Россия
В работе предложен алгоритм расчета длины зоны сепарации факельного сепаратора, определены его основные геометрические размеры
сепаратор, газ, нефть, гравитационное осаждение, каплеуловитель
Факельные установки нефтепромыслов предназначены для безопасного и контролируемого сжигания или сброса горючих газов, которые образуются в процессе добычи нефти и газа, а также на объектах химической и нефтехимической промышленности. В состав факельной установки входят сепараторы, представляющие собой горизонтальные емкостные аппараты и предназначенные для отделения капельной жидкости от газа. В работе предложена методика расчета длины зоны сепарации аппарата диаметром 
. В расчетах принимались следующие исходные данные: объемный расход (
) газа варьировался от 7280 м3/ч до 56530 м3/ч, плотность (
) газа 3,03 кг/м3, коэффициент динамической вязкости (
) газа 0,011×10-3 Па×с, плотность (
) жидкости 926 кг/м3. По опытным данным в нефтяных трапах преобладают капли диаметром (
) 100 мкм (0,1 мм), однако для сепараторов природных газов таких данных нет. Поэтому в работе произвольно задавались рядом значений от 0,08 до 0,7 мм.
Время осаждения капелек жидкости в зоне сепарации может быть определено:
|
|
(1) |
где 
– скорость осаждения, м/с.
Для определения скорости осаждения, входящей в формулу (1), предварительно по методике [1] рассчитывался критерий Архимеда (
), по значению которого определялся режим осаждения капелек жидкости в сепараторе, а затем, в зависимости от режима осаждения, рассчитывался критерий Рейнольдса (
) по соответствующей формуле.
Из литературных данных [1], известно, что при 
, или при 
, где 
– это коэффициент формы (принимался равным 1), имеет место ламинарный режим осаждения. Переходный режим возникает при 
500, или при 
. Турбулентный режим наблюдается при 
, или при 
.
Скорость осаждения капелек жидкости в сепараторе рассчитывалась [1]:
Далее по формуле (1) определялось время осаждения капелек жидкости, длина зоны сепарации: 
где 
– линейная скорость газа.
По результатам расчетов получены зависимости, изображенные на рис. 1-4.
|
Рисунок 1 – Зависимость длины зоны сепарации от диаметра капель (при 56530 м3/ч). |
Рисунок 2 – Зависимость длины зоны сепарации от диаметра капель (при 12328 м3/ч). |
|
Рисунок 3 – Зависимость длины зоны сепарации от диаметра капель (при 7280 м3/ч). |
Рисунок 4 – Зависимость диаметра капель от времени осаждения. |
На рис. 5 представлена блок-схема алгоритма расчета длины зоны сепарации.
|
Начало |
|
V, D, ρг, µ г, ρж, g, d |
|
|
|
Нет |
|
Да |
|
|
|
Да |
|
Нет |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Конец |
Рисунок 5 – Блок схема алгоритма расчета длины зоны сепарации.
Расчет выполнялся с помощью средств Microsoft Office Excel. Результаты расчетов для аппарата диаметром представлены в табл. 1. Расчет производился для диаметра капелек жидкости от 0,05 мм до 0,8 мм. При диаметре капелек жидкость до 0,05 мм и меньше будет наблюдаться ламинарный режим осаждения, при диаметре от 0,8 мм и больше – турбулентный режим, при диаметре от 0,08 мм до 0,7 мм – переходный режим.
Таблица 1
Результаты расчетов
|
|
0,05 |
0,08 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
|
Ar |
28,3 |
116,1 |
226,7 |
1813,9 |
6121,8 |
14510,9 |
28341,6 |
48974,2 |
77769,3 |
116087,1 |
|
Режим |
лами-нар-ный |
переходный |
турбу-лент-ный |
|||||||
|
R |
1,6 |
4,6 |
7,4 |
32,5 |
77,5 |
143,5 |
231,4 |
342,1 |
475,9 |
593,1 |
|
|
0,11 |
0,21 |
0,27 |
0,59 |
0,94 |
1,30 |
1,68 |
2,07 |
2,47 |
2,69 |
|
|
28,0 |
15,5 |
12,0 |
5,4 |
3,4 |
2,5 |
1,9 |
1,5 |
1,3 |
1,2 |
|
|
0,25 |
0,25 |
0,25 |
0,25 |
0,25 |
0,25 |
0,25 |
0,25 |
0,25 |
0,25 |
|
|
7,04 |
3,89 |
3,01 |
1,37 |
0,86 |
0,62 |
0,48 |
0,39 |
0,33 |
0,30 |
На рис. 6 построены кривые зависимости длины зоны сепарации от диаметра капель при различных значениях диаметров аппарата.
|
D=4,2 м |
|
D=2,2 м |
|
D=1,2 м |
|
D=5,2 м |
|
D=3,2 м |
Рисунок 6 – Зависимость длины зоны сепарации от диаметра капель при различных значениях диаметров аппарата.
Данный алгоритм расчета длины зоны сепарации может быть использо-ван при моделировании факельных сепараторов.
1. Набока, В. В. Методические указания по выполнению лабораторных работ по курсу "Процессы и аппараты химической технологии" / В. В. Набока, Е. В. Подоплелов, А. И. Дементьев, В. М. Соломонова. – Ангарск : АнГТУ, 2018. – 44 с.
