SVEUČILIŠTE U ZAGREBU RUDARSKO-GEOLOŠKO-NAFTNI FAKULTET Diplomski studij naftno rudarstvo SIMULACIJA POTROŠNJE ENERGIJE NA NAFTNIM POSTROJENJIMA Diplo

Транскрипт

1 SVEUČILIŠTE U ZAGREBU RUDARSKO-GEOLOŠKO-NAFTNI FAKULTET Dplomsk studj naftno rudarstvo SIMULACIJA POTROŠNJE ENERGIJE NA NAFTNIM POSTROJENJIMA Dplomsk rad Gojkovć, Vedran N-273 Zagreb, 2018.

2 Sveučlšte u Zagrebu Rudarsko-geološko-naftn fakultet Dplomsk rad SIMULACIJA POTROŠNJE ENERGIJE NA NAFTNIM POSTROJENJIMA VEDRAN GOJKOVIĆ Rad je zrađen na: Sveučlšte u Zagrebu Rudarsko-geološko-naftn fakultet Zavod za naftno rudarstvo Perottjeva 6, Zagreb Sažetak Ptrošnja energje na naftnm postrojenjma do je problematke energetskh pokazatelja postrojenja unutar naftne ndustrje. Problematka energetskh pokazatelja određena je odnosom potražnje dobave energje promatranog energetskog sustava. Određvanje energetskh pokazatelja odabranog energetskog sustava provod se energetskom analzom. Odabran energetsk sustav je odobalno prozvodno naftno postrojenje. Clj rada je zrada osnovnog teoretskog modela odabranog energetskog sustava. Energetskom analzom utvrđena su svojstva osnovn energetsk pokazatelj promatranog sustava. Određvanjem masenh energetskh tokova modela dobven su odnos potražnje dobave energje odabranog energetskog sustava. Teoretsk model odobalnog prozvodnog naftnog postrojenja osnovn je reprezentatvn pokazatelj dnamke masenh energetskh tokova realnh sustava. Ključne rječ: Dplomsk rad sadrž: Jezk zvornka: Dplomsk rad pohranjen: nafta, energetka, model 41 stranca, 9 tablca, 20 slka 13 referenc. Hrvatsk Knjžnca Rudarsko-geološko-naftnog fakulteta Perottjeva 6, Zagreb Vodtelj: Pomoć pr zrad: Dr. sc. Luka Perkovć, docent RGNF Mag. ng. Amala Lekć, asstent RGNF Ocjenjvač: 1. Dr. sc. Luka Perkovć,, docent RGNF 2. Dr. sc. Tomslav Kurevja, zvanredn profesor RGNF 3. Dr. sc. Domagoj Vuln, zvanredn profesor RGNF Datum obrane: , Rudarsko-geološko-naftn fakultet, Sveučlšte u Zagrebu

3 Unversty of Zagreb Faculty of Mnng, Geology and Petroleum Engneerng Master's Thess ENERGY CONSUMPTION SIMULATION FOR OIL PLANTS VEDRAN GOJKOVIĆ Thess completed at: Unversty of Zagreb Faculty of Mnng, Geology and Petroleum Engneerng Department of Petroleum Engneerng Perottjeva 6, Zagreb Abstract Energy power consumpton of ol plants s part of the ssue of energy performance ndcators wthn the ol ndustry. The ssue of energy ndcators s determned by the relatonshp between demand and the energy supply of the observed energy system. The determnaton of energy ndcators of a partcular energy system s carred out by energy analyss. The selected energy system s an offshore ol producton plant. The am of the thess s to produce the basc theoretcal model of the selected energy system. Energy analyss has determned the propertes and basc energy ndcators of the observed system. By determnng the mass and energy flows of the model, the relatonshp between the demand and energy supply of the selected energy system was obtaned. The theoretcal model of an offshore ol producton plant s the basc representatve ndcator of the dynamcs of mass and energy flows for real systems. Keywords: Thess contans: Orgnal n: Thess deposted at: Supervsor: Techncal support and assstance: ol, energetcs, model 41 pages, 9 table, 20 fgures and 13 references Croatan The Lbrary of the Faculty of Mnng, Geology and Petroleum Engneerng, Perottjeva 6, Zagreb Assstant Professor Luka Perkovć, PhD Amala Lekć, MSc. Revewers: 1. Assstant Professor Luka Perkovć, PhD 2. Assocate Professor Tomslav Kurevja, PhD 3. Assocate Professor Domagoj Vuln, PhD Date of defense: September 28, 2018, Faculty of Mnng, Geology and Petroleum Engneerng, Unversty of Zagreb

4 Sadržaj Pops slka... I Pops tablca... II Pops smbola... III 1. UVOD METODA ANALIZA SLUČAJA Postavke slučaja Modelranje maseno-energetskh blanc sustava Analza rezultata ZAKLJUČAK LITERATURA... 40

5 Pops slka Slka 2-1. Prkaz algortma postupka zrade rada... 2 Slka 2-2. Prkaz algortma postupka zračuna jednadžbe stanja za jednu točku sustava... 4 Slka 2-3. Prkaz generalzranog slučaja postupka zračuna promjene entalpje Slka 2-4. Prkaz algortma zračuna molarnh udjela separranh faza Slka 3-1. Prkaz granca sustava modela raspored podsustava Slka 3-2. Prkaz algortma modelranja zdvojene kolčne plnskog gorva Slka 3-3. Prkaz energetske blance podsustava kogeneracje Slka 3-4. Prkaz energetske blance podsustava separacje Slka 3-5. Prkaz energetske blance podsustava prozvodnog razdjelnka Slka 3-6. Prkaz energetske blance podsustava rekompresje tretmana plna Slka 3-7. Prkaz energetske blance podsustava kompresje plna Slka 3-8. Prkaz energetske blance podsustava tretmana plnskog gorva Slka 3-9. Prkaz energetske blance podsustava pumpanja nafte Slka Prkaz sheme modelrane elektrčne toplnske energje Slka Prkaz masenh tokova modela sustava u jednc vremena Slka Prkaz energetskh tokova dobave energje u jednc vremena Slka Prkaz energetskh tokova u jednc vremena Slka Prkaz ovsnost dobave masenog protoka potražnje energje Slka Prkaz potrošnje energje u jednc vremena Slka Prkaz dobave energje u jednc vremena I

6 Pops tablca Tablca 2-1. Kemjsk sastav prozvodnog fluda prpadajuća svojstva... 3 Tablca 2-2. Koefcjent zračuna toplnskog kapacteta pr konstantnom volumenu... 6 Tablca 3-1. Pretpostavljene vrjednost tlaka temperature razmatranh podsustava Tablca 3-2. Molarn udjel kemjskh komponent separranh faza Tablca 3-3. Molarn udjel plnovte faze prje nakon tretmana čšćenja plna Tablca 3-4. Masen protoc svh podsustava modela Tablca 3-5. Vrjednost promjena entalpja svakog podsustava cjelog modela Tablca 3-6. Energetsk tokov dobave energje u jednc vremena Tablca 3-7. Dobvene snage energetskh tokova II

7 Pops smbola = acentrčn faktor pojedne komponente [-] H = entalpja [J/mol] H = entalpja formacje kemjske reakcje [MJ/mol] f ID H = entalpja pr dealnm uvjetma [J/mol] Z = faktor kompresblnost [-] = fugactet pojedne faze [-] GV = funkcja pretpostavljenog udjela plnske faze u smjes fluda prje separacje [-] h = gornja ogrjevna vrjednost [J/t] ID C p = dealn toplnsk kapactet pr konstantnom tlaku [J/Kmol] ID C = dealn toplnsk kapactet pr konstantnom volumenu [J/Kmol] S = zračunata tolerancja fazne ravnoteže [-] f = koefcjent fazne ravnoteže pojedne faze [Pa] T c = krtčna temperatura pojedne komponente [K] p c = krtčn tlak pojedne komponente [Pa] q = masen protok [t/s] z = molarn udo pojedne komponente [%] W x = molarn udo pojedne komponente faze vode [%] O x = molarn udo pojedne komponente naftne faze [%] y = molarn udo pojedne komponente plnske faze [%] = molarn volumen [m 3 /mol] K = omjer faze vode plnske faze [-] III

