1305

Изображенные на номограмме кривые имеют отметки, увеличи­ вающиеся слева направо. Эти отметки являются численными значе­ ниями п1или lt и при данных значениях А {, К t и L или N могут быть найдены из номограммы.

По оси х номограммы отложены в логарифмической сетке вели­ чины коэффициентов распределения Kt или обратные им величины 1/К 1от 0,001 до 1000, т. е. в пределах, позволяющих решать задачи для всех случаев практики. Дополнительно к этому под осью х по­ мещена рабочая шкала С величинами L /N = f(N) и N/L = f(L), которая построена в масштабе шкалы, принятой для оси х. Для

вать к любой точке номограммы. При помощи этой шкалы и шести логарифмических шкал оси х находят абсциссы заданных точек. Ординаты этих точек откладываются по оси у как численные значе­ ния А ь т. е. процентное содержание компонентов в исходной смеси.

В связи с тем, что в уравнениях (IV.16a) и (IV.166) величины A t входят как множители, то по оси ордицат целесообразно иметь только одну логарифмическую шкалу, которую удобнее всего по­ строить в пределах значений от 10 до 100. Значения же A t меньшие 10 можно откладывать после умножения их на величину, кратную десяти, помня при этом, что полученные из номограммы результаты для nt или lt в этом случае необходимо уменьшить в соответству­ ющее число раз (в 10 или 100 раз).

За начало координат принята точка с координатами К = 1, А = = 10, а за начало рабочей шкалы точка 0 с пометкой 50.

Под осью х помещена еще одна вспомогательная шкала — со зна­ чениями зависимости между Kt и 1/К {.

Решение уравнений фазового состояния угеводородных систем при помощи указанной номограммы состоит в следующем.

1. В соответствии с заданными условиями (молекулярный состав исходной смеси, давление и температура смеси) отыскиваются значе­ ния констант равновесия компонентов углеводородной смеси Kt.

Если задача решается относительно жидкой фазы, то отыски­ ваются также обратные константам величины 1/Kt.

2. На номограмму наносятся т точек по числу компонентов в ис­ ходной смеси в координатах Л/ и Kt или A t и 1/К£* в зависимости от того, для какой фазы решается задача. Точки наносятся с воз­ можно максимальной точностью тонко отточенным карандашом, после чего обводятся кружками и нумеруются. Ординаты точек A t для компонентов, процентное содержание которых в исходной смеси менее 10, откладываются увеличенными в 10, а иногда в 100 раз

икроме номера имеют особую пометку (перечеркиваются одной или

*На номограмме по определению фазовых состояний углеводородных систем, приведенной в приложении 2, шкала для расчета величин ЦК не при­

водится.

ния шкалы линейки со значением 10 с номограммы считываем значе­ ния щ как пометку на соответствующих кривых.

Суммируя полученные величины nh находим значение суммы, равное 10,21, т. е. несколько большее 10, что указывает на то, что истинное значение для ^¥ будет также больше 10.

ходится между значениями 10 и 15. Интерполируя полученные дан­

ные, находим N = 11,5. Так как сумма определенная по номо­ грамме при значении N = 11,5, также оказалась равной этой вели­ чине, задача считается решенной.

Для решения другой задачи нанесенные ранее на номограмм^ точки стираются резинкой и наносятся другие точки в соответствии с новыми значениями А { и Kt или At и 1/К ^

§ 2. НАЗНАЧЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ И КОНСТРУКЦИИ СЕПАРАТОРОВ

Отделение нефти от газа и воды в различных сепараторах произ­ водится с целью: .1) получения нефтяного газа, используемого как химическое сырье или как топливо; 2) уменьшения перемешивания нефтегазового потока и снижения тем самым гидравлических сопро­ тивлений; 3) разложения образовавшейся пены; 4) отделения воды от нефти при добыче нестойких эмульсий; 5) уменьшения пульсаций при транспорте нефти от сепараторов первой ступени до установки подготовки нефти.

Сепараторы, применяемые на площадях нефтяных месторожде­ ний, можно условно подразделить на следующие основные категории:

1) по назначению — замерные и сепарирующие;

133

2)по геометрической форме и положению в пространстве — ци­ линдрические, сферические, вертикальные, горизонтальные и на­ клонные;

3)по типу обслуживаемых скважин — фонтанные, компрессор­ ные п насосные;

4)по характеру проявления основных сил — гравитационные, инерционные (жалюзийные), центробежные и ультразвуковые;

Рпс. 46. Разрез вертнкального сепаратора.

