Основные параметры вертикального сепаратора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт недропользования

Кафедра нефтегазового дела

Допускаю к защите Руководитель Шмаков А.К.

Курсовой проект по дисциплине: «Нефтегазопромысловое оборудование»

Тема: «Основные параметры вертикального сепаратора»

Выполнил студент гр. НДДбз-14-1 Рогов А.С.

Нормоконтроль Шмаков А.К.

Иркутск 2019

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

По курсу Нефтегазопромысловое оборудование

Студенту Рогову А.С.

Тема проекта: рассчитать основные параметры вертикального сепаратора

Исходные данные для выполнения:

2. Характеристики сепаратора УПС-А-1500/6

Внутренний диаметр: dвн = 1200мм;

УПС-А-1500/6 с внутренним диаметром 1200мм, с пропускной способностью 1500 м³/сут. и рабочим давлением 6 МПа.

Рекомендуемая литература: Снарев А.И. Расчеты машин и оборудования для добычи нефти и газа: учеб. практ. пособ./ изд.3-е доп.-Москва: Инфра-Инженерия, 2010.- 232с:ил.

Дата выдачи задания «2» мая 2018г.

Задание получил Рогов А.С.

Дата представления проекта руководителю “ ” апреля 2019 г.

Руководитель курсового проектирования А.К. Шмаков

Задание

Рассчитать основные параметры вертикального сепаратора УПС-А-1500/6 с внутренним диаметром 1200мм, с пропускной способностью 1500 м³/сут. и рабочим давлением 6 МПа.

Содержание

Введение

1. Виды сепараторов

2. Принцип работы сепарационной установки

3. Патентно-информационный обзор

4. Модернизация установки

5. Расчет основных параметров

6. Прочностной расчет

7. Оценка вероятности безотказной работы

8. Оценка трудоемкости изделия

Заключение

Список литературы

Введение

Последним этапом большого объема работ, связанных с добычей нефти, является сбор пластовой жидкости с отдельных скважин, внутрипромысловая транспортировка и первичная обработка.

Поднятая из скважин пластовая жидкость содержит в себе воду, газ, механические примеси и нефть, помимо этого различные агрессивные компоненты.

Для отделения посторонних и вредных примесей от товарной нефти предназначен большой комплекс устройств аппаратов. Все они располагаются на территории промысла и обеспечивают доведение качества нефти до уровня, позволяющего транспортировать ее по магистральным трубопроводам, цистернами, танкерами на нефтеперерабатывающие заводы.

1. Виды сепараторов

Сепаратор - это установка, используемая для разделения попутного газа и свободных жидкостей.

Сепараторы состоят из четырех секций: основной для выделения наибольшей доли газа; осадительной секции для выделения пузырьков газа, вышедших из основной секции; секции сбора нефти для сбора нефти перед ее выводом из сепаратора и каплеуловительной секции для улавливания капель жидкости, уносимых газом из сепаратора.

Эффективность работы сепаратора определяется содержанием газа в жидкости, выходящей из сепаратора, и содержанием жидкости в газе, отводимом в трубопровод для сбора газа. Чем меньше эти показатели, тем лучше работает сепаратор.

По принципу работы, основанному деление фаз, сепараторы можно разделить па гравитационные, центробежные и химические.

На промыслах используют горизонтальные, вертикальные и гидроциклонные. сепарационный газоотделитель нефть

Вертикальный сепаратор представляет собой вертикально установленный цилиндрический корпус с полусферическими днищами, снабженный патрубками для ввода газожидкостной смеси и выводе жидкой и газовой фаз, предохранительной и регулирующей арматурой, а также специальными устройствами, обеспечивающими разделение жидкости и газа.

Достоинствами вертикальных сепараторов являются относительная простота регулирования уровня жидкости, а также очистки от отложений парафина и механических примесей. Они занимают относительно небольшую площадь, что особенно важно в условиях морских промыслов, где промысловое оборудование монтируется в платформах или эстакадах. Однако вертикальные сепараторы имеют и существенные недостатки: меньшую производительность по сравнению с горизонтальными при одном и том же диаметре аппарата; меньшую эффективность сепарации.

Горизонтальный газонефтяной сепаратор из технологической емкости, внутри которой расположены две наклонные полки, пеногаситель, влагоотделитель и устройство для предотвращения образования воронки при дренаже нефти. Технологическая емкость снабжена патрубком для ввода газонефтяной смеси, штуцерами выхода газа и нефти и люк-лазом. Наклонны полки выполнены в виде желобов с отбортовкой не менее 150мм. В месте ввода газонефтяной смеси в сепаратор смонтировано распределительное устройство.

Для повышения эффективности процесса сепарации в горизонтальных сепараторах используют гидроциклонные устройства.

Горизонтальный газонефтяной сепаратор гидроциклонного типа состоит из технологической емкости и нескольких одноточных гидроциклонов. Конструктивно одноточный циклон представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с тангенциальным вводом газонефтяной смеси, внутри которого расположены направляющий патрубок и секция перетока. В одноточном гидроциклоне смесь совершает одновременно вращательное движение вокруг направляющего патрубка и нисходящее движение, образуя нисходящий вихрь. Нефть под действием центробежной силы прижимается к стенке циклона, а выделившийся и очищенный от капель жидкости газ движется в центре его. В секции перетока нефть и газ меняют направление движения с вертикального на горизонтальное и поступают раздельно в технологическую емкость. Далее газовый поток проходит каплеотбойник, распределительные решетки и выходит из сепаратора. Нефть по наклонным полкам стекает в нижнюю часть емкости. Ее уровень поддерживается с помощью регулятора.

2. Принцип работы сепарационной установки

Сепарационная установка УПС-А-1500/6 работает следующим образом:

Нефтегазовая смесь через патрубок и стабилизатор потока подается на сливные полки, где, попадая на пластину, начинает стекать по ней вниз, перетекая тонким слоем через пороги. При этом происхо-дит интенсивное выделение газа из смеси. Двигаясь дальше по поверхности пластины между порогами, часть смеси проходит через ее отверстия и попадает на днище лотка. При этом также происходит газовыделение. Интенсивность выделения газа возрастает также за счет вибрации пластины, которая возникает, во-первых, из-за разделения потока смеси, а во-вторых, из-за изменения объема поступающей на пластину жидкости, вызывая изменение положения самой пластины внутри лотка и увеличивая ее колебания вокруг оси с помощью пружин. Кроме того, по мере заполнения жидкостью лотка, его центр тяжести повышается и он начинает постепенно поворачиваться вокруг, при этом смесь тонким слоем перетекает из одного в следующий установленный под ним лоток. При этом происходит дополнительное интенсивное выделение газа из смеси: во-первых, за счет истечения жидкости из лотка тонким слоем, а во-вторых, за счет периодических вращательных движений самого лотка. Двигаясь дальше, смесь проходит поочередно все лотки, установленные в колонне и попадает на приемный успокоительный лоток. Во время протекания этого процесса в нижней части колонны в секции сборника-отстойника происходит разделение водонефтяной смеси на воду и нефть, которые отводятся через патрубки.

Технико-экономические преимущества от использования предложенного устройства по сравнению с существующими заключается в следующем:

- такое непрерывное протекание процесса одновременно сначала на перфорированной пластине, а затем в самом лотке обеспечивает бесперебойную работу аппарата при колебаниях объемов поступающей смеси, при которой увеличение газовыделения становится возможным благодаря протеканию процесса на поверхности вибрирующей пластины, где будет происходит интенсивное перемешивание (массообмен), а также в результате образования тонкой пленки смеси при истечении ее из лотка в лоток, и периодических вращательных движений самого лотка, что в итоге позволяет значительно повысить газовыделение с поверхности жидкости;

-позволяет уменьшить массогабаритные размеры самого аппарата.

3. Патентно-информационный обзор

Авторское свидетельство №1542569

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для отделения газ от нефти при подготовке нефти на промыслах. Целью изобретения является повышение эффективности процесса разгазирования, снижение затрат на последующую подготовку нефти и сокращение потерь легких углеводородов нефти от испарения.

Вертикальный газоотделитель, включающий корпус с патрубками ввода газожидкостной смеси и вывода газа и жидкости, внутри которого размещен винтообразный желоб, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса разгазирования, снижения затрат на последующую подготовку нефти и сокращения потерь легких углеводородов, винтообразный желоб выполнен с уменьшающимся книзу шагом и установлен с зазором к корпусу, равным 0,01-0,02 диметра корпуса.

Винтообразный желоб снабжен боковой стенкой, расположенной вдоль внутренней кромки желоба.

Авторское свидетельство №1762961

Изобретение относится к разделительной аппаратуре, предназначенной для разделения газоводонефтяной эмульсии, и может быть использовано, в частности, к нефтяной промышленности для сепарации газа из смеси с последующим разделением воды и нефти при подготовке нефти на промыслах.

Целью изобретения является повышение эффективности сепаратора в работе при колебаниях объемов поступления смеси на входе и снижение массогабаритных параметров аппарата.

Нефтяной сепаратор, включающий корпус, в котором установлены одна над другой вертикально по высоте сливные полки в виде корытообразных лотков, закрепленные на поворотных осях, смещенных относительно их центра тяжести, газоосушитель и стабилизатор потока, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности в работе при переменных объемах поступающей смеси и уменьшения массогабаритных характеристик, корпус выполнен вертикальным прямоугольного сечения, лотки выполнены с сечением в виде трапеции, с разновысокими стенками и снабжены перфорированными пластинами, закрепленными наклонно на поворотных осях и пружинах-растяжках в лотках, а толщина днища лотков увеличивается в направлении меньшей стенки трапеции.

Устройство отличающееся тем, что пластины выполнены с поперечными порогами, между которыми выполнены отверстия, оси которых расположены под углом 30-60° к поверхности пластины.

Угол наклона пластин к горизонтали 20-50⁰.

Изобретение относится к разделительной аппаратуре, предназначенной для разделения газоводонефтяной эмульсии, и может быть использовано, в частности, к нефтяной промышленности для сепарации газа из смеси с последующим разделением воды и нефти при подготовке нефти на промыслах.

Отличается тем, что устройство в нижней части корпуса установлен регулятор уровня, обеспечивающий постоянную высоту слоя жидкости и не допускающий, таким образом, прорыва газа в линию сброса нефти.

Авторское свидетельство №1435265

Изобретение относится к технике удаления газов из жидкости и может быть использовано в нефтяной промышленности для сепарации газонефтяной смеси при подготовке нефти на промыслах.

Цель изобретения-повышение эффективности сепарации нефтегазовой смеси.

Устройство для сепарации нефте-газовой смеси, включающее емкость, которой размещены стабилизатор потока, газоосушитель, наклонные сливные полки.

С целью повышения эффективности сепарации, устройство снабжено дополнительной наклонной полкой, установленной над верхней сливной полкой и выполненной с олеофильной нижней поверхностью.

Устройство отличающееся тем, что нижняя поверхность дополнительной наклонной полки выполнена шероховатой. Шероховатость поверхности способствует накоплению нефти и формированию из нее крупных капель, которые стекают по поверхности вниз или отрываются от поверхности и уносятся ниспадающим потоком смеси.

4. Модернизация установки

Объектом модернизации является сепарационная установка

УПС-А-1500/6, с целью повышения эффективности сепарации и сокращение потерь нефти при газонефтяных смесей, в нижней части корпуса сделана специальная перегородка, разделяющая дно на две части, где происходит разделение водонефтяной смеси на воду и нефть, и дополнительный патрубок для повторного отвода воды, тем самым обеспечивают эффективность в работе.

5. Расчет основных параметров

Рассчитаем скорость жидкости в патрубке:

; (1)

где: U - скорость жидкости в трубе в ;

Q- производительность в ;

d- внутренний диаметр трубы в мм ;

Внутренний диаметр трубы dвн = 59 мм;

Производительность Q = 1500 ;

р = 3,14;

;

Рассчитаем давление испытания

Расчетным давлением сосудов служит пробное давление испытания рпр. Первые гидравлические испытания проводят на заводе-изготовителе на рпр.

При давлении рв=0,5 МПа и более

рпр=1,25рв, но не менее рв+0,3.

рпр=МПа

В приведенных формулах и --соответственно допускаемые напряжения при 20°С и рабочей температуре. Пробное давление для аппаратов, работающих при отрицательных температурах, принимают таким же, как и для аппаратов с температурой 20 °С.

При периодическом освидетельствовании сосудов испытания проводят при таком же давлении, но в рабочем состоянии. Напряжение в стенке при гидравлическом испытании не должно превышать 0,9, а при пневматическом -- 0,8, где -- предел текучести материала сосуда. При изготовлении данного сепаратора, применяется материал марки: сталь 12ХН3А.

6. Прочностной расчет

Теории прочности, допускаемые напряжения и запасы прочности. При расчете сосудов на прочность применяют следующие теории прочности:

1. Первая теория прочности - наибольших нормальных

напряжений, по которой за расчетное принимают наибольшее кольцевое напряжение, определяемое для тонкостенных сосудов по формуле:

=рвDс/(2S),

где р_в - внутреннее давление в сосуде;

D_с - средний диаметр сосуда.

