海洋石油工艺设计手册3-工艺流程模拟计算

海洋石油工艺设计手册3-工艺流程模拟计算内容摘要：

度（℃） 井口压力（ kPa） 原油 溶解气（ Sm3/d） 生产水 A1 300 18900 59 45 1000 A2 150 9450 65 42 1000 A3 540 34020 92 40 1000 A4 300 18900 80 45 1000 A5 350 22050 86 43 1000 具体模拟步骤如下： 1）进入模拟基础环境（ Simulation Basis Environment），创建一个新的模拟文件（ Building the Simulation） 打开 ，点击 New Case图标，进入 Simulation Basis Manager。 （ 1）建立组分单（ Component Lists） ①选择 Components项，进入 Component List View，命名新的组分单 Oil Wellhead Platform； ②添加纯组分，即将表 234中的 N H2S、 CO C1～ nC5这些纯组分添加到组分单 Oil Wellhead Platform中； ③模拟虚拟组分 C6+，即输入表 234中 C6+已知的性质，对于其它未知的性质默认由软件的估算值，这样就得到了 C6+完整的性质； ④将模拟得到的虚拟组分 C6+添加到组分单 Oil Wellhead Platform中； ⑤通过原油管理器（ Oil Manager）进入原油特性环境（ Oil Characterization Environment），根据表 232和表 233中的性质，模拟原油的特性，并切割成 6个虚拟组分，分别为 NBP_13 NBP_22 NBP_30 NBP_38 NBP_495和 NBP_682，图 232是原油实沸点蒸馏数据输入值与模拟计算值的对比，从中可以看出模拟计算的 TBP数据与输入值拟合得较好。 图 232 例一原油实沸点蒸馏 数据输入值与模拟值的对比 由于 A1～ A5井的原油性质均相同，因此 5口井通过模拟得到的原油组分亦相同。 ⑥添加原油虚拟组分 NBP_13 NBP_22 NBP_30 NBP_38 NBP_495和NBP_682，这样例一完整的组分单 Oil Wellhead Platform中的各组分如图 233所示。 图 233 例一的组分单 Oil Wellhead Platform （ 2）建立流体包（ Fluid Package） ①选择 Fluid Pkgs项，进入 Fluid Package： Basis1，命名 新的流体包 Crude； ②从特性包内选择合适本例的状态方程 Peng Robinson； ③在 Component List Selection栏中选择刚才建立的组分单 Oil Wellhead Platform。 （ 3）将模拟文件命名为 PFD of FPSO 2）进入模拟环境（ Simulation Environment）中的主流程环境（ Main Flowsheet Environment），首先出现的一般为主流程的工艺流程图（ PFD）、工作手册（ Workbook）和汇总（ Summary）中的任意一个，本例中默 认缺省出现的 PFD。 3）在主流程环境中添加井口平台子流程（ SubFlowsheet） （ 1）添加子流程图标并将其命名为 WHPA，双击图标进入子流程 WHPA的 PFD （ 2）在 PFD中添加和定义 A1～ A5井的原料流线 添加单元操作元件的方法有三种，即根据命令 Menu Bar、 Workbook和 Object Palette分别进行添加。 在添加过程中要注意的是，由于表 235中给出的生产水量为游离水量，不是饱和水量，因此此时先不要输入单井 A1～ A5的生产水流线 A1_H2O～A5_H2O的流量。 （ 3）返回模拟 基础环境（ Simulation Basis Environment），随后进入原油特性环境（ Oil Characterization Environment） （ 4）在原油特性环境（ Oil Characterization Environment）中，进入 Install Oil项，将模拟好的原油组分分别传送至 A1～ A5井的原油流线 A1_Oil～ A5_Oil上。 （ 5）退出原油特性环境（ Oil Characterization Environment），返回子流程 WHPA的PFD，添加和定义单元操作元件（ Unit Operation）以及相应的流线（ Stream） ①首先添加 5台带热源的三相分离器（ 3Phase Separator），将 5口井各自的油、气、水三条原料流线在标准状态下（ ℃、 ）分别连接到三相分离器的入口； ②其次，每口井分别添加 3个逻辑命令 调节器（ Adjust），根据表 235中给出的单井油、气、水产量（即为分离器出口油、气、水三相的实际体积流量）自动计算出分离器入口油、气、水三相的质量流量，此时注意确保分离器出口的温度为 ℃； ③接着添加 5个混合器（ Mixer）分别将 5口井三相分离器出口的油、气、水三相混合起来，就得到了 5口单井在标准状态下的混合流线 A1_Std～ A5_Std； ④再添加 5条新的物料流线 A1～ A5，其操作条件分别按照表 235中给出的单井井口压力、温度输入； ⑤之后添加 5个平衡命令（ Balance），选择 mole平衡，将 A1_Std和 A A2_Std和 AA3_Std和 A A4_Std和 A A5_Std和 A5分别通过 Balance相连，即将 mole组分分别从 A1_Std～ A5_Std传输到 A1～ A5； ⑥最后将 5口单井的井口物流 A1～ A5混合起来，就得到了井口平台 WHPA上 5口生产井的混合流线 Pipe in。 井口平台 WHPA的工艺流程见图 234。 图 234 例一井口平台 WHPA的模拟工艺流程 4）在子流程 WHPA与主流程 PFD of FPSO之间通过边界（ boundary）传递原料流线Pipe in的物性，传递基础（ Transfer Basis）确定为 TP，这样，在主流程中通过 TP闪蒸计算就得到了原料流线 Pipe in的物性。 