1 — корпус; 2 — раздаточный коллектор; з — поплавок; 4 — дренажная труба; 5 — наклон­ ные плоскости; в — ввод газо­ жидкостной смеси; 7 — регуля­ тор давления «до себя»; 8 — выгод газа; 9 —перегородка для выравнивания скорости газа; 10 — жалюзийный каплеулови­ тель; 11 — регулятор уровня; 12 — сброс нефти; 13 — сброс грязи; 14—люк; 13—заглушки.

6)по числу обслуживаемых скважин — пндпвпдуальные п груп­ повые;

7)по числу ступеней сепарации — первый, второй, третьей

ит. д.

Всепараторе любого типа различают следующие четыре секции (рпс. 46):

Ш

I — основная сепарационная секция, служащая для отделения нефти от газа; на работу сепарационной секции большое влияние ока­ зывает конструктивное оформление ввода продукции скважин (тан­ генциальное, радиальное, с использованием различного рода наса­ док — диспергаторов, турбулизирующих ввод газожидкостного по­ тока);

II — осадительная секция, в которой происходит дополнитель­ ное выделение пузырьков газа, увлеченных нефтью из сепарацион­ ной секции; для более интенсивного выделения окклюдированных

Рис. 47. Разрез горизонтального сепаратора.

1 — ввод газонефтяной смеси; 2 — диспергатор; 3 — наклонные плоскости; 4 — жа­ люзийный каплеуловитель; 5 — перегородка для выравнивания потока газа; 6 — выход газа; 7 — люк; 8 — регулятор уровня; 9 — поплавковый уровнедержатель; 10 — сброс грязи; 11 — перегородка для предотвращения прорыва газа; 12 — слив­ ная трубка.

пузырьков газа из нефти последнюю направляют тонким слоем по наклонным плоскостям, увеличивая тем самым длину пути движения нефти и эффективность ее сепарации. Наклонные плоскости рекомен­ дуется изготовлять также с небольшим порогом, способствующим выделению газа из нефти (см. дет. 3 на рис. 47);

III— секция сбора нефти, занимающая самое нижнее положение

всепараторе и предназначенная как для сбора, так и для вывода

жидкости, уносимых потоком газа за пределы сепаратора. Эффективность работы сепаратора любого типа зависит от двух

135

пузырьков газа, уносимых потоком нефти из секции сбора нефти ИХ. Чем меньше величина этих показателей, тем эффективнее работа сепаратора.

Сепаратор с жалюзийной насадкой 1 0 , показанный на рис. 46, работает следующим образом. Нефтегазовая смесь под давлением через патрубок б поступает к раздаточному коллектору 2, имеющему по всей длине щель дли выхода смеси. Из щели нефтегазовая смесь

попадает на наклонные плоскости 5, увеличивающие путь движения

нефти и облегчающие тем самым выделение окклюдированных пузырь­

ков газа, В верхней части сепаратора установлена каплеуловитель- наи насадка Ш жалюзийного типа. Капельки нефти, отбиваемые в жалюзийной насадке* стекают в поддон и по дренажной трубе ~ 4

направляются в нижнюю часть сепаратора. За жалюзийной насад­ кой Ш но ходу потока газа установлена перегородка 9 с большим числом отверстий* выполненных по принципу пропуска равных рас­

ходов» выравнивающих скорость движения газа. Капхеуховнгелышг секция: 10 конструктивно может быть раз­

личной и работа ее может основываться на одном или нескольких щрищшах:: сяслкиевенне потока газа с различного рода перегород­ ками; шмевшие направлении истока; изменение скорости потока; исшшййсвавде привирав центробежной силы; использование коалесщирушдей набивки (различных металлических сеток).

На рис-. Ш приводен разрез горшожгальиого сепаратора, в кото­ ром ооаждеше частил жидкости тредтеходипг иод действием гравитанрш ш х и ишррешвдх сил.

1ьабе®а®т эде® селарастор одедушцим образом. Нефтегазовая смееьг вддевашеш в ш труш к 1* вначале шишадает в шбейжик газа Д. где вршехедят йрЛйШйе ((^ршерщревашю!) вкфтегазшмш смеси. Дшснаршреюшве шфш! жрввадит к сущесгашишяу увелшчешгаэ поверх- \ШЮШш ш ш шфдаь — та®* в результате чет© шгршвеходит ивпгенОЯВДйй щ р ш е таза ш шфют.. Шосл® отбейтика газа значительная часов вафшжшщдайетвояш травшащтошших ш оседает на наклонные 1Ш № Ш <$,, аахшшай№ шри зжш шузвтрвки газа* ш^значительная чашь eafe в в®де мшвчайошвх кашшек ушсжшт ш ж га ш штоком газа. Щш чтшштш оящжвури дашека шаклошаше шшюскоспи следует шнь

