уравнение (2.17) решается относительно  методом последовательных приближений.

При решении (2.17) важно правильно вычислить константы фазового равновесия K_i. Для этого можно воспользоваться различными номограммами, атласами или табличными данными.

При давлении менее 2 МПа и температурах 263–313 К расчёт констант фазового равновесия рекомендуется вести по формуле

, (2.21)

где а₀, a₁, a₂ – постоянные коэффициенты для каждого компонента смеси (см. таблицу 2.1).

Таблица 2.1 – Величины коэффициентов а₀, a₁, a₂

;

.

После нахождения мольной доли газовой фазы  вычисляют содержание каждого компонента в жидкой (х_i) и газовой (у_i) фазах

; , (2.24)

а также объем газа, приходящийся на 1м³ жидкой фазы при условиях фазового перехода

, (2.25)

где М_Г, М_Ж – молярные массы газовой и жидкой фаз;

ρ_Г, ρ_Ж – их плотности при условиях фазового перехода.

2.3 Определение основных параметров жидкой и газовой фаз

Основными параметрами многокомпонентных углеводородных смесей являются молярная масса, плотность, вязкость, коэффициент сжимаемости, давление насыщения [4].

Молярные массы фаз являются аддитивными величинами, т.е. определяются по правилу пропорционального сложения:

; . (2.26)

Сведения о молярных массах компонентов М_i приведены в таблице А.1. Молярная масса условного компонента С₆₊ зависит от его состава и условий фазового перехода. При температуре не более 293 К величину в газовой фазе допускается принимать равной молярной массе гексана. При повышенных температурах (Т>293 К)

, (2.27)

где – константа фазового равновесия условного компонента.

Молярная масса условного компонента С₆₊ в жидкой фазе находится через молярную массу исходной смеси по формуле

. (2.28)

Плотность жидкой фазы вычисляется по формуле Стендинга и Катца

, (2.29)

где ρ₁ – фиктивная плотность жидкой фазы при стандартных условиях

, (2.30)

Δρ_Т, Δρ_Р – поправки соответственно на температуру и давление

;

, (2.31)

Величина ρ₁ называется фиктивной потому, что легкие углеводороды, азот, углекислый газ при стандартных условиях не могут быть жидкостью.

Плотности индивидуальных углеводородов ρ_i для подстановки в формулу (2.30) берутся из таблице А.1.

Величины фиктивных плотностей метана и этана в общем случае зависят от компонентного состава жидкой фазы и наиболее просто находятся по методике Сибнии нп [4]

; . (2.32)

Однако в этом случае для нахождения ρ₁ по формуле (2.32) требуется решать трансцендентное уравнение.

Учитывая незначительное содержание метана и этана в жидкой фазе при интересующих нас давлении и температуре, с достаточной для инженерных расчетов точностью можно принять ρ_С1=459,3 кг/м³, ρ_С2=519,5 кг/м³.

Плотность условного компонента С₆₊ в жидкой фазе вычисляется по формуле Крего

. (2.33)

Плотность газовой фазы при условиях фазового перехода

, (2.34)

где ρ_ну – плотность газа при нормальных условиях

;

z – коэффициент сжимаемости газа

, (2.35)

Р_пр, Т_пр – приведенные соответственно давление и температура

, ; (2.36)

P_кpi, T_кpi – критические давление и температуры i-гo компонента (таблица А.1).

Для условного компонента С₆₊ критические параметры вычисляют по корреляционным зависимостям

;

. (2.37)

Динамическая вязкость жидкой фазы приближенно может быть найдена по формуле Кондела-Монроэ

, (2.38)

где μ_i – динамическая вязкость i-гo компонента (таблица А.1).

Для фиктивного компонента С₆₊ величину динамической вязкости можно вычислить по формуле СибНИИ НП

. (2.39)

Для жидкой фазы, содержащей растворенный газ, можно также пользоваться формулой

(2.40)

а для жидкостей, разгазированных при атмосферном давлении

, (8.41)

где ρ_В – плотность воды.

В формулах (2.39)–(2.41) динамическая вязкость рассчитывается в мПа∙с.

Учитывая приближенный характер расчета μ по формулам (2.40), (2.41), можно рекомендовать для нахождения динамической вязкости при температуре Т подставлять в них плотность жидкой фазы при этой же температуре.

Динамическая вязкость газовой фазы при нормальных условиях находится по формуле

. (2.42)

Вязкость условного компонента С₆₊ в газовой фазе можно принять равной 0,0057 мПа∙с.

Давление насыщения жидкой фазы при заданной температуре находится методом последовательных приближений из уравнения

. (2.43)