Расчет вертикального гравитационного сепаратора

Количество газа, выделяющегося в сепараторе, определяется по формуле

, (4.5)

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

, (4.6)

Из выражения (4.6) можно определить диаметр сепаратора:

, (4.7)

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

, (4.8)

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:

, (4.9)

в) Re > 500, формула Ньютона- Ритингера:

, (4.10)

Условие осаждения частицы:

W_ч - W_г > 0 (4.11)

На практике при расчетах принимается:

W_ч =1,2∙W_г (4.12)

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

, (4.13)

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

, (4.14)

Подставив уравнения (4.8) и (4.14) в (4.12) получаем:

или

, ; (4.15)

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 (4.16)

Скорость всплывания пузырьков газа W_г в жидкости можно определять по формуле Стокса (4.8), заменив в ней динамическую вязкость газа μ_г на динамическую вязкость жидкости μ_н.

Учитывая соотношение (4.16), пропускную способность вертикального сепаратора по жидкости можно записать в следующем виде:

< (4.17)

или

(4.18)

После подстановки в формулу (4.18) величин F = π∙D²/4, g = 9,81м/с², и соотношения W_г = 1,2∙W_н, получим:

, ; (4.19)

4.2.2 Расчет горизонтального гравитационного сепаратора по газу

В условиях горизонтального сепаратора:

(4.20)

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 (4.20) выражения для скоростей (4.8) и (4.14), получаем уравнения для определения пропускной способности по газу:

, ; (4.21)

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

, (4.22)

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).