Козловского месторождения
.pdf
103
эксплуатации, ревизии, ремонту и отбраковке нефтепромысловых трубопроводов», г. Москва, 1994 г.) нормативный срок эксплуатации для водоводов установлен 7 лет.
7. Технологический расчет отстойника воды
В соответствии с техническим заданием рассчитан отстойник воды диаметром корпуса 3400 мм на расчетное давление 1,0 МПа, установленного на УПСВ «Козловская».
Таблица 7.1
Исходные данные для расчёта отстойника
Реальный расход аэрозоли |
Q , м3/сек |
0,049 |
Высота сепаратора |
H, м |
22 |
|
|
|
Диаметр сепаратора |
DB, м |
3,4 |
|
|
|
Высота нефтяной подушки |
h1, м |
1,45 |
|
|
|
Максимальный взлив |
h2, м |
1,35 |
|
|
|
Минимальный взлив |
h3, м |
0,35 |
|
|
|
Объемная доля дисперсной фазы до отстоя |
φН, % |
0,14 |
|
|
|
Объемная доля дисперсной фазы после отстоя |
φК, %; |
0,1 |
|
|
|
Плотность дисперсной фазы |
ρф, кг/м3 |
873 |
Плотность дисперсной среды |
ρс, кг/м3 |
1163 |
Вязкость дисперсной среды |
μс, Па·с |
0,00132 |
Расчет отстойника
Консорциум н е д р а
104
Расчет базируется на ряде следующих положений, качественно описывающих реальную картину гравитационного
осаждения полидисперсной эмульсии в типа Н/В в стесненных условиях в двигающей жидкости [8].
За время прохождения эмульсии от входа до выхода отстойника концентрация дисперсной фазы изменяется как
вдоль аппарата, так и по его высоте.
За время прохождения эмульсии от входа до выхода отстойника ее вязкость изменяется как вдоль аппарата, так и по
его высоте.
За время прохождения эмульсии от входа до выхода отстойника ее линейная скорость изменяется как вдоль аппарата, так и по его высоте.Такой сложный характер поведения реальной эмульсии в аппарате неизбежно требует ряда
упрощений: |
|
|
|
|
1. |
Пренебрежем толщиной входного слоя, который образуется между нефтью и водяной подушкой. |
|||
2. |
Будем вести расчет, используя понятие ( |
d |
MIN |
). |
|
||||
|
|
|
|
|
3. |
Будем считать время отстоя равным среднему времени движения эмульсии вдоль зоны отстоя. |
|||
Схема горизонтального отстойника
Консорциум н е д р а
L
h |
2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
D |
Э |
|
Э
Водянаяподушка
h |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В
105
Н
h1
Рис. 7.1
Зная |
|
Н |
и |
|
К |
, с помощью табл. 7.2 определяют минимальный |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
удаляются в данном отстойнике.
размер капель дисперсной фазы (
d |
m in |
|
), которые
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 7.2 |
|
|
|
|
|
|
Усредненное распределение дисперсной фазы по d |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d м 10 |
−6 |
3 |
4 |
5 |
|
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
80 |
100 |
|
200 |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,05 |
0,15 |
0,2 |
|
0,18 |
0,15 |
0,08 |
0,05 |
0,03 |
0,03 |
0,02 |
0,02 |
|
0,04 |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Консорциум н е д р а
Для этого, вычисляют |
|
как |
||
|
||||
|
|
|
|
|
указанные в ячейках величины |
|
|||
|
|
|
|
|
превышая) |
. |
|
|
|
|
d = (d |
m in |
) = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
106 |
разницу |
|
Н |
и |
|
В |
, двигаясь справа налево по нижней строке табл., суммируются |
|
|
до тех пор пока найденное слагаемое не станет равным (или минимальным не
0,0002 м |
(7.1) |
Рассчитываются критерий Архимеда, заменял
d |
r |
|
на
(d |
m in |
) |
|
|
:
Так как
r = |
4 ( |
д.ф |
− |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
r ,36следовательно
|
|
) |
|
d |
3 |
g |
|
д.с |
д.с |
r |
|||||
|
|
|
|
||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
д.с |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Ar = |
4 |
· (1163 - |
||
|
|
|
|
|
3 |
|
|
режим ламинарный.
