Критерии качества сепарации. Определение критического размера пузырьков газа в турбулентном потоке(формула Меведева В.Ф.)

Сравнительная характеристика сепар-ов различ.видов на обороте

Классификация, разновидности конструкций, основные элементы сепараторов. Сравнительная характеристика сепараторов различных типов

Отделение газа от нефти и воды в различных сепараторах проводится с целью:

1) Получения нефтяного газа, используемого как хим.сырье или как топливо;

2) Уменьшения пульсации Р при транспортировке н/г/в смеси по сборным коллекторам, проложенным до ДНС или УПН.

Классификация пепараторов

1) по назначению:

- замерные;- сепарирующие

2) по геом.форме:

- цилиндрические;- сферические;- трубные

3) по положению в пространстве:

- вертикальные;- горизонтальные;- наклонные

4 ) по характеру осн-ых действующих сил:

- гравитационные;- инерционные;- центробежные;

- УЗ и др.

5 ) по технологическому назн-ию:

- 2хфазные;- 3хфазные;- сепар-ры 1 ступени

- концевые сепар-ры;- сепар-ры с предварит-ым отбором газа

6) по рабочему Р:

- высокого Р 6МПа;- среднего Р 2,5-4 МПа

- низкого Р до 0,6 МПа;- вакуумные.

Коэф-ты уноса жид-ти и газа и показатели соверш-ва сепар-ра предельная средняя скорость газа в свободном сечении сепаратора ν_max и время задержки жидкости в сепараторе t_зад.зависят:

- физ-хим св-ва; - расход жид-ти и газа; - давления и Т; - уровня жид-ти в сепар-ре; - способности жид-ти к вспениванию.

Коэффициент уноса жидкости и коэффициент уноса газа соот-но равны: К_ж=q_ж/Q_г, К_г=q_г/Q_ж,

где q_ж - объемный расход капельной жидкости, уносимой потоком газа из сепаратора; q_г - объемный расход остаточного газа, уносимого потоком жидкости из сепаратора; Q_ж-объемный расход жидкости на выходе из сепаратора; Q_г - объемный расход газа на выходе из сепаратора.

Оптимальные знач-ия К_ж<=50см³/1000м³ газа

К_г<=20*10³ см³/м³ жид-ти.

Чем меньше К_ж и К_г при прочих равных условиях, тем совершеннее сепаратор. Однако уменьшение этих показателей обычно связано с усложнением конструкции сепаратора и увеличением его габаритных размеров.

Средний диаметр пузырьков окклюдированного газа в потоке перед сепаратором:

,

где -число Вебера;

-число Рейнольдса;

-число Фруда;

-поверхностное натяжение на границе газ - дисперсионная среда; D-внутренний диаметр трубопроводада; -динамическая вязкость и плотность дисперсионной среды; w-средняя скорость течения.

13.Расчет количества газа, выделяемого из нефти по коэффициенту растворимости.

Многоступенчатую сепарацию применяют, как известно, для задержания в нефти тяжелых углеводородов (бутанов и пентанов). Чем больше ступеней сепарации, тем больше выход нефти по сравнению с однократным разгазированием.

Суммарное количество газа (свободного и растворенного) V ₀, поступающего в первую ступень сепаратора, определится по фор­муле

Если нефть добывается с пластовой водой:

где W - обводненность нефти, %; Q _ж1 - расход жидкости (нефть + вода).

Количество газа, оставшегося в растворенном состоянии в нефти на первой ступени сепарации V _р1 с учетом обводненности нефти, будет

Количество выделившегося из нефти газа на первой ступени

Количество газа, выделившееся на второй ступени сепарации, определится как разность величин растворенного газа на первой и второй ступенях или разностью давлений на этих ступенях, т. е.

