Султангулово-Заглядинского месторождения 2
.pdf
88
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: Пренебрежем толщиной входного слоя, который образуется между нефтью и водяной подушкой.Будем вести расчет, используя понятие
(dmin).Будем считать время отстоя равным среднему времени движения эмульсии вдоль зоны отстоя.
Схема горизонтального отстойника
L
h |
2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
D |
Э |
Э
Водянаяподушка
h |
3 |
В
Н
h1
Рис. 3.2
Зная, φн и φк, с помощью табл. 3.5 определяют минимальный размер капель дисперсной фазы (dmin), которые удаляются в данном отстойнике [9].
Таблица 3.5
Усредненное распределение дисперсной фазы по d
Консорциум « Н е д р а »
d м ·10-6 |
3 |
4 |
5 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
80 |
100 |
φ |
0,05 |
0,15 |
0,2 |
0,18 |
0,15 |
0,08 |
0,05 |
0,03 |
0,03 |
0,02 |
0,02 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
89
200
0,04
Для этого, вычисляют ∆φ как разницу φн и φк, двигаясь справа налево по нижней строке табл., суммируются указанные в ячейках величины φ до тех пор пока найденное слагаемое не станет равным (или минимальным не превышая) ∆φ.
d = (dmin ) = 30 10 − 6 м
Рассчитываются критерий Архимеда, заменял
(3.63)
d |
r |
на |
(d |
m in |
) |
: |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
r = |
4 |
( |
д.ф |
− |
д.с |
) |
д.с |
d |
r |
g |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
3 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
д.с |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(3.64)
|
4 |
|
(1080 − 869) 869 (30 |
10 |
−6 |
) 9.81 |
|
||
r = |
|
|
= 0,026 |
||||||
3 |
(2,45 10 |
−3 |
) |
2 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
При
r
36
, следовательно режим ламинарный. Для ламинарных условий оседания:
|
|
( д.ф − д.с ) g dm in |
2 |
|
|
1 − ср |
|
|
4.7 |
|
( |
д.ф |
− д.с ) g d |
2 |
|
|
|
|||||||||||||
Qн |
|
|
|
|
|
|
m in |
|
|
|||||||||||||||||||||
= |
|
|
д.с 18 |
|
|
− ср |
1 − (dm in ) |
2 |
|
|
+ |
|
|
|
18 д.с |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 − |
ср |
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
SН |
|
1 − |
вх |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
1 − |
|
1 − (d |
|
) |
2 |
|
(D |
− h |
− h ) |
|
(D |
− h |
− h ) |
|
|
1 − 0,5( |
вх |
|
− |
вых |
) |
|||||||||
ср |
m in |
|
|
0 |
|
1 |
2 |
|
в |
|
1 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
, |
(3.65) |
|
где Sн - часть аппарата занятого нефтью.
Для горизонтального отстойника:
Консорциум « Н е д р а »
S |
|
= R |
2 |
− R |
2 |
|
|
|
−sin cos |
|
− R |
2 |
|
|
−sin cos |
|
, |
|||
н |
|
в |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
180 |
|
|
|
в |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
180 |
|
|
|
|
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
− h |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= arccos |
|
в |
|
|
1 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
= arccos |
1,7 −1,45 |
= 0,77 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
1,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
90
(3.66)
(3.67)
|
R |
− h |
= arccos |
в |
2 |
|
R |
|
|
|
|
|
|
в |
(3.68)
= arccos |
1,7 −1,35 |
= 1,36 |
|
1,7 |
|||
|
|
|
|
= |
|
н |
+ |
к |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
|
ср |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
(3.69)
|
|
= |
0,24 + 0,02 |
= 0,25 |
|
ср |
2 |
||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
S |
|
= |
3.14 1,7 |
2 |
−1.7 |
2 |
|
0,77 3,14 |
|
|
|
− |
|||
H |
|
|
|
180 |
− sin 0,77 cos0,77 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
−1,7 |
2 |
|
1,36 3,14 |
|
|
|
|
|
= 10,99м |
2 |
|
||||
|
|
180 |
|
− sin1,36 cos1,36 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Консорциум « Н е д р а »
91
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
−6 |
2 |
|
|
1 − 0,25 |
|
|
|
|
|
4.7 |
(1080 − 869) 9,8 (30 10 |
−6 |
2 |
|
|||||
Qн |
(1080 − 869) 9,8 (30 |
|
) |
|
|
|
|
|
|
|
) |
|
|||||||||||||||||
= |
|
|
2,45 10 |
−6 |
18 |
|
|
|
|
− 0,25 |
1 − (30 10 |
−6 |
) |
2 |
|
+ |
2,45 10 |
−6 |
18 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 − 0,25 |
|
|
|
|
|
|
23,66 |
|
|
|
|
23,66 |
|
|
|
1 − 0,24 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10,99 |
|
|
= |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
1 |
− 0,25 |
1 − (30 10−6 )2 |
|
|
(1,7 −1,45 −1,35) |
|
(1,7 |
−1,45 −1,35) |
1 |
− 0,5 (0,24 − 0,02) |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0,63м |
3 |
/ сек |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Вывод по технологическому расчету
Так как реальный объем эмульсии проходящей через отстойник меньше, чем его пропускная способность,
следовательно, аппарат справляется. Дополнительного оборудования для отстоя нефти не требуется.
