Проект расчета сепаратора - Курсовая работа

В настоящее время происходит непрерывное совершенствование оборудования, аппаратов, материалов, приборов, применяемых при проектировании и строительстве объектов подготовки компонентов скважинной продукции. Но при всем совершенствовании «железа», принципы проведения технологического процесса, компоновки технологических схем остаются неизменными и базируются на глубоком понимании инженера-технолога физико-химических свойств поступающего сырья (с учетом возможности их изменения), требований к качеству основной и побочной продукции производства. Сепарация происходит при снижении давления и повышении температуры, а также вследствие молекулярной диффузии углеводородных и других компонентов, содержащихся в нефти, в пространство с их меньшей концентрацией, находящееся над нефтью. Предназначаются эти аппараты для отделения газа от жидкости, жидкости от газа, а в некоторых случаях оба процесса могут сопровождаться разделением жидких фаз, отличающихся своими плотностями (нефть - вода, бензин - вода). По характеру действующих сил сепараторы делятся на: Гравитационные, разделение фаз в которых происходит за счет разности плотностей жидкости газа или твердых частиц газа.Поток флюида поступает в емкость сепаратора и ударяется о входнуют перегородку, что приводит к резкому снижению импульса потока. Под действием силы тяжести более крупные капли жидкости, унесенные газом, падают на границу раздела фаз. Жидкость, протекая через емкость, отстаивается в секции сбора жидкости в течение некоторого времени, необходимого для того, чтобы увлеченные жидкостью пузырьки газа успели всплыть на поверхность и присоединиться к основному объему газа. Затем жидкость покидает емкость через клапан регулировки уровня, который управляется уровнемером. В то время, когда газ протекает через эту секцию, более мелкие капли жидкости, оставшиеся в газе после каплеотбойника, оседают под действием силы тяжести и попадают на границу раздела фаз.На рисунке е показаны насадки, общность процессов в которых заключается в способе отделения капельной жидкости из газового потока и отвода ее из насадки. При работе сепаратора на элементах этих насадок постепенно укрупняются капельки жидкости, образуя в нижней части насадок пленку жидкости, из которой формируются капли, под действием силы тяжести периодически стекающие вниз. Поток газа действует на эти капли и пленку жидкости, и при определенной скорости газового потока нормальная работа сепаратора нарушается в результате прекращения стекания капель вниз, увлечения жидкости в направлении движения газового потока и срыва пленок с верхней кромки насадок.Сепарация по своей физической сущности является сочетанием физических и массообменных процессов, протекающих между газовой и жидкой фазами, содержащими большое количество компонентов, т.е. является сложным многокомпонентным процессом. Расчет процесса сепарации должен включать: - расчет фазового равновесия; В общем виде материальный баланс процесса сепарации двухфазной смеси можно записать в следующем виде: (1) где F - количество исходного сырья, кг/час; Для i - го компонента системы материальный баланс запишется следующим образом: (2) где ui, x1, yi - мольные доли i-го компонента в исходном потоке и полученных жидкой и паровой фазах соответственно.Целью теплового расчета является определение толщины тепловой изоляции. Толщину тепловой изоляции рассчитываем по формуле (13) [5] тст ,токр , тиз - соответственно температуры наружной стенки аппарата, окружающей среды и наружной поверхности теплоизоляционного слоя.Формулы расчета основных конструктивных элементов находятся в зависимости от типа сепаратора и от расположения отбойной насадки. При известной производительности сепаратора по газу можно рассчитать площадь поперечного сечения сепаратора с отбойными насадками [6]: (15) vg, B - постоянный коэффициент, зависящий от необходимой степени очистки газа в сепараторах без отбойных и с отбойными насадками, м/с; Плотность компонентов газа при рабочих условиях определяется по следующей формуле[7]: (19) где ?0 - плотность газа при нормальных условиях, кг/м3; Допустимая скорость газа (примем грубую степень сепарации газа, т.е. vg=0,15): Тогда площадь поперечного сечения сепаратора с отбойными насадками (j=0,98 - сетчатый тип отбойной насадки): Учтем, что на площадь, занимаемую газом, приходится половина всей площади сепаратора.Механический расчет включает расчет толщины обечайки; подбор крышки, днища, фланцев и люка, расчет штуцеров и расчет и подбор опоры аппарата. Расчет толщины обечайки проводят в соответствии с ГОСТ 14249-80. Суммарную прибавку к номинальной расчетной толщине стенки определяем по формуле [9]: (27) где С1 - прибавка на коррозию (1мм), С2 - прибавка на минусовое отклонение по толщине листа, примем 0,7 мм, С3 - технологическая прибавка, примем 0,5 мм. Допускаемое напряжение для выбранного материала сталь марки 09Г2С рассчитывает по следующей формуле [9]: (28) где ? = 0,9 - коэффициент для взрывоопасных и пожароопасных сред; ?* = 183 МПА - допускаемое напряже

