Материал: Проект расчета сепаратора

где  - приведенные температура и давление, соответственно

Для водорода коэффициент сжимаемости равен:

Тогда плотность водорода при рабочих условиях (5,04МПа (51,4 амт.), 9,25 °С (282,25 К)) составит:

Значения для остальных компонентов в приложении А таблица А3.

Плотность смеси газов рассчитывается по формуле:

(21)

4,82 кг/м³

Плотность нефти при рабочих условиях:

ρ_н. = 713,5 кг/м3;

Объемная производительность по газу составляет:

V_г=45280,5 м³/ч;

Допустимая скорость газа (примем грубую степень сепарации газа, т.е. v_g=0,15):

Тогда площадь поперечного сечения сепаратора с отбойными насадками (j=0,98 - сетчатый тип отбойной насадки):

Учтем, что на площадь, занимаемую газом, приходится половина всей площади сепаратора.

Расчет диаметра аппарата [1]:

(22)

Согласно [8] примем D=3 м, длина сепаратора L=13м

Объем сепаратора [8]:

 (24)

=6*13=78 м³

Согласно [8] примем V=100 м³

.2 Механический расчет

Механический расчет включает расчет толщины обечайки; подбор крышки, днища, фланцев и люка, расчет штуцеров и расчет и подбор опоры аппарата.

Расчет толщины обечайки. Материал обечайки и днищ выберем сталь 09Г2С (ГОСТ 5520-79). Данная сталь характеризуется высокой коррозионной стойкостью. При работе элементов химической аппаратуры в условиях любых отрицательных температур за расчетную температуру принимают 20 °С.

Расчет толщины обечайки проводят в соответствии с ГОСТ 14249-80.

Исполнительную толщину тонкостенной гладкой цилиндрической обечайки, нагруженной внутренним избыточным давлением, рассчитываем по формуле [9]:

 (25)

Причем для обечайки D≥200 мм должно соблюдаться условие

. (26)

Суммарную прибавку к номинальной расчетной толщине стенки определяем по формуле [9]:

(27)

где С₁ - прибавка на коррозию (1мм),

С₂ - прибавка на минусовое отклонение по толщине листа, примем 0,7 мм,

С₃ - технологическая прибавка, примем 0,5 мм.

Допускаемое напряжение для выбранного материала сталь марки 09Г2С рассчитывает по следующей формуле [9]:

(28)

где η = 0,9 - коэффициент для взрывоопасных и пожароопасных сред; σ^* = 183 МПа - допускаемое напряжение для стали 09Г2С при 20 °С.

φ = 0,9 - коэффициент прочности сварных швов: стыковых, выполненных автоматической или полуавтоматической сваркой с одной стороны, с флюсовой или керамической подкладкой, при контроле 100 % длины шва.

Толщину стенки обечайки рассчитываем по формуле [9]:

 (29)

Примем толщину стенки обечайки равной 10 мм.

Проверка условия:  

Допускаемое давление в обечайке определяем по формуле [9]:

МПа (30)

Расчет крышки.

Расчет толщины крышек выполняется аналогично расчету толщины обечайки. Принимая

(31)

Принимаем толщину крышки равной толщине обечайки - 10 мм.

Наиболее распространенной формой днищ в сварных химических аппаратах является эллиптическая форма с отбортовкой на цилиндр. Для данного аппарата подбираем два стандартных эллиптических отбортованных стальных днища с внутренними базовыми размерами типа: днище 3000×10-50-09Г2С ГОСТ 6533 - 68.

Соединение обечайки с днищем и крышкой можно выполнить цельносварным либо на фланцах. Выбираем цельносварное соединение.

Расчет внутренних диаметров входного и выходных патрубков

1.   Расчет входного патрубка газа (d_вх):

Примем скорость нефтегазовой смеси равной:  =4 м/с

Тогда диаметр патрубка [10]:

где V_эм - расход потока смеси, м3/с.

Расчет выходного газового (dвых.г ) патрубка:

2.      Аналогично принимаем скорость газа  =15 м/с

 (34)

3.   Расчет выходного патрубка жидкости (d_вых.ж.).

Принимаем скорость потока жидкости равной 0,9 м/с

Рассчитанные диаметры округляются до ближайшего большего значения. Результаты расчета и подбора штуцеров приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты подбора фланцев для штуцеров

Таблица 2 - Характеристики люка

Расчет опор аппарата. Опоры для аппаратов в химической промышленности выбираются из расчёта максимальной нагрузки, которую опора должна выдержать во время испытания. Для выбора опоры аппарата необходимо определить вес аппарата в случае его полного заполнения водой.

