Расчетная часть-Модернизация системы сбора и подготовки нефти и газа. Вертикальный газожидкостный сепаратор-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Расчетная часть-Модернизация системы сбора и подготовки нефти и газа. Вертикальный газожидкостный сепаратор-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа
-Расчет вертикального газожидкостного сепаратора-Курсовая работа-Дипломная работа-
-Расчет вертикального газожидкостного сепаратора-Курсовая работа-
5 Расчет вертикального газожидкостного сепаратора

5.1 Расчет вертикального газожидкостного сепаратора по газу

 Скорость подъема газа в вертикальном сепараторе с учетом рабочих условий определяется из выражения

(1)

где Qo – дебит газа при нормальных условиях: р0 = 0,1013 МПа и Т0 = 273 К;
D - внутренний диаметр сепаратора, м;
р - давление в сепараторе, Па;
Т - абсолютная температура в сепараторе, К;
z - коэффициент, учитывающий отклонение реального газа от идеального при рабочих условиях в сепараторе.
Скорость осаждения капельки жидкости ( твердой частицы), имеющей форму шара, можно определить по формуле Стокса

(2)

где μг - динамическая вязкость газа, (Па·с);
 d - диаметр частицы, м;
 ρН, рГ – плотность нефти и газа в условиях сепаратора, кг/м3;
  - кинематическая вязкость газа в условиях сепаратора, м2/с.

.
 
Если за положительное направление принимается направление падения частицы в газовом потоке вниз, то она выпадает при скорости

> 0, (3)

На практике при расчетах применяется

, (4)

 Скорость восходящего потока газа

,

.

5.2 Расчет устойчивости вертикального газожидкостного сепаратора

Найдем площадь поверхности сепаратора, оказывающего сопротивление усилию ветра (рис 5.1).
Площадь условно можно представить как сумму площади боковой поверхности цилиндра и шара.
Площадь боковой поверхности цилиндра:

(5)


где - внешний радиус вертикального сепаратора, м;
- высота корпуса сепаратора, м.
.





Рисунок 5.1 – Схема устойчивости вертикального газожидкостного сепаратора

Площадь шара

, (6)


.

Площадь поверхности сепаратора, оказывающего сопротивление усилию ветра

, (7)

.

Определим усилие, которое оказывает ветер на вертикальный сепаратор

, (8)

где - коэффициент, равный 0,5;
- плотность воздуха, ;
- максимальная скорость ветра, .

.

Произведем расчет нагрузки на анкеры

, (9)

,

где - усилие на 4 анкера, Н;
- высота до центра тяжести, м;
- плечо, м.

.

5.3 Механический расчет

Наибольшее применение в системе подготовки нефти имеют сепараторы цилиндрической формы, и исключительно редко применяются сепараторы сферической формы.
При работе сепаратора стенки и днища его подвергаются действию равномерно распределенного избыточного давления Р. Силы, действующие на днище, стремятся разорвать цилиндрическую часть сепаратора по поперечному сечению ( ). Давление на боковые стенки стремится разорвать сосуд по образующим цилиндра ( ) ( рис. 5.2 ).



а - внутреннее давление на корпус сепаратора;
б - тангенциальные напряжения в стенках сепаратора.
Рисунок 5.2 – Расчетная схема цилиндрического сепаратора на прочность
Обозначив соответственно диаметр, длину и толщину стенки сепаратора через Dc, и ,определим напряжения и .
Силы, действующие на днище и растягивающие цилиндрическую часть сепаратора вдоль образующих равны

, (10)

.

Площадь, воспринимающая эти силы, представляет собой кольцо толщиной и диаметром Dc

, (11)

.

Отсюда аксиальные напряжения, действующие вдоль оси цилиндра, будут равны

, (12)

.

Тангенциальные напряжения можно найти, разрезав сепаратор диаметральной плоскостью и отбросив верхнюю часть (рис.2б). На диаметральную плоскость в оставленной части сепаратора действует давление Р. Оно уравновешивается силами N, растягивающими материал сепаратора в направлении, перпендикулярном образующим. При условии равновесия можно записать

, (13)

Отсюда

,
    
и тангенциальное напряжение

, (14)



5.4 Расчет толщины стенки корпуса газосепаратора:

, (15)

где - принимается равным 2 ̧ 3 мм;
р - давление в сепараторе, МПа;
- внутренний диаметр сепаратора, мм;
- коэффициент для сварочных корпусов, равный 0,95;
- нормативное допускаемое напряжение в зависимости от марки стали, МПа.
Допускаемое напряжение на растяжение материала корпуса газосепаратора

, (16)

где - нормативное допускаемое напряжение;
- коэффициент условий нагружения газожидкостных сепараторов.