3.8 Механический расчет отстойника |
|
Исходные данные: |
|
Материал: |
09Г2С |
Внутр. диаметр, D: |
3,4∙103 мм |
Толщина стенки, s: |
10 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: |
2,1∙104 мм |
Консорциум « Н е д р а »
92
|
Коэффициенты прочности сварных швов: |
|
|
||||
|
Продольный шов: |
р |
=1 |
|
|||
|
Окружной шов: Т |
=1 |
|
||||
|
Допускаемые напряжения для материала 09Г2С при температуре t = 45oC (рабочие условия): |
||||||
|
|
|
|
|
|
[σ]45= 186,5 МПа |
|
|
Модуль продольной упругости для материала 09Г2С при температуре 45oC: |
||||||
|
|
|
|
|
|
E45= 1,95∙105 МПа |
|
|
Проведем расчет на прочность и устойчивость цилиндрической обечайки по ГОСТ 14249-89 [7]. |
||||||
|
Гладкая обечайка, нагруженная внутренним избыточным давлением |
|
|||||
|
Расчетная толщина стенки с учетом прибавок рассчитаем по формуле: |
|
|||||
|
s р + с = |
pD |
|
|
+ c , |
(3.70) |
|
|
2 |
|
|
||||
|
|
|
− p |
|
|||
|
|
р |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
где p – 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 |
1 |
|
+
с |
3 |
|
,
(3.71)
Консорциум « Н е д р а »
93
где c1 – прибавка для компенсации коррозии и эрозии; c2 – прибавка для компенсации минусового допуска; c3 – прибавка технологическая.
|
|
с = 2 + 0,8 + 0 = 2,8мм |
|||
s |
|
+ с = |
0,6 3400 |
+ 2,8 |
= 8,27 мм |
р |
|
||||
|
2 |
186 ,5 1 − |
0,6 |
|
|
|
|
|
|||
Принимаем толщину стенки обечайки s=10мм согласно сортамента листового проката по ГОСТ 5520-79.
Допускаемое внутреннее избыточное давление рассчитаем по формуле:
p = |
2 |
р |
(s − c) |
, |
(3.72) |
||
|
|
|
|
||||
D + |
(s − c) |
||||||
|
|
|
|||||
где s – исполнительная толщина стенки обечайки.
p = |
2 186 ,5 1 (10 |
− 2,8) |
= 0,78 МПа |
|
3400 + (10 − |
2,8) |
|||
|
|
|||
0,78МПа 0,6МПа – условие прочности выполняется. |
||||
Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления рассчитывается по формуле:
где
s |
р |
|
d |
|
s − c |
|
D |
|
(s − c) |
|
||
0 |
= 2 |
|
|
− 0,8 |
р |
, |
|||
|
|
s |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
– расчетная толщина стенки обечайки;
(3.73)
Консорциум « Н е д р а »
D |
р |
= D |
|
|
94
– расчетный диаметр обечайки равный диаметру обечайки.
