Красноярского месторождения
.pdf59
6. Технологический расчет отстойника
Настоящий расчет составлен к отстойнику нефти с диаметром корпуса 3200 мм (объемом 200 м3).Отстойник
установлен на УПН «Красноярская».
Таблица 6.1
Исходные данные для расчета отстойника
Реальный расход эмульсии |
Q , м3/сек |
0,069 |
|
|
|
Длина отстойника |
L, м |
22 |
|
|
|
Диаметр отстойника |
DB, м |
3,2 |
|
|
|
Высота нефтяной подушки |
h1, м |
1,2 |
|
|
|
Максимальный взлив |
h2, м |
0,4 |
|
|
|
Минимальный взлив |
h3, м |
0,3 |
|
|
|
Объемная доля дисперсной фазы до отстоя |
φН |
0,9 |
|
|
|
Объемная доля дисперсной фазы после отстоя |
φК |
0,4 |
|
|
|
Плотность дисперсной фазы |
ρф, кг/м3 |
868 |
|
|
|
Плотность дисперсной среды |
ρс, кг/м3 |
1170 |
|
|
|
Вязкость дисперсной среды |
μс, Па·с |
0,0012 |
|
|
|
Консорциум « Н е д р а »
60
Расчет отстойника
Расчет базируется на ряде следующих положений, качественно описывающих реальную картину гравитационного
осаждения полидисперсной эмульсии в типа Н/В в стесненных условиях в двигающей жидкости.
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 »
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»
61
L
h |
2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
D |
Э |
|
Э
Водянаяподушка
h3
В
Н
h1
Зная
|
Н |
|
и
|
К |
|
Рис.6.1
, с помощью табл. 6.1 определяют минимальный размер
капель дисперсной фазы (
d |
m in |
|
), которые
удаляются в данном отстойнике.
Таблица 6.1
Усредненное распределение дисперсной фазы по d
d м 10−6
3 |
4 |
5 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
80 |
100 |
0,05 |
0,15 |
0,2 |
0,18 |
0,15 |
0,08 |
0,05 |
0,03 |
0,03 |
0,02 |
0,02 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
200
0,04
Консорциум « Н е д р а »
Для этого, вычисляют |
|
|
указанные в ячейках величины
превышая) |
|
. |
|
как разницу
до тех
|
|
|
|
|
62 |
|
Н |
и |
|
В |
, двигаясь справа налево по нижней строке табл., суммируются |
|
|
||||
|
|
|
|
пор пока найденное слагаемое не станет равным (или минимальным не
d = (d m in ) = 0,00002 м
Рассчитываются критерий Архимеда:
|
|
|
( |
|
− |
|
) |
|
d |
Ar = |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
ф.с. |
|
д.с. |
|
д.с. |
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
д.с. |
|
|
|
Ar = |
4 |
· |
3 |
где Sн - часть аппарата занятого нефтью.
Для горизонтального отстойника:
|
(6.1) |
(1170 - 868)· 1170 0,00002·3 |
= ·2,6·10-3 |
2 |
|
0,0012 · |
|
S |
|
= R |
2 |
2 |
|
− sin cos |
|
2 |
|
|
|
|||
н |
|
− R |
в |
|
− R |
в |
− sin cos |
, |
||||||
|
|
|
|
180 |
|
|
|
|
|
|
180 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
− h |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
= arccos |
|
в |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= arccos |
Rв |
− h2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rв |
|
|
|
||
(6.2)
(6.3)
(6.4)
Консорциум « Н е д р а »
63
|
|
|
|
|
|
= |
|
н |
+ |
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(6.5) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
ср |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
3,2/2 - 1,2 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 1,33 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
arccos |
3,2/2 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
3,2/2 - 0,4 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
arccos |
3,2/2 |
= 0,93 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ср |
= |
0,9 + 0,4 = 0,65 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
= |
|
3,22 |
|
3,22 |
1,33·π |
|
|
|
|
|
|
|
3,22 |
0,93·π |
|
|
2 |
|||||
н |
π· |
4 |
- |
4 |
|
|
180 |
|
- sin 1,33·cos 1,33 |
|
· |
4 |
|
180 |
- sin 0,93·cos 0,93 |
= 9,76 м |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
При r 36, следовательно режим ламинарный. Для ламинарных условий оседания:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(6.6)
где Sн - часть аппарата занятого нефтью.