5）进入主流程的 FPD，根据需要依次添加海管 Pipeline、阀门 VLV100、 VLV10VLV10 VLV103和 VLV10原油换热器 FPSOE20原油加热器FPSOH20 FPSOH20 FPSOH20游离水分离器 FPSOV20热化学脱水器 FPSOV20电脱水器 FPSOV20进料泵 FPSOP20原油冷却器FPSOWC2020等单元操作、 Adjust Adjust2和 Adjust3等逻辑命令，原料流线 Pipe Out、 1～ 31等。 在添加过程中以海管 Pipeline为例，具体介绍单元操 作的添加和定义过程，其余元件或流线的参数则按照表 236中的参数进行添加。 表 236 例一主流程中主要单元操作、原料流线的已知参数 类别 名称 参数（项 /栏） 输入项（值） 单元操作（ Unit Operation） FPSOE2020 Delta P（ Design/Parameters） T:50kPa S:40kPa Delta Temp（流线 2与 4）（ Design/Spec） 5℃ FPSOH2020 Delta P（ Design/Connections） 50kPa FPSOV2020 Delta P（ Design/Parameters） 0 FPSOH2020 Delta P（ Design/Connections） 50kPa FPSOV2020 Delta P（ Design/Parameters） 0 FPSOP2020A/B Adiabatic Efficiency（ Design/Parameters） 75% FPSOH2020 Delta P（ Design/Connections） 50kPa FPSOV2020 Delta P（ Design/Parameters） 0 FPSOWC2020A/B Delta P（ Design/Parameters） T:20kPa S:50kPa 逻辑命令（ logics） ADJ1 Adjusted： 10/Mass Flow Target： 11/Comp Volume Frac.（ H2O） Specified Target Value： ADJ2 Adjusted： 17/Mass Flow Target： 18/Comp Volume Frac.（ H2O） Specified Target Value： ADJ3 Adjusted： 26/Mass Flow Target： 3/Comp Volume Frac.（ H2O） Specified Target Value： 原料流线（ Material Stream） 1 Pressure（ Worksheet/Conditions） 600kPa 5 Temperature（ Worksheet/Conditions） 70℃ 11A Pressure（ Worksheet/Conditions） 170kPa 12 Temperature（ Worksheet/Conditions） 85℃ 19 Pressure（ Worksheet/Conditions） 350kPa 20 Temperature（ Worksheet/Conditions） 90℃ 25， 27， 29 Pressure（ Worksheet/Conditions） 120kPa 31 Temperature（ Worksheet/Conditions） 50℃ Cold Water Temperature（ Worksheet/Conditions） 25℃ Pressure（ Worksheet/Conditions） 640kPa Mole Fraction H2O=1 Hot Water Temperature（ Worksheet/Conditions） 35℃ 海管 Pipeline的添加和定义过程 （ 1）首先调出 Object Palette选择 Pipe Segment图标，将其安放在 PFD的适当位置并双击打开，在 Design项的 Connections栏中，将 Name填上 Pipeline，管线入口连接原料流线 Pipe in,出口添加新的原料流线 Pipe Out、能源流线 Q104； （ 2）随后在 Design项中的 Parameters栏的管线计算公式中选择 Beggs and Brill； （ 3）打开 Rating项的 Sizing栏，点击 Append Segment键，依次填入海管长度、高差、内径、外径、管材、分段数等参数，其中的有些缺省值可以默认；在 Heat Transfer栏中计算类型选择 Overall HTC，在 Overall Transfer Coefficient中填入海水底层最 低温度和总传热系数（取 2 kcal/.℃）等值； （ 4） HYSYS计算后得到海管的出口条件为 ， ℃。 模拟好的 FPSO工艺流程见图 235。 6）在主流程环境中添加燃料气系统子流程（ SubFlowsheet） （ 1）添加子流程图标并将其命名为 Fuel Gas； （ 2）子流程 Fuel Gas与主流程 PFD of FPSO之间通过边界（ boundary）传递原料流线6（即游离水分离器气相出口）的物性，传递基础（ Transfer Basis）确定为 TP，这样，在主流程中通过 TP闪蒸计算就得到了原料流线 6（子流程中流线改名为 1）的物性； （ 3）双击 FUEL GAS的图标后进入到其 PFD中，根据需要依次添加燃料气前冷却器FPSOWC3110A/B、 FPSOWC3120A/B、 FPSOWC3130A/B、燃料气气涤器FPSOV31 FPSOV31 FPSOV31燃料气一级压缩机 FPSOC3110A/B、燃料气二级压缩机 FPSOC3120A/B、燃料气加热器 FPSOH3110等单元操作，原料流线 101～。