Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сбор, транспорт и хранение нефти на промыслах. Практикум
.pdf
месторождениях, можно условно подразделить на следующие основные категории:
1) по назначению – замерные и сепарирующие;
2) по геометрической форме и положению в пространстве –
цилиндрические, сферические, вертикальные, горизонтальные и
наклонные;
3) по характеру проявления основных сил – гравитационные,
инерционные (жалюзийные), центробежные и ультразвуковые;
4) по рабочему давлению – высокого давления – 6,28 МН/м
(64 кГс/см
0,588 МН/м
2
), среднего – 2,45 МН/м2 (25 кГс/см2), низкого давления –
2
(6 кГс/см2) и вакуумные;
5) по числу обслуживаемых скважин – индивидуальные и
групповые.
Расчетная часть
Расчет вертикального гравитационного сепаратора
Расчет этих сепараторов ведется для газовой и жидкой фаз.
Для газовой
фазы рассчитывается пропускная способность сепаратора V
г
при известных
диаметре сепаратора D
Т
) и свойств фаз (ρ
с
, ρг, μн, μ
н
, термобарических условиях в нем (Рс;
с
).
г
Учитывая осаждение в газовом потоке жидких и твердых частиц в поле силы тяжести, максимальная пропускная способность
по газу.
где υ
– максимальная пропускная способность сепаратора по
г.max
.
= 841
газу, расход которого приведен к нормальным условиям, м
d
– диаметр капли жидкости, м (dж = 1 10-4 м); Рс – давление в
ж
сепараторе, Па; Т
– температура в сепараторе, К; μг – вязкость га-
с
(
)
, (17.3)
3
/сут;
за, Па·с.
Исходя из условий всплывания пузырьков газа в движущейся
в сепараторе нефти, максимальная допустимая способность сепаратора, м
3
/сут.
= 36964
(
)
, (17.4)
где dг – диаметр пузырька газа, (принимается dг = 1·10-3 м); μн –
вязкость нефти, Па·с.
2
.
111
Задача 17.1. Рассчитать пропускную способность вертикаль-
ного гравитационного сепаратора диаметром D
фаза – нефть плотностью ρ = 860 кг/м
Р
= 1,5 МПа, температура Тс = 295 К) и вязкостью при этих усло-
с
виях μ
1,30 кг/м
= 7 мПа·с. Плотность газа в нормальных условиях ρго =
н
3
. Вязкость газа в условиях сепаратора μг = 1,35·10-5 Па·с.
3
(при давлении в сепараторе
= 1,2 м. Жидкая
с
Коэффициент сверхсжимаемости Z принять равным 1.
Решение. Вычислим плотность газа при условиях сепарации
=
,,
=
,
= 18,17 кг/м3.
По формуле (17.3) рассчитаем максимальную пропускную
способность
сепаратора по газу
.
,,(
=
,
)
(,)
= 4,01 10
м3/сут.
Пропускную способность по жидкости рассчитаем по формуле (17.4)
,(
=
)
(,)
= 6401,3 м3/сут.
При заданном условии в данном сепараторе можно будет сепарировать нефть до 6400 м
3
/сут. с газовым фактором до 626 м3/м3.
Подобрать горизонтальный сепаратор можно по следующей
методике.
В основу базового варианта аппаратов принят нормальный
ряд емкостей 25, 50, 100 и 200 м
3
на рабочее давление 0,6; 1,6; 2,5;
4,0 МПа различного климатического и коррозионного исполнения.
Сепараторы оснащены различными конструктивными элементами,
формулирующими зоны ввода, отстоя, вывода продукции.
Объем сепаратора V рассчитывается с учетом нагрузки по
жидкости и времени пребывания в сепараторе
=
, (17.5)
где Q – нагрузка по жидкости, м3/мин; t – время пребывания, мин;
С – коэффициент заполнения объема аппарата жидкостью, равный
0,5, колеблется от 0,4 до 0,6D.
Ориентировочные время пребывания жидкости в аппарате в
зависимости от типа нефтей и характера технологического процесса.
При сепарации обводненных нефтей в газонефтяном сепараторе рекомендованное время пребывания, приведенное в таблице,
112
применимо и при водосодержании агрегатно-устойчивой эмульсии
Вязкость
10 -6 м2/с
Ориентировочное время
зонефтяном сепараторе, мин
Легкая
до 850
до 10
до 5
Средняя
850 – 890
10 – 45
5 – 10
Тяжелая
более 890
более 45
10 – 30
Сернистая
10 – 30
Исходные дан-
ные
Варианты
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
Диаметр сепа-
Плотность
нефти ρн, кг/м3
Давление в се-
МПа
Плотность газа,
в пределах 30–60 %. Время пребывания для легких и средних
нефтей увеличивается в 1,5 раза. Для тяжелых нефтей в 2 раза и
более. Время пребывания жидкости в сепараторах может корректироваться по мере накопления данных по свойствам эмульсий в
процессе эксплуатации месторождений.