d |
|
10 − 2,8 |
|
|
3400 (10 − 2,8) =160,95мм |
|
0 |
= 2 |
5,47 |
− 0,8 |
|||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|||
Минимальное расстояние между «одиночными» штуцерами:
b |
= 2 |
D (s − c) |
0 |
|
|
(3.74)
b |
= 2 |
3400 (10 −2,8) = 312,92мм |
0 |
|
|
Обечайка, нагруженная осевым сжимающим усилием Допускаемое осевое сжимающее усилие рассчитаем по формуле:
F = |
F |
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F |
2 |
||
|
1 + |
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F E1 |
|
|
|
|
|
|
|
,
(3.75)
где F п – допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности;
F E1 – допускаемое осевое сжимающее усилие из условия местной устойчивости. Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности рассчитаем по формуле:
F |
= (D + s − c) (s − c) |
|
п |
|
|
|
F |
= (3400 |
|
п |
|
(3.76)
+10 − 2,8) (10 − 2,8) 186,5 = 1,43 10 |
7 |
Н |
|
Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия местной устойчивости рассчитаем по формуле:
Консорциум « Н е д р а »
|
|
310 10 |
−6 |
E |
|
|
|
100 (s − c) |
2.5 |
|||
F |
= |
|
D |
2 |
|
, |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
E1 |
|
n |
|
|
|
|
|
|
D |
|||
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Е – модуль продольной упругости при расчетной температуре;
ny |
– коэффициент запаса устойчивости. |
95
(3.77)
|
|
310 10 |
−6 |
1,95 |
10 |
5 |
|
|
100 (10 − 2,8) |
2.5 |
|
|
|
||
F |
= |
|
|
2 |
|
= 6 |
10 |
6 |
Н |
||||||
|
|
|
|
|
3400 |
|
|
|
|
||||||
E1 |
|
|
2,4 |
|
|
|
|
3400 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Таким образом:
|
1,43 10 |
7 |
|
|
|
|
|
||
F = |
|
|
|
|
= 5,54 10 |
6 |
Н |
||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
1,43 10 |
7 |
|
2 |
|
|
||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|||||
|
1 + |
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
6 10 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Обечайка, нагруженная осевым растягивающим усилием Допускаемое осевое растягивающее усилие рассчитаем по формуле:
F = F |
|
Т |
п |
|
(3.78)
F = 1,43 10 |
7 |
1 = 1,43 10 |
7 |
Н |
|
|
Обечайка, нагруженная изгибающим моментом Допускаемый изгибающий момент определим по формуле:
Консорциум « Н е д р а »
|
M = min M пр ; M уст , |
(3.79) |
где M пр |
– допускаемый изгибающий момент из условия прочности со стороны растяжения; |
|
M уст – допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости. |
|
|
Допускаемый изгибающий момент из условия прочности со стороны растяжения рассчитаем по формуле:
M |
= |
D |
F |
|
|
|
|
|
|
(3.80) |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
пр |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M |
= |
3400 |
1,43 10 |
7 |
= 1,22 10 |
7 |
Н м |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
пр |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости рассчитаем по формуле:
|
M уст = |
|
|
M |
|
|
, |
||
|
|
|
|
|
п |
|
|
||
|
|
|
|
|
M |
п |
2 |
||
|
|
|
|
|
(3.81) |
||||
|
|
1 + |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
M |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E |
|
|
||
где M п |
– допускаемый изгибающий момент из условия прочности со стороны сжатия; |
||||||||
M E – допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости в пределах упругости. |
|||||||||
Найдем M п : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M |
= |
D |
F |
|
(3.82) |
|||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|||||
|
п |
|
4 |
|
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
96
Консорциум « Н е д р а »
97
Найдем M E :
M |
|
= |
D |
F |
|
|
E |
3,5 |
E1 |
||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
Таким образом:
M п = 34004 1,43 107 = 1,22 107 Н м
(3.83)
M E = 34003,5 6 10 6 = 5,83 10 6 Н м
|
|
|
1,22 10 |
7 |
|
|
|
|
|
|
M |
|
= |
|
|
|
= 5,26 10 |
6 |
Н м |
||
|
|
|
|
|
|
|||||
уст |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
1,22 10 |
7 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
1 + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5,83 10 |
6 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Следовательно:
M = min 1,22 10 |
7 |
;5,26 10 |
6 |
= 5,26 |
10 |
6 |
Н м |
|
|
|
Обечайка, нагруженная поперечными усилиями Допускаемое поперечное усилие рассчитаем по формуле:
Консорциум « Н е д р а »