Масса жидкости будет равна [5]:

(36)

Масса корпуса [5]:

г (37)

Масса крышек:

(38)

Масса фланцев и штуцеров:

(39)

Общая масса аппарата с добавкой на другие детали 30% равна:

 (40)

Тогда вес аппарата равен 1025302,5 Н. Примем количество опор равное 6, следовательно, на каждую опору нагрузка равна 170883,7 Н или 0,17 МН.

Согласно ОН 26-01-69-68 определены основные требования к опорам цилиндрических аппаратов вертикального расположения с учетом наличия теплоизоляционных материалов. Опора (лапа) выбирается исходя из допускаемой нагрузки на одну лапу.

.3 Гидравлический расчет

Расчет гидравлического сопротивления необходим для определения затрат энергии на перемещение технологической среды и подбора насоса для перемещения.

Гидравлическое сопротивление обусловлено сопротивлением трения и местными сопротивлениями, возникающими при изменении скорости потока по величине и направлению.

Критерий Рейнольдса для пленки жидкости определяется выражением [5]:

где

Скорость входного потока в аппарат примем равной 1,5 м/с.

Полученное значение критерия Рейнольдса соответствует турбулентному режиму течения пленки (Re >1600).

Абсолютную шерховатость стенок аппарата принимаем равной

Δ=0,1∙. Тогда относительная шерховатость стенок аппарата равна:

 (44)

сепаратор нефть жидкость химический

Далее определяют следующие величины:  

Поскольку  , принимаем, что в аппарате место имеет смешанное трение, в это случает, коэффициент трения определяется по формуле:

Гидравлическое сопротивление аппарата рассчитываем по формуле:

Δp

Где, L, D - длина и диаметр аппарата, м;

5. Технологическая схема сепарации нефти. Автоматизация процесса

Продукция скважин МГКМ, отсепарированный газ от С-1 (СВГС), С-1,2 (КГС) с узла входа шлейфов с давлением 5,0 МПа и температурой плюс 5¸25 °С поступает по трубопроводу диаметром Ду300 на первую ступень сепарации в вертикальный сепаратор С-1/1 через электроприводной кран ЭКП-6 и регулирующий клапан давления КР-1/1. Регулирующий клапан КР-1/1 прямого действия обеспечивает стабильное давление на входе в сепаратор первой ступени С-1/1 МПГ-1. Управление и сигнализация состояния ЭКП-6 выведена на щит в центральной операторной. Давление газожидкостной смеси до КР-1/1 и после замеряется электроконтактными манометрами ЭКМ поз. РIA М1.9 и поз. РIA М1.10 с выводом предупредительной сигнализации «min» и «max» давления в центральную операторную.

Для предотвращения гидратообразования перед КР-1/1 предусмотрена линия подачи метанола через запорный вентиль Зд-25.

Для предотвращения превышения давления на входе в С-1/1 установлены два предохранительные клапана ПК-1/1-1, 2, настороенные на давление срабатывания 8,25 МПа. В сепараторе первой ступени С-1/1, под действием сил гравитации происходит предварительное отделение из газового потока капельной жидкости и мехпримесей.

Отделившаяся жидкая фаза (газовый конденсат, метанольная вода и мехпримеси) через фильтр сетчатый ФС-1/1, клапан регулятор уровня Клр-1 и клапан запорный Клз-1 отводится в разделитель жидкости РЖ-1/1 с давлением 4,0¸5,6 МПа и температурой плюс 5¸25 °С.

В блоке сепаратора С-1/1 предусмотрен контроль и регулирование следующих параметров:

· местное измерение температуры термометрами на входе газожидкостного потока поз. TI 1-22, на выходе газового потока поз.TI 1-21, жидкой фазы в аппарате поз.TI 1-1 и на выходе жидкой фазы поз.TI 1-20;

· дистанционное измерение и предупредительная сигнализация «min» температуры углеводородного конденсата в аппарате поз.TI 1-3;

· измерение, аварийная сигнализация, аварийная защита понижения уровня жидкости поз.LIСA 1-9a запорным клапаном Клз-1;

· измерение, предупредительная сигнализация «max» «min» уровня жидкости поз.LICA 1-10a, дистанционное управление и автоматическое регулирование уровня регулирующим клапаном Клр-1;

· измерение, аварийная сигнализация «max» уровня жидкости поз.LISA 1-11a и аварийная защита модуля закрытием шаровых кранов: ЭКП-6 на входе природного газа в модуль и ЭКП-7 на выходе из МПГ, открытия ЭКП-96 сброс на ФВД;

· предупредительная сигнализация «max» давления поз.PISA 1-17 в факельном коллекторе.

