分離器結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算課程設(shè)計(jì)

1、東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)目 錄一、課程設(shè)計(jì)的基本任務(wù)1（一）設(shè)計(jì)的目的、意義1（二）設(shè)計(jì)要求1（三）工藝計(jì)算步驟1二、課程設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)4（一）分離器綜述4（二）油氣分離器原理4（三）從氣泡中分離出油滴的計(jì)算5（四）氣體的允許速度7（五）分離器結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算7三、實(shí)例計(jì)算9(一)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)91. 原油組成92.相關(guān)參數(shù)9(二)計(jì)算分離器的結(jié)構(gòu)尺寸10四、結(jié)束語20附錄 計(jì)算程序21一、課程設(shè)計(jì)的基本任務(wù)（一）設(shè)計(jì)的目的、意義目的：在老師指導(dǎo)下，根據(jù)給定的原油組成、分離條件、停留時(shí)間等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，按規(guī)范要求獨(dú)立地完成分離器結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)。意義：為了滿足計(jì)量、儲(chǔ)存的需要，油井產(chǎn)品從井口出來后，首先要進(jìn)行分

2、離，分離的場(chǎng)所即油氣分離器。分離后所得油、氣的數(shù)量和質(zhì)量除了與油氣的組成、分離壓力、分離溫度有關(guān)外，也與油氣在分離器內(nèi)停留的時(shí)間有關(guān)，當(dāng)油氣的組成、分離壓力、分離溫度及處理量一定時(shí)，分離效果由分離器的尺寸決定，合理的設(shè)計(jì)或選擇分離器的尺寸對(duì)改善分離效果非常必要。（二）設(shè)計(jì)要求1.初分離段應(yīng)能將氣液混合物中液體大部分分離出來2.儲(chǔ)液段要有足夠的容積，以緩沖來油管線的液量波動(dòng)和油氣自然分離3.有足夠的長(zhǎng)度和高度，是直徑100um以上的油滴靠重力沉降，以防氣體過多地帶走油滴4.在分離器的主體部分應(yīng)有減少紊流的措施，保證液滴沉降5.要有捕集的器除霧，以捕捉二次分離后氣體中更小的液滴6.要有壓力和液面控

3、制（三）工藝計(jì)算步驟 1.根據(jù)油氣平衡計(jì)算中所確定的氣液處理量、物性、分離壓力、分離溫度等基礎(chǔ)資料，并參照現(xiàn)場(chǎng)具體情況選擇分離器類型。 2.按照從原油中分出氣體的要求，由原油性質(zhì)和操作經(jīng)驗(yàn)確定原油在分離器內(nèi)的停留時(shí)間，對(duì)緩沖分離器需考慮緩沖時(shí)間，據(jù)此初步確定分離器尺寸。 3.按照從氣體中分出油滴的要求，計(jì)算100微米的油滴在氣相中的勻速沉降速度 wo ，分離器允許的氣體流速 wg ，分離器直徑d，長(zhǎng)度 l (或高度h)等結(jié)構(gòu)尺寸。 4.比較步驟2和3 的計(jì)算結(jié)果，選較大者作為分離器尺寸。當(dāng)油氣處理量很大時(shí)，往往需用多臺(tái)分離器并聯(lián)工作。5.按每臺(tái)分離器的氣體實(shí)際處理量、氣體組成、性質(zhì)、固體塵粒含

4、量 等因素確定除霧器的類型和尺寸。 二、課程設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)（一） 分離器綜述1. 分離器類型：分離器可分為立式和臥室分離器。2. 優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件。臥室分離器優(yōu)點(diǎn)：（1） 氣中油滴易沉降，氣體處理量大，處理成本低，適用于氣油比較高的混合物。（2） 氣液界面大，有較好的油氣分離效果。（3） 安裝、制造、維修方便，可以做成撬裝式。 適用條件：對(duì)于普通油氣分離，特別是可能存在乳狀液、泡沫或用于高氣油比油氣混合物時(shí)，采用臥式分離器。立式分離器優(yōu)點(diǎn)：（1） 占地少，適用于海洋采油。（2） 適合于處理含固體雜質(zhì)較多的油氣混合物，可以在底部設(shè)置排污口定期排放和清除固體雜質(zhì)。（3） 液位控制靈敏。適用條件：在氣