ццфад, ш у<щ®вшай№ вддаштв шэд даавтвием ш ш тяишетш* шигре- чййт ш одеть щрзг жа^иггшийвущ) шеадкку ^ в шпшрой жрешеходит <Ш$сщг|>:» ((ещшйяйш^) 1шилвдлжжащшиш ш дашшшшешиш© вшк:-ажде-_

зйф чжнй зайед; щря: йвдйи шишка* <гтекашщаш в шщдаш,. Шмтщрнтше тад$й& Шояапгошадажт шэд уревшь жвддашш в сезша-

рдрюрь. Щ рш ддашйшдртяо) ршв5®дедшшя[ шпшезв паза в гкашшзввш-

вд& iifflwjp; 41 уояшйшяшщдся! шй хащу таза рак-шределшгешшжш $>й (вдвздзддодовд, щшйшшшшйш ш® шршшршшу равивсх

ЗййШЩ».

№а рас. Щ цгогашщ цорвнщшатишй (щпирштгр с- шк<гшш» ваддазяш ццфшоштойг ашож. 1Ш5мт (шпщшщрь сииишапва на шршвдюше аффек-

т ,

тивного диспергирования нефтегазовой смеси, для чего предназна­ чены насадки 2 форсуночного типа. Мелко раздробленная нефть в на­ садках 2 под действием гравитационных сил оседает на плоскости 5

Рис. 48. Горизонтальный сепаратор с генераторами частоты.

1 — корпус сепаратора; 2 — насадки форсуночного типа; 3 — раздаточный коллектор; 4 — подводящий коллектор; 5 — наклонные плоскости; 6 — поплавок; 7 — жалюзийный капле­ уловитель; 8 — регулирующий клапан давления «до себя»; 9 — исполнительный механизм; 10 — электроили пневмовнбратор; 11 — пластины вибратора; 12 — перфорированный газо­

сборный коллектор.

и стекает по ним тонким слоем в секцию сбора нефти. В секции сбора нефти устанавливаются электромагнитные генераторы или пневмо­

ный разрез гидроциклонного сепара­ тора, разработанного в институте Гипровостокнефть Сепараторы

этого типа сравнительно широко применяются на нефтедобывающих предприятиях, однако эффективность их работы, как показали сопо­ ставительные испытания, проведенные в Грозненском нефтяном

137

институте [14], невелика и составляет всего 80% по жидкости и 90% по газу. Основным недостатком этих сепараторов является несовер­ шенство ввода нефтегазовой смеси. Тангенциальный ввод, преду­ смотренный в этих сепараторах, эффективен, как известно, только дли газовых н газоконденсатных скважин, где под действием центро­ бежных снл «тяжелые» капельки жидкости сливаются п осаждаются

в ввде тонкой пленки по стенке сепаратора. В нефтяных же скважи­ нах содержание жидкости в потоке доминирует и поэтому действие центробежной силы па выделение «легкого» газа из «тяжелой» жидкости должно проявляться значительно слабее. Однако эти

4 унйМ; Us— ]рязд)даюшй вдвдинкщр;;« — швэдишДиш,, тьш1 ш шиид; VmW— шкдшттлшстнпшр

¥(Ш№ию«№<аддаиш?шяий)додай^гйгшдащядвдафше; Ф—щврфшян^штапошшк«дашь—

Шдшвдйюок; Ш ж — щ т и т и а ш давив сдашиошшшив® даш пшЦшш ш дащш..

а к т одра» ©ешш^ша® шфшщшшргпшаг» — и п ©]рашщж-

шише ч|ша) шшфгш луш»«гдивдрахши (шшпншЕашшш ж тгряше- в д р э д а д ш Ш ЙШ ТО д*а> $<шшадаа*к вдодроттадаш шефш.. Тшяшеоть кшщргшвд ишягааиша здягдаюиш ш ш ш ш я^ф^зшишаша» 'шшшац уядка- шшдшйшшшй тиш е тащрэд^швшшж шшрашйр»® ш» ^Ж1Г-^ ж «Сш^тг- шаваж-'А»),, шгт»„ ^раяишмшх же (шш^шпарж

ЗйфйЛ Й .. rJDaft «Й№ (00ТЩ}Й»ЦЛШ 1ПЙ8Я «шг даязщ иииш ЩШ ПТаЩрФЯрГКШОХШБНЖ

оетадшфдй® (Мйшшййэг дшгшь Ш%„ (ешмягащша),, чттш ж ■шаяшюипь жяяхе- jftjism дшодшшс ша» (шшшшши шШшшдпж..