8 K = omjer plnske naftne faze [-] R = opća plnska konstanta [J/Kmol] H rxn = oslobođena energja (gornja orgjevna vrjednost) [J/mol] H ID H = promjena entalpje [J/mol] = razlka entalpja pr dealnm uvjetma [J/mol] dep H = razlka entalpje pr razmatranm dealnm uvjetma [J/mol] dep H = razlka razlke entalpje pr razmatranm dealnm uvjetma [J/mol] T = razlka temperatura [K] R U = rezdualna unutarnja energja [J/mol] R C p = rezdualn toplnsk kapactet pr konstantnom tlaku [J/Kmol] R C V = rezdualn toplnsk kapactet pr konstantnom volumenu [J/Kmol] P el. = snaga elektrčne energje [W] H = snaga energetskog toka [W] P topl.= snaga toplnske energje [W] T = temperatura [K] p = tlak [Pa] topl. = toplnska energja u jednc vremena [W] C p = toplnsk kapactet pr konstantnom tlaku [J/Kmol] C = toplnsk kapactet pr konstantnom volumenu [J/Kmol] W = udo faze vode u smjes fluda prje separacje [-] O = udo naftne faze u smjes fluda prje separacje [-] V = udo plnske faze u smjes fluda prje separacje [-] = zadana tolerancja fazne ravnoteže [-] IV

9 1. UVOD Potrošnja energje na naftnm postrojenjma do je problematke energetskh pokazatelja postrojenja unutar naftne ndustrje. Razmatrana naftna postrojenja prozvodnog su tpa. Potrošnja energje predstavlja ukupnu potrebnu energju kako b promatran sustav mogao zvršavat svoju funkcju u jednc vremena. Osnovn energetsk pokazatelj razmatranh sustava su potrošnja (potražnja) dobava energje. Odnos potražnje dobave energje predstavlja problematku razmatranh energetskh sustava. Odnos potražnje dobave energje određuje dnamku masenh energetskh tokova promatranog sustava. Energetsk pokazatelj predstavljaju energetska svojstva promatranog sustava. Energetsk pokazatelj određuju se energetskom analzom odabranog sustava. Odabran energetsk sustav za provedbu energetske analze je odobalno prozvodno naftno postrojenje. Clj rada je zrada osnovnog teoretskog modela odabranog energetskog sustava, te provedba energetske analze. Interpretacja raščlanjvanje svojstava energetskh pokazatelja teoretskog modela odobalnog prozvodnog naftnog postrojenja predstavlja provedbu energetske analze. Lteratura korštena pr zrad rada sastoj se od nekolko referencranh članaka knjga. Do lterature sastoj se od članaka koj analzraju prozvodn dan prozvodnh naftnh plnskh postrojenja (platform) u Sjevernom moru Brazlu. Studje analze koje procjenjuju stanje učnkovtost takvh postrojenja uglavnom se temelje na ekološkom utjecaju l na konvenconalnm energetskm evaluacjama. Energetska evaluacja uključuje analzu energetskh eksergetskh tokova energja raspravu o mogućm unaprjeđenjma učnkovtost termodnamčkh pokazatelja promatranh sustava. Energetska analza prkazuje procjenjuje pretvorbu jednog oblka energje u drug unutar promatranog sustava temelj se na prvom zakonu termodnamke. Drug do lterature odnos se na zračune termodnamčkh svojstava koefcenata fluda korštenh za potrebe ovoga rada. Proračunsk do lterature uključuje sve korštene prstupe, funkcje formulacje potrebne za provedbu zračuna. Programsk jezc koršten pr zrad rada su Mcrosoft Offce 2016 (Word, Excel), te Python Anaconda Cloud

10 2. METODA Algortamsk prkaz postupka zrade rada prkazuje slka 2-1. Postupak zrade rada podjeljen je u tr koraka. Prv korak odnos se na ulazne podatke, odnosno sve potrebne pretpostavke ulaznh vrjednost kako b se moglo prstupt sljedećem koraku postupka. Drug korak je zrada teoretskog modela odobalnog prozvodnog naftnog postrojenja. Izrada modela provedena je modelranjem masenh energetskh blanc zadanog sustava. Treć korak provedba je analze dobvenh rezultata modela. Izradom modela sustava određen su odnos potrošnje dobave energje unutar granca sustava modela kroz razmatran vremensk nterval. Izradom masenh energetskh tokova energje određena je funkcja osnovnh energetskh pokazatelja modela sustava. Slka 2-1. Prkaz algortma postupka zrade rada Izračun svojstava prozvodnog fluda vezan je uz kemjsk sastav krtčna svojstva. Molarn udjel kemjskog sastava prozvodnog fluda zadan su prema prosječnm vrjednostma razlčth prozvodnh fluda prema lteratur Van Nguyen et al. (2013). Prozvodn flud je ulazn flud u sustav sastoj se od naftnog kondenzata s vezanom vodom plnom. Slobodn pln nje pretpostavljena komponenta ulaznog prozvodnog fluda. Kemjsk sastav prozvodnog fluda pretpostavljen je s odgovarajućm molarnm udjelma kemjskh komponent sastava. Kemjsk sastav prozvodnog fluda sastoj se od nekolko stvarnh kemjskh komponent jednom teoretskom komponentom (C7+) koja aproksmra 2

11 sve teške ugljkovodke koje stvarn prozvodn flud može sadržavat. Svojstva kemjske komponente C7+ pretpostavljena su prema Jones Pujado (2006) Hussen et al. (2003), gdje su zračunata z nekolko pseudo-komponent (teoretskh komponent). Krtčna svojstva su preuzeta z Smth et al. (2001), sastoje se od krtčnog tlaka temperature, te acentrčnog faktora pojedne komponente sastava. Tablca 2-1 prkazuje pretpostavljene molarne udjele kemjskog sastava prozvodnog fluda preuzeta prpadajuća svojstva pojedne prkazane kemjske komponente. Tablca 2-1. Kemjsk sastav prozvodnog fluda prpadajuća svojstva Kemjsk sastav Molarn udo ( ) [%] z Molarna masa ( M z [g/mol] ) Krtčna temperatura ( )[K] T c Krtčn tlak p ) [MPa] ( c Acentrčn faktor ( ) [-] CH4 49,20 16,04 190,56 4,599 0,01 C2H6 4,70 30,07 305,41 4,880 0,10 C3H8 4,70 44,10 369,77 4,240 0,15 n-c4h10 3,40 58,12 425,10 3,784 0,20 n-c5h12 1,40 72,15 469,65 3,365 0,25 n-c6h14 0,60 86,18 506,40 3,030 0,30 CO2 0,90 44,01 304,11 7,374 0,27 N2 2,80 28,01 126,21 3,398 0,04 C7+ 12,30 156,52 654,31 2,236 0,51 H20 20,00 18,02 647,10 22,064 0,34 Izračun termodnamčkh svojstava svh fluda unutar sustava proveden je pomoću jednadžbe stanja prema Peng Robnson (1976). Izračunom jednadžbe stanja dobven je faktor kompresblnost (korekcja od dealnog stanja) svakog fluda. Bnarn nterakcjsk parametr komponenata kemjskog sastava nsu uključen u zračun jednadžbe stanja fluda. Slka 2-2 prkazuje algortam postupka zračuna jednadžbe stanja za jednu točku sustava. 3

