3.3 Расчет гравитационных сепараторов по жидкости

Расчет гравитационных сепараторов по жидкости заключается или в определении необходимых размеров аппарата при заданной производительности по жидкости, или в определении пропускной способности сепаратора при известных его размерах.

Необходимый объем, заполняемый жидкостью у газовых сепараторов, определяется из соотношения

, (3.16)

где V_С – объем заполняемый жидкостью, м³;

Q_Ж – суточный объем обрабатываемой жидкости, м³.

Объем, заполняемый жидкостью, должен составлять 1/3 объема технологической емкости.

Для газонефтяных сепараторов технологический расчет по жидкости (нефти) вызывается необходимостью уменьшения или поддержания в пределах требуемых норм количества газа, уносимого потоком жидкости из сепаратора в свободном (окклюдированном) состоянии.

Необходимое условие эффективного выделения газа из нефти:

или , (3.17)

где υ_Ж – скорость стока жидкости из сепаратора, м/с;

w_Г – скорость всплы-вания пузырька газа в жидкости, м/с;

t_Ж – время пребывания жидкости в сепараторе, с;

t_Г – время всплывания пузырьков газа из слоя жидкости, с.

Пропускную способность по жидкости для различных по положению в пространстве сепараторов определяют по формуле

(3.18)

или

, (1.19)

где Q_Ж – расход жидкости, м³/сут;

F – площадь зеркала жидкости в сепараторе, м², которая для горизонтального сепаратора является функцией уровня жидкости в нём [4]:

,

где L – длина горизонтального сепаратора, м;

– высота жидкости в горизонтальном сепараторе.

Скорость всплывания в жидкости пузырьков газа определяют по формуле Стокса, т. е. так же, как и скорость осаждения жидких частиц в потоке газа.

Большие затруднения встречаются при выборе размеров газонефтяных сепараторов для сильно вспенивающихся нефтей, так как вспенивание нефти существенно снижает производительность сепараторов.

Пенообразование зависит от условий ввода продукции скважин в сепаратор, а также от наличия в продукции пенообразующих веществ. Образовавшийся слой пены оказывает значительное диффузионное сопротивление выделению пузырьков газа, всплывающих на поверхность. В связи с этим продолжительность пребывания нефти в сепараторе для пенящихся иефтей должна быть увеличена в несколько раз по сравнению с непенящимися нефтями. Как отмечалось ранее, если нефть непенящаяся, то достаточно, чтобы время пребывания составляло 1–3 мин, если нефть пенящаяся, оно должно быть увеличено от 5 до 20 мин.

Для разрушения пены применяют химическое, механическое и термическое воздействие. Одним из самых эффективных способов снижения ценообразования является пропуск нефти через подогретую воду. Для этого применяют сепараторы, в нижнюю часть которых встроена печь, подогревающая пластовую воду.

3.4 Расчет циклонных сепараторов

Теория расчета циклонов основана на предположении, что центробежная сила, действующая на частицу, равна силе сопротивления, которую оказывает газ, препятствующий ее движению в радиальном направлении [3].

Скорость движения частиц в циклоне в зависимости от их размера определяют по формулам:

для самых мелких частиц (диаметром менее 100 мкм)

; (3.20)

для более крупных частиц (диаметром 100–800 мкм)

; (3.21)

для самых крупных частиц (диаметром более 800 мкм)

, (3.22)

где r — расстояние в радиальном направлении от оси циклона до частицы, м;

ω – угловая скорость газа, 1 /с.

Из формул (3.20)–(3.22) следует, что скорость движения частиц в циклоне при прочих равных условиях зависит не только от их диаметра, но и от размеров циклона.

Диаметр циклонного сепаратора D при заданном расходе газа Q определяют по формуле

, (3.23)

где Q – расход газа при стандартных условиях, тыс. м³/сут;

ρ_Г – плотность газа при стандартных условиях, кг/м³;

P_ср – абсолютное среднее давление в циклоне, Па;

Т – температура газа в циклоне, К;

z – коэффициент сжимаемости;

Р_атм=1,01∙10⁵ Па;

T=293 К;

ΔP – потери давления в циклоне, Па.

Потери давления в циклоне определяются по формуле

, (3.24)

где υ_Г – скорость газа во входном патрубке;

ρ_Г – плотность газа в рабочих условиях;

ξ – коэффициент сопротивления, отнесенный к входному сечению.

Коэффициент сопротивления практически не зависит от скорости потока, а зависит от соотношения площади сечения выходного и входного патрубков (ξ=2–4).