Щ ?ш 1»шшя»ш7шяаш) адщдеткшш швфии ошг ткни,, каяк адшшяшгшэь дш-

шщ, ш&и&тщтщ, чшШяг щщ®зрашхшь шишаякша т щ <$й®ашж ®южа

ийи/йшинйй,, т злю» ийймншлй) ж ш в щрв ^(влшиим,, бнкгои шиодриш

Ш

в сепаратор нефть подвергается интенсивному диспергированию и дви­ жется в сепараторе по длинному пути тонким слоем.

На ‘ рис. 50 показан горизонтальный нефтегазоводоотделитель, который эффективно работает по предварительному сбросу пласто­ вой воды на теплохимпческих установках по обезвоживанию и обес­ соливанию (см. рис. 77, поз. 2). Нефтегазоводяная смесь поступает в аппарат через приемный патрубок 6, из которого попадает в разда­ точный коллектор 5, имеющий для выхода смеси равномерно располо­ женные внизу отверстия, выполненные по принципу пропуска одина­ ковых расходов жидкости, т. е. чем дальше от приемного патрубка 6, тем больше нх диаметр. Нефтегазоводяная смесь, выходящая из от­ верстий раздаточного коллектора, с очень низкой скоростью подни­ мается через водяную подушку, имеющую в своем составе поверх­ ностно-активные вещества (ПАВ), и расслаивается на нефть, воду и газ, которые по отдельным линиям: 11, 12 и. 2 выводятся из сепара­ тора. Эффективность отделения нефти от воды достигается в основном в результате использования тепла и ПАВ пластовых вод, подавае­ мых в КССУ из горячих отстойников 6 (см. рис. 77), а также за счет барботажно-флотационного процесса (см. стр. 293).

§ 3. РАСЧЕТ СЕПАРАТОРОВ НА ПРОПУСКНУЮ СПОСОБНОСТЬ ПО ГАЗУ

Из всех сепараторов, рассмотренных в предыдущем параграфе, сравнительно легко поддаются расчету только гравитационные, жа­ люзийные п гндроцпклонные.

1. Расчет гравитационных сепараторов. В гравитационных сепа­ раторах осаждение капельной и твердой взвеси из газового потока происходит под действием силы тяжести. Высокую степень очистки газа от капельной и твердой взвесп в гравитационном сепараторе можно получить при условии, если скорость газа будет близка к нулю.

В реальных условиях эффективность сепарации в гравитационных сепараторах при скорости движения газа 0,5 м/сек резко падает и составляет лишь 70% капельной жидкости, находящейся во взве­ шенном состоянии.

Пропускную способность гравитационных сепараторов обычно определяют в зависимости от.допустимой скорости движения газа, при которой происходит осаждение минимального размера капелек жидкости, принятых для расчета. Допустимая скорость движений газа определяется из условий равновесия сил, действующих на ча­ стицу, п силы сопротивления среды, возникающей при движении этой частицы.

При расчете гравитационных сепараторов по газу принимаются следующие допущения: 1) частица (твердая или жидкая) имеет форму шара; 2) движение газа в сепараторе установившееся,'т. е. такое, когда в любой точке сепаратора независимо от времени скорость газа остается постоянной, но по абсолютному значению может быть раз­ ной; 3) движение частички принимается свободным, т. е. на нее не оказывают действия другие частицы; 4) скорость оседания частицы

139

постоянная, т. е. это тот случай, когда сила сопротивления газовой среды становится равной массе частицы.

Исходя из принятых допущений, рассмотрим силы, действующие на частицу, осаждающуюся в газовой среде, и установим закон ее движения.

Шарообразная частица диаметром d, объемом и плот­

ностью рч подвергается в газе, имеющем плотность рг, действию силы тяжести

где £ — коэффициент сопротивления среды, являющийся функцией критерия Рейнольдса; рг — плотность газа в кг/м3; w4— линейная скорость частицы в м/сек; / — миделево сечение частицы, т. е. в на­ шем случае / = zid2/ 4.

Учитывая четвертое допущение, т. е., что при равномерном движе­ нии частицы сила сопротивления газовой среды становится равной массе частицы, можем записать следующее равенство (Р = R):

(IV. 19)

Коэффициент сопротивления £ определяется из уравнения (IV.19):

Для ламинарного движения коэффициент сопротивления £ полу­ чается теоретически (Re = 1):

скорость оседания шарообразной частицы в газовой среде опреде­ лится по формуле Стокса:

Здесь цг — динамическая вязкость газа в кг/м-сек; d — диаметр частицы в м; рч — плотность частицы в кг/м3.

При значениях числа Рейнольдса от 2 до 500 зависимость коэф­ фициента сопротивления £ представляется эмпирическим уравне­ нием следующего вида:

140