Расчетная часть-Расчет нефтегазового сепаратора НГС6–3000-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Расчетная часть-Расчет нефтегазового сепаратора НГС6–3000: Расчет пропускной способности по жидкости и по газу, Расчет сепаратора на прочность, Расчет корпусных элементов сепаратора на прочность, Расчет укрепления вырезов в стенке сепаратора, Расчет деталей фланцевого соединения на прочность, Расчет корпуса горизонтального сепаратора на прочность-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Расчет пропускной способности по жидкости и по газу

Методика расчета данного подраздела взята из источника [17].
Исходными данными для расчета пропускной способности нефтега-зового сепаратора НГС6–3000 по жидкости и по газу являются:
– внутренний диаметр сепаратора;
– рабочее давление;
– температура сепарации;
– обводненность и газонасыщенность добываемой продукции.
Согласно данной методике расчет ведется, пренебрегая различием объемов реального и идеального газов при давлениях первой ступени се-парации нефти на промыслах до 0,6 МПа включительно.
Объемная пропускная способность нефтегазового сепаратора по газу Qгп, м3/сут:
     (1)
где F – площадь поперечного сечения потока газа в сепараторе, завися-щая от степени заполнения его жидкостью, м2,
     (2)
где D – внутренний диаметр сепаратора, D = 3 м,

 Р – рабочее давление сепаратора, Р = (0,35...0,6) МПа;
 Т – температура сепарации, Т = (290...303) К.

Пропускная способность нефтегазового сепаратора по жидкости Qжп, т/сут:
     (3)
где G – отношение объема газа, выделившегося из нефти, к объему нефти, G = 100;
 В – обводненность добываемой продукции, В = 0,82.
Результаты расчета пропускной способности по жидкости и по газу в зависимости от давления и температуры сепарации представлены в табли-це 5.
Исходя из представленных результатов расчета и технических дан-ных сепараторов, представленных в таблице 3, можно сделать выводы:
– пропускная способность по газу и по жидкости нефтегазового се-паратора НГС6–3000 удовлетворяет потребности данной установки пред-варительного сброса воды;
– максимальная пропускная способность по газу и по жидкости нефтегазового сепаратора наблюдается при рабочем давлении Р = 0,6 МПа и температуре Т = 290 К, Qгп = 0,538 м3/сут, Qжп = 29,909 тыс. т/сут.

2.2 Расчет сепаратора на прочность

2.2.1 Расчет корпусных элементов сепаратора на прочность

Расчет ведется по методике [9], приведенной ниже.
Толщина стенки обечайки S, м:
     (4)
где Р – максимальное рабочее давление сепаратора, Р = 0,6 МПа;
 D – внутренний диаметр сепаратора, D = 3 м;
R – нормативное допускаемое напряжение для материала обечайки, зависящее от температуры сепарации. Материал обечайки – сталь марки 09Г2С–8, температура сепарации 293 К, R = 170 МПа;
  – коэффициент прочности сварного шва,
 С – прибавка на коррозию, С = (0,002...0,005) м.

Днища сепараторов типа НГС выполняются эллиптическими. Тол-щина стенки днища Sд, м:
     (5)
где R – нормативное допускаемое напряжение для материала днища, зависящее от температуры сепарации. Материал днища – сталь марки 09Г2С–8, температура сепарации 293 К, R = 170 МПа.


2.2.2 Расчет укрепления вырезов в стенке сепаратора

При диаметре сепаратора свыше 800 мм в нем прорезаются люки-лазы диаметром не менее 400 мм. Укрепление отверстия обязательно, если его диаметр превышает 50 мм. Следовательно, для сепаратора НГС6–3000 необходимо укрепление отверстий под:
– люк-лаз;
– штуцеры входа нефтегазовой смеси, выхода нефти и выхода газа.
Диаметр укрепляющего кольца отверстия Dк, мм:
    (6)
где d – условный диаметр отверстия под штуцер, мм.
Промежуточные значения диаметра Dк и ширины Lк укрепляющего кольца находятся экстраполяцией исходя из основных значений:
– при d = 1200 мм, Lк = 350 мм,

– при d = 200 мм, Lк = 100 мм,
Толщина укрепляющего кольца отверстия Sк, мм:
    (7)
где hс – высота катета сварочного шва, hс = 6 мм.
Диаметр укрепляющего кольца отверстия под люк-лаз Dкл, мм:
     (8)
где dл – условный диаметр отверстия под люк-лаз, dл = 640 мм.