· предупредительная сигнализация «min» и «max» давления на входе в сепаратор С-1/1 поз. PIA.М1-10 до КР-1/1 поз. PIA.М1-9 аварийная сигнализация «max» давления поз. РISA 1.6 на выходе газа из сепаратора, аварийное закрытие шаровых кранов ЭКП-6 и ЭКП-7, открытия ЭКП-96 сброс на ФВД.

Отсепарированная жидкость поступает на вход РЖ-1/1,2,3 по линии пластовой.

Газ подается в трубное пространство двухсекционного теплообменника «газ-газ» Т-1/1, где охлаждается обратным холодным потоком осушенного газа, проходящего по межтрубному пространству теплообменника Т-1/1, до температуры от минус 10°С до плюс 10°С.

Для предотвращения гидратообразования в трубном пространстве Т-1/1, предусмотрена подача метанола.

Охлажденный в теплообменнике Т-1/1 прямой поток газа с давлением 6,5-7.3 МПа, по трубопроводу Ду300, поступает в сепаратор второй ступени С-2/1.

Заключение

Курсовой проект расчета сепаратора процесса низкотемпературной сепарации природного газа заключался в расчете материального баланса, теплового расчета, были произведены технологический, гидравлический и конструктивно-механический расчёты сепаратора.

Вследствие проведенных расчетов были определены основные размеры аппарата, конструкция корпуса и внутренних устройств. Сепаратор обладает следующими характеристиками:

Тип сепаратора - вертикальный с сетчатой отбойной насадкой.

Диаметр сепаратора равен 3000 мм, длина сепаратора 13000мм.

Толщина стенки корпуса 10 мм.

Диаметры штуцеров: входная смесь: Ду=300мм, выходной для газа 400 мм, диаметр штуцера для отвода конденсата - 150 мм.

Корпус и внутренние устройства изготовлены из стали 09Г2С (ГОСТ 5520-79), сверху корпус покрыт теплоизоляцией из солевита толщиной 10 мм.

Список использованной литературы

1.      Шевелев Т.Г. Сооружение и эксплуатация объектов подготовки и хранения углеводородного сырья. - Центр профессиональной переподготовки специалистов нефтегазового дела ТПУ, 2004 - 206с.

2.      Лутошкин Г.С. Сбор и подготовка нефти, газа и воды. - М.: Недра, 1979. - 319с.

.        Каспарьянц К.С. и др. Процессы и аппараты для объектов промысловой подготовки нефти и газа. - М.: Недра, 1977. - 136с.

.        Шилов В.И., Клочков А.А., Ярышев Г.М. Расчет констант фазового равновесия компонентов природных нефтегазовых смесей / Нефтяное хозяйство, №1, 1987. - с. 37-39.

.        Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. - М.: Химия 1991. - 496 с.

6.      Г.А. Кирилов, В.М. Кудрявцев, Н.С. Чирков. К вопросу расчета газонефтяных сепараторов. - М: Недра, 1958

.        Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. - Л.: Химия, 1982. - 592 с.

8.      Разделительное и сепарационное оборудование. Каталог. - М., ОАО «Курганхиммаш», 2012.

.        Лащинский А.А. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры: Справочник. - М.: ООО ИД «Альянс», 2008. - 752 с.

10. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов /Под ред. чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова. - 10-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1987. - 576 с., ил.

11.    Гуревич И.Л. Технология переработки нефти и газа. Часть 1. - М., Химия, 1972. - 360 с.

12.    Синайский Э.Г., Лапига Е.Я., Зайцев Ю.В. Сепарация многофазных многокомпонентных систем. - М.: Недра, 2002. - 622с.

.        Гуревич Г.Р., Карлинский Е.Д. Сепарация природного газа на газоконденсатных месторождениях. - М., Недра, 1982. - 197 с.

.        Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтегазопереработки. - М., Химия, 1980. - 408 с.

.        Нефтепромысловое оборудование: Комплект каталогов / Под ред. В.Г. Креца, В.Г. Лукьянова. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 1999. - 500 с.

16. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Учебник для химико-технологических вузов. - 8-е изд. перераб. - М.: Химия, 1971. - 784 с., ил.

17.    Тронов В.П. Сепарация газа и сокращение потерь нефти. - Казань: «Фен», 2002. - 408 с.

18.            Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию: учебное пособие / Под ред. Ю.И. Дытнерского. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1991. - 496 с.

19.    Никифоров А.Д., Беленький В.А. Поплавский Ю.В. Типовые технологические процессы изготовления аппаратов для химических производств. Атлас. Учебное пособие для вузов. - М., Машиностроение, 1979. - 280 с.