.

.

5.5 Расчет толщины стенки корпуса эллиптического днища

Стальные эллиптические днища изготавливают (ГОСТ9617-76) диаметром от 159 до 4000 мм; отношение высоты эллиптической части днища к диаметру принято

,

где - высота эллиптического днища, определяется по формуле
Определим толщину стенки эллиптических днищ:

, (17)

где - коэффициент для цельного листа;
- принимаем в интервале 2 – 3 мм;
- внутренний диаметр эллиптического днища, мм.

, (18)

.

Определим радиус кривизны в вершине днища

, (19)

.

Подставим в вышеприведенную формулу найденные значения и определим толщину стенки эллиптического днища

.

Примем толщину стенки эллиптического днища =20мм.
Для стандартных днищ, при отношении высоты днища к его диаметру, равном 0.25, . Днища стальные диаметром до 1600 мм, изготавливают
из цельного листа, для них . Толщина днища принимается не меньше, чем у цилиндрической оболочки.

5.6 Расчет скорости движения газожидкостной смеси во входном патрубке

Вычислим скорость движения газожидкостной смеси во входном патрубке

, (20)

где  V – скорость газожидкостной смеси трубе в ;
Q- производительность Q = 1500 ;
d- внутренний диаметр.

м/с.

5.7 Расчет усилия действующего на фланец сепаратора

, (21)

где - площадь фланца, .

, (22)

где d - внутренний диаметр, м.

.

Подставим получившиеся значения в вышеприведенную формулу и получим

.


5.8 Расчет давления испытания

Расчетным давлением сосудов служит пробное давление испытания . Первые гидравлические испытания проводят на заводе-изготовителе на .
При давлении =0,5 МПа и более

, (23)

где – рабочее давление;
  - допускаемое напряжения при 20°С, МПа;
-допускаемое напряжения при рабочей температуре, МПа.

= .

Пробное давление для аппаратов, работающих при отрицатель- ных температурах, принимают таким же, как и для аппаратов с температурой 20 °С.
При периодическом освидетельствовании сосудов испытания проводят при таком же давлении, но в рабочем состоянии. Напряжение в стенке при гидравлическом испытании не должно превышать 0,9 , а при пневматическом — 0,8 , где — предел текучести материала сосуда. При изготовлении данного сепаратора, применяется материал марки: сталь 09Г2С.
 

5.9 Расчет эффективности дегазации за счет установки распылителя

Так как распылитель разделяет смесь на много струек, тем самым увеличивая площадь поверхности газожидкостной смеси, процесс дегазации протекает на большей площади поверхности, что приводит к увеличению эффективности газоотделения.
Найдем площадь поверхности газожидкостной смеси без распылителя

, (24)

где - площадь поверхности газожидкостной смеси без установки распылителя в сепараторе, ;
- внутренний диаметр входного патрубка без распылителя, .

.

Найдем площадь поверхности газожидкостной смеси с установленным распылителем
, (25)

где - площадь поверхности газожидкостной смеси с установкой распылителя в сепараторе, ;
D – максимальный диаметр распыления распылителя газожидкостной смеси, м.

.

Найдем отношение площадей поверхности газожидкостной смеси, до и после установки распылителя

.

В результате модернизации эффективность дегазации с учетом всех погрешностей увеличится в два раза. На выходе из не модернизированного сепаратора получали 40 % от всей поступающей в сепаратор газожидкостной смеси очищенного газа, оставшаяся не разделенная газожидкостная смесь содержала в себе 20 % нефти и 40 % газа, что приводило к необходимости к ее повторной сепарации. Установка распылителя привела к следующим показателям: на выходе сепаратора имеем полное отделение газа от жидкости ( 20 % нефти и 80% газа). Следовательно повторной сепарации не требуется.