Таблица 17.1
Ориентировочные время пребывания жидкости в аппарате
Тип
нефтей
Плотность
кг/м
3
кинематическая
пребывания жидкости в га-
Таблица 17.2
Исходные данные к задаче 17.1
ратора Dс, м
параторе, Pс,
ρг, кг/м3
1,4 1,2 1,4 1,5 2 2,2 1,6 1,4 1,6 2,2
875 870 845 835 860 870 840 830 860 850
1,6 1,4 1,3 1,2 1,7 1,5 1,4 1,3 1,2 1,5
1,30 1,25 1,20 1,15 1,10 1,25 1,30 1,2 1,15 1,30
Задание
Рассчитать пропускную способность вертикального гравитационного сепаратора по исходным данным, приведенным в табл.
17.2.
Температура в сепараторе T
Вязкость нефти μ
Вязкость газа μ
= 8 мПа·с.
н
= 1,4·10-5 Па·с.
г
= 300 K.
с
113
Вопросы
1. От чего зависит эффективность процесса сепарации?
2. Коэффициенты, характеризующие совершенство сепаратора?
3. Основные категории сепараторов?
4. Нормальный ряд сепараторов?
5. Какие типы нефтей существуют?
114
18. РАСЧЕТ НЕРАВНОМЕРНОЙ ОСАДКИ
ДНИЩА РЕЗЕРВУАРА
Цель – изучить процессы, влияющие на просадку резервуара.
В результате выполнения задания формируется компетенция ПК-3 –
способность эксплуатировать и обслуживать технологическое оборудование, используемое при строительстве, ремонте, реконструкции и восстановлении нефтяных и газовых скважин, добыче нефти и газа, сборе и
подготовке скважинной продукции, транспорте и хранении углеводородного сырья.
Актуальность темы. Расчет неравномерной осадки днища необходим для определения эффективности резервуаров.
Теоретическая часть
В последние годы наблюдается увеличение объемов строительства резервуарных парков для хранения нефти, при этом районы строительства перемещаются на территории, имеющие сложные инженерно-геологические условия со слабонесущими, переувлажненными или многолетнемерзлыми грунтами. Другой важной тенденцией является стремление проектировщиков максимально увеличить единичную емкость хранения продукта, в результате чего возрастают размеры конструкции, а следовательно,
диаметра днищ резервуаров. С увеличением диаметра днища повышается вероятность возникновения ошибок при проведении
изыскательских работ по определению свойств грунтов, в устройстве оснований и фундаментов. В результате возможны неравномерные осадки металлоконструкций резервуаров вертикальных
стальных (РВС). По данным технического обследования более 300
РВС Западной Сибири одним из наиболее распространенных типов осадки днища являются локальные просадки его центральной
части. В отечественной и зарубежной документации установлены
требования, ограничивающие предельно допустимые величины
осадки локальных участков центральной части днища. В российских отраслевых нормативных документах (РД-23.020.00-КТН283-09, СО 02-04-АКТНП-007-2006) приводится допустимый интервал с конкретными значениями допустимой глубины локальных просадок (табл. 18.1).
115
Таблица 18.1
Геометрические размеры локальных просадок
Радиус, м
Площадь, м2
Глубина, мм
0,18
0,1
25
0,4
0,5
55
0,56 1 80
0,98 3 140
1,26 5 180
Допустимый интервал с конкретными значениями
В стандарте Американского института нефти API-653 [4] пре-
дельная допустимая величина вертикальной составляющей локальной просадки не ограничивает ее размер и определяется формулой
В = 0,37 R (18.1)
где В – максимально допустимая высота выпуклости или вогнутости зоны локальной просадки, дюйм = 2,54 см; R – минимальный
радиус вписанной окружности, построенной для зоны локальной
осадки, фут = 30,48 см.
В нормативных документах Европы (EN) и Великобритании
(BS
) требования, ограничивающие геометрические параметры зон
локальных просадок центральной части днища, не регламентированы, и, как правило, назначаются проектной организацией.
Необходимо отметить, что в настоящее время не менее остро
стоит вопрос коррозионного износа металлоконструкций уже эксплуатируемых РВС. Согласно статистике отказов резервуаров, одной из основных причин выхода из строя РВС является именно
коррозионный износ. Для предотвращения потери металла конструкций резервуаров из-за коррозии обычно используют дорогостоящие лакокрасочные покрытия. Однако многие специалисты,
опираясь на зарубежные стандарты, предпочитают уменьшить затраты путем введения припуска на коррозию. В некоторых случаях это приводит к перераспределению действующих напряжений
при эксплуатации резервуара, а пределы деформирования металлоконструкций, обоснованные для типовых проектов, в данном
случае вызывают сомнения и требуют дополнительного теоретического обоснования. Для дальнейших расчетов авторами выбрана
максимальная величина припуска, при которой толщина днища
увеличится до 9 мм.