12 Slka 2-2. Prkaz algortma postupka zračuna jednadžbe stanja za jednu točku sustava Izračun jednadžbe stanja svh fluda u svakoj točk sustava (svakom podsustavu) proveden je prema jednadžbama (2-1, do 2-11): RT a p b b b b (2-1) N N a z z a a (2-2) 1 j1 j j N b z b (2-3) 1 a a (2-4) c a c a RT 2 2 c (2-5) p c 1 1 T T c (2-6) 0, , , (2-7) 2 b RT b c (2-8) pc 4

13 Z 1B Z A 2B 3B Z AB B B 0 (2-9) A ap RT 2 2 (2-10) B bp RT (2-11) Gdje su: Z = faktor kompresblnost promatranog fluda [-] R = opća plnska konstanta [J/Kmol] T = temperatura promatranog fluda [K] p = tlak promatranog fluda [Pa] = molarn volumen promatranog fluda [m 3 /mol] T c = krtčna temperatura pojedne komponente promatranog fluda [K] p c = krtčn tlak pojedne komponente promatranog fluda [Pa] = acentrčn faktor pojedne komponente promatranog fluda [-] a = 0, b = 0, z = molarn udo pojedne komponente promatranog fluda [%] Pomoću faktora kompresblnost određene su potrebne termodnamčke relacje parcjalnh dervacja pr konstantnm vrjednostma za svaku točku sustava (podsustav). Izračun toplnskog kapacteta pr konstantnom molarnom volumenu za svak flud svh podsustava modela pr dealnm termodnamčkm uvjetma zrađen je pomoću pretpostavljenh koefcjenata pojednh komponent kemjskog sastava svh fluda unutar sustava prema Smth et al. (2001), svojstva koefcjenata C7+ frakcje kemjskog sastava aproksmrana su prema Smth et al. (2001). Tablca 2-2 prkazuje koefcjente za zračun toplnskog kapacteta pr konstantnom volumenu. 5

14 Tablca 2-2. Koefcjent zračuna toplnskog kapacteta pr konstantnom volumenu Kemjska komponenta A B [10 3 ] C [10 6 ] D [10-5 ] CH4 1,70 9,081-2,164 0 C2H6 1,13 19,225-5,561 0 C3H8 1,21 28,785-8,824 0 n-c4h10 1,94 36,915-11,402 0 n-c5h12 2,46 45,351-14,111 0 n-c6h14 3,03 53,722-16,791 0 CO2 5,46 1, ,157 N2 3,28 0, ,04 C7+ 3,59 62,093-19,471 0 H20 3,47 1,45 0 0,121 Termodnamčke relacje parcjalnh dervacja pr konstantnm vrjednostma zvedene su z jednadžbe (2-1). Izračun termodnamčkh relacja parcjalnh dervacja pr konstantnm vrjednostma za svak flud unutar svh podsustava proveden je prema Smth et al. (2001) Pratt (2001), prema jednadžbama (2-12, do 2-20): p T 1 T p T P (2-12) p RT 2 a( b) T b b b b 2 2 p R a T b b b b (2-13) (2-14) N N da 1 a j a a z z j a a j (2-15) dt 2 1 j1 a a j 6

15 da za a dt T 1 z 1 T c TT c (2-16) R Z T T P p T P Z (2-17) A B Z T P T T Z B Z A B B P 2 2 B Z 6BZ 2Z 3B 2B A Z P (2-18) A p 2a a 2 2 T P R T T (2-19) B T P bp 2 RT (2-20) Gdje su: p T = parcjalna dervacja tlaka po molarnom volumenu pr konstantnoj temperatur promatranog fluda [Pa/(m 3 /mol)] p = parcjalna dervacja tlaka po temperatur pr konstantnom T molarnom volumenu promatranog fluda [Pa/K] T P = parcjalna dervacja molarnog volumena po temperatur pr konstantnom tlaku promatranog fluda [(m3/mol)/k] T = parcjalna dervacja temperature po tlaku pr konstantom molarnom p volumenu promatranog fluda [K/Pa] Izračun toplnskog kapacteta pr konstantnom molarnom volumenu svh fluda unutar svakog podsustava modela proveden je prema Smth et al. (2001) Pratt (2001), prema jednadžbama (2-21, do 2-26): 7

16 ID R C C C (2-21) C ID N z C (2-22) 1 ID ID 2 2 C R A BT CT DT 1 (2-23) C R Ta Z B 1 2 ln b 8 Z B 1 2 (2-24) 2 N N 1 a a a a j j a j a 1 a a j a j a da d a a 2 zz j (2-25) dt dt j1 a 2 a j a a j a a j T a 1 a (2-26) c 2 c da d a T 2 dt dt 2TTc Gdje su: C = toplnsk kapactet pr konstantnom volumenu [J/Kmol] ID C = dealn toplnsk kapactet pr konstantnom volumenu [J/Kmol] R C = rezdualn toplnsk kapactet pr konstantnom volumenu [J/Kmol] Pomoću zračunath relacja parcjalnh dervacja toplnskog kapacteta pr konstantnom volumenu, zračunat su toplnsk kapactet fluda pr konstantnom tlaku rezdualna unutarnja energja fluda. Izračun toplnskog kapacteta pr konstantnom tlaku rezdualne unutarnje energje svh fluda unutar svakog podsustava modela proveden je prema Smth et al. (2001) Pratt (2001), prema jednadžbama (2-27, do 2-30): C C C (2-27) ID R p p p p R R Cp C T R T T P (2-28) 8

17 ID ID Cp C R (2-29) U R Ta Z B 1 2 a ln b 8 Z B 1 2 (2-30) Gdje su: C p = toplnsk kapactet pr konstantnom tlaku [J/Kmol] ID C p = dealn toplnsk kapactet pr konstantnom tlaku [J/Kmol] R C p = rezdualn toplnsk kapactet pr konstantnom tlaku [J/Kmol] R U = rezdualna unutarnja energja [J/mol] S zračunatm potrebnm svojstvma određena je razlka entalpje fluda pr zadanm uvjetma entalpje dealnog fluda pr dealnm uvjetma (engl. enthalpy departure ). Za flud pr protjecanju zmeđu dvje odabrane točke sustava pr razlčtm zadanm uvjetma tlaka temperature zračunata je razlka entalpja koja opsuje proces koj je flud prošao kako b prešao z prvog stanja prve odabrane točke sustava, u drugo stanje drugu odabranu točku sustava. Razlka entalpja zračunata je prema Smth et al. (2001), korsteć alternatvn termodnamčk put opsanog procesa promjene svojstava stanja od realnog, odnosno stvarnog tjeka procesa koj b flud prošao prelaskom jednog stanja u drugo. Rezultat takvog procesa je neovsan o prjeđenom putu koj dovod do rješenja, nego ovs o početnm konačnm uvjetma. Ovm prstupom zračun razlke entalpja prvog drugog stanja sustava je pojednostavljen provod se kroz tr koraka. Prv korak uključuje već opsan zračun razlke entalpje fluda pr zadanm dealnm termodnamčkm uvjetma. Drug korak se sastoj od zračuna razlke entalpja fluda dealnh svojstava (mnmalan tlak), pr drugom prvom zadanom uvjetu temperature, a treć korak je zračun razlke entalpja fluda pr drugm dealnm (mnmalan tlak) uvjetma u drugoj odabranoj točk sustava. Zbrojem rješenja prva dva koraka zračuna oduzmajuć rješenje trećeg koraka, opsan je alternatvn termodnamčk put promjene entalpja realnog fluda z prve odabrane točke sustava u drugu točku sustava s prpadajućm termodnamčkm uvjetma. Konačna zračunata vrjednost promjene entalpje alternatvnm termodnamčkm putem jednaka je vrjednost promjene entalpje realnm procesom, bez obzra što koršten put promjene svojstava nje st kao 9