5、油比很高和氣體流量較小時(shí)（如洗滌器），采用立式分離器。（二） 油氣分離器原理臥室分離器的原理是：進(jìn)入分離器的流體經(jīng)入口分流器時(shí)，油、氣流向和流速突然改變，使油氣得以初步分離。經(jīng)入口分流器初步分離后的緣由在重力的作用下流入分離器的集液區(qū)。集液區(qū)需要有一定體積，使原油流出分離器前在集液區(qū)內(nèi)有足夠的停留時(shí)間，以便被原油攜帶的氣泡有足夠時(shí)間上升至液面并進(jìn)入氣相。同事集液區(qū)也提供緩沖容積，均衡進(jìn)出分離器原油流量的波動(dòng)。集液區(qū)原油流經(jīng)分離器全長(zhǎng)后，經(jīng)由液面控制器控制的出油閥流出分離器。為獲得最大氣液界面面積和良好的氣液分離效果，常將氣液界面控制在0.5容器直徑處。來自入口分流器的氣體水平地通過液面上方的重

6、力沉降區(qū)，被氣流攜帶的油滴在該區(qū)內(nèi)靠重力沉降至集液區(qū)。未沉降至液面的、粒徑更小的油滴隨氣體流經(jīng)捕霧器，在捕霧器內(nèi)聚結(jié)、合成大油滴，在重力作用下流入集液區(qū)。脫除油滴的氣體經(jīng)壓力控制閥流入集氣管線。分離器工作壓力由裝在氣體出口管線上的控制閥控制，液位由液體排出管上的控制閥控制。立式分離器的工作原理和臥室相同，但是分離器內(nèi)氣體攜帶油滴的沉降方向和氣流方向相反，液體內(nèi)夾帶氣泡的上浮方向和液體的流動(dòng)方向相反。（三） 從氣泡中分離出油滴的計(jì)算分離器內(nèi)油氣接近平衡狀態(tài)的程度可用原油脫氣程度和天然氣通過分離器后的質(zhì)量增加百分?jǐn)?shù)表示。 若球形油滴直徑為 、密度為 ，則油滴在密度為 氣相中所受的重力為氣體對(duì)油滴的

7、阻力r與油滴運(yùn)動(dòng)的速度頭、油滴在沉降方向上的投影面積、氣體密度成正比，可用下式表示油滴作勻速沉降時(shí)，氣體對(duì)油滴的阻力與油滴在氣體中受的重力相等，聯(lián)解以上兩個(gè)式子則有按照層流區(qū)計(jì)算，斯托克斯公式 按照過渡區(qū)計(jì)算，阿倫公式 按照湍流區(qū)計(jì)算，牛頓公式 某油滴在給定分離條件下處于什么流態(tài)區(qū)，可用兩區(qū)域間的臨界雷諾數(shù)進(jìn)行判斷。若粒徑為 的油滴，在分離條件下的沉降速度 ，其雷諾數(shù)恰好為2，則可用該油滴來判斷其他油滴的流態(tài)，油滴粒徑小于 者處于層流區(qū)，大于 者處于湍流或過渡流態(tài)。 同理，可求得判別過渡區(qū)和湍流區(qū)的臨界油滴粒徑 表4-1 各流態(tài)區(qū) 與re的關(guān)系流態(tài)re范圍計(jì)算式層流 過渡流 湍流 0.44 0

8、.1表4-2 re和ar數(shù)的關(guān)系流態(tài)re范圍ar范圍re和ar關(guān)系層流re=0.056ar過渡流湍流re>500（四）氣體的允許速度 在立式分離器中，氣流方向與油滴沉降方向相反。顯然，油滴能夠沉降的必要條件是：油滴沉降速度必須等于或大于氣體在流通截面上的平均流速，即： 在臥室分離器中氣體流向和油滴的沉降方向垂直，油滴能沉降至集液區(qū)的必要條件是：油滴沉降至氣液界面所需時(shí)間應(yīng)小于或等于油滴隨氣體流過重力沉降區(qū)所需時(shí)間，即：立式分離器臥室分離器 已知分離器重力沉降區(qū)內(nèi)允許氣體流速 ，根據(jù)氣體處理量 就可求得氣體所需的流通面積 和分離直徑d、長(zhǎng)度（或高度） 的關(guān)系。立式分離器 臥室分離器（五）分

