3 Расчет вертикального гравитационного сепаратора по газу и по жидкости

Средняя скорость газа в сепараторе W^г_ср должна быть несколько меньше расчетной скорости оседания частиц жидкости W_ч, определяемой формулой Стокса:

а) Re =< 1

W_ч = , м/с (3.1)

где:

d - диаметр оседающей или всплывающей частицы (жидкости, газа), м; ρ_ч и ρ_г – соответственно, плотность жидкости и газа в условиях сепаратора, кг/м³; g - ускорение свободного падения, м/с²; μ_г - абсолютная вязкость газа, Па*с

б) 2 < Re =< 500, формула Аллена

W_ч = (3.2)

в) Re > 500, формула Ньютона- Ритингера

W_ч = (3.3)

Условие осаждения частицы: W_ч - W_г > 0 (3.4)

На практике при расчетах принимается, что W_ч =1.2*W_г (3.5)

Пропускная способность вертикального сепаратора по газу связана со скоростью газа следующим уравнением:

V = , (3.6)

где:

W_г - скорость подъема газа в вертикальном сепараторе, м/сек; F - площадь поперечного сечения сепаратора, м²; Р₁ и Р_о - соответственно давление в сепараторе и нормальное давление (101.3 * 10 ³), Па; Т и Т₀ - соответственно рабочая температура в сепараторе и нормальная (273 К); z - коэффициент сверхсжимаемости газа.

Отсюда:

W_г = , м/с (3.7)

Подставив уравнения (3.1) и (3.7) в (3.5) получаем:

=

или

V = , м³/сут (3.8)

Расчет вертикальных гравитационных сепараторов по жидкости сводится к выполнению условия, чтобы скорость подъема уровня жидкости W_ж в них была меньше скорости всплывания газовых пузырьков, т.е.

W_ж < W_г (3.9)

Скорость всплывания пузырьков газа W_г в жидкости можно определять по формуле Стокса (3.1), заменив в ней динамическую вязкость газа μ_г на динамическую вязкость жидкости μ_ж.

Учитывая соотношение (3.9), пропускную способность вертикального сепаратора по жидкости можно записать в следующем виде:

W_ж = < (3.10)

или

Q_н < (3.11)

После подстановки в формулу (3.11) величин F = , g = 9.81м/с², и соотношения W_г = 1.2*W_ж, получим:

Q_н = , м³/сут (3.12)

Задача 3.1

При прохождении нефтегазовой смеси через штуцер в сепараторе образуются капли нефти диаметром 30 мкм. Смесь находится под давлением 2 МПа при 293 К. Найти скорость осаждения капель нефти и определить пропускную способность вертикального гравитационного сепаратора по газу, если его диаметр 0.9м, ρ_н = 800 кг/м³ ρ_ог = 1.21 кг/м³, Z = 1, μ_г = 0.000012 Па*с (вязкость газа в рабочих условиях).

Дано: D = 0.9 м, P = 2 МПа, T = 293 К, Z = 1, d = 30 мкм, ρ_н = 800 кг/м³, ρ_о = 1.21 кг/м³,

μ_г = 0.000012 Па*с

Найти: W_н =?, V =?

Решение:

1. Определим плотность газа в условиях сепаратора:

ρ_г = = = 22.3 кг/м³

2. Рассчитаем скорость осаждения капли нефти заданного диаметра:

W_н = = = 0.0318 м/c

3.Чтобы рассчитать пропускную способность сепаратора по газу необходимо знать скорость газа. Поскольку должно выполняться условие W_н = 1.2*W_г, чтобы происходило осаждение капель нефти, отсюда

W_г = = = 0.0265 м/сек

4. Пропускная способность по газу:

V = = = =26781.2 м³/сут