Расчет вертикального гравитационного сепаратора

Количество газа, выделяющегося в сепараторе, определяется по формуле

, (3.5)

где V_г - количество газа, проходящего через сепаратор при нормальных условиях, м³/сут;

α - коэффициент растворимости газа в нефти, Па;

Q_н - количество нефти, проходящей через сепаратор, м³/сут;

Р₁ и Р_о - соответственно давление в сепараторе и нормальное давление (101,3∙10³), Па;

Т₁ и Т₂ - соответственно термодинамическая температура в сепараторе и нормальная (273 грК);

z - коэффициент сжимаемости газа.

Поделив правую часть уравнения (3.5) на число секунд в сутках и на площадь сечения сепаратора F = π∙D² / 4, можно найти среднюю скорость газа в сепараторе:

, (3.6)

Из выражения (3.6) можно определить диаметр сепаратора:

, (3.7)

Средняя скорость газа в сепараторе W^г_ср должна быть несколько меньше расчетной скорости оседания частиц жидкости W_ч, определяемой формулой Стокса:

а) Re ≤ 1

, (3.8)

где d - диаметр оседающей или всплывающей частицы (жидкости, газа), м;

ρ_ж и ρ_г – соответственно, плотность жидкости и газа в условиях сепаратора, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

μ_г - абсолютная вязкость газа, Па∙с.

б) 2 < Re≤500, формула Алена:

, (3.9)

в) Re > 500, формула Ньютона - Ритингера:

, (3.10)

Условие осаждения частицы:

W_ч - W_г > 0 (3.11)

На практике при расчетах принимается:

W_ч =1,2∙W_г (3.12)

Пропускная способность вертикального сепаратора по газу связана со скоростью газа следующим уравнением:

, (3.13)

где W_г - скорость подъема газа в вертикальном сепараторе, м/с;

F - площадь поперечного сечения сепаратора, м;

Р₁ и Р_о - соответственно давление в сепараторе и нормальное давление (101,3∙10 ³), Па;

Т₁ и Т₂ - соответственно рабочая температура в сепараторе и нормальная (273 К);

z - коэффициент сверхсжимаемости газа.

Отсюда:

, (3.14)

Подставив уравнения (3.8) и (3.14) в (3.12) получаем:

или

, ; (3.15)

Расчет вертикальных гравитационных сепараторов по жидкости сводится к выполнению условия, чтобы скорость подъема уровня жидкости W_ж в них была меньше скорости всплывания газовых пузырьков, т.е.

W_н < W_г (3.16)

Скорость всплывания пузырьков газа W_г в жидкости можно определять по формуле Стокса (3.8), заменив в ней динамическую вязкость газа μ_г на динамическую вязкость жидкости μ_н.

Учитывая соотношение (3.16), пропускную способность вертикального сепаратора по жидкости можно записать в следующем виде:

< (3.17)

или

(3.18)

После подстановки в формулу (3.18) величин F = π∙D²/4, g = 9,81м/с², и соотношения W_г = 1,2∙W_н, получим:

, ; (3.19)

3.2.2 Расчет горизонтального гравитационного сепаратора по газу

В условиях горизонтального сепаратора:

(3.20)

где W_н - скорость оседания частиц нефти, м/с;

W_г - скорость газа в сепараторе, м/с;

h - расстояние по вертикали от верхней образующей до уровня нефти в сепараторе, м;

h = (0,5 – 0,55)D;

L - длина сепаратора, м.

Подставив в (3.20) выражения для скоростей (3.8) и (3.14), получаем уравнения для определения пропускной способности по газу:

, ; (3.21)

При расчетах сепараторов на пропускную способность плотность газов в условиях сепаратора рассчитывается по формуле:

, (3.22)

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

Р, Р_о - соответственно давление в сепараторе и давление при Н.У. (Р_о = 0,1013 МПа = 1,033∙9,81∙10 ⁴ Па);

Т, Т_о - соответственно абсолютная температура в сепараторе, и абсолютная нормальная температура (273 К).