НЕФТЕГАЗОВЫЙ СЕПАРАТОР НГС6–3000 УСТАНОВКИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО СБРОСА ВОДЫ «ПАШНЯ»-Курсовая работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

НЕФТЕГАЗОВЫЙ СЕПАРАТОР НГС6–3000 УСТАНОВКИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО СБРОСА ВОДЫ «ПАШНЯ»-Курсовая работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа
Нефтегазовый сепаратор, установка предварительного сброса воды, устройство для очистки газа от капельной жидкости, узел ввода газожид-костной смеси в аппарат, основные параметры, условия эксплуатации, причины отказов, монтаж, техническое обслуживание, ремонт.
В курсовом проекте произведен анализ конструкций нефтегазовых сепараторов, их функционального назначения и условий эксплуатации, рассмотрены показатели эффективности сепарации, техническая характе-ристика и тенденции развития нефтегазовых сепараторов.
Произведены расчеты пропускной способности нефтегазового сепа-ратора по жидкости и по газу, прочностные расчеты корпусных элемен-тов, укрепления вырезов в стенке сепаратора, деталей фланцевого соеди-нения и корпуса в целом.
Рассматриваются вопросы монтажа, технического обслуживания и ремонта нефтегазового сепаратора.
Курсовой проект выполнен согласно нормам ЕСКД.
Работа нефтегазовых сепараторов любого типа характеризуется тре-мя показателями эффективности:
– степенью разгазирования нефти или усадкой ее;
– степенью очистки газа, поступающего в газопровод, от капелек нефти;
– степенью очистки нефти, поступающей в нефтепровод, от пузырь-ков газа. [1]
Однако одни и те же значения показателей можно получить, как из-вестно, в сепараторах различных конструкций, например, в сепараторах большого объема без специальных отбойных приспособлений и в сепара-торах, скажем, гидроциклонных, а значит, и с различными технико-экономическими показателями.
Поэтому, пользуясь только показателями эффективности и не учиты-вая расход металла на изготовление сепараторов, их конструкцию, невоз-можно сделать окончательный вывод о техническом совершенстве того или иного сепаратора. Технически совершенным будет тот сепаратор, ко-торый при прочих равных условиях обеспечивает более высокую степень очистки газа и жидкости и, кроме того, имеет большую производитель-ность при минимуме затрат металла на его изготовление. Таким образом, для оценки эффективности работы сепаратора наряду с показателями эф-фективности необходимо учитывать и степень технического совершенства.
Степень технического совершенства сепаратора характеризуется:
– минимальным диаметром капель жидкости, задерживаемых в сепа-раторе;
– максимально допустимой средней скоростью газового потока в свободном сечении сепаратора, а также в каплеуловительной секции;
– временем пребывания жидкости в сепараторе, за которое происхо-дит максимальное отделение свободного газа от жидкости.
Допустимое значение удельного уноса капельной жидкости не долж-но превышать 50 см3 на 1000 м3 газа, в то время как удельный унос сво-бодного газа потоком жидкости при условиях в сепараторе рекомендуется принимать равным 20∙103 см3 на 1 м3 жидкости.
Основным параметром нефтегазового сепаратора является пропуск-ная способность по газу и жидкости. В настоящее время выпускается нор-мальный ряд сепараторов НГС с пропускной способностью по жидкости 2000–30000 т/сут. В таблице 3 приведены основные технические данные сепарационных установок типа НГС. Расчет пропускной способности зави-сит от целого ряда факторов, исключительно трудно учитываемых:
1. Физико-химические свойства нефти. В вязких с большой плотно-стью нефтях, как и в стойких нефтяных эмульсиях, пузырьки газа отделя-ются от жидкости и поднимаются крайне медленно. Это значит, что про-пускная способность сепаратора для таких нефтей и эмульсий будет очень низкой, т.е. сепараторы будут работать с большим уносом пузырьков газа.