18 realn. Slka 2-3 prkazuje postupak zračuna promjene entalpje realnog fluda za opć generalzran slučaj. Slka 2-3. Prkaz generalzranog slučaja postupka zračuna promjene entalpje Izračun promjene entalpje svh fluda svakog podsustava modela proveden je prema jednadžbama (2-31, do 2-33): H H( T, p ) H( T, p ) (2-31) zlaz zlaz ulaz ulaz ID dep ID dep H H ( T ) H ( T, p ) H ( T ) H ( T, p ) (2-32) zlaz zlaz zlaz ulaz ulaz ulaz ID dep H H H (2-33) Gdje su: H = promjena entalpje unutar sustava [J/mol] ID H = razlka entalpja promatranh fluda pr dealnm uvjetma [J/mol] dep H = razlka razlke entalpje fluda pr razmatranm dealnm uvjetma [J/mol] H = entalpja promatranog fluda [J/mol] ID H = entalpja promatranog fluda pr dealnm uvjetma [J/mol] dep H = razlka entalpje fluda pr razmatranm dealnm uvjetma [J/mol] Izračun entalpje svh fluda pr dealnm uvjetma (mnmalan tlak) svakog podsustava modela proveden je prema jednadžb (2-34): 10

19 (2-34) ID H Cp T Gdje je: T = razlka temperatura promatranh fluda [K] Izračun razlke entalpje svh fluda unutar svakog podsustava modela pr razmatranm dealnm uvjetma proveden je prema jednadžb (2-35): dep ID R H H H U RT ( Z 1) (2-35) Izračun novh kemjskh sastava trju faza nakon separacje (pln, nafta, voda) (engl. flash evaporaton ) zvršen je prema Lapene et al. (2010). Sastoj se od nekolko koraka. Prv korak je pretpostavljanje faznh omjera korsteć jednadžbe (2-48, 2-49). Drug korak je pretpostavljanje koefcjenta plnskog faznog udjela u prvotnoj smjes svh faza prozvodnog fluda, te zadavanje molarnh udjela kemjskog sastava vodene faze u kojoj kemjska komponenta vode nos maksmalnu vrjednost, dok su ostale kemjske komponente mnmalnog udjela. Treć korak je zadavanje zajednčkog koefcjenta svh faza korsteć jednadžbu (2-47). Sljedećm korakom dobvaju se prv molarn udjel pojednh kemjskh komponent naftne plnske faze terrajuć zajednčkog koefcjenta svh faza na postavljenu vrjednost, dok su molarn udjel kemjskh komponenata faze vode već određen. Sljedećm korakom određuju se fugactet naftne plnske faze, te se pomoću njhovh vrjednost zračunavaju nov početn omjer faza u prvotnoj smjes prozvodnog fluda. Ovm postupkom završen je jedan cklus teracje zračuna konačnh faznh omjera molarnh udjela kemjskh komponent trju faza. Iteracja postupka ponavlja se sve dok dobven fazn omjer budu jednak vrjednostma z prethodnog cklusa teracje. Iteracja cjelog postupka ponavlja se sve dok uvjet ravnoteže nje zadovoljen. Slka 2-4 prkazuje algortam postupka zračuna molarnh udjela kemjskh sastava trju faza nakon separacje. 11

20 Slka 2-4. Prkaz algortma zračuna molarnh udjela separranh faza Izračun fazne ravnoteže fluda unutar podsustava separacje proveden je prema jednadžbama (2-36, 2-37): f f f (2-36) O V W x p y p x p (2-37) O O V W W Gdje su: f = koefcjent fazne ravnoteže pojedne faze [Pa] = fugactet pojedne faze [-] y = molarn udo pojedne komponente plnske faze [%] O x = molarn udo pojedne komponente naftne faze [%] W x = molarn udo pojedne komponente faze vode [%] 12

21 (2-38, 2-39): Izračun faznh omjera unutar podsustava separacje proveden je prema jednadžbama y K (2-38) O O V x y K (2-39) W W V x Gdje su: K = omjer plnske naftne faze [-] K = omjer faze vode plnske faze [-] Izračun materjalnog balansa unutar podsustava separacje proveden je prema jednadžbama (2-40, do 2-46): V O W 1 (2-40) W z V x y x O O W W W W 1 x O W (2-41) O z z x ; w O O 1 V K 1 W yw x W xw zw 1 V K 1 O O 1 xw 1 xw (2-42) x O W K K W W (2-43) O zk y x K ; w O O yw x W xw zw 1 V K 1 O O 1 xw 1 xw (2-44) y W K (2-45) W x W 1; x 0 (2-46) W W W 13

22 Gdje su: V = udo plnske faze u smjes fluda prje separacje [-] O = udo naftne faze u smjes fluda prje separacje [-] W = udo faze vode u smjes fluda prje separacje [-] Iteratvn postupak zajednčkog koefcjenta svh faza unutar podsustava separacje proveden je prema jednadžb (2-47): GV O yw x W z 1 N K O 1 xw 0 (2-47) O O w yw x W xw zw 1 V K 1 O O 1 xw 1 xw Gdje je: GV = funkcja pretpostavljenog udjela plnske faze u smjes fluda prje separacje [-] Pretpostavljen fazn omjer za početn korak teratvnog postupka zajednčkog koefcjenta svh faza unutar podsustava separacje, pretpostavljen je prema jednadžbama (2-48, 2-49): K pc T c exp p T w (2-48) K p T c W W (2-49) p Tc W Iteratvn postupak cjelog proračuna separacje faza provođen je sve dok uvjet ravnoteže nje zadovoljen, prema jednadžb (2-36). Tolerancja fazne ravnoteže zračunata je prema jednadžb (2-50): 2 N O f 15 1 ; S 10 V 1 f (2-50) S Gdje su: S = zračunata tolerancja fazne ravnoteže [-] = zadana tolerancja fazne ravnoteže [-] 14

23 Jednadžba koefcjenta fugacteta zvedena je z jednadžbe stanja prema Smth et al. (2001). Izračun koefcjenata fugacteta unutar podsustava separacje proveden je prema jednadžbama (2-51, do 2-54): A Z B 1 2 ln BB Z 1 ln Z B AA BB ln 2 2B Z B 1 2 (2-51) f z p (2-52) AA 2 N aa j (2-53) a j1 BB b (2-54) b Izračun oslobođene energje dobvene zgaranjem plnskog gorva proveden je prema Smth et al. (2001). Plnsko gorvo je prema Van Nguyen et al. (2016), nakon procesa tretmana čšćenja, pretpostavljenog kemjskog sastava čst metan. Izračunom je dobvena gornja ogrjevna vrjednost plnskog gorva. Produkt zgaranja (voda ugljkov doksd) odbacuju se u okolš zvan granca sustava. Određvanje gornje ogrjevne vrjednost provedeno je korsteć vrjednost koefcenta standardne toplne formacje za metan prema Smth et al. (2001). Kemjska reakcja zgaranja plnskog gorva prkazana je jednadžbom (2-55): CH O CO 2H O H (2-55) 4( g) 2( g) 2( g) 2 ( l) rxn Gdje su: CH 4( g ) = metan u plnovtom stanju O 2( g ) = ksk u plnovtom stanju CO 2( g ) = ugljkov doksd u plnovtom stanju HO 2 ( l ) = voda u tekućem stanju H rxn = oslobođena energja (gornja orgjevna vrjednost) [J/mol] 15

24 Jednadžba zračuna oslobođene energje pr zgaranju plnskog gorva prkazana je jednadžbom (2-56): (2-56) H H H rxn f, (produkata) f, (reaktanata) Gdje su: H = entalpja formacje produkata kemjske reakcje [J/mol] f, (produkata) H = entalpja formacje reaktanata kemjske reakcje [J/mol] f, (reaktanata) 16

