Сбор и подготовка попутного газа на Барсуковском месторождении



Рисунок. 5.4. Сетчатый сепаратор типа I

1 -днище; 2 - насадка; 3 -коагулятор; 4 - обогреватель;

5 - опора; 6 - место заземления; 7 - корпус

I - верхний предельный уровень; II - нижний предельный уровень

Газожидкостная смесь в сетчатом газосепараторе разделяется на газ и жидкость благодаря воздействию гравитационных и инерционных сил на капли жидкости. Основная масса жидкости сепарируется из газового потока в средней части корпуса и осаждается вниз в сборник жидкости. Тонкодисперсные капли коагулируются в сетчатом каплеотбойнике, размещённом в средней части корпуса, и частично стекают вниз в сборник жидкости. Окончательная очистка газа от жидкости осуществляется в сетчатой скрубберной секции, размещаемой в верхней части корпуса сепаратора, откуда отсепарированная жидкость дренируется под уровень жидкости в сборнике. Из сборника жидкость непрерывно или периодически сбрасываются [4].

6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СЕТЧАТОГО ГАЗОВОГО СЕПАРАТОРА

6.1 Исходные данные

Для проведения технологического расчета необходимы следующие данные: максимальный расход газа Q_max =19627 м³/сут; рабочее давление Р = 0,6 МПа; рабочая температура Т= 313 К ; плотность газа в рабочих условиях с_г=0,256 кг/м³; плотность жидкости в рабочих условиях с_ж=850 кг/м³; коэффициент поверхностного натяжения в рабочих условиях у =15,21*10^-3Н/м; начальное содержание жидкости в газа е₀=160см³/нм³, содержание жидкости на выходе из сепаратора (унос) - 0,1 г/м³ [6].

Эскиз конструкции сетчатого газосепаратора представлен на рисунке 6.1.Расчет элемента заключается в определении его расчетной площади и конструктивных размеров.



Рисунок 6.1 Эскиз конструкции газосепаратора сетчатого.

6.2 Расчет сепарационного элемента

6.2.1 Расчетная площадь

Для сетчатой насадки это ее площадь в сечении перпендикулярному направлению потока.

, м²

м²

Объемный расход газа

, м³/с

м³/с

где Q_max -максимальный объемный расход газа в нормальных условиях, м³/сут;

Р-давление, кгс/см², Р₀=1,033 кгс/см²;

Т-температура, К, Т₀=273 К;

z -коэффициент сжимаемости, z₀=1,0;

Критическая скорость

,м/с

м/с

где С_t-коэффициент, учитывающий влияние температуры газа на критическую скорость газа, С_t=1,0

С_е- коэффициент, учитывающий влияние начального содержания жидкости на критическую скорость газа;

К-коэффициент устойчивости режимов течения газожидкостной смеси;

-поверхностное натяжение на границе раздела между газом и жидкостью, Н/м;

_ж -плотность жидкости, кг/м³;

_г-плотность газа, кг/м³;

Так как е₀=160 см³/нм³, следовательно С_е=1,75/160^0,107=1,02

6.2.2 Конструктивные размеры сепарационного элемента (насадки)

Диаметр сетчатой насадки

, м м

Расчетный диаметр округляется до ближайшего большего значения из ряда по ГОСТ 9617-76 для сетчатой насадки - 0,179; 0,245; 0,374. Принимаем D=0,245м.

Конструктивные размеры вертикальной сетчатой насадки находятся одновременно с определением диаметра жидкости сборника жидкости.

6.3 Расчет сборника жидкости

Расчет сборника жидкости сепаратора заключается в определении его расчетного объема и конструктивных размеров. За расчетный принимают объем сборника до верхнего предельного уровня без учета объема днищ.

Расчетный объем

,м³

м³

где -время пребывания жидкости в сборнике сепаратора, мин

Объемный расход жидкости

, м³/с

м³/с

где е₀-содержание жидкости в газе на в ходе в аппарат, см³/м³;

Q_max-максимальный расход газа,м³/с.

Время пребывания жидкости в сборнике сепаратора принимается:

-для непенистых жидкостей-3мин

-для пенистых жидкостей - в каждом конкретном случае определяется опытным путем с учетом требований технологического процесса.