|
(7.2) |
873)·11630,0002·3 |
= ·2,06 |
0,00132·2 |
Для ламинарных условий оседания:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.7 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
( |
д.ф − д.с ) g dm in |
|
|
1 − ср |
|
|
|
|
|
|
|
( |
|
д.ф |
− д.с ) g d m in |
|
|||||||||||||||||
Qн |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
д.с 18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18 д.с |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 − ср 1 − (dm in )2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
− ср |
|
|
|
|
4.7 |
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
(7.3) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SН |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(Dв |
− h1 |
− h2 ) |
|
(Dв |
− h1 |
− h2 ) |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
1 |
− |
ср |
1 − (d |
m in |
)2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
1 − |
вх |
1 − 0,5( |
вх − вых ) |
где Sн - часть аппарата занятого нефтью.
Для горизонтального отстойника:
Консорциум н е д р а
S |
|
= R |
2 |
2 |
|
|
− sin cos |
|
2 |
|
|
− sin cos |
|
|
н |
|
− R |
в |
|
|
− R |
в |
|
|
, |
||||
|
|
|
|
|
|
180 |
|
|
|
|
180 |
|
|
|
где
107
(7.4)
При
= arccos |
|
Rв |
− h1 |
|
|
(7.5) |
||||
|
|
Rв |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
R |
− h |
|
|
|||
= arccos |
|
в |
|
2 |
|
|
(7.6) |
|||
|
R |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
|
= |
|
н |
|
+ |
к |
|
(7.7) |
||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
ср |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,4/2 - 1,45 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
= 1,42 |
|
|
|
|
|
|
|
|
arccos |
3,4/2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,4/2 - 1,35 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= arccos |
3,4/2 |
= 1,37 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
0,14 + 0,1 |
= 0,12 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
ср |
2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Sн |
= π· |
3,42 |
- |
3,42 |
1,42·π |
|
|
|
|
3,42 |
1,37·π |
|
2 |
||
|
4 |
4 |
|
180 |
- sin1,42·cos1,42 · |
4 |
|
|
- sin1,37·cos1,37 |
= 9,93м |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
180 |
|
|
||||
r 36 |
, следовательно режим ламинарный. Для ламинарных условий оседания: |
|||||||||||||||
|
||||||||||||||||
Консорциум н е д р а
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
4.7 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
Q |
= |
( д.ф − д.с ) g dm in |
|
1 − ср |
|
|
|
|
+ |
( д.ф − д.с ) g d |
|
m in |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
н |
|
|
|
д.с 18 |
|
1 − ср |
1 − (dm in ) |
2 |
|
|
|
|
18 д.с |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
− |
ср |
|
|
|
|
L |
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
1 − |
вх |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SН |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1 − |
|
1 − (d |
|
) |
2 |
|
D − h − h |
|
D − h − h |
|
|
|
1 − 0,5 ( |
вх |
− |
вых |
) |
|
|||||||||||
|
|
|
ср |
|
|
m in |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
108
(7.8)
где Sн - часть аппарата занятого нефтью.
Q |
н |
|
=
( |
(1163-873)· 9.8 0,0002·2 |
|
1 - 0,12 |
|
|
|
4.7 |
|
18 ·0,00132 |
· |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
2 |
||||||
|
1- 0,12· 1 - 0,0002 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||||
|
(1163-873)· 9.8 0,0002·2 |
|
1 - 0,12 |
|
|
4.7 |
22 |
|
22 |
|
1 - 0,14 |
|
3 |
|
+ |
18 ·0,00132 |
· |
|
|
|
|
|
(3,4 - 1,45 - 1,35) |
)· · |
(3,4 - 1,45 - 1,35) |
·9,93· |
|
= 0,575 |
м /сек |
|
|
2 |
|
|||||||||||
|
1- 0,12· 1 - 0,0002 |
|
|
|
|
1- 0.5 (0,14-0,1) |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Выводы по расчету
Так как реальный объем эмульсии проходящей через отстойник меньше, чем его пропускная способность,
следовательно, аппарат справляется. Дополнительного оборудования для отстоя нефти не требуется.