25 3. ANALIZA SLUČAJA 3.1. Postavke slučaja Odabran teoretsk model odobalnog prozvodnog naftnog postrojenja sastoj se od nekolko glavnh podsustava, nužnh za funkconranje odabranog sustava nekolko dodatnh podsustava kako b se model prblžo prosječnoj struktur razmatranh realnh postrojenja z dostupne lterature. Prema Van Nguyen et al. (2016), glavn podsustav nužn za funkconranje teoretskog modela su prozvodn razdjelnk, separacja, pumpanje nafte kogeneracja. Dodatn podsustav uključen u model postrojenja su rekompresja tretman plna, kompresja plna, tretman pumpanje vode, tretman plnskog gorva crpljenje morske vode. Grance sustava modela postavljene su od prozvodnog razdjelnka do zvoza, odbacvanja njektranja produkata postrojenja. Bušotne prozvodnog sustava nsu uključene u model, ako je pretpostavljeno da se prozvodn flud z raznh bušotna akumulra kroz prozvodn razdjelnk. Slka 3-1 prkazuje raspored odabranh podsustava grance sustava. Slka 3-1. Prkaz granca sustava modela raspored podsustava Modelranje teoretskog sustava podrazumjeva pretpostavke termodnamčkh uvjeta svakog razmatranog podsustava. Termodnamčk uvjet odnose se na svojstva tlaka temperature fluda koj se nalaz u razmatranoj točk sustava. Svaka točka sustava, odnosno 17

26 svak podsustav zahtjeva unaprjed pretpostavljene vrjednost svojstava tlaka temperature koje će odgovarajuć flud sadržavat u razmatranoj točk sustava. Takva pretpostavka nužna je karakterstka svakog razmatranog podsustava unutar modela, kako b svak podsustav mogao obavljat svoju unaprjed pretpostavljenu (određenu) funkcju. Pretpostavljene vrjednost svojstava tlaka temperature za svaku točku modela odabrane su prema Voldsund et al. (2013) Van Nguyen et al. (2016). Tablca 3-1 prkazuje pretpostavljene vrjednost termodnamčkh svojstava razmatranh podsustava modela. Tablca 3-1. Pretpostavljene vrjednost tlaka temperature razmatranh podsustava Podsustav Ulaz Temperatura [K] Tlak [MPa] Temperatura [K] Izlaz Tlak [MPa] Prozvodn razdjelnk 358,15 16,50 344,15 7,00 Prje separacje 344,15 7,00 319,15 0,28 Separacja Rekompresja tretman plna Pln 319,15 0,28 Nafta 319,15 0,28 319,15 0,28 Voda 319,15 0,28 Prv stupanj 319,15 0,28 303,15 0,28 Drug stupanj 303,15 0,28 344,15 7,00 Kompresja plna 344,15 7,00 413,15 20,00 Tretman plnskog gorva 344,15 7,00 298,15 1,80 Kogeneracja 298,15 1, Pumpanje nafte 319,15 0,28 333,15 10,00 Voda nakon separacje 319,15 0,28 292,15 0,28 Crpljenje morske vode 292,15 0,10 292,15 0,28 Tretman pumpanje vode 292,15 0,28 303,15 10,00 18

27 Prozvodn flud od prozvodnog razdjelnka prenos se vlasttom energjom do podsustava separacje, gdje se svojstva tlaka temperature prozvodnog fluda reducraju na potrebne zadane dmenzonrane uvjete separacje. Molarn udjel kemjsk sastav prozvodnog fluda prkazuje tablca 2-1. Ops svojstava sastava prozvodnog fluda je prkazan u poglavlju 2. Akumulranje prozvodnog fluda unutar prozvodnog razdjelnka zahtjeva promjenu svojstava temperature tlaka na zajednčka svojstva cjelog akumulranog prozvodnog fluda unutar naftovoda nakon prolaska kroz podsustav prozvodnog razdjelnka. Takva redukcja termodnamčkh svojstava prozvodnog fluda događa se prolaskom prozvodnog fluda kroz nz ventla koj su prema Van Nguyen et al. (2014) unaprjed postavljen za potrebnu redukcju kontrolu svojstava. Teoretsk model sustava ne uključuje razlčta svojstva temperature tlaka za svaku moguću bušotnu, nego su pretpostavljena zajednčka ekvvalentna svojstva za sve bušotne defnrana kao ulaz prozvodnog fluda u prozvodn razdjelnk ekvvalentnm naftovodom koj zamjenjuje sve moguće bušotne realnh postrojenja. Separacja na realnm postrojenjma prema Nguyen Olvera (2018) sastoj se od nekolko stupnjeva separacje, za potrebe modela također je pretpostavljen ekvvalentn separator koj zamjenjuje sve moguće potrebne stupnjeve separacje jednm trofaznm separatorom. Termodnamčk uvjet separacje pretpostavljen su prema Voldsund et al. (2013) kako b se mogl odredt nov molarn udjel kemjskh sastava trju faza nakon separacje, stoga je potrebna dodatna redukcja svojstava tlaka temperature u točk sustava prje separacje. Tablca 3-2 prkazuje dobvene molarne udjele kemjskh sastava prpadajućh faza fluda nakon separacje. 19

28 Tablca 3-2. Molarn udjel kemjskh komponent separranh faza Kemjsk sastav Pln ( y ) [%] Nafta ( O x ) [%] Voda ( W x ) [%] CH4 72,32 1,49 0,00 C2H6 6,84 0,52 0,00 C3H8 6,70 1,29 0,00 n-c4h10 4,63 2,15 0,00 n-c5h12 1,74 1,80 0,00 n-c6h14 0,64 1,36 0,00 CO2 1,32 0,07 0,00 N2 4,12 0,04 0,00 C7+ 1,69 91,28 0,00 H20 0,00 0,00 100,00 Naftna faza nakon separacje prenos se tlakom separacje do podsustava pumpanja nafte. Podsustav pumpanja naftne faze omogućava naft dovoljnu tlačnu snagu za kontnuran zvoz prozvedene nafte zvan granca modela sustava. Vodena faza nakon separacje akumulra se u podsustavu tretmana (čšćenja) vode zajedno s morskom vodom koja se crp, te se zatm pumpa za potrebe zvoza prozvedene vode, njektra za potrebe podržavanja tlaka u ležštu djelom odbacuje. Podsustav crpljenja morske vode modelran je prema Voldsund et al. (2014) prenos morsku vodu tlakom crpljenja do podsustava za tretman pumpanje vode. Podsustav za tretman pumpanje vode modelran je prema Van Nguyen et al. (2013) ne uzma u obzr kemjske adtve za tretman čšćenja, nego početne konačne uvjete temperature tlaka u ovoj točk modela sustava. Grance sustava postavljene su na pumpanju prozvedene vode za zvoz njektranje, te odbačenom djelu vode. Plnovta faza nakon separacje prenos se tlakom separacje u podsustav rekompresje tretmana plna, gdje se tretra ujedno komprmra. Tretman čšćenja plnovte faze sastoj se od dva stupnja djelovanja. Prv stupanj tretmana plnovte faze je hlađenje, te zatm uklanjanje vsokomolekularnh ugljkovodka (VMU) z smjese plna. Drug stupanj tretmana plnovte faze je zdvajanje kselh frakcja prmjesa z smjese plna. Kemjsk adtv nsu uzet u obzr pr zrad modela, nego termodnamčk uvjet molarn udjel 20