Расчетная высота (длина) сборника, т.е. длина цилиндрической части

, м

м

где F-площадь смоченного периметра сборника жидкости в сечении, перпендикулярном его оси, м².

м²

где D_в- внутренний диаметр сборника жидкости.

Расчетная длина L_сб совмещенного сборника жидкости сетчатого сепаратора (рисунок 6.2) округляется до ближайшей большей величины кратной 100мм. Принимаем L_сб=1,1 м.

6.4 Расчет технологических штуцеров входа и выхода газа выхода жидкости

Диаметр штуцера входа и выхода газа

, м

м

где W_г-скорость газа в штуцере, м/с. Принимается W_г=14,5 м/с.

Диаметр штуцера (внутренний) выхода жидкости

, м

м

где W_ж-1,02,0-скорость жидкости в штуцере.

Расчетный диаметр штуцера округляется до ближайшего большего из ряда условных диметров, при этом диаметр штуцера выхода жидкости рекомендуется принимать не менее d_у=50мм. Принимаем d_ж=0,05 м.

6.5 Расчет сливных труб

При расчете необходимой площади слива сливных труб количество жидкости, попадающей в сборник жидкости сепаратора по сливным трубам.

, м³/с

м³/с

Диаметр сливной трубы

, м

м

где W_сл 0,25м/с - скорость слив;

n2 - число труб слива.

Расчетный внутренний диаметр округляется до ближайшего большего из ряда стандартных диаметров труб, но не менее d=40мм. Принимаем d_сл=0,04 м.

Рисунок 6.2 Эскиз вертикального сборника жидкости

6.6 Конструктивные требования к отдельным элементам сепараторов и расчет размеров технологических зон

Материал сепарационной и коагулирующей насадок сетка-рукав

ТУ 14-4-681-76, ТУ 26-02-354-76.

Объемная масса насадок - 200-250 кг/м³.

Насадка может быть цельной или секционной. В цельной насадке сетка-рукав сворачивается в спираль, высота насадки - 100мм. В секции сетка-рукав укладывается слоями (70 слоев) поочередно вдоль и поперек, высота секции 150мм.

Площадь элементов решетки сетчатой насадки должна составлять не более 5% от ее общей площадки.

Диаметр коагулятора

, м

м

Расстояние от штуцера выхода газа до насадки

, м

м

Расстояние от сетчатой насадки до верхней кромки обечайки коагулятора

, м

Расстояние от нижней кромки обечайки коагулятора до защитного листа сборника жидкости

, м

м

Высота обечайки коагулятора

, м

м

Смещение штуцера входа газа от радиального положения

, м

м

6.7 Построение зависимостей, определяющих технологические возможности сепаратора

Строится график . Для построения графика необходимо определить действительные максимальную Q_max.д. и минимальную Q_min.д. производительности для необходимого и достаточного числа значений давления в интервале от P_max до P_min при расчетной температуре

, м³/сут.

Действительная площадь сетчатой насадки (по принятым конструктивным размерам):

, м²

, м²

где f - превышение площади элементов опорной решетки сверх 5% от общей площади насадки.

Таблица 6.1 - результаты расчетов для различных величин давлений

Р, МПа	z	Wкр, м/с	Q, м3/сут
0,7	0,988	4,47	35108
0,6	1,0002	4,89	23960
0,5	1,0018	4,36	17055
0,4	1,0034	5,32	13703

Рисунок 6.3 График зависимости производительности аппарата от давления

6.8 Гидравлический расчет

Задача гидравлического расчета - определение гидравлического сопротивления сепаратора и высоты гидрозатвора сливных труб.

6.8.1 Гидравлические потери должны удовлетворять условию

,

где [] - допустимое гидравлическое сопротивление, МПа, []=0,03 МПа.

Гидравлическое сопротивление сетчатых газосепараторов

,МПа

где б =1,1 - коэффициент неучтенных потерь.

Сопротивление рассчитываемого элемента

,МПа

Величины коэффициентов гидравлического сопротивления о_i приведены в таблице 6.2.

