СКАЧАТЬ:  separaciya-raschet-separatorovshpora.zip [28,15 Kb] (cкачиваний: 289)

Определение пропускной способности

и диаметра нефтегазовых сепараторов

            При сепарации нефти и газа происходит выделение из нефти растворенного и окклюдированного газа и очистка этого  газа от увлекаемой им распыленной жидкости. При этом используют различные силы, в основном гравитацию, инерцию и адгезию.

            Окклюдированный – от лат. Защемленный, мельчайшие  пузырьки с размером больше зародышевых, для отделения от нефти которых необходимо длительное время.

            В зависимости от преобладающего влияния указанных сил на процесс разделения  нефти и газа сепараторы подразделяются на гравитационные, инерционные (циклонные) и смешанные (насадочные).

             В соответствии с назначением в нефтегазовых сепараторах имеются три зоны – секции: разделительная, осадительная и отбойная.

            В разделительной секции происходят отделение от жидкости основной массы свободного газа и выделение из нее растворенного и окклюдированного газа. Это достигается при помощи различных устройств, обеспечивающих или оптимальгую скорость вращения газожидкостного потока, или достаточно высокую поверхность раздела фаз, что достигается оптимальным распылением жидкости и стеканием ее тонким слоем по стенкам сепаратора или по спец. Наклонным полкам  и насадкам. Вместе с тем необходимо обеспечить достаточное время пребывания нефти в сепараторе.

            В осадительной секции поднимающийся газ освобождается от сравнительно крупных частичек  жидкости под действием гравитационных сил.

            В отбойной секции происходит окончательная  очистка газа от мелких частичек  жидкости под влиянием сил инерции и адгезии.

            Адгезия – силы прилипания к поверхности

критерии качества сепарации 

Эффективность процесса сепарации определяется степенью очистки газа от капельной жидкости и жидкости от газа, что характеризуется коэффициентом уноса жидкости потоком газа К_ж, и газа потоком жидкости К_г, а т.ж. предельной ср. скоростью газа в свободном сечении сепаратора и временем задержки жидкости в сепараторе.

Коэффициенты уноса жидкости и газа и показатели совершенства сепаратора V _{г. мах}  и t _з зависит от физико- химических свойств, расхода жидкости и газа, давления и температуры, уровня жидкости в сепараторе, способности жидкости к вспениванию.

 Коэффициент уноса жидкости о коэффициент уноса газа соответственно равны:

К_ж=q_ж/Q_г,

К_г=q_г/Q_ж,

где q_ж-объемный расход капельной ж-ти, уносимой потоком газа из сепаратора;

q_г- объемный расход остаточного газа, уносимого потоком ж-ти из сепаратора;

Q_ж-объемный расход ж-ти на выходе из сепаратора;

Q_г- объемный расход газа на выходе из сепаратора.

Чем меньше К_ж и К_г при прочих равных условиях, тем совершеннее сепаратор. Однако умение этих показателей обычно связано с усложнением конструкции сепаратора и увеличением его габаритных размеров. Поэтому очень высокая степень очистки газа и ж-ти оказывает не всегда оправданной. Необходимо ориентироваться на требуемую степень очистки, которая зависит от конкретных условий сбора нефти и газа. Пропускная способность сепаратора по газу зависит от величины Vг.мах, которая в свою очередь определяется скоростью осаждения капель ж-ти минимально заданного размера.

По практическим данным в настоящее время приняты временные нормы, в соответствии  с которыми коэффициенты уноса жидкости и газа имеют следующие значения:

К_ж≤50 см³/тыс.м³

Кг≤20тыс.см3/м3 жидкости.

Предельные значения  Vг.мах определяется скоростью осаждения капель   жидкости минимально заданного размера. Этой величеной обычно пользуются для расчета пропускной способности сепаратора по газу. Значения Vг.мах для различных конструкций сепаторов могут изменяться от 0,1 до 0,55м/с.

 Время пребывания сущ-но влияет на эффективность очистки как газа от капель жидкости, так и ж-ти от газа. Средний диаметр пузырьков окклюдированного газа в потоке перед сепаратором.  Средний диаметр  пузырьков окклюд. газа в турбулентном потоке перед сепаратором можно определить  по формуле В.Ф.Медведева

,

где -число Вебера;

-число Рейнольдса;

-число Фруда;

-поверхностное натяжение на границе «газ- дисперсионная среда»;

 D- внут. диаметр трубопровода;

-динамическая вязкость и плотность дисперсной среды;

w- средняя скорость течения.

Этот размер и следует принимать в качестве расчетного до получения более надежных данных.

Расчетом устанавливают условия, при которых достигается требуемая степень очистки газа от жидкости (расчет по газу) и жидкости от газа (расчет по жидкости).

Расчет гравитационных сепараторов по газу.