9、離器結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算已知分離器氣體允許流速和氣體處理量立式分離器 臥式分離器（液面控制一半處）網(wǎng)墊除霧器最佳氣流速度k系數(shù)，k=0.107網(wǎng)墊厚度h厚度，米； e捕霧效率，0.98； a網(wǎng)墊比面積， ； 單絲捕集效率。三、實(shí)例計(jì)算(一)基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 1. 原油組成 表3-1 原油的質(zhì)量組成及分子組組分質(zhì)量wi，克分子量 mi克分子數(shù) ni分子分?jǐn)?shù)c155.9163.49380.4531c27.9300.26330.0341c313.7440.31140.0404c412.6580.21720.0282c59.6720.13330.0173c619.1860.22210.0288c7+881.22873

10、.07040.3982合計(jì)10007.71151.0000表3-2 分離器結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)處理能力 噸/日185停留時(shí)間1.6分鐘分離級(jí)數(shù)三級(jí)分離（一級(jí)分離采用臥式分離器，二級(jí)分離采用立式分離器）除霧氣 類型網(wǎng)墊式進(jìn)站壓力 mpa3.2單絲直徑 ×10-4 米1.5分離溫度 52網(wǎng)墊比面積 米2/米3300長(zhǎng)細(xì)比35捕霧效率98%0.1 0.5 (2) 計(jì)算分離器的結(jié)構(gòu)尺寸 1.一級(jí)分離計(jì)算（1）氣液相平衡計(jì)算設(shè)石油體系中的克分子分?jǐn)?shù)為1，液相分子分?jǐn)?shù)l=0.58，氣相分子分?jǐn)?shù)v=0.42，進(jìn)行計(jì)算： 組分體系中的分子分?jǐn)?shù)zi平衡常數(shù)ki液相中的分子分?jǐn)?shù)氣相中的分子分?jǐn)?shù) 0.45

11、185.430.1479 0.8574 0.04271.540.0342 0.0536 0.03440.620.0409 0.0264 0.02810.2760.0414 0.0182 0.01720.5640.0213 0.0110 0.02870.0390.0481 0.0013 0.39710.0170.6764 0.0116 合計(jì)1.000 1.0189 0.9827 表3-4氣液相的質(zhì)量計(jì)算組分體系中組分i的質(zhì)量wi克體系中的分子分?jǐn)?shù)zi液相中組分i的分子分?jǐn)?shù)xi組分i在液相中的克分子分?jǐn)?shù)xil組分i在液相與體系克分子數(shù)之比組分i在液相中質(zhì)量組分i在氣相中的質(zhì)量55.90.45180

12、.1579 0.0916 0.2027 11.3309 44.5491 9.90.04270.0348 0.0202 0.4731 4.6837 5.2153 11.70.03440.0409 0.0237 0.6898.0262 3.6731 12.60.02810.0404 0.0234 0.8327 10.492 2.105 9.60.01720.0211 0.0122 0.70936.8093 2.7907 19.10.02870.0481 0.0279 0.9721 18.5671 0.5329 881.20.39710.6764 0.3923 0.9879 870.5375 10.

13、6623 合計(jì)10001.0001.0196930.4392 69.5431 表3-5氣體密度，先求氣體的分子量組分氣相中的分子分?jǐn)?shù)分子量mimiyi0.7571612.1120.1085303.2550.0747443.28640.0314581.82120.0082720.59040.001860.0860.0052871.435合計(jì)1.01022.9500由表中數(shù)據(jù)可求出標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體密度為： 表3-6液體密度組分液相質(zhì)量（克）密度（克/厘米3）容積（厘米3）11.3309 4.6837 8.02620.50116.487 10.4920.56718.245 6.80930.62213.

14、61318.56710.65828.041 870.53750.907968.639合計(jì)930.43921045.025丙烷以上組分質(zhì)量=930.4392克丙烷以上組分密度=930.4392/1045.025=0.884克/厘米3乙烷以上組分質(zhì)量=930.4392克乙烷占包含乙烷在內(nèi)的：質(zhì)量百分?jǐn)?shù)=（4.604/928.683）*100%=0.496%甲烷占總質(zhì)量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)=（11.236/930.4392）*100%=1.195%由圖2-7查的液相在工程狀態(tài)下的密度為0.866克/厘米32.二級(jí)分離計(jì)算由克別爾提出的各級(jí)壓力比rp的經(jīng)驗(yàn)公式：=0.56兆帕（1）氣液相平衡計(jì)算設(shè)石油體系中的