По данной схеме расчета для последующих ступеней имеем

Г ₀ - газовый фактор, приведенный к нормальным условиям, м³/м³;

V ₀ - количество растворенного и свободного газа в нефти перед первой ступенью сепаратора, м³/сут;

V _р1, V _p2,..., V _{р n} - кол-во растворенного газа на различных ступенях, м³/сут;

р ₁, р ₂, …, р_n - давление на различных ступенях, Па;

V ₁, V ₂, …, V_n - количество газа, выделяемое из нефти при соответ-их давлениях р ₁, р ₂, …, р_n (в 1, 2,..., n ступенях), м³/сут;

Q _ж1, Q _ж2, …, Q _{ж n} - соотв-но количество жидкости до первой ступени сепарации, а также количество жидкости на 1, 2,..., n ступенях сепарации, м³/сут;

a ₁, a ₂, …, a_n - коэффициенты растворимости газа в нефти при условиях сепарации [м×с²/кг; м³/(м³×кгс/см²)].

15.Определение пропускной способности и диаметра нефтегазовых сепараторов. Расчет гравитационных сепараторов по жидкости.

При сепарации Н и Г происходит выделение из нефти окклюдированного газа и очистка газа от распыленной жидкости.

Окклюдированный – от лат.защемленный, мельчайшие пуз-ки с размером больше зародышевых, для тоделения от Н к.необходимо длит.время.

В соотв-ии с назначением в н/г сепар-ах им-ся 4 зоны-секции:

1) разделительная; 2) осадительная; 3) отбора продукции; 4) отбойная.

Пропускная способность сепаратора определяется:

,

диаметр сепаратора определяется:

Расчет гравитационных сепараторов по жидкости заключается или в определении необходимых размеров аппарата при заданной производительности или в определении пропускной способности сепаратора при известных его размерах.

Необходимый объем заполняемый жидкостью у газовых сепараторов, определяется из соотношения: V_с = Q_ж/4, где V_с-объем, заполненный жидкостью; Q_ж-суточный объем обрабатываемой жидкости.

Необходимое условие эффективного выделения газа из нефти: υ_ж< υ_г или t_ж> t_г, где υ_ж скорость потока жидкости из сепаратора; t_ж- время пребывания жидкости в сепараторе, t_г-время всплывания пузырьков газа из жидкости.

Пропускная способность по жидкости: υ_ж= Q_ж/(86400F), или Q_ж<=86400Fw_г, где Q_ж- расход жидкости, F-площадь зеркала жидкости в сепараторе, w_г-скорость всплывания пузырьков газа в жидкости.

14.Определение пропускной способности и диаметра нефтегазовых сепараторов. Расчет гравитационных сепараторов по газу.

При сепарации Н иГ происходит выделение из нефти окклюдированного газа и очистка газа от распыленной жидкости.

Окклюдированный – от лат.защемленный, мельчайшие пуз-ки с размером больше зародышевых, для тоделения от Н к.необходимо длит.время.

В соотв-ии с назначением в н/г сепар-ах им-ся 4 зоны-секции:

2) разделительная; 2) осадительная; 3) отбора продукции; 4) отбойная.

Пропускная способность сепаратора определяется:

,

диаметр сепаратора определяется:

Для частиц размером не более 80 мкм скорость осаждения опр.по формуле Стокса:

ω=d²*(ρ_ч-ρ_г)*g/18µ_г

ω – относит.скорость частиц; d – диам-р ч-ц; ρ_ч и ρ_г – плотность ч-ц и газа; µ_г – абс.вязкость среды.

Для частиц размером 300-800 мкм скорость осаждения опр.по формуле Алена:

ω=0,153*d^1,14*(ρ_ч-ρ_г)^0,71*g^0,71/ ν_г^0,43_* ρ_г^0,71

ν_г – кинемат.вязкость газа

Осаждение ч-ц размером более 800 мкм происходит согласно ф-ле Ньютона:

Скорость осаждения ч-ц различной конфигурации:

Где К и Е – коэф-ты сопротивления.

Расчетная формула при заданном поперечном сечении сепар-ра F, рабочем Р и рабочей Т имеет вид:

где Q_г-производительность сепаратора по газу, Т₀-нормальная температура, υ_г- допустимая скорость газа, D-диаметр аппарата.

Оптим.скорость газа 0,1м/с прии Р=5,87 МПа.

Для приближенных расчетов допустимую скорость газа можно определить:

,

где А - постоянный коэффициент (вертикал.сепар-р А=0,047 (h=0,6м), гориз.сепар-р А=0,117 (L=3м)).