 При расчетах принимают, что скорость движения частиц жидкости постоянна, частицы имеют шарообразную форму и в процессе сепарации не происходит ни дробления, на коагуляции.

Коагуляция – слипание без слияния

При расчетах принимают, что скорость движения ч-ц ж-ти постоянна, ч-цы имеют шарообразную форму и в процессе сепарации не происходит ни их дробление, ни коагуляция.

Для определения скорости осаждения ч-ц любого размера силу тяжести приравнивают силе сопротивления.

Для ч-ц размером не более 80 мкм скорость осаждения опре-ся по ф-ле Стокса:

 w=,

где w- относительная скорость ч-ц; d-диаметр ч-ц; ρ_ч, ρ_г-плотность соот-но ч-цы и среды (газа), μ-абсолютная вязкость среды.

Для ч-ц размером 300-800 мкм скорость осаждения ч-ц опре-ся по ф-ле Алена:

 w=,

где ν_г-кинем-кая вязкость газа, ν_г= μ_г/ ρ_г.

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

w=.

Скорость осаждения ч-ц различной конфигурации: w=-,

где к и ξ –коэф-ты сопротивления (для шара и=24и ξ (дзета) =0,044;

для круглых пластинок и=17,4 и ξ=1,1).

При конфигурации, отличной от шара, вместо диаметра шара берут эквивалентный диаметр частиц.

Гидравлический расчет сепараторов по газу сводится к расчету на пропускную способность или к выбору размеров диам-ра аппа-тов в зависимости от расхода газа. Расчетная ф-ла при заданном поперечном сечении аппарата F, рабочем давлении Р и рабочей тем-ре Т имеет вид:

Q_г=86400Fυ_г, или

Q_г=67858D² υ_г,

где Q_г-произ-ть сепаратора по газу, Т₀-нормальная тем-ра, υ_г-допустимая скорость газа, D-диаметр аппарата.

В вертикальных сепараторах допустимые скорости относятся к полному поперечному сечению  аппарата, а горизонтальных – к поперечному сечению аппарата, не занятому жидкостью.

Практика эксплуатации гравитационных сепараторов на газоконденсатных месторождениях показала, что при давлении 6МПа оптимальная скорость движения газа в свободном сечении аппарата не должна превышать 0,1м/с. Если давление газа в сепараторе иное, оптимальную скорость движения газа в свободном сечении гравитационного сепаратора можно определить по формуле

V опт= V1опт (р1/р2)^0,5

Где V1опт- оптимальная скорость газа при р1, для р1=6МПа V1 опт= 0,1м/с, р- давление в сепараторе.МПа

Для приближенных расчетов допустимую скорость газа м. определить:

υ₁=А,

где А-постоянный коэф-нт. Значения А1 для вертикального 0,047, (h=0,6м) и горизонтального сепаратора 0,117 (L=3м).

Для горизонтальных сепараторов длиной более 3 м  при определении допустимой скорости газа вводится поправочный коэффициент (множитель)

где L- фактическое расстояние между патрубками входа и выхода газа, м.

Для вертикальных сепараторов увеличение высоты сепарационной секции более 0,6м качества сепарации практически не улучшает.

Применение вертикальных сепараторов с h>0,6м и горизонтальных сепараторов с L<3м не рекомендуется, так как качество сепарации резко ухудшается и допустимые скорости должны быть значительно уменьшены.

 Пропускную способность гравит-го сепаратора горизонтального типа м. опре-ть по ф-ле:

Q_г=86400Fυ_гn, или

Q_г=67858D² nυ_г.

Где n=L/D.

Расчет гравитационных сепараторов по ж-ти

 заклю-ся или в определении необ-мых размеров аппарата при заданной производительности или в определении пропускной способности сепаратора при известных его размерах. Необх-мый объем заполняемый ж-тью у газовых сепараторов, определяется из соотношения: V_с= Q_ж/4, где V_с-объем, заполныемый ж-тью; Q_ж-суточный объем обрабатываемой ж-ти.  

Нео-мое условие эффек-го выделения газа из нефти:

υ_ж< υ_г или t_ж> t_г ,

где υ_жскорость потока ж-ти из сепаратора; t_ж-время пребывания ж-ти в сепараторе, t_г-время всплывания пузырьков газа из ж-ти.

Пропускная способность по ж-ти:

υ_ж= Q_ж/(86400F)≤w_г, или

Q_ж≤ 86400Fw_г,

где Q_ж-расход ж-ти, F-площадь зеркала ж-ти в сепараторе, w_г-скорость всплывания пузырьков газа в ж-ти. Для горизонтального сепаратора площадь зеркала жидкости является функцией уровня жидкости в сепараторе.

Скорость всплывания в жидкости пузырьков газа определяют по формуле Стокса, т.е. так же, как и скорость осаждения жидких частиц в потоке газа.