15、克分子分?jǐn)?shù)為1，液相分子分?jǐn)?shù)l=0.461，氣相分子分?jǐn)?shù)v=0.539，進(jìn)行計(jì)算： 表3-7氣液相平衡計(jì)算組分體系中的分子分?jǐn)?shù)zi平衡常數(shù)ki液相中的分子分?jǐn)?shù)氣相中的分子分?jǐn)?shù) 0.451826.10.03110.8117 0.042760.01160.0696 0.03440.230.05880.0135 0.02810.9150.02940.0269 0.01721.890.01160.0219 0.02870.1230.05440.0067 0.39710.0420.82110.0345合計(jì)1.0001.0180.9848（2） 氣液相的質(zhì)量計(jì)算表3-8氣液相質(zhì)量計(jì)算組分體系中組分i的質(zhì)量

16、wi克體系中的分子分?jǐn)?shù)zi液相中組分i的分子分?jǐn)?shù)xi組分i在液相中的克分子分?jǐn)?shù)xil組分i在液相與體系克分子數(shù)之比組分i在液相中質(zhì)量組分i在氣相中的質(zhì)量11.33090.45180.03110.01430.03170.359210.97174.68370.04270.01160.00530.12410.58124.10258.02620.03440.05880.02710.78786.3231.703210.4920.02810.02940.01360.4845.07815.41396.80930.01720.0116 0.0053 0.30812.09794.711418.56710.028

17、70.05440.02510.874616.23882.3283870.53750.39710.82110.37850.9532829.796340.7612合計(jì)930.43921.0001.018860.465769.9735（3） 氣體密度，先求氣體的分子量表3-9氣體分子量組分氣相中的分子分?jǐn)?shù)分子量mimiyi0.81171612.98720.0696302.0880.0135440.5940.0269581.56020.0219721.57680.0067860.57620.03452879.9015合計(jì)0.984829.2839由表中數(shù)據(jù)可求出標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體密度為：（4） 液體密度表

18、3-10液體密度計(jì)算數(shù)據(jù)表組分液相質(zhì)量（克）密度（克/厘米3）容積（厘米3）0.3592 0.5812 6.3230.5012.902 5.07810.5676.513 2.09790.6223.19916.23880.65823.217 829.79630.907958.953合計(jì)860.4657994.784丙烷以上組分質(zhì)量=860.4657克丙烷以上組分密度=860.4657/994.784=0.897克/厘米3乙烷以上組分質(zhì)量=860.4657克乙烷占包含乙烷在內(nèi)的：質(zhì)量百分?jǐn)?shù)=（0.428/892.612）*100%=0.048%甲烷占總質(zhì)量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)=（0.225/860.465

19、7）*100%=0.025%由圖2-7查的液相在工程狀態(tài)下的密度為0.9克/厘米3。.（一）   分離器基本尺寸的計(jì)算由上表可知在3.4mp，51下，產(chǎn)油量871.202公斤/日，密度866公斤/米3，產(chǎn)氣量9.998公斤/米3 ，密度0.833公斤/米3（1）分離條件下原油密度的計(jì)算： =1.828-0.00132=1.828-0.00132*866=0.685 =-（t-20）=866-0.685（52-20）=844公斤/米3（2）分離器的原油處理量（3）設(shè)：分離器長(zhǎng)細(xì)比k1=l/d=4.5（3-5）；載荷波動(dòng)系數(shù)=1.6，排油口高度與直徑之比y/2r=0.1，查表得

20、n1=0.052，液面控制與臥式分離器直徑的一米處，即y/2r=0.5，n=0.5,分離器的直徑為：初選分離器直徑d=0.6米，長(zhǎng)l=3米，k1=4.5原油在分離器的實(shí)際停留時(shí)間：（4）校核氣體處理量天然氣的相對(duì)密度：求天然氣的臨界參數(shù)：臨界壓力： 臨界溫度： 對(duì)比壓力： 對(duì)比溫度： 壓縮因子： 分離條件下氣體密度：分離條件下的氣體粘度：阿基米德準(zhǔn)數(shù)：由表2可知，油滴沉降流態(tài)處于過渡區(qū)，雷諾數(shù)油滴勻速沉降速度：同直徑立式分離器的允許氣體流速：取分離器有效長(zhǎng)度為0.7倍圓筒長(zhǎng)度，臥式分離器的氣體處理能力：所選600×3000毫米臥式分離器的允許處理量大于實(shí)際氣體處理量，故滿足要求。2、

