16. Определение пропускной способности и диаметра нефтегазовых сепараторов. Расчет гравитационных сепараторов по газу.

Эффективность процесса сепарации определяется степенью очистки газа от капельной жидкости и жидкости от газа, что характеризуется коэффициентом уноса жидкости потоком газа К_ж, и газа потоком жидкости К_г, а так же предельной средней скоростью газа в свободном сечении сепаратора и временем задержки жидкости в сепараторе. Коэффициент уноса жидкости о коэффициент уноса газа соответственно равны: К_ж=q_ж/Q_г, К_г=q_г/Q_ж, где q_ж - объемный расход капельной жидкости, уносимой потоком газа из сепаратора; q_г - объемный расход остаточного газа, уносимого потоком жидкости из сепаратора; Q_ж-объемный расход жидкости на выходе из сепаратора; Q_г - объемный расход газа на выходе из сепаратора. Чем меньше К_ж и К_г при прочих равных условиях, тем совершеннее сепаратор. Однако уменьшение этих показателей обычно связано с усложнением конструкции сепаратора и увеличением его габаритных размеров. Поэтому очень высокая степень очистки газа и жидкости оказывает не всегда оправданной. Необходимо ориентироваться на требуемую степень очистки, которая зависит от конкретных условий сбора нефти и газа. Пропускная способность сепаратора по газу зависит от величины , которая в свою очередь определяется скоростью осаждения капель жидкости минимально заданного размера. Время пребывания существенно влияет на эффективность очистки как газа от капель жидкости, так и жидкости от газа. Средний диаметр пузырьков окклюдированного газа в потоке перед сепаратором:

,

где -число Вебера;

-число Рейнольдса;

-число Фруда;

-поверхностное натяжение на границе газ - дисперсионная среда; D-внутренний диаметр трубопроводада; -динамическая вязкость и плотность дисперсионной среды; w-средняя скорость течения. Пропускная способность сепаратора определяется:

,

диаметр сепаратора определяется:

При расчетах принимают, что скорость движения частиц жидкости постоянна, частицы имеют шарообразную форму и в процессе сепарации не происходит ни их дробление, ни коагуляция. Для определения скорости осаждения частиц любого размера силу тяжести приравнивают силе сопротивления. Для частиц размером не более 80 мкм скорость осаждения определяется по формуле Стокса:

,

где w- относительная скорость частиц; d-диаметр частиц; ρ_ч, ρ_г-плотность соответственно частицы и среды (газа), μ-абсолютная вязкость среды. Для частиц размером 300-800 мкм скорость осаждения частиц определяется по формуле Алена:

,

где ν_г-кинематическая вязкость газа, ν_г= μ_г/ ρ_г. осаждение частиц размером более 800 мкм происходит согласно формуле Ньютона:

.

Скорость осаждения частиц различной конфигурации:

,

где к и ξ –коэффициенты сопротивления. Гидравлический расчет сепараторов по газу сводится к расчету на пропускную способность или к выбору размеров диаметра аппаратов в зависимости от расхода газа. Расчетная формула при заданном поперечном сечении аппарата F, рабочем давлении Р и рабочей температуре Т имеет вид:

или .

где Q_г-производительность сепаратора по газу, Т₀-нормальная температура, υ_г- допустимая скорость газа, D-диаметр аппарата. Для приближенных расчетов допустимую скорость газа можно определить:

,

где А - постоянный коэффициент. Пропускную способность гравитационного сепаратора горизонтального типа можно определить по формуле:

или .

.