2. Производительность сепараторов или скорость подъема уровня нефти в сепараторе. Чем больше производительность подключенных к се-паратору скважин, тем больше скорость подъема уровня в сепараторе. Это значит, что газовые пузырьки с меньшей относительной скоростью будут всплывать в нефти, и сепарация нефти от газа, как и в первом случае, будет плохой.
При большой скорости подъема уровня нефти в сепараторе газовые пузырьки, особенно малого размера вследствие гравитационных сил, разности плотностей не успевают подняться до уровня нефти, и будут уно-ситься из сепараторов потоком этой нефти. То же происходит и с малыми капельками нефти, находящимися в газовой фазе: они не успевают осесть на уровень нефти, если отсутствуют в сепараторе каплеотбойные насадки, и будут выноситься потоком этого газа за пределы сепаратора.
3. Давление в сепараторе и температура нефти. Чем выше давление в сепараторе, при всех прочих равных условиях, тем больше плотность газа, а значит, меньше скорость всплытия пузырьков газа в нефти и падения ка-пелек нефти в потоке газа. Таким образом, увеличение давления в сепара-торах приводит к ухудшению их работы.
Температура нефти и газа в сепараторе играет двоякую роль: увели-чение ее снижает вязкость нефти и скорость подъема пузырьков газа из нефти увеличивается, что приводит к улучшению разделения нефти от га-за; с увеличением температуры газовой фазы вязкость ее также увеличива-ется, а это значит, что скорость оседания капелек нефти в газе будет уменьшаться, что приведет к увеличению уноса капелек нефти за пределы сепаратора.
4. Способность нефти образовывать пену и ее стойкость к разруше-нию. Пенообразующие нефти исключительно трудно сепарируются, и пока нет широкого выбора эффективных средств по предотвращению об-разования стойких пен в сепараторах. Пены разрушаются в сепараторах в основном механическим способом и реже физико-химическим.
5. Конструктивные элементы внутреннего устройства сепараторов. Они, как и все перечисленные выше факторы, играют при сепарации нефти от газа исключительно большую роль.
6. Обводненность нефти. Наличие в нефти воды и возможность полу-чения стойких вязких эмульсий.
Таким образом, видно, что на пропускную способность нефтяных сепараторов оказывает влияние большое число факторов, учесть или ре-гулировать которые не представляется возможным. Для расчета сепарато-ров существуют методики отдельных конструктивных элементов сепара-торов: жалюзей, отбойников, центробежного эффекта. На пропускную спо-собность по нефти и газу довольно точно можно рассчитать только верти-кальный гравитационный сепаратор без всяких внутренних отбивающих или коалесцирующих устройств, могущих существенно улучшить его се-парирующую способность. [8]

На рисунке 8 изображено устройство для очистки газа от капельной жидкости. Устройство включает корпус 1, в котором установлены се-парирующие элементы в виде многослойных вертикальных нитчатых па-кетов 2. Между сепарирующими элементами уста¬новлены секционирую-щие горизонтальные перегородки 3. На всей поверхности секционирую-щих перегородок выполнены гофры 4, расположенные перпендикулярно направлению дви¬жения газа, причем глубина гофр увеличивается от цен-тра к периферии.
Устройство для очистки газа от капельной жидкости рабо¬тает следу-ющим образом. Газовый поток, содержащий капли жидкости, проходит че¬рез вертикальные нитчатые сепарирующие элементы. Капли жидкости осаждаются на нитях, образуя пленку, которая сте¬кает под действием силы тяжести. Высота нитей в сепариру¬ющих элементах выбирается из условия критической скорости газа, обеспечивающей устойчивость пленки жидко-сти. Отсепарированная жидкость попадает на секционирующую перего-родку 3 и по наклонным каналам, образованным гофрами 4, отводится к стенкам корпуса 1 и выводится из устройства, что позволяет предотвра-тить вторичный унос жидкости и обеспечить эффективную сепарацию при повышении производи¬тельности, так как в центральной части сепаратора глубина гофр мала, и они практически не нарушают гидродинамику дви-жения потока газа, а на периферии глубина гофр макси¬мальна, что необ-ходимо для прохождения всей отсепарированной жидкости.