21、二級(jí)立式分離器基本尺寸計(jì)算：0.34兆帕，52°，平衡液相量892.837公斤/日，密度900公斤/米3，平衡氣相量47.082公斤/米3，密度1.009公斤/米3（1）分離條件下原油密度=1.828-0.00132=1.828-0.00132*900=0.64 =-（t-20）= 900-0.64（52-20）=879.52公斤/米3（2）分離器的原油處理量（3）設(shè)分離器直徑為0.7米，滿足停留時(shí)間要求的控制液面至出口高度：選h=1，h1=0.4米 h2=1米h3=0.6米h5=0.2米則分離器總高度：h=1+0.4+1+0.6+0.2=3.2米（4）校核氣體處理能力分離器的實(shí)際處

22、理量為：天然氣的相對(duì)密度：求天然氣的臨界參數(shù)：臨界壓力：臨界溫度：對(duì)比壓力：對(duì)比溫度：壓縮因子：分離條件下氣體密度：分離條件下的氣體粘度：阿基米德準(zhǔn)數(shù)：由表2可知，油滴沉降流態(tài)處于過渡區(qū)，雷諾數(shù)油滴勻速沉降速度：離器的允許氣體流速：立式分離器的氣體處理能力：分離器的允許處理量大于實(shí)際氣體處理量，故滿足要求。（二）網(wǎng)墊除霧器面積和厚度計(jì)算1、分離條件下氣體實(shí)際處理量第一級(jí)：第二級(jí)：2、網(wǎng)墊除霧器的氣體流速第一級(jí)：第二級(jí)：3、網(wǎng)墊面積第一級(jí)：第二級(jí)：4、網(wǎng)墊厚度第一級(jí)若網(wǎng)墊單絲直徑為，比表面積為，則其斯托克數(shù)查圖捕集效率=0.67，網(wǎng)墊厚度：第二級(jí)若網(wǎng)墊單絲直徑為，比表面積為，則其斯托克數(shù)查圖捕集

23、效率=0.81，網(wǎng)墊厚度： 臥式分離器簡(jiǎn)圖（單位：mm） 立式分離器簡(jiǎn)圖（單位:mm）4、 結(jié)束語通過本次的課程設(shè)計(jì)，初步熟悉了分離器尺寸工藝計(jì)算步驟。讓我充分得了解了分離器的結(jié)構(gòu)，油氣分離的步驟，分離后所得油、氣的數(shù)量和質(zhì)量除了與油氣的組成、分離壓力、分離溫度相關(guān)外，也與油氣在分離器內(nèi)停留的時(shí)間有關(guān)，當(dāng)油氣的組成、分離壓力、分離溫度及處理量一定時(shí)，分離效果由分離器的尺寸決定，合理的設(shè)計(jì)或選擇分離器的尺寸對(duì)改善分離效果非常必要。通過本次的課程設(shè)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)計(jì)算速度，更快更好地完成本次設(shè)計(jì)我需要進(jìn)一步學(xué)習(xí)。附錄 計(jì)算程序 一級(jí)分離氣液相平衡計(jì)算：dim x!, y!, l!, v!, x1!,

24、 x2, x3!, x4!, x5!, x6!, x7!, xo!, y1!, y2!, y3!, y4!, y5!, y6!, y7!, yo!private sub form_click()z1 = 0.442z2 = 0.035z3 = 0.041z4 = 0.033z5 = 0.017z6 = 0.029z7 = 0.403do while abs(xo - 1) > 0.001x = inputbox("液相分子數(shù)l")y = inputbox("氣相分子數(shù)v")l = xv = yx1 = round(z1 / (x + 5.81 *

25、y) * 1000) / 1000y1 = round(x1 * 5.81 * 1000) / 1000x2 = round(z2 / (x + 1.65 * y) * 1000) / 1000y2 = round(x2 * 1.65 * 1000) / 1000x3 = round(z3 / (x + 0.64 * y) * 1000) / 1000y3 = round(x3 * 0.64 * 1000) / 1000x4 = round(z4 / (x + 0.281 * y) * 1000) / 1000y4 = round(x4 * 0.281 * 1000) / 1000x5 = round(z5 / (x + 0.099 * y) * 1000) / 1000y5 = round(x5 * 0.099 * 1000) / 1000x6 = round(z6 / (x + 0.039 * y) * 1000) / 1000y6 = round(x6 * 0.039 * 1000) / 1000x7 = round(z7 / (x + 0.00255 * y) * 1000) / 1000y7 = round(x7 * 0.00255 *