Сбор и подготовка попутного газа на Барсуковском месторождении

Вертикальный  сепаратор представлен на рис. 5.2. Каплеуловительная секция, расположенная в верхней части сепаратора служит для улавливания мельчайших капелек жидкости, уносимых с потоком газа в газопровод, а также жалюзийный каплеуловитель являются секциями сепаратора, которые используются для уменьшения потерь нефти. Конструкция этих секций в значительной мере определяет качество отбора капель нефти при выходе газа из сепаратора. 
 
 
 
 
 
 
 

Гидроциклонный  двухемкостной сепаратор представлен  на рис. 5.3. Для отделения капель жидкости из газового потока предназначены перфорированные сетки 6 и жалюзийная насадка 7.  

Наиболее серьезным  источником потерь нефти является использование  негерметичных резервуаров в  качестве отстойников для отделения  и сброса воды. Потери нефти при  этом возрастают прямо пропорционально  температуре подогреваемой нефтяной эмульсии. 

С целью ликвидации потерь нефти при ее подготовке во всех современных установках применяется  герметичное оборудование с отбором  газа после нагрева нефти в  печах или подогревателях-деэмульсаторах и с последующей горячей сепарацией под вакуумом перед поступлением нефти в товарные резервуары. 

При сепарации  под вакуумом давление паров нефти  становится ниже атмосферного давления и потери нефти в резервуаре, работающем под атмосферным давлением, будут  сведены к минимуму. Поэтому внедрение сепарации нефти под вакуумом перед ее поступлением в товарные резервуары является одним из действенных мероприятий по сокращению потерь на нефтяных месторождениях. 

Для сведения потерь нефти к минимуму, так же используют сетчатые газосепараторы, которые ни только не уступают по характеристикам вышеприведенному сепарационному обрудованию, но и имеют ряд преимуществ, среди которых окончательная тонкая очистка природного и попутного нефтяного газа от жидкости в промысловых установках подготовки газа к транспорту, подземных хранилищах, а также на газо- и нефтеперерабатывающих заводах.  

5.1 Газосепаратор  сетчатый 

Газосепараторы  сетчатые (ГОСТ 29-02-2058-79) предназначены  для окончательной тонкой очистки  природного и попутного нефтяного  газа от жидкости (конденсата, ингибитора гидрато- образования, воды) в промысловых установках подготовки газа к транспорту, подземных хранилищах, а также на газо- и нефтеперерабатывающих заводах.  

Эффективность очистки газа – до 99 %. Температура  рабочей среды – от  

-30 до +100 °С. Содержание  жидкости, поступающей в газосепаратор  с газом - не более 200 см3/нм3. По индивидуальному заказу изготавливаются  газосепараторы, предназначенные для  очистки газа с более высокой  концентрацией примесей и диаметром  до 2400 мм.  

Газосепараторы  изготавливаются в двух материальных исполнениях на рабочее давление от 0,6 до 8 МПа, для эксплуатации в  районах со средней температурой самой холодной пятидневки до минус 40 °С – исполнение 1; ниже минус 40 °С до минус 60 °С – исполнение 2.  

Предусмотрены три типа сетчатых газосепараторов: тип I (рисунок. 5.4) –цилиндрические  вертикальные с корпусным фланцевым  разъёмом диаметром 600, 800мм на рабочее  давление от 0,6 до 8 МПа и производительностью  по газу от 0,08 до 0,8 млн. м3/сут; тип II – цилиндрические вертикальные диаметром 1200, 1600 мм на рабочее давление от 0,6 до 8 МПа и производительностью по газу от 0,8 до 2 млн. м3/сут; тип III – шаровые с цилиндрическим сборником жидкости диаметром сферы 2200, 2600 мм на рабочее давление от 1 до 8 МПа и производительностью по газу от 2 до 5 млн. м3/сут.  

7 

  
 
 
 

Рисунок. 5.4. Сетчатый сепаратор типа I 

1 –днище; 2 –  насадка; 3 –коагулятор; 4 – обогреватель; 

5 – опора; 6 –  место заземления; 7 – корпус 

I – верхний  предельный уровень; II – нижний предельный уровень 

Газожидкостная  смесь в сетчатом газосепараторе разделяется на газ и жидкость благодаря воздействию гравитационных и инерционных сил на капли  жидкости. Основная масса жидкости сепарируется из газового потока в  средней части корпуса и осаждается вниз в сборник жидкости. Тонкодисперсные капли коагулируются в сетчатом каплеотбойнике, размещённом в средней части корпуса, и частично стекают вниз в сборник жидкости. Окончательная очистка газа от жидкости осуществляется в сетчатой скрубберной секции, размещаемой в верхней части корпуса сепаратора, откуда отсепарированная жидкость дренируется под уровень жидкости в сборнике. Из сборника жидкость непрерывно или периодически сбрасываются [4]. 
 

6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  РАСЧЕТ СЕТЧАТОГО ГАЗОВОГО СЕПАРАТОРА 

6.1 Исходные данные 

Для проведения технологического расчета необходимы следующие данные: максимальный расход газа Qmax =19627 м3/сут; рабочее давление Р = 0,6 МПа; рабочая температура Т= 313 К ; плотность газа в рабочих  условиях ρг=0,256 кг/м3; плотность жидкости в рабочих условиях ρж=850 кг/м3; коэффициент поверхностного натяжения в рабочих условиях σ =15,21*10-3Н/м; начальное содержание жидкости в газа е0=160см3/нм3, содержание жидкости на выходе из сепаратора (унос) – 0,1 г/м3 [6]. 

Эскиз конструкции сетчатого газосепаратора представлен на рисунке 6.1.Расчет элемента заключается в определении его расчетной площади и конструктивных размеров. 
 