Применение вертик.сепар-ов с h<0,6м и гориз. с L<3м не рекомендуется, т.к.ухудшается кач-во сепар-ии, допустимые скорости д/б значит-но уменьшены.

Для гориз.сепар-в длиной более с 3м при опр-ой допуск. скор-и газа вводится поправ. коэф-т К₀=(l/ 3)^0,52 (l – расстояние м/у патрубками входа и выхода,м).

Пропускную способность гравитационного сепаратора горизонтального типа можно определить по формуле:

или .

16.Определение пропускной способности и диаметра нефтегазовых сепараторов. Расчет циклонных сепараторов.

При сепарации Н и Г происходит выделение из нефти окклюдированного газа и очистка газа от распыленной жидкости.

Окклюдированный – от лат.защемленный, мельчайшие пуз-ки с размером больше зародышевых, для тоделения от Н к.необходимо длит.время.

В соотв-ии с назначением в н/г сепар-ах им-ся 4 зоны-секции:

3) разделительная; 2) осадительная; 3) отбора продукции; 4) отбойная.

Пропускная способность сепаратора определяется:

,

диаметр сепаратора определяется:

Теория расчета циклонов основана на предположении, что центробежная сила, действующая на частицу, равна силе сопротивления, которую оказывает газ, препятствующий ее движению в радиальном направлении.

Скорость движения частиц в циклоне в завис-ти от их размера опр-т по форм-ам:

- для самых мелких ч-ц (менее 100 мкм)

- для более крупных ч-ц (100-800 мкм)

- для самых крупных ч-ц (более 800 мкм)

r – расстояние в радиальном направлении от оси циклона до ч-цы

ω – угл.скорость газа.

Скорость движения частиц в циклоне при прочих равных условиях зависит не только от их диаметра, но и от размера циклона. Диаметр циклонного сепаратора D при заданном расходе газа Q определяют по формуле:

,

где D-диаметр циклона, Q-расход газа при стандартных условиях, ρ_г-плотность газа при ст.условиях; Р_ср- абсолютно среднее давление в циклоне; Т-температура газа в циклоне; Z-коэффициент сжимаемости; ∆Р- потери давления в циклоне. Потери давления в циклоне определяется по формуле:

,

υ_г - скорость газа во входном патрубке; ρ_г-плотность газа в рабочих условиях; ξ –коэффициент сопротивления, отнесенный к входному сечению.

Коэф-т сопротивления не зависит от скорости потока, а зависит от соотношения площади сечения выходного и входного патрубков (ξ=2-4)

17.Определение пропускной способности и диаметра нефтегазовых сепараторов. Расчет насадочных сепараторов.

При сепарации Н и Г происходит выделение из нефти окклюдированного газа и очистка газа от распыленной жидкости.

Окклюдированный – от лат.защемленный, мельчайшие пуз-ки с размером больше зародышевых, для тоделения от Н к.необходимо длит.время.

В соотв-ии с назначением в н/г сепар-ах им-ся 4 зоны-секции:

4) разделительная; 2) осадительная; 3) отбора продукции; 4) отбойная.

Пропускная способность сепаратора определяется:

,

диаметр сепаратора определяется:

Технологический расчет насадочных сепараторов сводится к определению скорости набегания потока на насадку, при которой не происходит срыва и дробления капель жидкости, осевшей в насадке. Критическая скорость газа, характеризующая это явление, определяется по формуле: ,

где σ-поверхностное натяжение на границе раздела газа и жидкости; А-параметр, величина которого зависит от типа принимаемой насадки и требуемого коэффициента уноса капельной жидкости К_у.

Площадь сечения насадки определяется по формуле: ,

18.Очистка газа от сероводорода в варианте безнасосной циркуляции использованием реагента Трилон-Б Технология и установка для очистки газа от сероводорода с получением элементарной серы в безнасосном варианте циркуляции католического абсорбента имеет существенные преимущества перед традиционным В общем составе абсорбента 2% массовых составляет трилон Б -динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, имеющей следующую структурную формулу Степень очистки газа не менее 99,9%. Для осущ-ия регенерации абсорбента температуру не следует снижать ниже +10С. Процесс окисления H₂S сопровождается выделением тепла. Получение товарной серы достигается традиц-ыми методами (переплавка).

