Выпускная работа «Разработка предложений и их технико-экономическое обоснование по совершенствованию технологии сбора и подготовки нефти на Игольско-Таловом месторождении НГДУ «Васюганнефть» (стр. 17 )

Рис.12. Технологическая схема сепарации нефти однократной

абсорбцией

3.7 Определение пропускной способности и диаметра нефтегазовых сепараторов

При сепарации нефти и газа происходят выделение из нефти растворенного и окклюдированного газа [10] и отчистка этого газа от увлекаемой им распыленной жидкости. При этом используют различные силы, в основном гравитацию, инерцию и адгезию.

70

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 оптимальную скорость вращения газожидкостного потока, или достаточно высокую поверхность раздела фаз, что достигается оптимальным распыливанием жидкости и отеканием ее тонким слоем по стенкам сепаратора или по специальным 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.

Эффективность процесса сепарации определяется степенью очистки газа - от капельной жидкости и жидкости от газа, что характеризуется коэффициентами уноса жидкости потоком газа Кж и газа потоком жидкости Кг, а также предельной средней скоростью газа в свободном сечении сепаратора иг тах и времени задержки жидкости в сепараторе t3. Коэффициенты уноса жидкости и газа и показатели совершенства сепаратора ur max и t3 зависит от физико-химических свойств, расхода жидкости и газа, давления и температуры, уровня жидкости в сепараторе, способности жидкости к вспениванию и других факторов.

Коэффициент уноса жидкости и коэффициент уноса газа соответственно равны:

71

где qK — объемный расход капельной жидкости, уносимой потоком газа из сепаратора, м3/ч; qr— объемный расход остаточного (окклюдированного) газа, уносимого потоком жидкости из сепаратора, м3/ч; Qr — объемный расход газа на выходе из сепаратора, м3/ч; Ож — объемный расход жидкости на выходе из сепаратора, м3/ч, при р и Т сепарации.

Чем меньше Кж и Кг, при прочих равных условиях, тем совершеннее сепаратор. Однако уменьшение этих показателей обычно связано с усложнением конструкции сепаратора и увеличением его габаритных размеров. Поэтому очень высокая степень очистки газа и жидкости оказывается не всегда оправданной. Здесь необходимо ориентироваться на требуемую степень очистки, которая в известной мере зависит от конкретных условий сбора нефти и газа и сравнительно трудно поддается теоретической оценке. По практическим же данным в настоящее время приняты временные нормы, в соответствии с которыми коэффициенты уноса жидкости и газа имеют следующие

ориентировочные значения: жидкости.

Не менее важны для оценки технического совершенства сепаратора показатели vr max и 13, так как одни и те же Кж и Кг можно получить в сепараторах различного конструктивного исполнения и с различными технико-экономическими показателями. Предельное значение ит тах определяется скоростью осаждения капель жидкости минимально заданного размера. Этой величиной обычно пользуются для расчета пропускной способности сепаратора по газу. Значения vr max для различных конструкций сепараторов могут изменяться от 0,1 до 0,55 м/с.

Время задержки t3 существенно влияет на эффективность очистки как газа от капельной жидкости, так и жидкости от газа. Установлено, что для невспенивающихся нефтей значение г3 может изменяться от 1 до 5 мин. Для вспенивающихся нефтей t3 увеличивается от 5 до 20 мин. Выбор кон­кретного значения t3 для различных условий работы сепаратора возможен только по результатам исследования уноса жидкости и газа. Таким образом, для полной оценки эффективности работы сепаратора

72

наряду с показателями Кж и Кг необходимо учитывать и степень технического совершенства сепаратора, т. е. иг тах и t3. Если сепаратор исследуемого типа обеспечивает получение установленных норм уноса от Кж и Кг при меньших t3 и больших ог тах по сравнению с однотипным в одних и тех же производственных условиях, то он технически более совершенен и экономичен.

Для получения требуемой степени очистки газа и жидкости в сепа­раторе необходимо правильно задаться расчетным размером частиц жидкости и пузырьков газа. Несмотря на то, что четких рекомендаций на этот счет не имеется, в подавляющем большинстве случаев диаметр жидких частиц принимается равным примерно 100 мкм. Средний диаметр пузырьков окклюдированного газа в турбулентном потоке нефти в трубопроводе перед сепаратором можно определить в зависимости от плотности и вязкости нефти, поверхностного натяжения на границе раздела фаз, диаметра трубопровода и скорости смеси по формуле [14]:

— число Вебера;

— число Рейнольдса;

— поверхностное натяжение на границе

— число Фруда;

газ— дисперсионная среда;

— внутренний диаметр трубопровода;

и

-динамическая вязкость и плотность дисперсионной среды;

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).

73

Т. к. НГС является насадочным сепаратором, произведем его расчет по алгоритму расчета насадочных сепараторов.

3.8 Расчет насадочных сепараторов [14]

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 формулой:

поверхностное натяжение на границе раздела газа и жидкости, - параметр, величина которого зависит от типа применяемой

насадки и требуемого коэффициента уноса капельной жидкости

Для насадки из проволочной сетки А=0,65; зависимость

для жалюзийных насадок показана на рис. 13.

Рис. 13 Зависимость параметра А от коэффициента уноса kv Площадь сечения насадки определяют по формуле:

где Q — расход газа, м3/сут. Определим расход газа пользуясь результатами расчета (пункт 3.5):

Для этого определим плотность нефтяного газа при нормальных условиях, т. е. при давлении 0,1013 МПа и температуре 273 К:

Тогда плотность нефтяного газа при давлении в сепараторе 0,105 МПа:

Рассчитаем критическую скорость газа:

Рассчитаем площадь сечения насадки:

По рис.7 определяем коэффициент уноса капельной жидкости

Определяем количество капельной нефти, уносимой на факел:

где количество капельной нефти

Отсюда видно, что насадка работает достаточно эффективно.

75

3.9 Выбор числа ступеней сепарации и давлений в сепараторах