Расчет вертикального гравитационного сепаратора по жидкости

1.8.3.3. Расчет вертикального гравитационного сепаратора по жидкости

Контроль пропускной способности сепараторов по нефти вызывается необходимостью уменьшения количества газа, в виде пузырьков увлекаемого нефтью из сепаратора, особенно, когда вязкость нефти или нефтяной эмульсии высокая. Количество увлекаемых пузырьков газа зависит от трех факторов: 1) вязкости нефти; 2) давления в сепараторе и 3) скорости подъема уровня нефти в сепараторе, т.е. от времени пребывания нефти в сепараторе. При одновременном увеличении вязкости нефти, поступающей в сепаратор, скорости ее подъема и давления в сепараторе, количество уносимых нефтью пузырьков газа из сепаратора будет увеличиваться.

Для лучшего выделения окклюдированных пузырьков газа необходимо, чтобы безводная нефть вводилась в сепараторы в высокодисперсном состоянии, движение ее в сепараторе происходило тонким слоем по длинному пути и чтобы скорость подъема нефти в секции сбора нефти была меньше скорости всплывания газовых пузырьков, т.е.

Всплывание пузырьков газа из нефти в сепараторе происходит в основном за счет разницы в плотностях этих фаз. Поэтому скорость всплывания газового пузырька можем определить по формуле Стокса (20) с заменой в ней вязкости газа на вязкость жидкости.

Учитывая соотношение скоростей (26), пропускную способность вертикального сепаратора по жидкости можно записать в следующем виде:

(29)

или

после подстановки в формулу и g, получим:

Допустимый диаметр пузырьков обычно 1-2 мм.

Рис.2. Схема горизонтального сепаратора

где ρ₀ - плотность газа при Н. У., кг/м³;

Р, Р₀ - давление в сепараторе и давление при Н.У., Па;

Т₀, Т - абсолютная нормальная температура (Т₀ = 273 К) и абсолютная температура в сепараторе (Т = 273+t, К);

Z - коэффициент сверхсжимаемости.

• 1.8.3.4. Расчет горизонтального сепаратора по газу

Допустим, капелька нефти "м" движется в потоке газа. Путь, пройденный капелькой по оси Х:

по оси Y:

Если из (33): то подставив в (34), получим уравнение, описывающее траекторию движения частицы "м":

Если считать, что частица "м" достигает поверхности жидкости в момент, когда Y=0, а X=l:

При этих условиях из (35) имеем:

Скорость осаждения частицы выразим по формуле Стокса (20):

а скорость газа:

Подставив выражения для W_Ч и W_Г в (38), имеем:

Отсюда пропускная способность по газу:

• 1.8.4. Эффективность процесса сепарации нефти от газа

Эффективность работы сепараторов влияет на стабильный режим работы всей газосборной системы: капли нефти и воды, унесенные газом из сепаратора, могут выпасть в газопроводе, образуя жидкостные пробки, привести к образованию гидратных пробок и просто уменьшить сечение газопровода, снизив тем самым его пропускную способность.

Эффективность работы сепаратора оценивается двумя показателями:

1. 
   количеством капельной жидкости, уносимой потоком газа из каплеуловительной секции;
   

Коэффициенты уноса определяют по формулам:

где

q_Г - объемный расход окклюдированного газа, уносимого потоком жидкости, м³/ч;

Q_Г - объемный расход газа на выходе из сепаратора, м³/ч;

Q_Ж - объемный расход жидкости на выходе из сепаратора, при рабочих температуре и давлении, м³/ч.

Чем меньше величина этих показателей, тем эффективнее работа сепаратора.

По практическим данным приняты временные нормы, по которым К_ж  50 см³/1000 м³ газа и К_Г  0,02 м³/м³.

Эффективность процесса сепарации зависит от:

Рис.22. Степень очистки газа от жидкости и твердых частиц в зависимости от скорости газа и давления

1. 
   средней скорости газа в свободном сечении сепаратора. Значения W_max^Г– для различных конструкций сепараторов могут изменяться от 0,1 до 0,55 м/с. Степень очистки газа от жидкости в зависимости от скорости газа представлена на рис.22.
   

3) физико-химических свойств нефти и газа: вязкости, поверхностного натяжения, способности к пенообразованию.

Для невспенивающейся нефти время задержки изменяется от 1 до 5 мин. Для вспенивающейся – от 5 до 20 мин. Выбор конкретного τ_З для различных условий сепарации производится только по результатам исследования уноса жидкости и газа.

Нефть тем легче подвергается процессу разгазирования, чем меньшим поверхностным натяжением она обладает на границе с газом (паром).

4) Конструктивных особенностей сепаратора: способ ввода продукции скважин, наличие полок, каплеуловительных насадок и др.

5) Уровня жидкости в сепараторе. Слой жидкости внизу сепаратора является гидрозатвором, чтобы газ не попал в нефтесборный коллектор.

6) Расходов нефтегазовой смеси: при большом расходе увеличивается коэффициент уноса газа, т.к. весь газ не успевает выделиться. Для уменьшения К_Г следует увеличить количество сепараторов.

При высоком газовом факторе увеличение коэффициента уноса возможно и при небольшом расходе.

7) Давления и температуры в сепараторе.

На количество газа, уносимого нефтью из сепаратора, при одной и той же дисперсности газо-жидкостной системы влияет давление сепарации. Вес газового пузырька в слое нефти в сепараторе зависит от его диаметра и от установленного в нем давления.

Показать это можно следующим образом. Пусть Р₂>P₁. Вес пузырька будет:

Если принять, что вес газа, заключенного в пузырьке при разных давлениях, будет одинаков, то получим

Отсюда:

Из уравнения (44) следует, что при повышении давления сепарации диаметр пузырька газа уменьшается при сохранении его веса. Отсюда можно предположить, что при повышении давления сепарации увеличится унос нефтью мелких и в то же время более тяжелых пузырьков, которые при низком давлении всплывают в слое нефти, так как по формуле Стокса (20) скорость всплытия связана с квадратом диаметра пузырька.

Следовательно, при повышении давления сепарации коэффициент уноса газа – увеличится. Это хорошо иллюстрируется рис.22.

Повышение температуры нефти приведет к снижению ее вязкости и, следовательно, к увеличению скорости всплытия пузырька газа. Следовательно, повышение температуры приведет к уменьшению коэффициента уноса газа нефтью К_Г.

5. 
   
   жүктеу/скачать 3.83 Mb.
   
   Достарыңызбен бөлісу: