Технологічний розрахунок сепараційного



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Технологічний розрахунок сепараційного



Обладнання

Сепаратори, які використовують на нафтових промислах, класифікують за різними ознаками:

– за призначенням: робочі і вимірні;

– за геометричною формою: циліндричні і кульові;

– за розміщенням у просторі: вертикальні, горизонтальні і похилі;

– за способом розділення фаз: механічні, рідинні і електричні.

Сепаратори з механічним розділенням фаз, як найбільш продуктивні, і які використовують на промислах, поділяють на: гравітаційні; центробіжні (гідроциклонні); інерційні (сепаратори з насадками); фільтраційні.

а) гравітаційні сепаратори

Ефективність роботи сепараторів за ступенем винесення рідини газом із краплевідбійної секції (див. рис.4.3) оцінюється коефіцієнтом сепарації

= · 100% (3.1)

де GП , GУ , GВ – відповідно маса рідини, яка поступила, уловлена і винесена із сепаратора, т/д.

Процес сепарації ще не достатньо вивчений, щоб можна було точно і надійно розрахувати ступінь ефективності роботи сепараторів для конкретних умов. Тому процес сепарації зводиться до спрощених умов:

1) частинка (тверда або рідка) має форму кульки;

2) рух газу у сепараторі усталений, тобто швидкість газу незалежно від часу постійна в любій точці сепаратора;

3) рух частинки вільний, тобто на неї не діють другі частинки;

4) швидкість осідання частинок постійна, тобто сила опору газового середовища стає рівною масі частинки.

Пропускну здатність гравітаційних сепараторів визначають в залежності від допустимої швидкості руху газу, яку визначають із умови рівноваги сил, які діють на частинку, і сили опору середовища, які виникають при русі цієї частинки. Вважають, що швидкість потоку газу в поперечному перерізі сепаратора νг повинна бути менша швидкості осідання частинок в газі ωч.

Сили, які діють на частинку у вертикальному гравітаційному сепараторі показані на рис. 3.20.

Сила ваги завжди направлена вниз G. Сила опору R в залежності від напрямку потоку газу може мати різний напрямок, наприклад, згідно схеми вона показана під кутом , У випадку вертикального потоку в залежності від того, чи струмінь газу буде направлений вверх чи вниз, cos = ± 1.

Якщо: νг < ωч (G > P) – частинка осідає у сепараторі; νг = ωч (G = P) – частинка зависає (не рухається) у сепараторі; νг > ωч (G < P) – частинка виноситься із сепаратора.

 

Рис. 3.19 - Схема рушійних сил діючих на

частинку у сепараторі

 

У загальному вигляді, силу, яка рухає частинку в потоці газу можна виразити

P = G - R cos (3.2)

де G – сила ваги частинки в сепараторі; R – сила опору потоку газу; – кут між силами G і R.

Вага частинки в сепараторі рівна

G = , 3.3)

де G – сила ваги частинки у сепараторі, кг; dч – діаметр частинки, м; ρч і ρГ – відповідно густина частинки і густина газу в умовах сепаратора, кг/м3; g – прискорення земного тяжіння, м/с2.

Силу опору газу при падінні частинки в сепараторі, за законом Ньютона, дорівнює

, (3.4)

де R – сила опору газу, кг; ωч – лінійна швидкість частинки, м/с; f – площа перерізу по діаметру частинки, м2, дорівнює f = π d2/4; ξ – коефіцієнт опору середовища, залежить від числа Рейнольдса.

Враховуючи четверте припущення, тобто при рівномірному русі частинки сила опору газового середовища стає рівною дії сили ваги, тоді можна записати рівність G = R

= (3.5)

Лінійну швидкість частинки визначають із рівняння (4.5)

ωч = . (3.6)

Для ламінарного руху частинки коефіцієнт опору ξ виходить теоретично (Re = 1)

= = .(3.7)

Якщо підставити вираз (3.7) у рівняння (3.5), то швидкість осідання кульковидної частинки в газовому середовищі визначиться за формулою Стокса

ωч = , (3.8)

де ρч - густина частинки, кг/м3; μГ - динамічна в’язкість газу, Па с; ρГ - густина газу в умовах сепаратора, кг/м3.

При значеннях числа Рейнольдса 2 ÷ 500 коефіцієнта опору представляється емпіричним рівнянням

ξ = 18,5 Re– 0,6. (3.9)

Підставивши дане рівняння у рівність (3.5) і розв’язавши його відносно швидкості осіданні частинки, отримаємо формулу Аллена

ωч = . (3.10)

При значеннях числа Re > 500 коефіцієнта опору ξ стає постійним і рівним 0,44. Підставивши дане значення у формулу (4.5), отримаємо рівняння Ньютона

ωч = 1,75 . (3.11)

Пропускну здатність вертикального гравітаційного сепаратора для газу вираховують за формулою

QГ = , (3.12)

або

QГ = 1,96·105 , (3.13)

де QГ – пропускна здатність сепаратора для газу при стандартних умовах, тис.м3/д; Рс – тиск у сепараторі, МПа; Тс – температура у сепараторі, К; Dc – внутрішній діаметр сепаратора, м; Zс – коефіцієнт стисливості газу при Рс і Тс; υопт – оптимальна швидкість газу у сепараторі, υопт = 0,8 ωч , м/с.