Большие затруднения встречаются при выборе размеров газонефтяных сепараторов для сильно вспенивающихся нефтей, так как вспенивание нефти существенно снижает производительность сепараторов.

Пенообразование зависит от условий ввода продукции скважин в сепаратор, а также от наличия в продукции пенообразующих веществ. Образовавшийся слой пены оказывает значительно е диффузное сопротивление выделению пузырьков газа, всплывающих на поверхность. В связи с этим продолжительность пребывания  нефти в сепараторе для пенящихся нефтей должна быть увеличена в несколько раз по сравнению с непенящимися нефтями. Как отмечалось, если нефть не пенящаяся, время пребывания 1-3 мин, для пенящихся от 5 до 20мин.

Для разрушения пены применяют химическое, механическое и термическое воздействие. Одним из самых эффективных способов снижения пенообразования является пропуск нефти через подогретую воду. Для этого применяют сепараторы, в нижнюю часть которых встроена печь, подогревающая пластовую воду.

       42.

Теория расчета циклонов основана на предположении, что центробежная сила, действующая на ч-цу, равна силе сопротивления, которую оказывает газ, препятствующий ее движению в радиальном направлении. Скорость движения ч-ц в циклоне в зависимости от их размера опре-ют по ф-лам:

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

w=,

для более крупных ч-ц _диаметром (100-800 мкм):

 w=,

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

w=,

где r-расстояние в радиальном направлении от оси циклона до ч-цы; w-угловая скорость газа. Из данных формул следует, что скорость движения ч-ц 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 ф-ле:

D=0,385,

где D-диаметр циклона, Q-расход газа при ст-ных условиях, ρ_г-плотность газа при ст.условиях; Р_ср-абсолютно среднее давление в циклоне; Т-тем-ра газа в циклоне; Z-коэф. сжим-ти; ∆Р-потери давления в циклоне.

Потери давления в циклоне опре-ся по ф-ле:

∆Р=,

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

       43.

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

w_кр=А,

где σ-поверхностное натяжение на границе раздела газа и ж-ти; А-параметр, величина которого зависит от типа принимаемой насадки и требуемого коэф-та уноса капельной ж-ти к_у.

Площадь сечения насадки опре-ся по ф-ле:

F=,

где Q_г-расход газа.

       44.

Для ув-ния выхода и снижения упругости паров тов. Нефти и повышения ряда др-их тех-эк-ких показателей нефтепромыс-го хоз-ва применяют многоступ-тую сепарацию нефти и газа. Она поз-ет более полно исп-ть естев-ную энергию пласта для транспорта и подготовки нефти и газа, выделить из газа большую ее часть в виде почти сухого газа, направляемого на использование без переработки, получить более стабильную нефть. Од-ко ув-ние числа ступеней сепарации более 2-х сравнительно мало изменяет выход нефти по сравнению с двухступенчатой сепарацией, но заметно усложняет и удорожает нефтегазосборную систему. Давление первой ступени сепарации зависит от принятого давления в нефтегазосборной системе, которое в значительной мере определяется запасами избыточной энергии пласта. Выбор давления в промежуточных ступенях сепарации осуще-ся на основе комплексного рассмотрения вопросов сбора нефти и газа и их подготовки к магистральному транспорту и использованию. При этом учитываются з-чи промысловой переработки газа, в частности, требования к глубине отбора газа(этанов, пропанов, бутанов), извлечение которых требует определенного давления. Требования к сепарации значительно воз-ют, если на мест-нии нет спец. уста-ки для стабилизации нефти. Здесь во избежании больших потерь легких фракций нефти при ее хранении и дальнем транспорте по возмож-ти надо их выделить при сепарации и затем уловить на газоперерабатывающих установках. С этой целью последныы ступень сепарации осуще-ся при возможном более низком давлении –атмосферном или при небольшом вакууме, а в отдельных случаях и при повышенных темпе-ах.

       56.

Для повышения произ-ти традиционных сепараторов и снижения затрат на операции по обезвоживанию и очистке воды по новой технологии скорость движения потока газоводонеф-ной смеси на конечном уч-ке сборного труб-да необ-мо снизить до уровня, обеспечивающего расслоение на нефть, газ и воду, а отбор каждого из продуктов осущ-ся отдельными потоками. При этом поступающую с групповых установок  водонеф-ную эмульсию транспортируют по сборному коллектору непосредственно на пункты подготовки нефти. Режим транспортирования м. поддерживать турбулентным. При реализации такой технологии на подходе к пункту подготовки нефти газоводонеф-ная смесь попадает в расширенную часть труб-да, имеющего диаметр порядка 1000-1400 мм. Такой или другой расчетный диаметр концевой части труб-да создает режим движения, обеспечивающий расслоение потока на н, г и в. и ув-ние произ-ти последующих функциональных аппаратов.