116
Российскими нормативными документами ГОСТ 31385-2015,
Минимальная номинальная толщина днища,
мм
Сваренного внахлест
Сваренного встык
Сталь С и С Mn
6
5
Нержавеющая сталь
5
3
СТО-СА-03-002-2009 рекомендованы следующие значения толщины листов днища: номинальная толщина центральной части
днища или днища без окраек за вычетом припуска на коррозию
должна составлять 4 мм для резервуаров объемом менее 2000 м
6 мм для резервуаров объемом 2000 м
3
и более. При проектирова-
3
и
нии резервуара величина припуска на коррозию указывается в
техническом задании на строительство или ремонт РВС и назначается заказчиком. Значение припуска на коррозию зависит от степени агрессивности хранимого продукта, характеризующейся скоростью коррозионного повреждения металлоконструкций.
Согласно стандарту Американского института нефти API-650
номинальная толщина листов днища должна составлять не менее
6,35 мм без учета припуска на коррозию, а стандартом Великобритании BS2654 рекомендованная минимальная номинальная толщина листов центральной части днища составляет 6 мм за исключением коррозионного припуска. Требования европейского стандарта EN14015-2009 к минимальной толщине днища резервуара
без учета припуска на коррозию представлены в табл. 18.2. Согласно требованиям перечисленных зарубежных стандартов, величина припуска на коррозию металлоконструкций днища выбирается заказчиком.
Таблица 18.2
Требования к минимальной толщине стали
Материал
Приведенные выше актуальные требования российских нормативных документов, ограничивающие предельно допустимые размеры местных просадок днища резервуара, были установлены для
РВС, построенных по отечественным типовым проектам. В связи с
этим возник вопрос о возможности предъявления прежних требований к локальным просадкам днищ резервуаров, толщина металлоконструкций в которых увеличена за счет припуска на коррозию.
Днище РВС представляет собой «абсолютно гибкую мембрану» и в отличие от стенки не воспринимает нагрузку, а передает ее
117
на грунтовое основание. Характер распределения контактных
напряжений под днищем резервуара определяется показателем
гибкости:
= 3
; (18.2)
где , Е – соответственно коэффициент Пуассона и модуль дефор-
мации стали днища; гр,
– соответственно коэффициент Пуас-
сона и модуль деформации грунта: R, h – соответственно радиус и
толщина днища.
Из формулы (18.2) следует, что увеличение толщины листов
центральной части днища уменьшает его гибкость, а, следовательно, изменяет характер работы РВС. Наиболее распространенным в
РФ резервуаром является РВС-20000 (рис. 18.1).
Рис. 18.1. Общий вид РВС
В связи с этим авторами поставлена задача определить
напряженно-деформированное состояние днища для двух случаев:
толщина днища 6 и 9 мм при различных размерах локальных просадок его центральной части согласно схеме, представленной на
рис. 18.2.
118
Рис. 18.2. Расчетная схема согласно формуле 18.2
Используя аналитическое решение С. П. Тимошенко, авторы
получили значения максимальных прогибов локальных зон проса-
док
, а также значения растягивающих напряжений , действу-
ющих в центре зоны просадки, для наиболее невыгодного случая,
когда под мембраной отсутствует грунтовое основание
; (18.3)
; (18.4)
= 0,662
= 0,423
где a – радиус зоны локальной просадки днища, м; = 93,4 – рав-
номерно распределенная нагрузка по площади днища, кПа; =
2,110
– модуль упругости стали днища резервуара, МПа.
Исходя из выражения (18.3) прогибы не пропорциональны интенсивности нагрузки, а изменяются пропорционально кубическому корню из этой нагрузки.
Для сравнения требований отечественных и зарубежных нормативов к неравномерной осадке удобно показать все полученные
значения и ограничивающие величины на графике в единой системе координат:
119
Рис. 18.3. Зависимость глубины зоны локальной просадки от ее радиуса
Для определения напряжений, возникающих в центральной
части зоны локальной просадки днища РВС, опирающегося на
грунтовое основание, предлагается использовать программный
комплекс ANSYS, реализующий метод конечных элементов. Расчетная модель днища РВС-20000 построена в соответствии с про-
ектными геометрическими размерами (ТП 704 – 1 – 29), в ней учитывались точная геометрия днища и свойства стали 09Г2С. Сетка
120
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]