При розрахунках задаються діаметрами частинок і за наведеними формулами (3.8), (3.10) і (3.11) вираховують швидкість ωч. Для dч< 0,08 мм ωч вираховують за формулою Стокса, для dч = (0,08 ÷ 0,8) мм – за формулою Аллена, для dч> 0,8 мм – за формулою Ньютона.

Пропускну здатність горизонтального гравітаційного сепаратора для газу вираховують за формулою (3.13), в яку додатково вводять коефіцієнт n = /Dc ( - фактична віддаль між патрубками входу і виходу газу, приймають 3 м ).

QГ = 1,96·105 n . (3.14)

Розрахунок вертикального гравітаційного сепаратора для рідини оснований на отриманні швидкості підіймання рівня рідини υР в сепараторі меншої за швидкість спливання бульбашок газу ωб в рідині (υР < ωб).

За формулою Стокса визначають швидкість спливання бульбашок газу у рідині

ωб = , (3.15)

де ωб – швидкість спливання бульбашок газу, м/с; dб – діаметр бульбашок газу, м.

Швидкість підіймання рівня рідини у вертикальному сепараторі

υР = (3.16)

де QР – витрата рідини, м3/д; υР – швидкість підіймання рівня рідини, м/с.

Із рівності

= (3.17)

визначають пропускну здатність вертикального гравітаційного сепаратора по рідині за формулою

QР = 36964 (3.18)

Пропускна здатність горизонтального гравітаційного сепаратора по рідині дорівнює

QР = 47090 F , (3.19)

де F - площа дзеркала рідини, яка залежить від висоти рівня рідини в сепараторі, м2.

Із-за відсутності надійних методів визначення дисперсності крапель рідини у потоці газу, для практичних розрахунків пропускної здатності гравітаційних сепараторів використовують формулу (3.12) і (3.13), в якій оптимальну швидкість газу визначають за формулою

υопт = υ1 , (3.20)

де υ1 – швидкість газу в сепараторі при тиску Р1 = 6 МПа, яку приймають υ1 = 0,1 м/с; Р2 – тиск газу в сепараторі, при якому знаходять υ, МПа. Практикою встановлено, що існує деяка оптимальна швидкість газу, при якій ефективність сепарації складає 75 ÷ 85%. Подальше зменшення швидкості газу в гравітаційних сепараторах не приводить для частинок розміром 100 мкм помітного збільшення ефективності сепарації, а разом з тим приводить до суттєвого збільшення площі сепараторів, і відповідно, їх маси.

б) гідроциклонні сепаратори

У циклонному сепараторі сепарація крапель рідини від газу відбувається під дією відцентрової сили. Швидкість руху крапель рідини υц у циклоні вираховують за формулами (3.8), (3.10) і (3.11), в яких прискорення g замінюють на відцентрове прискорення r.

Для діаметрів частинок dч < 0,08 мм (формула Стокса)

υц = , (3.21)

Для діаметрів частинок dч = 0,08 ­÷ 0,8 мм (формула Аллена)

υц = . (3.22)

Для діаметрів частинок dч > 0,8 мм (формула Ньютона)

υц = 1,74 (3.23)

На практиці гідравлічний розрахунок гідро циклонного сепаратора зводиться до визначення діаметру циклона Dц , а решта розмірів конструктивно залежать від цього діаметру

Dц = 0,0122 (3.24)

де Dц – діаметр циклона, м; QГ – витрата газу при стандартних умовах, тис.м3/доб; Р1 і Р2 - відповідно тиски на вході і виході циклона, МПа; РСР = (Р1 + Р2) / 2 – середній тиск в циклоні, МПа; Т1 і Т2 – відповідно температура на вході і виході циклона, К; ТСР = (Т1 + Т2) / 2 – середня температура в циклоні, К; zСР - коефіцієнт стисливості газу при РСР і ТСР. Решта позначень аналогічні, як у формулах (3.8 ÷ 3.11).

Втрати тиску = Р1Р2 у циклоні (вхідному патрубку) визначають за формулою

= ξ 10 -6, (3.25)

де - перепад тиску у вхідному патрубку, МПа; υГ – швидкість газу у вхідному патрубку циклона, м/с; - густина газу при Р1 і Р2 , МПа; ξ – коефіцієнт гідравлічного опору, віднесений до вхідного патрубку і не залежить від швидкості газу , а залежить від співвідношення площі поперечного перерізу вихідного і вхідного патрубків (ξ = 2 ÷ 4).

в) сепаратори з насадками

Технологічний розрахунок сепараторів з насадками (інерційних сепараторів) полягає у визначенні швидкості набігання потоку газу, при якій не відбувається зриву і подрібнення крапель рідини, яка осіла у насадці.

Критична швидкість газу у насадці визначається за формулою

WКР = k (3.26)

де WКР – критична швидкість у насадці, м/с; - коефіцієнт поверхневого натягу на границі розділу „ газ – рідина”, н/м;

і - густина рідини і газу в умовах сепаратора, кг/м3;

k – коефіцієнт, який характеризує порушення режиму сепарації.

Для вертикального жалюзійного відбійника k = 0,45, для горизонтального сітчастого відбійника k = 0,6. для вертикального сітчастого відбійника k = 0,9.

Сепаратори експлуатують при швидкостях газу менших за критичну швидкість. За номінальну швидкість приймають WС = (0,8 – 0,85) WКР.

Пропускна здатність сепараторів з насадками

QГ = 2,5 105 Fc WC (3.27)



Последнее изменение этой страницы: 2016-04-07; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.236.222.124 (0.013 с.)