Ширина укрепляющего кольца отверстия под люк-лаз Lкл = 210 мм.
Толщина укрепляющего кольца отверстия под люк-лаз Sкл, мм:

Диаметр укрепляющего кольца отверстия под штуцер входа нефтега-зовой смеси , мм:
     (9)
где dнг – условный диаметр отверстия под штуцер входа нефтегазовой смеси, dнг = 532 мм.

Ширина укрепляющего кольца отверстия под штуцер входа нефтега-зовой смеси
Толщина укрепляющего кольца отверстия под штуцер входа нефте-газовой смеси , мм:

Диаметр укрепляющего кольца отверстия под штуцер выхода нефти , мм:
     (10)

где dн – условный диаметр отверстия под штуцер выхода нефти, dн = 428 мм.

Ширина укрепляющего кольца отверстия под штуцер выхода нефти
Толщина укрепляющего кольца отверстия под штуцер выхода нефти , мм:

Условные диаметры отверстий под штуцеры выхода нефти и выхода газа равны, следовательно, размеры укрепляющих колец тоже равны.
Условие равнопрочности сварного шва и площади поперечного се-чения укрепляющего кольца:
  (11)
где – допускаемое напряжение для наименее прочного из сваривае-мых материалов, МПа;
– коэффициент прочности сварного шва,
Условие равнопрочности сварного шва и площади поперечного се-чения укрепляющего кольца отверстия под:
– люк-лаз:


– штуцер входа нефтегазовой смеси:


– штуцеры выхода нефти и выхода газа:


Условие равнопрочности сварного шва и площади поперечного се-чения укрепляющего кольца выполняется для всех отверстий.

2.2.3 Расчет деталей фланцевого соединения на прочность

Методика расчета взята из источников [18] и [19]. Расчетная схема фланцевого соединения показана на рисунке 10. Исходные данные для расчета на прочность фланцевых соединений штуцеров входа нефтегазо-вой смеси, выхода нефти и выхода газа представлены в таблице 6. Геомет-рические размеры фланцев штуцеров выхода нефти и выхода газа одина-ковы, следовательно, расчет будем вести по одному из них.
Расчет фланцевого соединения штуцера входа нефтегазовой смеси.
При прочностном расчете деталей фланцевого соединения достаточ-но проверить прочность шпилек, фланца и прокладки. Фланец рассчиты-вают по наиболее опасному сечению АС. При расчете фланца его можно представить в виде консольной балки с заделкой в сечении АС.
В соответствии с обозначениями на расчетной схеме изгибающий момент балки МАС, Н∙м:
     (12)
где Ррасч – расчетное усилие на шпильки, Н;
lа – плечо действия расчетной нагрузки, м,
    (13)
где Dш – диаметр делительной окружности центров отверстий под шпильки, Dш = 0,635 м;
 Dпр – диаметр шейки, Dпр = 0,568 м;
 Dср – средний диаметр прокладки, Dср = 0,560 м.

За расчетное усилие принимают большее из двух значений: эксплуа-тационного усилия Рэксп или усилия предварительной затяжки Рзат.
Эксплуатационное усилие Рэксп, Н:
   (14)
где Рср – усилие давления среды, Н;
 Ру – усилие для поддержания герметичности, Н;
 Рр – рабочее давление среды, Рр = 1,6 МПа;
 Вэф – эффективная ширина прокладки, м,
     (15)
 В – ширина прокладки, В = 0,012 м,

 m – прокладочный коэффициент, m = 5,5.

Усилие предварительной затяжки Рзат, Н:
    (16)
где qn – удельное давление смятия прокладки, qn = 127 МПа.

За расчетное усилие на шпильки Ррасч принимаем усилие предвари-тельной затяжки Рзат. Тогда изгибающий момент балки МАС, Н∙м:

Момент сопротивления опасного сечения АС изгибу WАС, м3:
   (17)
где Dм – расчетный диаметр наиболее нагруженной точки сечения АС, м,
     (18)

 H0 – толщина тарелки фланца, H0 = 0,075 м;
е – глубина канавки под прокладку, е = 0,008 м.

Напряжение изгиба в опасном сечении АС Па:
     (19)
где  – допускаемое напряжение по пределу текучести, МПа,
      (20)
где  – предел текучести для материала фланца,
 nф – коэффициент запаса прочности, nф = 2,5.



