Рыбкинского месторождения
.pdf
112
Схема горизонтального сепаратора
Рис.9.1
Консорциум « Н е д р а »
113
Расчет сепаратора
1. Задаемся первым давлением схождения, которое для нефтегазовых систем должен быть не менее 35,0 МПа.
Выбираем величину 68.95 МПа, рекомендуемую в методическом указании.
2. По справочным таблицам находим константы равновесия для всех компонентов исходной смеси
Таблица 9.2
Ki
CO2 |
N2 |
CH4 |
C2H6 |
C3H8 |
i- |
n- |
i- |
n- |
H2S |
|
|
|
|
|
C4H10 |
C4H10 |
C5H12 |
C5H12 |
|
5,30 |
114,00 |
25,00 |
5,00 |
10,00 |
0,80 |
0,90 |
0,99 |
0,88 |
5,30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Для расчета состава фаз необходимо определить долю отгона при заданных температуре, давлении и составе сырья. Доля отгона рассчитывается из уравнения равновесия для парожидкостной смеси. При заданных температуре,
давлении и составе исходной смеси, поступающей на разделение, рассчитывают долю отгона методом
n
последовательных приближений. Для этого задают долю отгона по уравнению равновесия подсчитывают xi . Если
i=1
полученная сумма равно единице, то значение доли отгона выбрано правильно. В противном случае необходимо задать новое значение å , добиваясь, чтобы сумма в левой части уравнения была равна единице. Подбор значения доли отгона произведен с помощью пакета MSOffice.
Консорциум « Н е д р а »
n |
n |
y |
0 |
|
|
xi |
= |
i |
|
= 1 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
i=1 |
i=1 |
1 + e (K |
i |
−1) |
|
|
|
|
|||
114
(9.1)
где |
x |
i -мольная доля компонентов в жидкой фазе; |
å |
- мольная доля отгона. |
|
||||
|
|
При полученном значении доли отгона рассчитывают содержание каждого компонента в жидкой фазе по
уравнению (9.2):
n |
n |
|
|
0 |
|
|
|
xi |
= |
|
|
yi |
|
|
(9.2) |
1 |
+ e (K |
|
−1) |
||||
i=1 |
i=1 |
i |
|
||||
|
|
|
|
|
|||
Мольный состав паровой фазы рассчитывают по уравнению:
n |
|
|
|
n |
K |
y |
0 |
|
n |
|
|
|
|
|
y |
i |
= |
|
i |
|
|
i |
= |
|
i |
i |
= 1 |
|
|
|
|
|
|
K |
x |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
i=1 |
|
|
|
i=1 |
1 + e (K |
i |
−1) |
i=1 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
(9.3)
Контролем правильности проведения расчета является выполнения равенства (9.2) и (9.3).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 9.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
xi |
|
|
|
|
CO2 |
N2 |
CH4 |
C2H6 |
C3H8 |
i-C4H10 |
n-C4H10 |
i-C5H12 |
n-C5H12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,000 |
0,000 |
0,002 |
0,008 |
0,002 |
0,704 |
0,169 |
0,040 |
0,074 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
yi |
|
|
|
|
Консорциум « Н е д р а »
115
CO2 |
N2 |
CH4 |
C2H6 |
C3H8 |
i-C4H10 |
n-C4H10 |
i-C5H12 |
n-C5H12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,001 |
0,027 |
0,057 |
0,040 |
0,019 |
0,564 |
0,152 |
0,039 |
0,100 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Рассчитываем молекулярную массу отсепарированной нефти в
M |
0 |
= 0,2 |
|
|
0,11 |
|
|
|
|
||
|
H |
|
н |
|
н |
стандартных условиях
(9.4)
M |
0 |
= 0,2 868 (12,5 10 |
−3 |
) |
0,11 |
= 107 ,20а.е.м. |
H |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Молекулярная масса остатка в стандартных условиях определяем по формуле института «Гипровостокнефть»
