EVALUACIÓN DE DIFERENTES ALGORITMOS DE SUSTITUCIONES SUCESIVAS PARA EL CÁLCULO DE EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR CON ECUACIONES DE ESTADO / EVALUATION OF SEVERAL SUCCESSIVE SUBSTITUTION ALGORITHM FOR GASLIQUID EQUILIBRIUM WITH EQUATIONS OF STATE

Abstract

Los cálculos de equilibrio líquido-vapor con ecuaciones de estado son ampliamente utilizados en la industria petroleray consumen gran cantidad de tiempo en las simulaciones numéricas. Por esta razón, en el presente trabajo se estudianlos principales modelos de cálculo flash basados en sustituciones sucesivas y las diferentes partes que conforman estosalgoritmos. Los análisis son realizados sobre los diferentes métodos para determinar la fracción de vapor, correlacionespara estimar las constantes de equilibrio y las diferentes propuestas para actualizar las relaciones de equilibrio en elproceso iterativo. Los resultados de la evaluación muestran que el método de Leibovici- Neoschil con la rutina de Newton-Raphson, es la opción más eficiente para determinar la fracción de vapor, ya que requiere un menor número de iteraciones y,por ende, un menor tiempo de cómputo. Para las sensibilidades realizadas con respecto al tipo de correlación utilizada paraestimar las relaciones de equilibrio iniciales, se encontró que la propuesta de Wilson es la más efectiva, ya que se obtienela convergencia de un mayor número de casos. Del análisis de los métodos acelerados de Risnes-Jessen, Mehra y Crowe-Nishio para la actualización de las relaciones de equilibrio se pudo concluir que el algoritmo de Mehra tipo I es el másrápido de todas las opciones, sin llegar a converger en ningún caso a la solución trivial. Por último, se propone un nuevoalgoritmo que combina los métodos de Crowe-Nishio, Mehra tipo I y Leibovici, y con el cual se obtiene convergencia deun 100 % de los casos y el menor tiempo de cómputo con respecto a las metodologías bajo estudio.

ABSTRACT

The calculations of vapor-liquid equilibrium with equations of state are widely used in the oil industry, and they consume alot time in numerical simulations. Therefore, in this paper several flash calculation models based on successive substitutionsand the different parts that defines these algorithms are studied. Basically, the evaluations are performed with differentmethods to determine the fraction of vapor, correlations to estimate the equilibrium constants and the various proposalsfor upgrading equilibrium ratios in the iterative process. The results of the evaluation show that the method of Leibovici-Neoschil with Newton-Raphson routine is the most efficient way to determine the fraction of vapor since it requires feweriterations and time. Sensitivity analyses are performed considering the correlation used to estimate initial equilibriumrelationships. It has been found that Wilson’s proposal is the most effective since the convergence has been achieved ina greater number of cases. The analysis of the accelerated methods of Risnes-Jessen, Mehra et al. and Crowe Nishio ofupdating the equilibrium relationships could conclude that the type I algorithm of Mehra is the fastest of all the options,without having to converge in any case to the trivial solution. Finally, a new algorithm which combines the methods fromCrowe Nishio, Mehra type I and Leibovici has been proposed. With this model the convergence is achieved in 100% of thecases. Additionally, the computation time is lower than any of the other methods under study.

Keywords: Flash calculation, Liquid-Vapor equilibrium, Successive Substitution, Leibovici, Rachford-Rice, Equilibriumconstant, Equation of state.