Приравняв к и заменив Dc=Dв+S, где Dв- внутренний диаметр, S -толщина стенки, получим:

S=pвD_в (2-pв)

Определим S:

S= м

Определим средний диаметр:

Dc=Dв+S

Dc=1.2+0.012=1.212 м

Найдя все величины, можно определить :

= МПа

2. Вторая-теория наибольших касательных напряжений, которой за эквивалентное берут, разницу между наибольшим и наименьшим напряжениями, т.е.

Для тонкостенных сосудов имеем = рвDс/(2S) и -pв.

=рв(Dв+3S)/(2S)

Расчетная формула , при , имеет вид:

S=pвDв / (2-3pв)

S= м

Найдя все величины, можно определить :

= МПа

3. Третья-- энергетическая теория прочности, по которой

,

Где -- меридиональное (продольное) напряжение.

=рвDв/(4S)

МПа

S=pвDв / (2,3-pв)

S= м

Подставив значение и и приравняй к нулю (в сосудах большого диаметра рв<<), получим:

Анализ данных расчетов показывает, что наименьшая толщина стенки получается по третьей теории прочности.

Для расчета сосудов, работающих при внутреннем давлении, принимают формулы, полученные из первой теории прочности, и компенсируют погрешность расчетных формул введением запаса прочности пт=1,2. Поэтому напряжение при испытании сосуда должно составлять:

/1,2

С другой стороны, давление испытания превышает рабочее, а следовательно, и напряжение при испытании превышает допускаемое рабочее в 1,25 раза, т. е.

Получаем:

т.к. 375 418 значит, условия соблюдаются.

7. Оценка вероятности безотказной работы

Вероятность безотказной работы Р(t) определяют по формуле экспоненциальному закону :

Задаваясь, надежностью сепаратора =0,99 определим интенсивность отказов в течение года:

lgP(t)/ t lge,

где: t=365-время работы;

e=2.72-постоянная.

lg0.99/ 365 lg2. 72=2,7 10 ^-5

Ожидаемая средняя наработка на отказ, сут:

;

3.7 10⁴;

При 99% надежности, данный сепаратор будет работать 100 лет.

Определим показатели и построим графики:

Функция распределения F(t):

F(t)=1-P(t);

Вероятность безотказности работы P(t);

Плотность распределения f(t):

f(t)=

8. Оценка трудоемкости изделия

Масса агрегата Ма1=8400 кг

Длина агрегата La=6000 м

Срок службы Тс=20 лет

Пропускная способность Q=1500м3/сут

g=3.2

q=0.88 н.ч/кг

Технологическая себестоимость

Трудоемкость достигаемая при проектной массе нового сепаратора, например

М=8600 кг.

По методу учета масс:

Т=

Материалоемкость аналога;

Ма =

Нового изделия;

М=38.7 10³

Удельная материалоемкость аналога отнесенная к суточной добыче и сроку службы:

Му=1,2

Нового изделия при сохранении добычи и увеличении срока службы на 25%

Му1=1,5

Трудоемкость нового изделия:

Т= 4 10³

Вывод: при изготовлении нового изделия увеличилась его материалоемкость, за счет дополнительного патрубка и перегородки. Но уменьшилась трудоемкость, а значит и сборка всей системы подготовки.

Это привело к тому, что сепарационная установка улучшила качество переработки газонефтяной смеси, нефть выходит очищенной на 98 %. В системе сбора нефти не требуется дополнительных сепараторов, за счет исключения из них одной ступени очистки.

Заключение

В данном курсовом проекте было рассмотрено оборудование для добычи нефти. Объектом модернизации является вертикальный сепаратор.

Произведено сравнение сепараторов между собой в патентно-информационном обзоре. Были произведены расчеты основных параметров. Проверены на прочность некоторые элементы конструкции, что позволило сделать выводы, что эти детали выдержат заданные прочностные параметры и другие рабочие характеристики.

Объектом модернизации является сепарационная установка УПС-А-1500/6. С целью повышения эффективности сепарации и сокращения потерь нефти газонефтяных смесей, в нижней части корпуса сделана специальная перегородка, разделяющая дно на две части, где происходит разделение водонефтяной смеси на воду и нефть, и дополнительный патрубок для повторного отвода воды. Тем самым обеспечивают эффективность в работе. При 99% надежности, данный сепаратор будет работать 100 лет.

Список литературы

1. Коршак А. А. «Основы нефтегазового дела» 2002г.

2. Молчанов Г. В. «Машины и оборудование для добычи нефти и газа» 1984г.

3. Бухаленко Е. И “Нефтепромысловое оборудование”, 1990 г.

4. Чичеров А. К. Расчет и конструирование нефтепромыслового оборудования. - М.: Недра, 1968.

Размещено на Allbest.ru