12.8.3. Расчёт сепаратора второй ступени сепарации
Методика расчёта аналогична сепаратору первой ступени.
Из
материального баланса второй ступени
сепарации следует, что в сепаратор
поступает эмульсия в количестве
.
Из сепаратора отходит попутный газ в
количестве
.
Для выбора сепаратора необходимо
рассчитать объёмный расход жидкости и
газа. Рабочая температура в сепараторе
50оС.
Плотность
нефти при 50оС
составляет
кг/м3
(см. п. 12.8.1).
В сепаратор поступает эмульсия с содержанием воды 5% масс. Находим плотность эмульсии на входе в сепаратор (незначительным изменением плотности пластовой воды можно пренебречь):
Объёмный расход эмульсии:
Объёмный расход газа при нормальных условиях:
где = 1,40 кг/м3 – плотность газа второй ступени при нормальных условиях (см. п. 12.4).
По объёмным расходам жидкости и газа выбираем сепаратор НГС–0,6–2400 с характеристиками:
- объем V = 50 м3;
- внутренний диаметр Dв. = 2,4 м;
- длина L = 11,06 м;
- производительность по жидкости 160-800 м3/ч;
- производительность по газу 82900 м3/ч.
Определяем максимальную пропускную способность выбранного сепаратора по эмульсии.
Площадь зеркала нефти:
Плотность газа при рабочих условиях в сепараторе (0,3 МПа и 50оС) известна (см. п. 12.4):
Динамическая вязкость нефти при 50оС (см. п. 12.8.1):
Динамическая вязкость эмульсии:
где B = 0,05 – доля воды в эмульсии.
Максимальная пропускная способность сепаратора по эмульсии будет составлять:
Расчёт показал, что максимальная пропускная способность выбранного сепаратора превосходит реальный расход эмульсии:
20988 м3/ч > 442,85 м3/ч
Следовательно, выбранный сепаратор обеспечит необходимые условия второй ступени сепарации нефти.
12.8.4. Расчёт электродегидратора
Из
материального баланса стадии глубокого
обезвоживания нефти следует, что в
электродегидратор поступает эмульсия
в количестве
.
Пренебрегая небольшим снижением температуры эмульсии при её переходе от сепаратора второй ступени к электродегидратору, находим объёмный расход эмульсии:
Примем к установке электродегидратор типа ЭГ-160 с характеристиками:
- внутренний объём аппарата V = 160 м3;
- внутренний диаметр Dв = 3,4 м;
- производительность по эмульсии – до 450 м3/ч.
Из объёма аппарата определяем полезную длину:
Скорость свободного осаждения капель воды в электродегидраторе рассчитываем по уравнению Стокса:
где d – диаметр капель воды (примем d = 300·10-6 м);
=
кг/м3
– плотность нефти;
=
– динамическая вязкость нефти;
=
1004 кг/м3
– плотность воды.
Проверяем режим движения капель воды:
Так как Re < 2, это значит, что движение капель происходит в ламинарном режиме, т.е. в области действия уравнения Стокса.
Скорость подъёма эмульсии в электродегидраторе в расчётах принимается минимум в два раза меньше скорости свободного осаждения капель воды. Примем скорость подъёма в 2,5 раза меньше:
Фактическая скорость осаждения капель воды в поднимающемся вверх потоке эмульсии:
Время, необходимое для осаждения капель воды:
где hэм – высота слоя эмульсии в аппарате, м
где hв – высота водяной подушки, м;
R – радиус электродегидратора, м.
Высота водяной подушки в электродегидраторах ЭГ-160 и ЭГ-200 составляет hв = 1 м. Тогда:
Время пребывания эмульсии в аппарате:
Для эффективного расслоения эмульсии должно соблюдаться условие:
В нашем случае 16 мин > 11 мин, следовательно, условие выполняется.
Находим максимальную производительность электродегидратора по эмульсии:
где Sэм – максимальная площадь зеркала эмульсии в аппарате, м2.
Необходимое количество аппаратов составляет:
Таким образом, для обеспечения процесса глубокого обезвоживания необходимо установить три электродегидратора типа ЭГ-160.