29 kemjskog sastava svakog stupnja procesa tretmana plna. Tablca 3-3 prkazuje molarne udjele plnovte faze prje nakon tretmana čšćenja plna. Tablca 3-3. Molarn udjel plnovte faze prje nakon tretmana čšćenja plna Kemjsk sastav Ulaz ( y ) [%] Izlaz ( y ) [%] CH4 72,32 100,00 C2H6 6,84 0,00 C3H8 6,70 0,00 n-c4h10 4,63 0,00 n-c5h12 1,74 0,00 n-c6h14 0,64 0,00 CO2 1,32 0,00 N2 4,12 0,00 C7+ 1,69 0,00 H20 0,00 0,00 Očšćena frakcja plnovte faze nakon podsustava rekompresje tretmana plna, djel se na frakcju koja se korst za pogonsko gorvo kogeneracje frakcju koja se prenos do podsustava za kompresju plna. Frakcja plnovte faze ulaz u podsustav kompresje tlakom tretmana rekompresje plna, te se prozveden pln komprmra, a zatm novm tlakom kompresje zvoz utskuje (njektra) u bušotne za potrebe plnskog lfta zvan granca sustava modela. Podsustav rekompresje tretmana plna kompresje plna modelran su prema Van Nguyen et al. (2014). Frakcja plnovte faze zdvojena za potrebe pogonskog gorva kogeneracje prenos se tlakom rekompresje tretmana plna u podsustav tretmana plnskog gorva. Tretman plnskog gorva podrazumjeva mjenjanje termodnamčkh uvjeta plnskog gorva u uvjete pogodne za zgaranje prema Voldsund et al. (2013). Nakon tretmana plnsko gorvo prenos se novm tlakom u podsustav kogeneracje energje. Teoretsk model sustava zrađen je na načn da se točna kolčna plnovte faze zdvoj nakon prolaska kroz podsustav rekompresje tretmana plna koja pr zgaranju u podsustavu kogeneracje daje točne kolčne elektrčne toplnske energje kolke su 21

30 potrebne za rad sustava u cjeln (potražnjom energje sustava). Podsustav kogeneracje modelran je prema Van Nguyen et al. (2016) s učnkovtošću generranja elektrčne toplnske energje znosom od 28%, s pretpostavljene tr turbne za generacju elektrčne energje, od kojh su dvje konstantno u pogonu, pr konstantnom kapactetu rada znosa 60%, a treća je rezervna. Nusprodukt zgaranja plnskog gorva su voda ugljkov doksd Temperatura produkata kemjske reakcje zgaranja plnskog gorva dovod se na vrjednost temperature reaktanata, jer se oslobođena toplna latentna toplna za pretvorbu vode u vodenu paru skorštavaju za generacju toplnske energje, a voda zlaz z sustava u kondenzranom oblku. Produkt zgaranja odbacuju se zvan granca modela sustava u okolš. Generrana toplnska elektrčna energja korst se za pogon svh ostalh podsustava modela osm podsustava prozvodnog razdjelnka. 22

31 3.2. Modelranje maseno-energetskh blanc sustava Konačn zrađen model postrojenja funkcja je masenh protoka promjena entalpja unutar svakog podsustava modela. Promjena entalpje fluda koj prolaz kroz određen podsustav modela defnra funkcju promatranog podsustava. Negatvne promjene entalpje opsuju oslobađanje energje razmatrane točke sustava, dok poztvne promjene entalpje opsuju potrebnu energju koju treba dovest podsustavu kako b se takav proces mogao dogodt. Negatvne promjene entalpje mogu se modelrat zgubljenom energjom fluda l odvedenom energjom hlađenjem fluda razmatranog procesa podsustava. Unutar granca sustava zbroj svh poztvnh promjena entalpja predstavlja ukupnu energju koju treba dovest sustavu po molu fluda, kako b sustav u cjeln mogao funkconrat. Masen protoc pretpostavljen su za ulazne točke sustava prema Van Nguyen et al. (2013) za prozvodn razdjelnk prema Van Nguyen et al. (2014) za crpljenje morske vode. Najznačajnja promjena masenh protoka događa se unutar podsustava separacje, nakon kojeg se djel na tr masena protoka povezana sa svojom odgovarajućom separranom fazom prozvodnog fluda. Odvajanje potrebne kolčne plnskog gorva nakon rekompresje tretmana plna modelrano je prema uvjetu potražnje energje modela. Ukupna potražnja energje jednaka je zbroju poztvnh promjena entalpje podjeljena s odgovarajućom ukupnom molarnom masom svakog fluda unutar sustava, kako b jednca zražavanja bla potrebna energja po mas protoka fluda. Množenjem potražnje energje po mas s odgovarajućm masenm protokom fluda dobvene su vrjednost potražnje zražene snagom (energja u vremenu). Uvjet potražnje energje modela za masen protok odvojenog plnskog gorva jest jednakost vrjednost energje masenog protoka plnskog gorva s ukupnom potražnjom energje postrojenja. Izjednačavanje dobave (plnskog gorva) potražnje energje postrojenja dobveno je teratvnm postupkom mjenjajuć potrebnu kolčnu plnskog gorva koja b svojm zgaranjem oslobodla jednaku ukupnu energju kolka je potražnja. Ukupna energja podrazumjeva elektrčnu toplnsku energju dobvenu podsustavom kogeneracje zgaranjem plnskog gorva. Izračun zlaznh masenh protoka podsustava kompresje plna tretmana pumpanja vode proveden je množeć ulazn masen protok s odgovarajućm omjerom zlaznog ulaznog masenog protoka. Omjer zlaznh ulaznh masenh protoka pretpostavljen su za podsustave kompresje plna tretmana pumpanja vode prema Van Nguyen et al. (2014). Slka 3-2 prkazuje algortam postupka modelranja zdvojene kolčne plnskog gorva. Tablca 3-4 prkazuje određene masene protoke za svak podsustav modela. 23

32 Slka 3-2. Prkaz algortma modelranja zdvojene kolčne plnskog gorva Tablca 3-4. Masen protoc svh podsustava modela Podsustav Ulaz Masen protok (q) [t/s] Izlaz Masen protok (q) [t/s] Prozvodn razdjelnk 0,2050 0,2050 Separacja Rekompresja tretman plna Kompresja plna Pln 0,0910 Nafta 0,2050 0,0950 Voda 0,0190 Plnsko gorvo 0,0013 Kompresja plna 0,0910 0,0402 Izdvojen sadržaj 0,0496 Prozveden pln 0,0083 0,0402 Injektranje plna 0,0319 Tretman plnskog gorva 0,0013 0,0013 Pumpanje nafte 0,0950 0,0950 Crpljenje morske vode 0,1389 0,1389 Tretman pumpanje vode Prozvedena voda 0,0385 Injektranje vode 0,1579 0,0770 Odbacvanje vode 0,

33 Odabran sustav modelran je prema prvom zakonu termodnamke. Masen protoc modelran su zakonom očuvanja mase. Zbroj svh masenh protoka koj ulaze u određenu točku sustava mora bt jednak zbroju masenh protoka koj zlaze z promatrane točke sustava. Energetsk tokov modelran su zakonom očuvanja energje. Zbroj svh tokova energje koj ulaze u određenu točku sustava mora bt jednak zbroju tokova energje koj zlaze z promatrane točke sustava. Određvanjem masenh protoka svake točke sustava ujedno je određena ukupna potražnja energje sustava u jednc vremena. Tablca 3-5 prkazuje vrjednost potrebne dovedene l oslobođene snage svakog podsustava modela. Tablca 3-5. Vrjednost promjena entalpja svakog podsustava cjelog modela Podsustav Promjena entalpje (ΔH) [MW] Prozvodn razdjelnk -8,52 Prje separacje 2,71 Separacja 0,00 Rekompresja tretman plna Prv stupanj -2,04 Drug stupanj 1,84 Kompresja plna 6,64 Tretman plnskog gorva -0,07 Kogeneracja -19,71 Pumpanje nafte 3,20 Voda nakon separacje -2,46 Crpljenje morske vode 0,02 Tretman pumpanje vode 5,29 Zbroj svh poztvnh promjena (Potražnja) 19,71 25

