Классификация промышленных сепараторов. Трехфазный сепаратор
Сепаратор – это аппарат, который осуществляет разделение продуктов на фракции, обладающие разными характеристиками.
Промышленные сепараторы классифицируются по:
- Технологическому назначению - двухфазные, трехфазные, с предварительным отбором газа, концевые, сепараторы первой ступени.
- Назначению - сепарирующие и замерные.
- Характеру основных действующих сил - ультразвуковые, гравитационные, центробежные и инерционные.
- Положению в пространстве - наклонные, вертикальные, горизонтальные.
- Геометрической форме - сферические и цилиндрические.
- Рабочему давлению – сепараторы высокого давления (от 6 МПа), среднего давления (от 0,6 до 6 МПа), низкого давления (от 0,1 до 0,6), а также вакуумные (меньше 0,1 МПа).
По мере разработки нефтяного месторождения возрастает уровень обводненность нефти. На предприятиях стараются отделять пластовую воду от добываемой нефти до ее поступления на цех подготовки и перекачки нефти. Предварительный сброс нефти производится в трехфазных сепараторах. Схема горизонтального трехфазного сепаратора представлена на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схема горизонтального трехфазного сепаратора. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
I - смесь воды, газа и нефти; II - газ; III - нефть; IV - вода; 1 - штуцер ввода сырья; 2 - коллектор распределительный; 3 - сепарационный отсек; 4,9 - перегородки; 5 - водный отсек; 6 - штуцер для отвода пластовой воды; 7 - линия отвода газа; 8 - штуцер отвода газа; 10 - нефтяной отсек; 11 - штуцер отвода нефти.
Смешанная с деэмульгатором скважинная продукция поступает через штуцер ввода сырья и распределительный коллектор в сепарационный отсек, в котором осуществляется гравитационное разделение смеси на воду, нефть и газ. Тяжелая вода оседает на дне сепарационного отсека, откуда она перетекает в (под перегородкой 4) в водный отсек и отводится через штуцер отвода пластовой воды. Газ поднимается в верхнюю часть сепаратора, затем отводится по газоотводной линии через штуцер отвода газа. Легкая нефть собирается в верхнем слое жидкости в сепарационном отсеке, а затем под перегородкой (9) нефть перемещается в нефтяной отсек, откуда отводится из сепаратора через штуцер отвода нефти.
Штуцер – это патрубок, который служит для соединения емкостей, вентилей, трубопровода и прочих деталей преобразующих и жидкостных передаточных систем.
Технологический расчет основных параметров трехфазного сепаратора
Состав фаз, которые образовываются в сепараторе возможно регулировать при помощи изменения температуры и давления процесса сепарации. Выпадение капелек и твердых частиц из газа происходит из-за двух основных причин: из-за разности между плотностями жидкой и газовой фракций и снижения скорости потока газа. Необходимое условие для успешного протекания процесса сепарации заключается в том, что скорость осаждения твердых и жидких частиц в сепараторе должна быть меньше, чем скорость потока газа.
К основным параметрам, которые подвергаются технологическому расчету трехфазного сепаратора относятся:
- Суточная производительность сепаратора по газу и жидкости.
- Плотность газа в условиях сепаратора.
- Диаметр пузырьков газа.
- Скорость осаждения капель жидкости.
- Скорость подъема уровня нефти в сепараторе.
- Скорость подъема газа.
- Суточная производительность сепаратора по газу.
Скорость осаждения капли жидкости, которая имеет форму шара, определяется с помощью формулы Стокса:
Рисунок 2. Формула Стокса. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где, dH - диаметр капли нефти; pHи pг- плотность нефти и газа в условиях сепаратора; q - ускорение свободного падения; г- динамическая вязкость газа в условиях сепаратора.
Плотность газа в условиях сепаратора высчитывается по формуле:
Рисунок 3. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где, po- плотность газа в нормальных условиях; Z - коэффициент сжимаемости, который учитывает отклонение от идеального газа реальных; Т - абсолютная температура в сепараторе; То - абсолютная нормальная температура.
Скорость подъема газа определяется по формуле:
Рисунок 4. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В этом случае суточная производительность сепаратора по газу рассчитывается по следующей формуле:
Рисунок 5. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где, Д - внутренний диаметр сепаратора.
Расчет вертикального сепаратора сводится к получению такого уровня подъема жидкости, который будет меньше скорости всплытия пузырьков газа.
Суточная производительность сепаратора по жидкости рассчитывается по следующей формуле:
Рисунок 6. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В этом случае высота подъема уровня нефти в сепараторе определяется следующим образом:
Рисунок 7. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где, pH - плотность нефти.
Последним технологическим расчетом основных параметров трехфазного сепаратора является определение диаметра пузырьков газа по формуле Стокса:
Рисунок 8. Формула Стокса. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В состав технологического расчета, кроме перечисленных параметров, также могут входить расчеты для определения толщины стенки корпуса сепаратора; толщина днища сепаратора; силы, действующие на днище сепаратора; площадь действия сил; аксиальные напряжения, тангенциальные напряжения.
