Практичне заняття № 4 вивчення конструкцій та розрахунок нафтогазосепараторів

4SОсновні теоретичні відомості

Розділення нафти, газу і води проходить в сепараторах, які входять до складу автоматичних групових замірних установок, та установках по підготовці нафти, газу і води. Нафтогазосепаратори призначені для дегазації пластової рідини і очистки попутнього газу в установках збору і підготовки нафти і газу на нафтових родовищах. Сепарація рідини і газу здійснюється під дією на них гравітаційних сил, сил інерції, сил адгезійного зчеплення або їх поєднання. У відповідності із вказаними принципами дії, а також за іншими ознаками сепаратори в загальному можна класифікувати наступним чином:

1)оза принципом дії – гравітаційні, циклонні, насадкові;

2)оза геометричною формою і розміщенням в просторі – циліндричні, сферичні, вертикальні, горизонтальні, нахилені;

3)оза конструктивним виконанням – одноємкісні і двоємкісні;

4)оза конструкцією обладнання для вводу нафтогазового потоку в апарат – сепаратори з радіальним вводом, з тангенціальним вводом і з попереднім відбором газу;

5)оза технологічним призначенням – двофазні, трифазні, кінцеві сепаратори.

На нафтопромислах застосовуються горизонтальні та вертикальні гравітаційні сепаратори, циклонні та гідро-циклонні сепаратори, гравітаційні сепаратори з попереднім відділенням газу, відцентрові сепаратори з спіраллю Архімеда, трубні сепараційні установки, блокові автомати-зовані сепараційні установки з попереднім скиданням пластової води та інші. Трубні похилі сепаратори призначені для розділення нафти і газу на кінцевих і проміжних етапах сепарації, а також для відділення газу від води в системі водопідготовки. Відцентрові сепаратори використовуються для очищення газу.

Характерною особливістю конструкцій сепараторів, які найбільш застосовуються, є наявність чотирьох основних секцій:

1)sсепараційної;

2)sосаджувальної;

3)sзбирання рідини;

4)sкраплевловлення.

Основна сепараційна секція служить для відокремлення основної маси газу від рідини. В осаджувальній проходить додаткове (під дією гравітаційних сил) відокремлення бульбашок газу. Секція збирання рідини призначена для накопичування рідини і виводу її із сепаратора. Секція краплевловлення служить для відокремлення із потоку газу дрібних капель рідини за допомогою краплевідбійників різних конструкцій.

Всі сепаратори і сепараційні установки обладнані регулюючими, запобіжними пристроями і контрольно-вимірювальними приладами.

5SМетодичні вказівки до практичного заняття

5.1sРозрахунок нафтогазосепараторів гравітаційного ти-пу зводиться до розрахунку на пропускну здатність за газом і рідиною.

5.1.1sРозрахунок нафтогазосепараторів вертикального типу на пропускну здатність за газом.

Продуктивність сепаратора за газом визначається за формулою

, (4.1)

або

, (4.2)

де F – площа дзеркала рідини в сепараторі, м²;

- абсолютний середній тиск в сепараторі, Па;

- тиск при нормальних умовах, (1,01^.10⁵ Па);

- абсолютна температура в сепараторі, К;

- абсолютна температура в сепараторі при нор-мальних умовах, К;

- коефіцієнт стисливості газу;

- швидкість підйому газу в сепараторі, м/с;

- внутрішній діаметр сепаратора, м.

Для полегшення розрахунків можна прийняти z = 1.

У вертикальних сепараторах допустимі швидкості відносяться до повного поперечного перерізу сепаратора, а у горизонтальних – до поперечного перерізу апарату, який не зайнятий рідиною.

Практика експлуатації гравітаційних сепараторів показала, що при тиску Р₁ = 6,0 МПа оптимальна швидкість руху газу у вільному перерізі апарату не повинна перевищувати 0,1 м/с. Якщо в сепараторі тиск дорівнює Р, то оптимальну швидкість руху газу можна визначити за формулою

, (4.3)

де - оптимальна швидкість руху газу при тиску Р₁о=о6,0оМПа,

.

5.1.2sРозрахунок нафтогазосепараторів горизонтального типу на пропускну здатність за газом.

Продуктивність сепаратора за газом визначається за формулою

, м³/добу (4.4)

де - поправочний коефіцієнт

,

де - довжина сепаратора.

Можна також розв’язати і зворотню задачу. Для цього потрібно попередньо задатися пропускною здатністю і визначити розміри сепаратора, а саме його діаметр. Довжину сепаратора як у попередньому розрахунку, так і в даному потрібно приймати не меншою, ніж 3 м. В даному випадку розрахункова формула прийме вигляд

. (4.5)

5.1.3sРозрахунок гравітаційних нафтогазосепараторів на пропускну здатність за рідиною.

Як і в попередньому випадку розрахунок полягає у визначенні пропускної здатності сепаратора при відомих його розмірах або у визначенні необхідних розмірів сепаратора при заданій продуктивності за рідиною.

Пропускну здатність за рідиною для різних по розміщенню в просторі сепараторів визначають за формулою

м³/добу (4.6)

де - площа поверхні рідини в сепараторі, м²;

- швидкість спливання в рідині бульбашок газу, м/с.

Для вертикального сепаратора

. (4.7)

Для горизонтального сепаратора площа поверхні рідини є функцією рівня рідини в сепараторі.

Швидкість спливання в рідині бульбашок газу визна-чають за формулою

, м/с (4.8)

де - діаметр бульбашок газу, м (приймається рівним 10^-4м)

- густина нафти в умовах сепаратора, кг/м³;

- густина газу в умовах сепаратора, кг/м³;

- прискорення вільного падіння, м/с²;

- абсолютна в’язкість рідини, Па^.с (приймається рівною 10^-4 Па^.с).

кг/м³ (4.9)

де - густина газу при нормальних умовах, кг/м³;

- тиск при нормальних умовах, Па.

Після підстановки у формулу значення , і отри-маємо пропускну здатність за рідиною для вертикального сепаратора

. (4.10)

Для нафт, які піняться тривалість перебування їх в сепараторі повинна бути збільшена в декілька разів.

5.2sРозрахунок сепараторів на міцність.

На практиці більш часто використовуються сепаратори циліндричної форми з еліптичним днищем.

Під час експлуатації стінка і днище такого сепаратора піддаються дії рівномірно розподіленого надлишкового тиску.

Механічний розрахунок зводиться до визначення товщини стінки і днища в залежності від його форми.

5.2.1sРозрахунок стінки.