Кабановского месторождения2
.pdf
65
Порядок выполнения расчета:
1.Задаемся первым давлением схождения, которое для нефтегазовых систем должно быть не менее 35 МПа, но обязательно больше, чем давление в сепораторе. По справочным данным находим константы равновесия всех компонентов газа.
2.Рассчитываем состав смеси, поступающей в сепаратор:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
120 |
|
|
|
|
1 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
Zi0 |
= |
Y i0 |
|
− |
|
|
|
|
1 − |
|
|
||||||||
|
|
|
1 |
|
0,11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Г 0 +120 |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
Ki |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Z4 = 0.1785 ∙ [1 − |
|
|
|
|
|
|
120 |
|
|
∙ (1 − |
|
|
1 |
)] = 0,0646 |
||||||||
0.01060.11 ∙ 30,2 + 120 |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
6,5 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.5 |
|
|
Объемный состав исходной смеси на входе в сепаратор. |
||||||||||||||||||||
|
Zi.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0,0097 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
0,0057 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
0,0721 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
0,0646 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
0,1854 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
0,0411 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
0,1447 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
0,1060 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
0,1293 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
0,1564 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
|
0,0592 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Консорциум « Н е д р а »
66
12 |
0,0190 |
|
0,99 |
|
|
3. Определяем, в каком состоянии находится исходная смесь на входе в сепаратор – в однофазном или двухфазном.
∑ ∙ ≤
=
n
∑ Zi0 ∙ Ki = 0,99 ≤ 1
i=1
Исходная смесь является жидкостью :
V = 0, L = 1, Xi0, Yi0 = 0
4. Определяем мольные составы фаз внутри сепaратора.
Zi0
Xi = L + Ki ∙ (1 − L)
0.0646
X2 = 1 + 6,5 ∙ (1 − 1) = 0.0646
Zi0 Ki
Yi = L + Ki ∙ (1 − L)
(2.14)
(2.15)
Консорциум « Н е д р а »
67
0.0646 ∙ 6,5
Y2 = 1 + 6,5 ∙ (1 − 1) = 0,323
Таблица 2.6
|
Мольные составы фаз внутри сепаратора. |
|
Xi |
Yi |
|
0,0097 |
0,007 |
|
0,0057 |
0,017 |
|
0,0721 |
0,189 |
|
0,0646 |
0,420 |
|
0,1854 |
0,334 |
|
0,0411 |
0,033 |
|
0,1447 |
0,094 |
|
0,1060 |
0,025 |
|
0,1293 |
0,026 |
|
0,1564 |
0,018 |
|
0,0592 |
0,003 |
|
∑X = 0,9913 |
∑Y =1,167 |
|
|
|
|
5. Вследствие приближенности решения уравнений и некоторой неравновесности разгазирования нефти в сепараторах фактический состав жидкости обогащен легкими углеводородами, а фактический состав газовой фазы обогащен тяжелыми углеводородами, в результате суммы значений Xi и Yi, как правило, отличаются от единицы, что требует перед проведением дальнейших расчетов осуществления соответствующей корректировки. Поскольку основным компонентом газовой фазы, как правило, является метан, он же составляет основную долю легких
Консорциум « Н е д р а »
68
углеводородов, оставшихся в жидкости, то корректировку (для упрощения задачи) проводят исключительно по метану (
=1).
Для жидкой фазы необходимую поправку вычисляют по формуле:
= У −1,000 =1,167 −1 = 0,167
если
Xi 1 |
по формуле: |
|
= 1,000 − Уi
В первом случае откорректированная мольная доля метана находится по формуле:
XiOTK = Xi − ∆
XiOTK = 0,9913 − 0,167 =0,8243
6. Рассчитаем молярную массу отсепарированной нефти:
Мн |
= 0,2 |
|
0,11 |
|
н |
||||
|
н |
|
МН = 0,2∙887∙10,640,11 =230,1
7. Молекулярную массу остатка определяют по формуле института «Гипровостокнефть»:
М =1,011 М +60 0 н
М0 =332,45
(2.16)
Консорциум « Н е д р а »
= |
V |
|
M |
н |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
L |
|
M |
г |
|
|
|
|
= 0,13
Находим максимальную объемную нагрузку на сепаратор
69
(2.19)
|
Q |
= Q |
Ж |
(1 − |
В |
) |
(20) |
|
н |
|
|
|
|||
Qн |
= 1000·(1-0,1)=900 м3/сут |
|
|
|
|
|
|
Принимая плотность нефти в сепараторе равной плотности отсепарированной нефти для создания необходимого запаса надежности, находим массовую нагрузку в час сепаратора по нефти
G |
н |
= Q |
Н |
|
Н |
/ 24 |
(21) |
|
|
|
|
G |
н |
= |
900·887/24=33262 кг/ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Находим массовую нагрузку по газу на сепаратор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
G |
Г |
= G |
Н |
|
(22) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
G |
Г |
= |
33262·0,13=4324 кг/ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Рассчитываем объемную нагрузку на сепаратор по газу |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
Q = 22,4 GГ |
= |
|
22,4 4324 |
(23) |
|||||
|
|
|
|
|
Г |
М Г |
|
|
|
332 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Консорциум « Н е д р а »
Q |
Г |
|
Рассчитаем материальный баланс сепаратора.