Консорциум н е д р а
109
8. Механический расчет отстойника
Расчет обечайки цилиндрической
Таблица 8.1
|
Исходные данные |
|
|
|
|
Материал: |
|
09Г2С |
|
|
|
Внутр. диаметр, D: |
|
3,4∙103 мм |
|
|
|
Толщина стенки, s: |
|
14 мм |
|
|
|
Прибавка для компенсации коррозии и эрозии, c1: |
|
2 мм |
|
|
|
Прибавка для компенсации минусового допуска, c2: |
|
0,8 мм |
|
|
|
Прибавка технологическая, c3: |
|
0 мм |
|
|
|
Сумма прибавок к расчётной толщине стенки, c: |
|
2,8 мм |
|
|
|
Длина обечайки, L: |
|
2,2∙104 мм |
|
|
|
Коэффициенты прочности сварных швов:
Продольный шов: |
|
р |
= |
|
|
Окружной шов: Т =1
Допускаемые напряжения для материала 09Г2С при температуре
[σ]70= 184 МПа
1
t = 70oC (рабочие условия):
Консорциум н е д р а
110
Модуль продольной упругости для материала 09Г2С при температуре 70oC: E70= 1,94∙105 МПа
Проведем расчет на прочность и устойчивость цилиндрической обечайки по ГОСТ 14249-89 [9].
Гладкая обечайка, нагруженная внутренним избыточным давлением
Расчетная толщина стенки с учетом прибавок рассчитаем по формуле:
s |
|
+ с = |
pD |
|
р |
|
|
||
|
2 |
|
||
|
|
р |
||
|
|
|
|
−
p
+
c
,
(8.1)
гдеp –расчетное (рабочее) внутреннее избыточное давление;
D – Внутренний диаметр сосуда или аппарата;
– допускаемое напряжение при расчетной температуре;
|
р – коэффициент прочности продольного шва цилиндрической обечайки; |
|
c – сумма прибавок к расчетным толщинам стенок, которая рассчитывается по формуле:
с = с |
+ с |
2 |
+ с |
3 |
, |
(8.2) |
1 |
|
|
где c1 – прибавка для компенсации коррозии и эрозии; c2 – прибавка для компенсации минусового допуска; c3 – прибавка технологическая.
с = 2 + 0,8 + 0 = 2,8мм
Консорциум н е д р а
111
s |
|
+ с = |
1,0 3400 |
+ 2,8 |
= 12,06мм |
||
р |
2 |
184 1 −1 |
|||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||
Принимаем толщину стенки обечайки s=14мм согласно сортамента листового проката по ГОСТ 5520-79.
Допускаемое внутреннее избыточное давление рассчитаем по формуле:
p = |
2 |
р |
(s − c) |
, |
(8.3) |
||
|
|
|
|
||||
D + |
(s − c) |
||||||
|
|
|
|||||
где s – исполнительная толщина стенки обечайки.
p = 2 184 1 (14 − 2,8) = 1,2МПа 3400 + (14 − 2,8)
1,2МПа 1МПа – условие прочности выполняется.
Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления рассчитывается по формуле:
где
D |
р |
|
s =
|
|
s − c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
d 0 |
= 2 |
|
|
− 0,8 |
|
|
D р (s − c) , |
|
|
|
|
|||
|
s |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р – расчетная толщина стенки обечайки; |
|
|
|
|
|||||||||||
D |
– расчетный диаметр обечайки равный диаметру обечайки. |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 − 2,8 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
d0 |
= 2 |
|
− 0,8 |
|
3400 (14 − 2,8) |
= |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9,26 |
|
|
|
|
||
(8.4)
159,6мм
Минимальное расстояние между «одиночными» штуцерами:
Консорциум н е д р а
Макет космического корабля «Восток-1» в павильоне «Космос» на ВДНХ. За ним — цитата К. Э. Циолковского:
«Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчёт. И уже в конце концов исполнение венчает мысль»
Консорциум н е д р а