M00 =1,011 MН0 + 60 |
|
(9.5) |
|||
M |
0 |
=1,011 107,20 |
+ 60 |
=168,38а.е.м. |
|
0 |
|||||
|
|
|
|
||
5. Находим молекулярные массы жидкой и газовой фаз в сепараторе
M |
|
= |
n |
M |
x |
|
н |
|
|||||
|
|
i |
i |
|||
|
|
|
i=1 |
|
|
M Г = n= M i yi
i 1
(9.6)
(9.1)
Таблица 9.4
МН
CO2 |
N2 |
CH4 |
C2H6 |
C3H8 |
i-C4H10 |
n-C4H10 |
i-C5H12 |
n-C5H12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Консорциум « Н е д р а »
116
0,01 |
0,01 |
0,04 |
0,24 |
0,08 |
40,86 |
9,80 |
2,87 |
5,33 |
59,23 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
МГ
CO2 |
N2 |
CH4 |
C2H6 |
C3H8 |
i-C4H10 |
n-C4H10 |
i-C5H12 |
n-C5H12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,03 |
0,76 |
0,90 |
1,21 |
0,84 |
32,68 |
8,82 |
2,84 |
7,20 |
55,29 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6. Находим максимальную объемную нагрузку на сепаратор
Q |
= Q |
Ж |
(1 − |
В |
) |
н |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Q |
|
|
|
|
|
н |
(9.8)
3 |
/ сут |
=1080 (1−0,40) = 648м |
7. Принимая плотность нефти в сепараторе равной плотности отсепарированной нефти для создания необходимого запаса надежности, находим массовую нагрузку сепаратора по нефти
G |
н |
= Q |
Н |
|
Н |
|
|
|
G |
н |
= 648 868 = 562464 |
|
|
(9.9)
кг/сут
8. Находим массовую нагрузку по газу на сепаратор
Gг = Gн е |
(9.10) |
|
GÃ = 562464 4,73 = 2483771кг/сут |
9. Рассчитываем объемную нагрузку на сепаратор по газу
Q= 22.4 GГ
гМ Г
(9.11)
Консорциум « Н е д р а »
117
Q |
|
= |
22,4 2483771 |
= 1006262,06м |
3 |
/ сут |
Г |
55,29 |
|
||||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Зная QЖ, QГ, РРАБ и ТРАБ по любому из справочников находим марку необходимого сепаратора.
Вывод
Исходя из исходных и расчетных данных, выбираем нефтегазовый сепаратор НГС-II-П-0,6-3000-2-Т-И.
10. Механический расчет сепаратора
Нефтегазоосепаратор предназначен для сепарации нефти и попутного газа в промысловых установках подготовки нефти к транспорту.
Условное (расчетное) давление в аппарате – 6 кгс/см2 (0,6 Мпа).
Расчетная температура стенки – +100С (373К).
Рабочая среда – газ. Характеристика среды взрывоопасная, высокотоксичная.
Максимальная производительность сепаратора 5000 тыс.нм3/год.
Рабочий объем аппарата – 180 м3. Номинальный – 200 м3.
Расчет обечайки, работающей под избыточным внутренним давлением:
Материал обечайки сталь 16ГС ГОСТ 5520-79;
Температура стенки расчетная 100 С;
D = 1,600 м - внутренний диаметр сосуда или аппарата;
P=1,6 МПа - избыточное расчетное внутреннее давление;
Консорциум « Н е д р а »
118
[σ ]= 160 МПа |
- допустимое напряжение при расчетной температуре; |
|||||
|
|
|||||
Кр=1,0 – коэффициент прочности продольного сварного шва; |
|
|||||
Расчет: |
|
|
|
|
|
|
Исполнительная толщина стенки обечайки: |
|
|
|
|||
|
|
|
S≥ Sr+C |
|
||
где |
C = 0,0028 м |
- сумма прибавок к расчетной толщине стенки |
|
|||
|
|
|
||||
Принимаем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С=С +С |
2 |
+С |
3 |
|
|
|
1 |
|
||
где |
С1 = 0,002 м |
- прибавка к расчетной толщине обечайки для компенсации коррозии и эрозии; |
||||
С2 = 0,0008 м - прибавка для компенсации минусового допуска;
С3 = 0 м - прибавка технологическая.