Таблица 6.2 - Коэффициент гидравлического сопротивления

Входа газа	Горизонтального коагулятора	Сетчатой насадки	Выхода газа
1,0	46	50	0,5

Сопротивление штуцера входа и выхода газа

МПа.

Сопротивление сетчатой насадки

МПа,

где W_н = q_г/F_н = 0,171/0,269 = 0,64 м/с.

Сопротивление коагулятора

МПа,

где W_к = q_г/F_к =0,171/0,138 = 1,2 м/с.

Находим

МПа.

Имеем

.

Условие выполняется.

6.8.2 Высота гидрозатвора сливных труб (рисунок 6.2)

,м

м,

где з =1,3-1,5 - коэффициент пульсации.

При этом должны соблюдаться условия:

,м

,

где Н - расстояние от верхнего обреза сливной трубы до верхнего предельного уровня жидкости в сепараторе, м, Н=0,6м.

6.9 Соответствие действительного диапазона работы сепаратора по газу и жидкости заданному

6.9.1 Условия соответствия по производительности

,

23960 м³/сут > 19627 м³/сут

где Q_max.д - действительная максимальная производительность сепаратора по газу, м³/сут

Q_max.зад - заданная максимальная производительность сепаратора по газу, м³/сут.

6.9.2 Условие соответствия штуцеров входа и выхода газа

Величина действительной скорости газа в штуцерах должна лежать в области допускаемых скоростей.

,м/с

м/с.

6.9.3 Соответствие действительного диапазона работы сепаратора по жидкости

.

Рабочий объем сборника жидкости

,м³

м³,

где F - площадь смоченного периметра, м²;

L_сб. - длина цилиндрической части сборника жидкости, м.

Имеем

.

Скорость жидкости в сливных трубах должна быть

м/с

Действительная скорость слива

,м/с

м/с.

Условие выполняется

0,18 м/с<0,25м/с

6.10 Определяем эффективность сепарации

, % [6]

где Э - эффективность сепарации, %;

q¹₂ - содержание капельной взвеси на выходе, г/м³;

q¹₁ - содержание жидкости на входе в сепаратор, г/м³.

, %

7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сепарация газа должна обеспечивать наибольшее сохранение тяжелых компонентов в жидкой фазе. Газ рекомендуется в наибольшей степени утилизировать на месте добычи на технологические, хозяйственно-бытовые нужды, выработку электро- и тепловой энергии [6].

В данном курсовом проекте рассмотрен сетчатый сепаратор, предназначенный для окончательной тонкой очистки попутного нефтяного газа от жидкости (конденсата, ингибитора гидратообразования, воды) в промысловых установках подготовки газа к транспорту, подземных хранилищах, а также на газо- и нефтеперерабатывающих заводах и приведен его расчет.

В результате расчетов мы получили конструктивные размеры отдельных частей сепаратора. В частности диаметр сетчатой насадки в D=0,245 м, длина совмещенного сборника жидкости сетчатого сепаратора L_сб=1,1 м, диаметр штуцера выхода жидкости принимаем d_ж=0,05 м.

Из графика видим, что с увеличением давления производительность увеличивается, однако оптимальным является давление 0,6 МПа, т.к. при дальнейшем его увеличении резко возрастают гидравлические потери, что ведет к понижению эффективности работы сепаратора.

Из расчета видим, что все условия выполняются. Расчетный КПД сепаратора составляет 99,375 %, что указывает на оптимально подобранные конструктивные параметры.

ЛИТЕРАТУРА

1. Годовой отчёт о деятельности НГДП «Барсуковнефть» за 2005 год.

2. Отчёты отдела разработки- ОАО «РН-Пурнефтегаз». Губкинский, 2000 - 2006гг.

3. Акульшин А.И., Бойко В.С. и др. Эксплуатация нефтяных и газовых скважин. - М., Недра, 1989г.

4. Муравьев В.М. Справочник мастера по добыче нефти. - М.,Недра, 1975г.

5. Чеботарев В.В. Расчеты основных технологических процессов при сборе и подготовке скважинной продукции Учебное пособие. 2-е изд. -Уфа, УГНТУ, 2001г.

6. Справочное пособие «РН-Пурнефтегаз».- Губкинский, 2000 - 2006гг.