 
 

Рисунок 6.1 Эскиз  конструкции газосепаратора сетчатого. 

6.2 Расчет сепарационного  элемента  

6.2.1 Расчетная площадь  

Для сетчатой насадки  это ее площадь в сечении перпендикулярному  направлению потока. 

, м2  

м2 

Объемный расход газа 

, м3/с  

 м3/с 

где Qmax -максимальный объемный расход газа в нормальных условиях, м3/сут; 

Р-давление, кгс/см2, Р0=1,033 кгс/см2; 

Т-температура, К, Т0=273 К; 

z -коэффициент  сжимаемости, z0=1,0; 

Критическая скорость 

,м/с  

м/с 

где Сt-коэффициент, учитывающий влияние температуры  газа на критическую скорость газа, Сt=1,0 

Се- коэффициент, учитывающий влияние начального содержания жидкости на критическую скорость газа; 

К-коэффициент  устойчивости режимов течения газожидкостной смеси; 

-поверхностное  натяжение на границе раздела  между газом и жидкостью, Н/м; 

ж -плотность  жидкости, кг/м3; 

г-плотность  газа, кг/м3; 

Так как е0=160 см3/нм3, следовательно Се=1,75/1600,107=1,02  

6.2.2 Конструктивные  размеры сепарационного элемента (насадки) 

Диаметр сетчатой насадки 

, м  м 

Расчетный диаметр  округляется до ближайшего большего значения из ряда по ГОСТ 9617-76 для сетчатой насадки – 0,179; 0,245; 0,374. Принимаем D=0,245м. 

Конструктивные  размеры вертикальной сетчатой насадки  находятся одновременно с определением диаметра жидкости сборника жидкости. 

6.3 Расчет сборника  жидкости 

Расчет сборника жидкости сепаратора заключается в  определении его расчетного объема и конструктивных размеров. За расчетный принимают объем сборника до верхнего предельного уровня без учета объема днищ. 

Расчетный объем 

,м3  

 м3 

 где -время  пребывания жидкости в сборнике  сепаратора, мин 

Объемный расход жидкости 

  
 

, м3/с  

 м3/с 

где е0-содержание жидкости в газе на в ходе в аппарат, см3/м3; 

Qmax-максимальный  расход газа,м3/с. 

Время пребывания жидкости в сборнике сепаратора принимается: 

-для непенистых  жидкостей-3мин 

-для пенистых  жидкостей – в каждом конкретном случае определяется опытным путем с учетом требований технологического процесса. 

Расчетная высота (длина) сборника, т.е. длина цилиндрической части 

, м  

 м 

где F-площадь  смоченного периметра сборника жидкости в сечении, перпендикулярном его  оси, м2. 

 м2  

где Dв- внутренний диаметр сборника жидкости.  

Расчетная длина Lсб совмещенного сборника жидкости сетчатого  сепаратора (рисунок 6.2) округляется  до ближайшей большей величины кратной 100мм. Принимаем Lсб=1,1 м. 
 

6.4 Расчет технологических штуцеров входа и выхода газа выхода жидкости  

Диаметр штуцера  входа и выхода газа 

, м  

м 

где Wг-скорость газа в штуцере, м/с. Принимается Wг=14,5 м/с. 

Диаметр штуцера (внутренний) выхода жидкости 

, м  

 м  

где Wж-1,02,0-скорость жидкости в штуцере. 

Расчетный диаметр  штуцера округляется до ближайшего большего из ряда условных диметров, при  этом диаметр штуцера выхода жидкости рекомендуется принимать не менее dу=50мм. Принимаем dж=0,05 м. 

6.5 Расчет сливных  труб 

При расчете  необходимой площади слива сливных труб количество жидкости, попадающей в сборник жидкости сепаратора по сливным трубам. 
 

, м3/с  

 м3/с 

Диаметр сливной  трубы 

, м 

 м 

где Wсл 0,25м/с  – скорость слив; 

n2 – число  труб слива. 

Расчетный внутренний диаметр округляется до ближайшего большего из ряда стандартных диаметров труб, но не менее d=40мм. Принимаем dсл=0,04 м. 
 
 

Рисунок 6.2 Эскиз  вертикального сборника жидкости 

6.6 Конструктивные  требования к отдельным элементам  сепараторов и расчет размеров  технологических зон 

Материал сепарационной и коагулирующей насадок сетка-рукав  

ТУ 14-4-681-76, ТУ 26-02-354-76. 

Объемная масса  насадок – 200-250 кг/м3.  

Насадка может  быть цельной или секционной. В  цельной насадке сетка-рукав сворачивается  в спираль, высота насадки – 100мм. В секции сетка-рукав укладывается слоями (70 слоев) поочередно вдоль и поперек, высота секции 150мм. 

Площадь элементов  решетки сетчатой насадки должна составлять не более 5% от ее общей площадки. 

Диаметр коагулятора 

, м  

 м 

Расстояние от штуцера выхода газа до насадки 

, м  

 м 

Расстояние от сетчатой насадки до верхней кромки обечайки коагулятора  

, м  

Расстояние от нижней кромки обечайки коагулятора  до защитного листа сборника жидкости 

, м 

 м 

Высота обечайки коагулятора 

, м 

 м 

Смещение штуцера  входа газа от радиального положения 

, м 

 м 

6.7 Построение  зависимостей, определяющих технологические  возможности сепаратора 

Строится график . Для построения графика необходимо определить действительные максимальную Qmax.д. и минимальную Qmin.д. производительности для необходимого и достаточного числа значений давления в интервале от Pmax до Pmin при расчетной температуре