Утилиты 14 - 53
14.12 Образование гидратов
Утилита Образование гидратов рассчитывает точку начала образования твердой фазы газовых гидратов. Расчетная модель основана на фундаментальных термодинамических соотношениях и использует общие свойства, полученные с помощью уравнения состояния. Поэтому эта модель применима к весьма широкому классу смесей и широкому диапазону рабочих условий в отличие от моделей, полученных чисто эмпирическим путем. Имейте в виду, что гидратная кривая может быть выведена на график фазовой диаграммы.
Расчет образования гидратов может проводиться только при применении уравнений состояния Пенга-Робинсона и Соава-Редлиха-Квонга.
Модели расчета гидратов
Для расчета образования гидратов необходимо наличие некоторого количества воды в паровой или жидкой фазе углеводорода, а также гидратообразующих компонентов. Как только достигаются благоприятные условия (высокое давление или низкая температура), гидратообразующие углеводородные молекулы и молекулы воды образуют твердую фазу нестехиометрического состава.
Эти условия могут значительно отличаться от температуры замерзания воды или от точки выпадения свободной воды или льда.
Процессу гидратообразования способствует наличие углеводородных молекул небольшого размера, которые внедряются в пустоты, образуемые структурой воды. Это могут быть низкомолекулярные углеводороды до нормального бутана, некоторые олефины, а также некоторые небольшие неуглеводородные компоненты, такие как двуокись углерода, азот и сероводород.
Для расчета гидратообразования в присутствии свободной воды используется равновесная модель, предложенная ван дер Ваальсом и Платтеу9 и в дальнейшем модифицированная Парришем и Праусницем6. Эта модель была усовершенствована фирмой Аспентех. Для расчета свойств гидратообразующих компонент, находящихся в равновесии с твердой гидратной фазой, используется уравнение состояния. Модель можно использовать для расчета гидратообразования паровой или жидкой углеводородной фазы. Детальное описание механизма образования гидратов и концепций, используемых при формулировке расчетной модели, приводится в указанных выше ссылках.
Аналогичный подход используется для расчета точки образования гидратов в системах без водной фазы, за исключением того, что в расчет принимаются фугитивность воды в соответствующей углеводородной фазе и кристаллическая решетка гидрата. Концептуальное описание модели приводится в статьях Слоана8, Коури и Кобаяши7 и Нг и Робинсона4.
Вутилите может быть использована одна из четырех моделей расчета:
•Assume Free Water (Предполагается наличие свободной воды)
•Asymmetric (Ассимметричная)
•Symmetric (Симметричная)
•Vapour only (Паровая модель)
Если в расчете вода не присутствует как компонент или ее количество близко к 0, автоматически используется модель Assume Free Water, независимо от того, какая модель выбрана.
14 - 54 Утилиты
Assume Free Water (Предполагается наличие свободной воды)
Эта модель рассчитывает температуру образования гидратов в предположении, что поток насыщен водой независимо от реального количества воды в потоке. Результаты расчета в случаях, когда в потоке нет воды и модель Assume Free Water назначается автоматически и, когда в потоке есть вода и модель Assume Free Water выбрана пользователем, схожи. Различия могут быть следствием изменения состава потока , который происходит при удалении из него воды.
Asymmetric (Ассимметричная)
Эта модель является двойной моделью с параметрами, определенными на основе экспериментальных данных по равновесию пар-гидраты и жидкость/водная фаза-гидраты. Модель автоматически выбирает один из двух вариантов расчета в соответствии с реальным наличием фаз, определенным программой расчета фазового равновесия при исследуемых условиях гидратообразования. Асимметричная модель является наиболее универсальной моделью и рекомендуется в большинстве случаев.
Symmetric (Симметричная)
Симметричная модель использует параметры, определенные на основе широкого круга экспериментальных данных по равновесию жидкость/водная фаза-гидраты и именно для таких систем модель дает наиболее точные результаты. Эта модель используется по умолчанию в утилите Образование гидратов.
Vapour only (Паровая модель)
Эта модель использует параметры, определенные на основе экспериментальных данных по равновесию пар-гидраты и именно эти системы модель описывает наиболее точно. Симметричная (Symmetric) и Паровая (Vapour Only) модели являются частями Асимметричной (Asymmetric) модели и могут использоваться, если Асимметричная модель не смогла определить фазу при условиях гидратообразования. Например, Асимметричная модель может неверно определить фазу вблизи границы раздела фаз. Однако, пользователь может выбрать Симметричную или Паровую модель, и утилита будет рассчитана верно.
За исключением модели Наличие свободной воды после того, как выбрана модель расчета, проверьте поле Равновесная фаза, чтобы убедиться, что модель, выбранная для расчета гидратообразования, соответствует равновесной фазе, в которой обнаружены гидраты.
Например, если выбрана Симметричная модель, а Равновесная фаза, в которой обнаружены гидраты – пар, - следует изменить модель расчета на
Асимметричную.
Если задача, содержащая утилиту расчета гидратообразования, создана в старой версии, то автоматически выбирается модель расчета Симметричная. И при считывании такой задачи в новую версию можно изменить модель расчета.
Поле Метод расчета на страницах Данные и Результаты
специализированного окна утилиты в старых версиях заменено на поле Равновесная фаза. Здесь выводится фаза, в которой созданы условия для образования гидратов: Vapour phase (Пар), Liquid phase (Жидкая фаза), Free Water (Вода), Assume Free Water (Предполагается наличие свободной воды). В поле Равновесная фаза выводится <empty> в том случае, когда
Утилиты 14 - 55
температура образования гидратов ниже минимально допустимой -133°С
(140К).
Образование льда
В случае образования льда в поле Тип гидратов выводится сообщение “Ice Forms First” (Сначала образуется лед), а в поле Температура (давление)
образования выводится <empty>.
14.12.1Закладка Данные
На закладке расположены две страницы:
•Соединения
•Примечания
Для выбора потока нажмите кнопку Выбор потока.
Поле |
Описание |
ДА/НЕТ |
Указывается наличие гидратов в системе при текущих |
|
условиях потока. |
|
• Will Form (Образуются) |
|
• Will NOT form (Не образуются) |
|
|
Тип гидратов |
Вводится тип образующихся гидратов. Возможен вариант, |
|
когда сначала образуется лед. Тогда программа выводит |
|
сообщение “Ice Forms First” (Сначала образуется лед). Если |
|
температура выше, чем температура образования, то в этом |
|
поле выводится сообщение No Types (Нет). |
Равновесная фаза |
Возможны варианты: Vapour phase (Пар), Liquid phase |
|
(Жидкая фаза), Free Water (Вода), Assume Free Water |
|
(Предполагается наличие свободной воды). ХАЙСИС может |
|
расчитать точку начала образования твердой фазы в |
|
системах газовых гидратов, находящихся в равновесии со |
|
свободной водой или в системах, где нет свободной воды. |
|
Если вода не включена в число компонентов задачи |
|
или в потоке нет воды, предполагается, что поток |
|
насыщен водой, и модель Assume Free Water |
|
(предполагается наличие свободной воды) |
|
автоматически выбирается для расчета. |
|
|