С помощью данного конструктивного решения достигается повыше-ние эффективности процесса очистки газа от капельной жидко¬сти и дости-гается оно за счет улучшения условий отвода уловленной жидкости. Дан-ное устройство для очистки газа от капельной жидкости позволяет заме-нить горизонтальный сетчатый каплеотбойник, применяемый в нефтегазо-вых сепараторах типа НГС. [11]
На рисунке 9 изображен узел ввода газожидкостной смеси в аппарат. Узел ввода жидкости выполнен в виде патрубка 1 с выходным отверстием 2 и заглушкой 3, на котором эксцентрично от¬носительно его оси установ-лен цилиндрический колпак 4, об¬разующий своей внутренней поверхно-стью и внешней поверх¬ностью патрубка каналы 5 для прохождения ис-ходного потока и имеющий выходные отверстия 6. Для фиксации цилин-дри¬ческий колпак 4 снабжен направляющими косынками 7, а со стороны входа ограничен корпусом аппарата или фланцем 8.
Выходные отверстия на патрубке и колпаке разнесены друг относи-тельно друга, например на 180°. Размер живого сечения выходных отвер-стий 6 цилиндрического колпака 4 превышает размер живого сечения продольных каналов 5, который в свою очередь превышает размер живо-го сечения отверстий 2 патрубка.
Соединение колпака с патрубком может быть выполнено, например, резьбовым, что позволяет изменять эксцентричность колпака по отноше-нию к патрубку и тем самым регулировать скорость потока жидкости и газожидкостной смеси.
Узел ввода газожидкостной смеси в аппарат работает следующим образом. Поток жидкости или газожидкостной смеси проходит по патруб-ку 1, выходит через отверстие 2 и разворачивается вверх, так как патрубок выполнен с заглушкой, а вы¬ходные отверстия расположены в верхней ча-сти его боковой стенки. Исходный поток, попадая в цилиндрический кол-пак 4, отражается от его внутренней поверхности, разворачивается на 180° и по каналам 5, образованным внешней поверхностью патрубка 1 и внут-ренней поверхностью колпака 4, проходит к выходным отверстиям 6, рас-положенным в нижней части ци¬линдрического колпака 4, через которые попадает в аппарат.
При прохождении исходного потока по узлу ввода он развора-чивается приблизительно на 270°, за счет чего уменьшается скорость и га-сится энергия потока, так как размеры живых сечений выходных отверстий и каналов по мере прохода жид¬кости увеличиваются в несколько раз, ско-рость прохождения и энергия потока, за счет его расширения, значительно умень¬шается. Этим обеспечивается равномерное распределение по¬тока жидкости или газожидкостной смеси внутри аппарата.
Распределительное устройство, применяемое в нефтегазовых сепара-торах типа НГС, не обеспечивает равномерность потока нефтегазовой сме-си, а только изменяет его направление. С помощью данного конструктив-ного решения достигается повышение эффективности работы сепаратора за счет равномерного распределения потока газожид¬костной смеси, облег-чающего выделение окклюдированных пузырьков газа. Техническое ре-шение использовано в промышленности. [12]

1.8 Патентные исследования

В патентных исследованиях рассматриваются изобретения, повыша-ющие эффективность работы нефтегазовых сепараторов. Целью данного исследования является поиск новых конструктивных решений в области усовершенствования конструкции сепарационной емкости, а в частности системы ввода газожидкостной смеси, устройства для очистки газа от ка-пельной жидкости, наклонных желобов и устройства для гашения пены, с целью повышения надежности, безопасности и снижения энергозатрат.
В таблице 4 приведен технический уровень и тенденции развития нефтегазовых сепараторов.