34 Modelranje energetskh tokova sustava provedeno je korsteć zračunate podatke snage energje u jednc vremena. Energetsk tokov funkcja su entalpja promjena entalpja unutar sustava. Izračunat podac snage energje u jednc vremena dobven su množeć gornju ogrjevnu vrjednost promatranog energetskog toka s prpadajućm masenm protokom sustava, ogrjevna vrjednost predstavljaju akumulranu energju u fludu promatrane točke sustava. Akumulrana energja fluda sustava domnrana je kemjskom energjom ugljkovodka. Promjene entalpje predstavljaju dovedenu l oslobođenu energju fluda u jednc vremena. Poztvne promjene entalpje predstavljaju dovedenu snagu promatranom fludu unutar odgovarajućeg podsustava modela. Negatvne promjene entalpje predstavljaju oslobođenu energju u jednc vremena promatranog fluda unutar odgovarajućeg podsustava modela. Oslobođena energja rezultat je procesa promjene entalpje modelrana je na načn da promatran flud odgovarajućeg podsustava djeluje nteraktvno s okolšem, te nepovratno predaje oslobođenu energju u jednc vremena u okolš. Ulazna entalpja odnos se na plnsko gorvo jednaka je određenoj gornjoj ogrjevnoj vrjednost promatranog fluda. Modelranje energetskh tokova podsustava kogeneracje provedeno je prema jednadžb (3-1) energetskog balansa. Slka 3-3 prkazuje blok shemu modelranja energetkh tokova energetske blance podsustava kogeneracje. Slka 3-3. Prkaz energetske blance podsustava kogeneracje H P P (3-1) plnsko gorvo el. topl. topl., okolš Gdje su: H = snaga akumulrana u plnskom gorvu [MW] plnsko gorvo P el. = snaga elektrčne energje [MW] P topl. = snaga toplnske energje [MW] 26

35 topl., okolš = neskorštena, oslobođena snaga toplne u okolš [MW] Modelranje energetskh tokova podsustava separacje provedeno je prema jednadžbama (3-2, 3-3) energetskog balansa. Slka 3-4 prkazuje modelranje energetske blance energetskh tokova podsustava separacje. Slka 3-4. Prkaz energetske blance podsustava separacje H H H (3-2) prozvodnog fluda topl. pln nafta H h q (3-3) Gdje su: H = snaga energetskog toka promatranog fluda [MW] topl. = toplnska energja dovedena podsustavu u jednc vremena [MW] h = gornja ogrjevna vrjednost promatranog fluda [MJ/t] q = masen protok promatranog fluda [t/s] Modelranje energetskh tokova podsustava prozvodnog razdjelnka provedeno je prema jednadžb (3-4) energetskog balansa. Slka 3-5 prkazuje modelranje energetske blance energetskh tokova podsustava prozvodnog razdjelnka. 27

36 Slka 3-5. Prkaz energetske blance podsustava prozvodnog razdjelnka H H (3-4) prozvodnog fluda, ulaz prozvodnog fluda, zlaz topl., okolš Modelranje energetskh tokova podsustava rekompresje tretmana plna provedeno je prema jednadžb (3-5) energetskog balansa. Slka 3-6 prkazuje modelranje energetske blance energetskh tokova podsustava rekompresje tretmana plna. Slka 3-6. Prkaz energetske blance podsustava rekompresje tretmana plna H P H H H (3-5) pln, ulaz el. pln, zlaz plnsko gorvo zdvojen sadržaj topl., okolš Modelranje energetskh tokova podsustava kompresje plna provedeno je prema jednadžb (3-6) energetskog balansa. Slka 3-7 prkazuje modelranje energetske blance energetskh tokova podsustava kompresje plna. 28

37 Slka 3-7. Prkaz energetske blance podsustava kompresje plna H P H H (3-6) pln, ulaz el. prozveden pln njektranje plna Modelranje energetskh tokova podsustava tretmana plnskog gorva provedeno je prema jednadžb (3-7) energetskog balansa. Slka 3-8 prkazuje modelranje energetske blance energetskh tokova podsustava tretmana plnskog gorva. Slka 3-8. Prkaz energetske blance podsustava tretmana plnskog gorva H H (3-7) gorvo, ulaz gorvo, zlaz topl., okolš Modelranje energetskh tokova podsustava pumpanja nafte provedeno je prema jednadžb (3-8) energetskog balansa. Slka 3-9 prkazuje modelranje energetske blance energetskh tokova podsustava pumpanja nafte. 29

38 Slka 3-9. Prkaz energetske blance podsustava pumpanja nafte H P H (3-8) nafta el. prozvedena nafta Određvanjem energetskh tokova modela određen je odnos dobave potražnje energje sustava. Slka 3-10 prkazuje shemu toka elektrčne toplnske energje u jednc vremena. Tablca 3-6 prkazuje određene snage energetskh tokova dobave energje sustava. Slka Prkaz sheme modelrane elektrčne toplnske energje 30

39 Tablca 3-6. Energetsk tokov dobave energje u jednc vremena Podsustav Ulaz Snaga toka ( H ) [MW] Izlaz Snaga toka ( H ) [MW] Tretman plnskog gorva 70,46 70,38 Okolš 50,68 Kogeneracja Elektrčna energja 70,38 14,08 Toplnska energja 5,63 Toplnska energja Prje separacje 2,71 5,63 Tretman pumpanje vode 2,92 Rekompresja tretman plna 1,84 Elektrčna energja Kompresja plna 6,64 Pumpanje nafte 14,08 3,20 Tretman pumpanje vode 2,36 Crpljenje morske vode 0,02 Grafčk prkaz masenh energetskh tokova modela zrađen je prema Sankey modelu grafčkog prkazvanja. Grafčk prkaz masenh energetskh tokova poblže prkazuje strukturu dnamku, te grance sustava zrađenog modela postrojenja. Slka 3-11 prkazuje masene tokove zrađenog teoretskog modela odobalnog prozvodnog naftnog postrojenja. Slka 3-12 prkazuje energetske tokove zrađenog modela. 31

40 Slka Prkaz masenh tokova modela sustava u jednc vremena Slka Prkaz energetskh tokova dobave energje u jednc vremena 32

41 S cljem ostvarvanja potpunje točnje energetske procjene modela sustava, modelran su energetsk tokov cjelog sustava. Energetsk tokov cjeloga sustava omogućavaju određvanje energetskh pokazatelja poput energetske učnkovtost (), energetske ntenzvnost (ĥ), zgubljene energje (ĥ) specfčne potrošnje energje (w). Zbog složenost zračuna gornjh ogrjevnh vrjednost fluda koj su reprezentran smjesom ugljkovodka kselh plnova pr razlčtm termodnamčkm uvjetma tlaka temperature, pretpostavljene su specfčne gornje ogrjevne vrjednost ( h ) zražene energjom po mas ulaznog prozvodnog fluda u sustav zlaznog fluda prozvedene nafte, ogrjevne vrjednost fluda mokrog kselog plna pr ulasku u podsustav rekompresje tretmana plna očšćenh prmjesa plna koje se odbacuju na zlazu z podsustava rekompresje tretmana plna zračunate su prema energetskom balansu z pretpostavljenh vrjednost. Opsane ogrjevne vrjednost pretpostavljene su prema statstčkom prručnku svjetske energetske agencje (engl. Internatonal Energy Agency, IEA ) Garner et al. (2004). Slka 3-13 prkazuje energetske tokove svh podsustava u jednc vremena. Tablca 3-7 prkazuje pretpostavljene ogrjevne vrjednost dobvene vrjednost snaga energetskh tokova svh razmatranh podsustava modela. Tablca 3-7. Dobvene snage energetskh tokova Pretpostavljene ogrjevne vrjednost [MJ/kg] Prozvodn flud 47,73 Prozvedena nafta 43,32 Izračunate ogrjevne vrjednost [MJ/kg] Plnsko gorvo 55,51 Pln nakon separacje 52,27 Izdvojen sadžaj z separranog plna 49,55 Podsustav Ulaz Snaga toka [MW] Izlaz Snaga toka [MW] Prozvodn razdjelnk 8878, ,25 Prje separacje 8870, ,96 33

42 Separacja Rekompresja tretman plna Kompresja plna Pln 4756, ,96 Nafta 4116,63 Plnsko gorvo 70,46 Kompresja plna 4756, ,22 Izdvojen sadržaj 2456,46 Prozveden pln 458, ,22 Injektranje plna 1770,93 Tretman plnskog gorva 70,46 70,38 Pumpanje nafte 4116, ,83 Slka Prkaz energetskh tokova u jednc vremena 34

43 3.3. Analza rezultata Teoretsk model odobalnog naftnog postrojenja osnovn je reprezentatvn pokazatelj dnamke masenh energetskh tokova realnh sustava. Određen masen protoc energetsk tokov svh podsustava modela predstavljaju konačan oblk, funkcju strukturu teoretskog modela. Dobava ulaznog masenog protoka prozvodnog fluda potražnja energje podsustava zrađenog modela međusobno su ovsn. Dobava masenog protoka prozvodnog fluda uvjetuje masen protok plnskog gorva koj svojm zgaranjem unutar podsustava kogeneracje generra dobavu energje za cjel sustav. Dobavom energje sustava zadovoljava se potražnja energje podsustava modela. Dobava potražnja energje uvjek trebaju poprmat jednaku vrjednost kako b sustav mogao funkconrat. Međutm dobava energje određena je domenom koju uvjetuje nazvn kapactet rada kogeneracjkog podsustava. Posljedca takve ogrančenost domene vrjednost dobave energje također uvjetuje domenu vrjednost potražnje energje. Stoga su potražnja dobava energje, te dobava ulaznog masenog protoka prozvodnog fluda modela ogrančene maksmalnm vrjednostma. Ovsnost dobave ulaznog masenog protoka prozvodnog fluda u sustav potražnje energje modela za razlčte pretpostavljene vrjednost ulazne dobave masenog protoka prozvodnog fluda prkazuje slka Slka Prkaz ovsnost dobave masenog protoka potražnje energje 35

44 Prkazane vrjednost dobave masenog protoka potražnje energje konstantne su kroz vremensk perod. Razlog tome je dugovječnost ležšnh uvjeta. Izrađen model reprezentran je svojstvma zraženm u jednc vremenskog ntervala. Zbog razlke korštenog vremenskog ntervala vremenskog vjeka ležšnh uvjeta, prozvodn flud ne mjenja termodnamčka svojstva kemjsk sastav, odnosno promjena ležšnh uvjeta je zanemarena. Drug razlog je funkconranje podsustava modela, koj su dmenzonran za rad pr konstantnom protoku. Moguće promjene dobave masenog protoka prozvodnog fluda, dobave potražnje energje kroz duž vremensk perod dogodle b se samo kada b određen dodatn podsustav djelomčno zaustavl obavljanje svojh funkcja. Slka 3-15 prkazuje smulranu potrošnju energje podsustava cjelog sustava u jednc vremena. Dobvenu potrošnju energje podsustava rekompresje tretmana plna, kompresje plna, pumpanja nafte, tretmana pumpanja morske vode crpljenja morske vode nterpretrana je korštenjem elektrčne energje kako b se ostvaro potreban tlačn potencjal temperaturna promjena, proces opsan promjenom entalpje odgovarajućeg podsustava. Dobvenu potrošnju energje podsustava tretmana pumpanja vode prje separacje nterpretrana je korštenjem toplnske energje kako b se ostvarla potrebna promjena temperature tlaka fluda u promatranoj točk sustava opsana odgovarajućom promjenom entalpje. Dobava energje potrebna za takvu promjenu entalpje podsustava tretmana pumpanja vode nterpretrana je potražnjom energje koja se zadovoljava djelomčno z dobave toplnske energje, a djelomčno z elektrčne energje, kako b se ostvarla potrebna promjena temperature tlaka prema podacma koje prkazuje tablca 3-1. Prema dobvenm podacma najveću potrošnju elektrčne energje predstavlja podsustav kompresje plna, što se slaže s rezultatma Van Nguyen et al. (2013) Voldsund et al. (2013). Ukupna potrošnja energje znos 19,71 MW, što je unutar prosjeka vrjednost od MW koje opsuje Van Nguyen et al. (2014). Dobvena učnkovtost pretvorbe energje zgaranja plnskog gorva u elektrčnu energju znos 20,00%, a u toplnsku energju znos 8,00%. Dobvene vrjednost učnkovtost generranja elektrčne toplnske energje jednake su ptrepostavljenoj ukupnoj vrjednost učnkovtost generranja dobave energje s kojom je modelran podsustav kogeneracje, znosom od 28%. Slka 3-16 prkazuje smulranu ukupnu dobavu energje cjelog sustava u jednc vremena. Dobven odnos dobave potražnje energje teoretskog modela prozvodnog naftnog postrojenja je lnearan funkcja je energetskh tokova sustava. 36

45 Slka Prkaz potrošnje energje u jednc vremena Slka Prkaz dobave energje u jednc vremena 37

46 Razlčt energetsk pokazatelj zrađenog modela zveden su z vrjednost energetskh tokova sustava. Energetska učnkovtost () defnrana je prema Van Nguyen et al. (2014), omjerom energje akumulranoj u naft plnu koja zlaz z sustava u jednc vremena, uključujuć energju akumulranu u plnu za njektranje, prema energj akumulranoj u prozvodnom fludu koja ulaz u sustav po jednc vremena. Energetska učnkovtost modela znos 98,95%. Energja akumulrana u fludu unutar sustava domnrana je kemjskom energjom ugljkovodka. Energja akumulrana u prozvodnom fludu koja ulaz u sustav po jednc vremena, korštena za zračun energetske učnkovtost sustava odnos se na kemjsku energju nafte plna unutar smjese prozvodnog fluda, stoga je za potrebe zračuna komponenta kselh plnova komponenta vode zanemarena. Energetska ntenzvnost (ĥ) defnrana je prema Van Nguyen et al. (2014), omjerom akumulrane energje u plnskom gorvu korštenog za generacju dobave energje prema energj akumulranoj u prozvedenom plnu naft. Energetska ntenzvnost zrađenog modela znos 1,54%. Izgubljena energja (ĥ) defnrana je prema Van Nguyen et al. (2014), omjerom energje akumulrane u spušnm plnovma prema energj akumulranoj u prozvedenoj naft plnu. Izgubljena energja modela znos 1,11%. Specfčna potrošnja energje (w) defnrana je prema Van Nguyen et al. (2014), potrošnjom energje potrebnoj kako b se prozvela jedna jednca mase nafte. Specfčna potrošnja energje zrađenog modela znos 207,40 MJ/t l 57,61 kwh/t prozvedene nafte. Izračunate vrjednost energetskh pokazatelja odgovaraju dobvenm vrjednostma prema Van Nguyen et al. (2014). Ovsno o točnost pretpostavljenh gornjh ogrjevnh vrjednost, zračunate vrjednost energetskh pokazatelja energetske učnkovtost energetske ntenzvnost zrađenog modela odgovaraju prosječnm vrjednostma realnh sustava, dok dobvene vrjednost, zgubljene energje specfčne potrošnje energje modela su veće od prosječnh vrjednost realnh sustava prema Van Nguyen et al. (2014). 38