Практические работы № 8

Тема: Расчеты сепарации газа в газонефтяных сепараторах первой ступени. Расчет вертикального гравитационного сепаратора.

Цель занятия: Выбор сепаратора и определить долю сечения горизонтального газонефтяного сепаратора, необходимый диаметр вертикального сепаратора

Качество работы газонефтяных сепараторов первой ступени определяется в основном условиями работы осадительной и каплеуловительной секции. При этом эффективность сепарации газа оценивается удельным количеством капельной жидкости (нефти), уносимой потоком газа из сепаратора и характеризуемой коэффи­циентом уноса жидкости:

K_ж = G_ж/G_r (8.1)

где G_ж — объемный расход капельной жидкости, уносимой потоком газа из сепаратора, м³/сут; G_ж — объемный расход газа на выходе из сепаратора, м³/сут.

При этом все объемные расходы газа и жидкости приведены к давлению и температуре в сепараторе. Принимается также, что в сепараторе газообразная и жидкая фазы находятся в термоди­намическом равновесии.

Рекомендуется при расчетах и проектировании газонефтяных сепараторов принимать [2].

K_ж £ 10^-8 (8.2)

Технико-экономическое совершенство газонефтяных сепараторов определяется его пропускной способностью и металлоемкостью, Максимально допустимую скорость (м/с) газового потока в грави­тационных сепараторах при давлении сепарации рекомендуется определять по формуле:

w_p(p) £ 0,245р^-0,5 (8.3)

где р — давление в сепараторе, МПа.

В вертикальных сепараторах допустимые скорости потока газа относятся к полному поперечному сечению сепаратора, а в гори­зонтальных — к поперечному сечению аппарата, не занятому жид­костью. Таким образом, объемная пропускная способность сепара­тора по газу, приведенная к нормальным условиям, будет опреде­ляться следующим образом:

Q_рп = Fw_p (p) , (8.4)

где F —площадь поперечного сечения потока газа в сепараторе; р —давление в сепараторе, МПа; Т — температура в сепараторе, К; z — коэффициент сжимаемости реального газа; р₀, T₀ — нор­мальные давление и температура (р₀=0,1013 МПа, T₀=273 К).

В первом приближении, подставляя в (8.4) скорость (8.3) и пренебрегая различием объемов реального и идеального газов при давлениях первой ступени сепарации нефти на промыслах 0,6 МПа, получают (м³/c)

Q_гп £ 660 . (8.5)

В место (8.5) можно пользоваться формулой, выражая в м³/сут,

Q_гп £ 57,05∙ 10⁶ . (8.6)

Для обеспечения пропускной способности газонефтяного сепаратора по газу (8.6) пропускная способность его по жидкости (м³/сут) должна быть не менее

Q_жп = 57,05∙10⁶ , (8.7)

где G(р) —отношение объема газа, выделившегося из нефти при давлении и температуре в сепараторе, к объему нефти (объем газа приведен к нормальным условиям); В — обводненность добываемой продукции.

Для заданных размеров газонефтяного сепаратора доля сечения, занятая потоком газа, должна удовлетворять неравенству

f_г , (8.8)

где f_г — доля поперечного сечения сепаратора, занятая потоком газа; D — диаметр газонефтяного сепаратора, м; Q_ж — объемный расход жидкости, проходящий через сепаратор, м³/сут.

Расчет вертикального гравитационного сепаратора

Расчет данного гравитационного сепаратора ведется для газовой и жидкой фаз.

Для газовой фазы рассчитывается пропускная способность сепаратора V_г при известных диаметре сепаратора Д_с, термобарических условиях в нем (P_с, T_с) и свойствах фаз (ρ_н, ρ_г, μ_н, μ_г).

Исходя из осаждения в газовом потоке жидких и твердых частиц в поле тяжести, максимальная пропускная способность по газу, м³/сут:

V_гmax = 841· (Д²_с P_с² d²_ж (ρ_н - ρ_г)) / (T_с μ_г z) (9.1)

где V_гmax – максимальная пропускная способность сепаратора по газу, расход которого приведен к нормальным условиям, м³/сут;

Д_с – внутренний диаметр сепаратора, м;

d_ж – жиаметр капли жидкости, м; (d_ж = 1 · 10^-4 м);

P_с – давление в сепараторе, Па;

T_с – температура в сепараторе, К.

Исходя из условий вспытия пузырьков газа в движущейся в сепараторе нефти за счет подъема ее уровня, максимальная пропускная способность сепаратора, м³/сут:

Q_{ж max} = 36964 Д²_с (d_г² (ρ_н - ρ_г)) / μ_н (9.2)

где d_г – диаметр пузырька газа, м (можно принять d_г = 1 · 10^-3 м);

μ_н – вязкость нефти, Па·c.

Задача 8.1. Определить необходимый диаметр вертикального сепаратора, если нагрузка на него по жидкости составляет Q_ж=10000 м³/сут, газовый фактор нефти при давлении в сепараторе 0,6 МПа и температуре 293 К равен G(р) = 100 (объем газа приведен к нормальным условиям), обводненность добываемой продукции В = 0,5.

Задача 8.2. Определить максимальную нагрузку на верти­кальный сепаратор диаметром 1,6 м по жидкости, если газовый фактор нефти при давлении в сепараторе 0,6 МПа и температуре 293 К равен G(р) = 100 (объем газа приведен к нормальным усло­виям), обводненность добываемой продукции В = 0,5.

Задача 8.3. Определить долю сечения горизонтального газонефтяного сепаратора конструкции ЦКБН, которая должна быть занята потоком газа, если нагрузка на сепаратор по жидкости составляет 10 000 м³/сут, из 1 м³ нефти в сепараторе выделяется 100 м³ газа (объем газа приведен к нормальным условиям). Давление в сепараторе 0,6 МПа, температура 293 К. Диаметр сепаратора 2,2 м, Обводненность нефти 50 %.

Задача 9.1 Рассчитать пропускную способность вертикального гравитационного сепаратора диаметром Д_с = 1,2 м. Жидкая фаза – нефть плотностью ρ_н = 852 кг/м³ (при давлении в сепараторе P_с = 1,6 МПа, температура T_с = 293 К) и вязкостью при этих условиях μ_н = 6 мПа·c. Плотность газа в нормальных условиях ρ_г0 = 1,35 кг/м³. Вязкость газа в условиях сепаратора μ_г = 1,3 · 10^-5 Па·c. Коэффициент z принять равным 1.