Q |
н |
|
=
( |
(868 - 1170)· 9.8 0,00002·2 |
|
1 - 0,65 |
|
|
|
4.7 |
||
18 · 0,0012 |
· |
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
2 |
|||||||
|
1- 0,65· |
1 - 0,00002 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||||
|
(868 - 1170)· 9.8 0,00002·2 |
|
1 - 0,65 |
|
|
4.7 |
22 |
|
22 |
|
1 - 0,9 |
|
3 |
||
+ |
18 · 0,0012 |
· |
|
|
|
|
|
|
(3,2 - 1,2 - 0,4) |
)· · |
(3,2 - 1,2 - 0,4) |
·9,76· |
|
= 0,0145 |
м /сек |
|
|
2 |
|
||||||||||||
|
1- 0,65· |
1 - 0,00002 |
|
|
|
|
1- 0.5 (0,9-0,4) |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Консорциум « Н е д р а »
64
Вывод
Так как реальный объем эмульсии проходящей через отстойник меньше, чем его пропускная способность,
следовательно, аппарат справляется. Дополнительного оборудования для отстоя нефти не требуется.
7. Механический расчет отстойника |
|
||
|
|
Расчет обечайки цилиндрической |
|
Исходные данные: |
|
||
Материал: |
09Г2С |
||
Внутр. диаметр, D: |
3,2∙103 мм |
||
Толщина стенки, s: |
12 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: |
1,1∙104 мм |
||
Коэффициенты прочности сварных швов: |
|
||
Продольный шов: |
|
||
|
р |
=1 |
|
|
|
|
|
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»
65
Окружной шов:
|
Т |
=1 |
|
|
Допускаемые напряжения для материала 09Г2С при температуре t = 25 oC (рабочие условия): [σ]25= 194,5 МПа
Модуль продольной упругости для материала 09Г2С при температуре 25 oC: E25= 1,985∙105 МПа
Проведем расчет на прочность и устойчивость цилиндрической обечайки по ГОСТ 14249-89.
Гладкая обечайка, нагруженная внутренним избыточным давлением
Расчетная толщина стенки с учетом прибавок рассчитаем по формуле:
s |
|
+ с = |
pD |
|
р |
|
|
||
|
2 |
|
||
|
|
р |
||
|
|
|
|
−
p
+
c
,
(7.1)
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 |
+ с |
3 |
, |
(7.2) |
1 |
|
|
где c1 – прибавка для компенсации коррозии и эрозии;
Консорциум « Н е д р а »
66
c2 |
– прибавка для компенсации минусового допуска; |
|
||||
c3 |
– прибавка технологическая. |
|
|
|
|
|
|
|
с = 2 + 0,8 + 0 = 2,8мм |
||||
|
s р |
+ с = |
|
1,0 3200 |
+ 2,8 = 11,04 мм |
|
|
|
|
|
|||
|
|
2 |
194 ,5 1 −1 |
|
||
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) |
, |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
D + (s − c) |
|
||
где s – исполнительная толщина стенки обечайки.
(7.3)
|
p = |
2 |
194 ,5 1 (12 |
− 2,8) |
= 1,11МПа |
|
|
|
3200 |
+ (12 − |
2,8) |
||
|
|
|
|
|||
1,11МПа 1,0МПа |
– условие прочности выполняется. |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления рассчитывается по формуле:
где
Dр
s
= D
|
s − c |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||||
d 0 |
= 2 |
|
|
− 0,8 |
|
|
D р (s − c) , |
(7.4) |
|
s |
|
||||||||
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р– расчетная толщина стенки обечайки;
–расчетный диаметр обечайки равный диаметру обечайки.
Консорциум « Н е д р а »