Установка работает следующим образом. Абсорбер 1 и регенератор 2 заполняют абсорбентом H₂S - раствором комплекса трехвалентного железа с этилендиаминтетрауксусной кислотой, взятыми в соотношении 1:8 соответственно. По подводящему трубопроводу 18 через входной сепар-р 14 и трубопровод 20 в абсорбер 1 подают газ с содержанием сероводорода 34,1-40,2 г/м3 через распределитель газа 5, распол-ый в нижней части абсорбера. Сероводородсодержащий газ, проходя через слой абсорбента, очищается от сероводорода и по трубопроводу 25 поступает в выходной сепаратор 15, где осушается и с остат. содерж-ем H₂S до 20 мг/мЗ по трубопроводу 26 направляется потреб-лю. Отделившийся от газа абсорбент по трубопроводу 21 поступает в верхнюю часть абсорбера 1. Одновременно с подачей H₂S/содержащего газа в абсорбер, в регенератор 2 компрессором 17 через распределитель воздуха 6 подают воздух, который с помощью кислорода регенерирует отработанный абсорбент, поступающий из абсорбера 1 по закругленному трубопроводу 4 в нижнюю часть регенератора 2. Отработанный воздух из верхней части ре­генератора 2 отводят через воздушный клапан 12 и трубопровод 23 в атмосферу. Для поддержания равных давлений в абсорбере и регенераторе регулирующий клапан 12, установленный на регенераторе, соединен с датчиком давления 13, установленным в верхней части абсорбера. Подготовленный т.о. раствор из регенератора 2 по закругленному трубопроводу 3 поступает в нижнюю часть абсорбера 1. Плотность ж-ти в абсорбере и регенераторе меньше плотности дегазированной ж-ти в трубопроводах 3 и 4. Существ-ая разность плотностей позволяет осуществлять циркуляцию абсорбента из одного аппарата в другой. При увеличении давления очищенного газа уровень абсорбента в абсорбере понижается, а в генераторе повышается. При этом уровень абсорбента может опускаться ниже верхней части трубопровода 4, соединенного с абсорбером. В этом случае циркуляция абсорбента по установке не нарушается, так как абсорбент начинает циркулировать через верхнюю перемычку 7. Если уровень жидкости понижается еще ниже, то циркуляция осуществляется через нижнюю пе­ремычку 7. Причем диаметр верхней перемычки 7 меньше диаметра трубопровода 4, а диаметры перемычек уменьшаются сверху вниз. Такое распределение диаметров по высоте позволяет исключить циркуляцию абсорбента через верхнюю часть трубопровода 4 и перемычки 7 одновременно. В процессе абсорбции сероводорода в результате реакции с абсорбентом образуется сера, которая в виде суспензии в отработанном абсорбере поступает по закругленному трубопроводу 4 в нижнюю часть регенератора 2, где оседает и выводится из него по трубопроводу 9 на узел 10 выделения серы. Закругление трубопро­водов 3 и 4 предусмотрено для исключения оседания и образования в них серных пробок.Отработанный абсорбент с наиболее мелкими частицами серы в регенераторе обрабатывается кислородом воздуха, восстанавливает свои поглотительные свойства и по закругленному трубопроводу 3 поступает вниз абсорбера, где доочищается от серы и поднимается дальше в абсорбер, контактируя с сероводородсодержащим газом. Затем процесс повторяется. Скорость циркуляции абсорбента поддерживают в пределах 4,2-18,1 м3/ч, что позволяет производить очистку 80-276 м3/ч сероводород содержащего газа до остаточного содержания сероводорода 20 мг/м3. Суспензия серы в абсорбенте из нижней зоны абсорбера 1 по трубопроводу 9 поступает на узел 10 выделения серы, откуда по трубопроводу 22 выводится потребителю. Абсорбент, отделившийся на узле выделения по трубопроводам 11 и 11^/, насосом 16 подается в нижнюю часть абсорбера и регенератора.Технико-экономическая эффективность такой установки для

Дата добавления: 2015-07-13