Исходя из расчетов, можно сделать вывод, что условие прочности наиболее опасного сечения АС фланца выполняется с определенным запа-сом.
Расчет шпилек на прочность ведут исходя из расчетного усилия Ррасч. При числе шпилек z усилие на одну шпильку Рш, Н:
      (21)

Напряжение в шпильке Па:
    (22)
где d1 – внутренний диаметр резьбы шпильки М30, d1 = 0,026 м;
– допускаемое напряжение по пределу текучести, МПа,
      (23)
где  – предел текучести для материала шпильки,
 nш – коэффициент запаса прочности, nш = 2,5.



По результатам расчетов можно сделать вывод, что условие прочно-сти для шпилек также выполняется с определенным запасом.
Для определения прочности прокладки проверяют параметр от-ражающий устойчивость формы прокладки при действии на нее осевых сил:
     (24)
где H – высота прокладки, H =0,016 м;
 Rср – средний радиус прокладки, м,
      (25)


Параметр следовательно, условие прочности прокладки выполняется.
Расчет фланцевого соединения штуцера выхода нефти.
Плечо действия расчетной нагрузки lа, м:

Эффективная ширина прокладки Вэф, м:

Эксплуатационное усилие Рэксп, Н:

Усилие предварительной затяжки Рзат, Н:

За расчетное усилие на шпильки Ррасч принимаем усилие предвари-тельной затяжки Рзат. Тогда изгибающий момент балки МАС, Н∙м:

Расчетный диаметр наиболее нагруженной точки сечения АС Dм, м:

Момент сопротивления опасного сечения АС изгибу WАС, м3:

Допускаемое напряжение по пределу текучести МПа:

Напряжение изгиба в опасном сечении АС Па:


Исходя из расчетов, можно сделать вывод, что условие прочности наиболее опасного сечения АС фланца выполняется с определенным запа-сом.
При числе шпилек z усилие на одну шпильку Рш, Н:

Допускаемое напряжение по пределу текучести МПа:

Напряжение в шпильке Па:


По результатам расчетов можно сделать вывод, что условие прочно-сти для шпилек также выполняется с определенным запасом.
Средний радиус прокладки Rср, м:

Параметр отражающий устойчивость формы прокладки при дей-ствии на нее осевых сил:

Параметр следовательно, условие прочности прокладки выполняется.

2.2.4 Расчет корпуса горизонтального сепаратора на прочность

Расчет ведется с помощью ЭВМ по методике [9], приведенной ниже. Исходные данные для расчета корпуса сепаратора приведены в таблице 7, условные обозначения представлены в таблице 8. Программа расчета и результаты расчета приведены соответственно в приложениях А и Б. Схе-ма к расчету корпуса сепаратора на прочность изображена на рисунке 11.
Согласно данной методике корпус рассчитывают на изгиб как балку, нагруженную равномерно распределенной нагрузкой.
Расчетная длина сепаратора а, м:
      (26)
где l – длина цилиндрической части сепаратора, м;
 lпр – приведенная длина выпуклой части днищ, м.
Нагрузка на единицу длины сепаратора q, Н/м:
      (27)
где G – нагрузка от массы сепаратора, заполненного водой при гидрав-лическом испытании, Н,
    (28)
где  – плотность воды, кг/м3;
 S – толщина стенки обечайки сепаратора, м;
 L – длина сепаратора, м;
  – плотность материала стенки сепаратора, кг/м3.
Сепараторы располагаются на двух опорах, одна из которых по-движная. Реакция опоры N0, Н:
(29)
В соответствии с обозначениями на расчетной схеме корпуса сепара-тора на прочность длина участка b, м:
      (30)
где f – длина участка сепаратора между опорами, м.
Исходя из расчетов расстояния b определяют:
– при b < 0,207∙ a, опасное сечение находится в середине сепаратора;
– при b > 0,207∙ a, опасное сечение находится над опорой.
Изгибающие моменты в середине сосуда М1 и над опорой М2, Н∙м:
(31)
     (32)
Напряжения в середине сосуда под действием внутреннего давления:
(33)
где W – момент сопротивления по изгибу, м3,
(34)
– предел текучести для материала обечайки, МПа;
 ns – коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям.
В стенке обечайки сепаратора возникают напряжения среза от действия перерезывающей силы N1, МПа:
    (35)
где nt – коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям.
Приведенный коэффициент запаса n:
(36)
Исходя из расчетов, представленных в приложении Б, можно сделать вывод, что условие прочности корпуса горизонтального сепаратора вы-полняется при всех заданных значениях внутреннего давления в сепарато-ре, включая давление гидравлических испытаний, Р = 0,35–0,85 МПа, и предела текучести для материала обечайки, 250–350 МПа.