70
= 291 |
3 |
|
м /ч |
Таблица 2.7
Материальный баланс сепаратора
Материальный баланс сепаратора
Поступило |
% |
кг/ч |
Газожидкостная смесь: |
100 |
37586 |
Получено: |
|
|
|
|
|
Газ: |
11 |
4324 |
Нефть: |
89 |
33262 |
Итого |
100 |
37586 |
Консорциум « Н е д р а »
71
Механический расчет
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= 1600 мм |
|
- внутренний диаметр сосуда или аппарата; |
|
|
|
P=1,6 МПа |
- избыточное расчетное внутреннее давление; |
|
|
||
[σ ]= 160 МПа |
- допустимое напряжение при расчетной температуре; |
|
|
|
|
р=1,0 – коэффициент прочности продольного сварного шва;
Расчет:
Исполнительная толщина стенки обечайки: S≥ Sr+C
Консорциум « Н е д р а »
72
где C=2,8 мм - сумма прибавок к расчетной толщине стенки
Принимаем
С=С1 +С 2 +С3
где С1= 2 мм - прибавка к расчетной толщине обечайки для компенсации коррозии и эрозии;
С2= 0,8 мм - прибавка для компенсации минусового допуска;
С3= 0 мм - прибавка технологическая.
С= 2+ 0,8 = 2,8 мм
Sr=8,04 мм
- расчетная толщина стенки обечайки;
Sr = |
P D |
|
|
||
σ |
|
− P |
|
||
2 |
p |
|
|||
|
|
|
|
||
Sr = |
1,6 1600 |
= 8,04 мм |
|||
160 1−1,6 |
|||||
2 |
|
||||
Принимаем |
S=12 мм |
||||
|
|
||||
Допускаемое избыточное внутреннее давление:
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:
Консорциум « Н е д р а »
73
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= 1600 мм |
|
- внутренний диаметр сосуда; |
||||
|
|
|
|
|
|
|
P=1,6 МПа |
- избыточное расчетное внутреннее давление; |
|||||
|
|
|
|
|
||
[σ ]= 160 МПа |
- допустимое напряжение при расчетной температуре; |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
H= 400 мм |
- высота выпуклой части днища без учета цилиндрической части; |
|||||
|
|
|
|
|
||
R= 1600 мм |
- радиус кривизны в вершине днища равен: |
|||||
|
|
|
|
|
||
|
D |
2 |
|
|
|
|
R = |
|
(5) |
|
|||
4 |
H |
|
||||
|
|
|
|
|||
где |
R=D |
- для эллиптических днищ с H = 0,25 D ; |
||||
|
|
|
||||
U=1,0 |
|
- коэффициент прочности сварного шва. |
||||
|
|
|
||||
Расчет:
Исполнительная толщина стенки:
S1≥ S 1r +C
Консорциум « Н е д р а »
где
C=2,8 мм
74
-расчетная толщина стенки днища;
-сумма прибавок к расчетной толщине стенки:
С=С +С |
2 |
+С |
3 |
1 |
|
где
С |
= |
2 |
|
С3=
С = 2 мм |
- прибавка к расчетной толщине обечайки для компенсации коррозии и эрозии; |
|
1 |
|
|
|
|
|
0,8 мм |
- прибавка для компенсации минусового допуска; |
|
|
||
0 мм - прибавка технологическая.
С = 2 + 0,8 = 2,8 мм
S |
= |
P R |
|
|
σ − 0,5 P |
||||
1r |
2 |
|||
|
||||
S |
1,6 1600 |
= 8,02 мм |
||
|
|
|||
1r |
2 1 160 − 0,5 1,6 |
|
||
|
|
|||
S |
8,02 + 2,8 = 10,82 мм |
|||
1r |
|
|
|
|
Принимаем S1= 12 мм
Допускаемое внутреннее избыточное давление:
|
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:
Консорциум « Н е д р а »