С = 0,002 + 0,0008 = 0,000 28 м
Sr = 0,00804 мм
- расчетная толщина стенки обечайки;
|
|
Sr = |
P D |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 σ p − P |
|
|
Sr = |
1,6 1600 |
= 8,04 мм |
= 0,00804 м |
|
|
|
|||
2 |
160 |
1 −1,6 |
|
|
Принимаем |
S=12 |
мм |
|
|
Допускаемое избыточное внутреннее давление:
Консорциум « Н е д р а »
|
P = |
2 σ |
P |
(S − C ) |
|||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
D + (S − C ) |
|||||
P = |
2 160 1 (12 − 2,8 ) |
= 1,829 МПа |
|||||
1600 + (12 − |
2,8 ) |
||||||
|
|
||||||
Формулы применимы при выполнении условия: |
|
|
|
|
|
||
|
|
S − C |
≤ 0,1 |
|
|||
|
|
D |
|
|
|
|
|
12− 2,8 = 0,005≤ 0,1
1600
Расчет выполнен по ГОСТ 14249-80.
Расчет эллиптических днищ, работающих под избыточным внутренним давлением.
Днище по ГОСТ 6533-78, материал днища сталь 09Г2С ГОСТ 5520-79, температура стенки расчетная 100 С.
D = 1,6 м - внутренний диаметр сосуда;
P=1,6 МПа |
- избыточное расчетное внутреннее давление; |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
||||
[σ ]= 160 МПа |
- допустимое напряжение при расчетной температуре; |
|||||||
|
|
|
|
|||||
H = 0,400 м |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
- высота выпуклой части днища без учета цилиндрической части; |
|||||
R = 1,6 м |
- радиус кривизны в вершине днища равен: |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
D |
2 |
|
|
|
|
|
|
R = |
|
(5) |
||
|
|
|
|
4 |
H |
|||
|
|
|
|
|
|
|||
где |
R=D |
- для эллиптических днищ с H = 0,25 D ; |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||||
119
Консорциум « Н е д р а »
120
U=1,0 |
- коэффициент прочности сварного шва. |
|
Расчет:
Исполнительная толщина стенки:
S |
≥ S |
1r |
+C |
1 |
|
|
где
C=
S |
1r |
|
|
2,8 |
|
= 0,00802 м - расчетная толщина стенки днища; |
|
мм |
- сумма прибавок к расчетной толщине стенки: |
|
|
С=С +С |
2 |
+С |
3 |
1 |
|
где С1 = 0,002 м - прибавка к расчетной толщине обечайки для компенсации коррозии и эрозии;
С2 |
= 0,0008 м - прибавка для компенсации минусового допуска; |
|
С |
= 0 мм |
- прибавка технологическая. |
3 |
|
|
|
|
|
Принимаем S
Допускаемое
С = 0,002 + 0,0008 = 0,0028 м
|
|
|
|
S |
= |
P R |
|
|
|
|
σ − 0,5 P |
||
|
|
|
|
1r |
2 |
|
|
|
|
|
|
||
S |
|
|
|
1,6 1600 |
= 0,00802 мм |
|
1r |
|
|
|
|
||
|
2 |
1 |
160 − 0,5 1,6 |
|||
|
|
|||||
|
|
S |
8,02 + 2,8 = 10,82 мм |
|||
|
|
|
1r |
|
|
|
1 |
= 0,012 |
м |
|
|
внутреннее избыточное давление:
Консорциум « Н е д р а »
|
|
2 (S −C) |
σ |
||
|
P = |
|
1 |
|
|
|
R+0,5 (S |
−C) |
|||
|
|
||||
|
|
|
1 |
|
|
P = |
2 (12 − 2,8 ) 1 160 |
= 1,834 МПа |
|||
1600 + 0,5 |
(12 − 2,8 ) |
||||
|
|
||||
Формулы применимы при выполнении условия:
0,002≤ |
S1− C |
≤ 0,1 |
12 − 2,8 |
= 0,005< 0,1 |
|
|
D |
|
1600 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
0,2≤ |
H |
≤ 0,5 |
400 |
|
|
D |
= 0,25 < 0,5 |
||||
|
|||||
|
|
1600 |
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|
Расчет выполнен по ГОСТ 14249-80.
Вывод:
121
Механический расчет сепаратора показал что, фактические максимальные нагрузки меньше допустимых, условие прочности выполняется.
Консорциум « Н е д р а »