Расчет пропускной способности горизонтального сепаратора для жидкости

Пропускная способность сепараторов определяют по двум показателям: по количеству газа, прошедшего через них, и по количеству посту- пающей в них нефти. Контроль пропускной способности сепараторов по нефти вызван необходимостью существенного уменьшения или сведения к нулю количества пузырьков газа, увлекаемых из сепараторов нефтью. Количество увлекаемых пузырьков газа зависит от трех факторов: 1) вязкости нефти; 2) давления в сепараторе и 3) скорости подъема уровня нефти в сепараторе, иными словами, от времени пребывания этой нефти в сепараторе. При одновременном увеличении вязкости нефти, поступающей в сепаратор, скорости ее подъема и давления в сепараторе, число уносимых нефтью пузырьков газа из сепаратора будет увеличиваться.

Особенно важен контроль за количеством уносимого газа нефтью на последней ступени сепарации, из которой нефть поступает в товарные резервуары . В этом случае большое количество уносимого нефтью газа может повлечь к излишней загазованности территории товарного парка, к возможному отравлению людей (при наличии H₂S) и возникновению пожарной опасности.

Для контроля за количеством газа, уносимого из сепаратора нефтью, обычно применяется метод сопоставления газовых факторов, получающихся при разгазировании в лабораторных условиях пробы нефти, прошедшей через сепаратор, и глубинной пробы при одинаковых температуре и давлении. Например, если в пробе нефти, прошедшей сепаратор, газовый фактор оказался больше, чем при разгазировании глубинной пробы при одних и тех же условиях, то это указывает на унос газовых пузырьков нефтью. Если же газовые факторы оказываются равными, следовательно, и пузырьки газа не уносятся жидкостью [1-3].

Всплывание пузырьков газа из нефти в сепараторе в основном происходит за счет разницы в плотностях этих фаз и определяется формулой Стокса.

U <  d =( p . — p г >  g (1)

18 Д

Для гравитационных сепараторов необходимым условием эффективного отделения нефти от газа в секции сбора нефти является следующее соотношение: Uн < иг, где Uн- скорость подъема уровня нефти в пределах секции сбора, м/с; Uг - скорость всплывания окклюдированных пузырьков газа в нефти, м/с.

При этом соотношении пропускная способность по нефти горизонтальных сепараторов будет определяться следующей формулой:

Q„ <  47000 S d ( ^{Р н} — p ^г) , (2)

Мн где S – площадь зеркала нефти, являющаяся функцией уровня нефти в сепараторе, м2; µн – динамическая вязкость нефти, кг/м·с; d – диаметр окклюдированных пузырьков газа, м; pн и рг, – плотность нефти и газа в условиях сепаратора, кг/м3.

В сепараторах, имеющих развитые поверхности, по которым тонким слоем движется газированная нефть эффективность сепарации увеличивается, а для нефтей с малой вязкостью унос пузырьков газа может быть равен нулю.

Для расчета пропускной способности горизонтальных сепараторов по нефти необходимо знать площадь зеркала нефти S, пределы изменения которой поддерживаются регулятором уровня жидкости. Кроме того, необходимо знать ис- тинную скорость подъема уровня нефти Uу которая подобно площади зеркала S может изменяться в широких пределах.

Определим положение уровня в сепараторе, для чего выделим двумя горизонтальными линиями, находящимися на расстоянии dy, элементарную полоску площадью df и начало отсчета совместим с нижней образующей сепаратора. Тогда df = 2x dy. (3)

Площадь полного сегмента найдем, взяв интеграл от последнего выражения:

у=2 r _______________ у =2 r _____________________ f = 2 j 42ry - у2dy = 2 J 4r2 - (у - r)2 dy (4)

Площадь зеркала жидкости S в сепараторе определяется умножением длины хорды сегмента (2 х ) на длину сепаратора l .

Разделив обе части выражения (4) на площадь поперечного сечения сепаратора S 0 =πr² и обозначив отношение площади сегмента f и S₀

таблице 1 составленной согласно формуле (5), определяют коэффициент n , зависящий от отношения у/2r. Этот коэффициент характеризует также отношение объема V соответствующего уровню y, к объему всего сепаратора V 0 , поэтому V=V 0 n.

Таблица 1

Значение показателей формулы (5)

у/2r	n	у/2r	n	у/2r	n
0,01	0,0017	0,06	0,0245	0,20	0,1524
0,02	0,0048	0,07	0,0308	0,30	0,2523
0,03	0,0087	0,08	0,0375	0,40	0,3735
0,04	0,0134	0,09	0,0446	0,50	0,5000
0,05	0,0187	0,10	0,05201	0,60	0,6265

Вывод:

По данным p н = 776,9 кг/м³, p г = 0,7636 кг/м³, γ 50 = 1,42 мм²/сек, W = 0,46%, d = 1мм, диаметр сепаратора первой ступени 1200 мм, внутренний объем 6,3 м³, уровень нефти 50%.

В результате мы получаем: x=0,6 м, S=0,87 м Пропускная способность сепараторов первой ступени 28660,47 м3/сут.

через n, получим:

n =

f f 1

S_o  n r ²   n

При неполном заполнении сепаратора объем нефти в нем зависит от высоты уровня у. Чтобы найти этот объем вычисляют отношение у/ 2г. По