Содержание

Введение

1. Теоретические основы технологии и конструкции аппаратов

1.1 Влияние формы сепаратора на его конструкцию

1.2 Горизонтальные сепараторы

1.3 Сепараторы с насадкой

2. Материальный баланс

3. Тепловой расчет

4. Аппаратурный расчет

4.1 Технологический расчет

4.2 Механический расчет

4.3 Гидравлический расчет

5. Технологическая схема процесса сепарации. Автоматизация процесса

Заключение

Список использованной литературы

С момента начала промышленной добычи нефти было разработано очень большое количество вариантов технологических схем подготовки скважинной продукции. Как правило, на каждом месторождении реализована своя, особенная схема, которая была реализована. В настоящее время происходит непрерывное совершенствование оборудования, аппаратов, материалов, приборов, применяемых при проектировании и строительстве объектов подготовки компонентов скважинной продукции. Но при всем совершенствовании «железа», принципы проведения технологического процесса, компоновки технологических схем остаются неизменными и базируются на глубоком понимании инженера-технолога физико-химических свойств поступающего сырья (с учетом возможности их изменения), требований к качеству основной и побочной продукции производства. [1]

Основными задачами систем подготовки скважинной продукции являются: 1. Прием продукции от добывающих скважин

2. Разделение многофазного потока на составляющие компоненты (три фазы - нефть, газ и вода)

3. Подготовка нефти, газа и воды к последующему транспорту или утилизации в соответствии с предъявляемыми требованиями.

Сепарацией газа от нефти называют процесс отделения от жидкой фазы (нефти) газообразной фазы. Сепарация происходит при снижении давления и повышении температуры, а также вследствие молекулярной диффузии углеводородных и других компонентов, содержащихся в нефти, в пространство с их меньшей концентрацией, находящееся над нефтью.

1. Теоретические основы процесса

Одним из наиболее распространенных видов аппаратуры в объектах промыслового сбора, подготовки нефти и газа к транспорту являются сепараторы. Предназначаются эти аппараты для отделения газа от жидкости, жидкости от газа, а в некоторых случаях оба процесса могут сопровождаться разделением жидких фаз, отличающихся своими плотностями (нефть - вода, бензин - вода). [2]

По характеру действующих сил сепараторы делятся на: Гравитационные, разделение фаз в которых происходит за счет разности плотностей жидкости газа или твердых частиц газа.

Насадочные сепараторы, в которых фазы разделяются за счет сил тяжести и инерции.

Центробежные, разделение в которых происходит за счет центробежных и инерционных сил.

По форме и положению в пространстве сепараторы делятся на: цилиндрические горизонтальные с одной или двумя емкостями; цилиндрические вертикальные; сферические.

Существует множество сепараторов различных конструкций, но все они, как правило, состоят из следующих секций.

Основная сепарационная секция. Предназначается для отделения основной части жидкости (нефти, газового конденсата, воды) от входящего газожидкостного потока. Для обеспечения высокоэффективной предварительной сепарации и равномерного распределения потока по сечению аппарата применяют конструктивные устройства: тангенциальный ввод потока, при котором жидкость под действием центробежной силы отбрасывается к стенке сосуда и стекает по ней, а газ распределяется по сечению аппарата и выводится;

отражательные устройства (пластины прямоугольной или круглой формы, полусферы), устанавливаемые на входе в сепаратор;

встроенный циклон, устанавливаемый на входе в горизонтальный сепаратор;

конструкции, позволяющие осуществить раздельный ввод газа и жидкости в сепаратор.

Осадительная секция. В этой секции в газонефтяных сепараторах происходит дополнительное выделение пузырьков газа из жидкости. В газовых сепараторах жидкость в данной секции отделяется под действием гравитационных сил, а газ движется в сосуде с относительно низкой скоростью. В газовых сепараторах некоторых конструкций для снижения турбулентности применяют различные устройства - пластины, цилиндрические и полуцилиндрические поверхности.

Секция сбора жидкости. Служит для сбора жидкости, из которой почти полностью в предыдущих секциях выделился газ при температуре и давлении в сепараторе. Однако некоторое количество газа в ней имеется. Для сепараторов объем данной секции выбирают так, чтобы он позволил удержать отсепарированную жидкость в течение времени, необходимого для выхода пузырька газа на поверхность и вторичного попадания в газовый поток.

Секция каплеулавливания. Предназначена для улавливания частиц жидкости в уходящем из сепаратора газе. Секция состоит обычно из отбойных устройств (насадок) различного вида - керамических колец, жалюзи, пакетов из плетеной проволочной сетки и т.д. Критерием эффективности отделения капельной жидкости от газа является величина удельного уноса жидкости, которая должна находиться в пределах от 10 до 50 мг/м3 газа.

Эффективность работы отбойных насадок зависит от нескольких факторов, основными из которых являются: допустимая скорость набегания газа, определенное количество жидкости, поступающей с газом, равномерная загрузка насадки по площади ее поперечного сечения.

Кроме функций, выполняемых описанными секциями, в конструкциях сепараторов должны предусматриваться элементы, предотвращающие образование пены и гасящие ее, а также снижающие вредное влияние пульсации газожидкостного потока на сепарацию жидкости и газа.