Типовые задачи Типовая задача 3.1

На первую ступень сепарации поступает нефти 300 т/сутки. Газовый фактор равен 70 м³/м³. Нефть обезвоженная. Разгазирование нефти осуществляется на трех ступенях сепарации под давлением: на первой ступени 3,9 МПа, на второй – 0,98 МПа, на третьей – 0,098 МПа. Плотность нефти на ступенях сепарации соответственно равна: 800, 820, 840 кг/м³.Определить количество газа, выделившегося на каждой ступени, приняв коэффициенты растворимости газа в нефти по графику: α₁ = 0,98, α₂ = 0,7 и α₃ = 0,15 (см²/кгс).

Решение:

Суммарное количество газа, содержащегося в нефти в свободном и растворенном состоянии:

= ,

Количество газа, оставшегося в растворенном состоянии после первой ступени сепарации:

= ,

Количество газа, выделившегося на первой ступени сепарации:

= ,

Количество газа, выделившегося на второй ступени:

= ,

Количество газа, выделившегося на третьей ступени:

= ,

Суммарное количество выделившегося газа:

= ,

Количество газа, оставшегося в нефти:

, ,

Если нефть склонна к пенообразованию, то большое количество оставшегося газа может стать причиной образования пены, что приведет к увеличению пульсаций в трубопроводах и увеличению турбулентности потока. Следствием этого явится увеличение выпадения солей. Для парафинистых нефтей вышеназванные факторы приведут к увеличению выпадения кристаллов парафина. В целом оба явления увеличат рельефность трубопровода. В конечном итоге последствия значительного содержания газа в нефти приведут к усталостным разрушениям трубопровода.

Задания для домашней и самостоятельной работы по теме 3.1 Задача 3.1

На первую ступень сепарации поступает известное количество нефти с известным газовым фактором. Нефть обезвоженная. Резгазирование осуществляется на трех ступенях сепарации под соответствующим давлением P₁, P₂, P₃, плотность нефти на ступенях сепарации соответственно равна ρ₁, ρ₂, ρ₃. Определить количество газа, выделившегося на каждой ступени сепарации, приняв коэффициенты растворимости газа в нефти по графику.

3.2 Расчет сепараторов на пропукную способность.

Любой тип сепараторов должен рассчитываться на пропускную способность как по газу, так и по жидкости. Сравнительно легко поддаются расчету вертикальные гравитационные сепараторы и гидроциклонные.

3.2.1 Расчет вертикального гравитационного сепаратора

Количество газа, выделяющегося в сепараторе, определяется по формуле

, (3.5)

где V_г - количество газа, проходящего через сепаратор при нормальных условиях, м³/сут;

α - коэффициент растворимости газа в нефти, Па;

Q_н - количество нефти, проходящей через сепаратор, м³/сут;

Р₁ и Р_о - соответственно давление в сепараторе и нормальное давление (101,3∙10³), Па;

Т₁ и Т₂ - соответственно термодинамическая температура в сепараторе и нормальная (273 грК);

z - коэффициент сжимаемости газа.

Поделив правую часть уравнения (3.5) на число секунд в сутках и на площадь сечения сепаратора F = π∙D² / 4, можно найти среднюю скорость газа в сепараторе:

, (3.6)

Из выражения (3.6) можно определить диаметр сепаратора:

, (3.7)

Средняя скорость газа в сепараторе W^г_ср должна быть несколько меньше расчетной скорости оседания частиц жидкости W_ч, определяемой формулой Стокса:

а) Re ≤ 1

, (3.8)

где d - диаметр оседающей или всплывающей частицы (жидкости, газа), м;

ρ_ж и ρ_г – соответственно, плотность жидкости и газа в условиях сепаратора, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

μ_г - абсолютная вязкость газа, Па∙с.

б) 2 < Re≤500, формула Алена:

, (3.9)

в) Re > 500, формула Ньютона - Ритингера:

, (3.10)

Условие осаждения частицы:

W_ч - W_г > 0 (3.11)

На практике при расчетах принимается:

W_ч =1,2∙W_г (3.12)

Пропускная способность вертикального сепаратора по газу связана со скоростью газа следующим уравнением:

, (3.13)

где W_г - скорость подъема газа в вертикальном сепараторе, м/с;

F - площадь поперечного сечения сепаратора, м;

Р₁ и Р_о - соответственно давление в сепараторе и нормальное давление (101,3∙10 ³), Па;

Т₁ и Т₂ - соответственно рабочая температура в сепараторе и нормальная (273 К);

z - коэффициент сверхсжимаемости газа.

Отсюда:

, (3.14)

Подставив уравнения (3.8) и (3.14) в (3.12) получаем:

или

, ; (3.15)

Расчет вертикальных гравитационных сепараторов по жидкости сводится к выполнению условия, чтобы скорость подъема уровня жидкости W_ж в них была меньше скорости всплывания газовых пузырьков, т.е.

W_н < W_г (3.16)

Скорость всплывания пузырьков газа W_г в жидкости можно определять по формуле Стокса (3.8), заменив в ней динамическую вязкость газа μ_г на динамическую вязкость жидкости μ_н.

Учитывая соотношение (3.16), пропускную способность вертикального сепаратора по жидкости можно записать в следующем виде:

< (3.17)

или

(3.18)

После подстановки в формулу (3.18) величин F = π∙D²/4, g = 9,81м/с², и соотношения W_г = 1,2∙W_н, получим:

, ; (3.19)