分离器结构尺寸计算课程设计

1、东北石油大学本科生课程设计目 录一、课程设计的基本任务1（一）设计的目的、意义1（二）设计要求1（三）工艺计算步骤1二、课程设计理论基础4（一）分离器综述4（二）油气分离器原理4（三）从气泡中分离出油滴的计算5（四）气体的允许速度7（五）分离器结构尺寸计算7三、实例计算9(一)基础数据91. 原油组成92.相关参数9(二)计算分离器的结构尺寸10四、结束语20附录 计算程序21一、课程设计的基本任务（一）设计的目的、意义目的：在老师指导下，根据给定的原油组成、分离条件、停留时间等基础数据，按规范要求独立地完成分离器结构尺寸设计。意义：为了满足计量、储存的需要，油井产品从井口出来后，首先要进行分

2、离，分离的场所即油气分离器。分离后所得油、气的数量和质量除了与油气的组成、分离压力、分离温度有关外，也与油气在分离器内停留的时间有关，当油气的组成、分离压力、分离温度及处理量一定时，分离效果由分离器的尺寸决定，合理的设计或选择分离器的尺寸对改善分离效果非常必要。（二）设计要求1.初分离段应能将气液混合物中液体大部分分离出来2.储液段要有足够的容积，以缓冲来油管线的液量波动和油气自然分离3.有足够的长度和高度，是直径100um以上的油滴靠重力沉降，以防气体过多地带走油滴4.在分离器的主体部分应有减少紊流的措施，保证液滴沉降5.要有捕集的器除雾，以捕捉二次分离后气体中更小的液滴6.要有压力和液面控

3、制（三）工艺计算步骤 1.根据油气平衡计算中所确定的气液处理量、物性、分离压力、分离温度等基础资料，并参照现场具体情况选择分离器类型。 2.按照从原油中分出气体的要求，由原油性质和操作经验确定原油在分离器内的停留时间，对缓冲分离器需考虑缓冲时间，据此初步确定分离器尺寸。 3.按照从气体中分出油滴的要求，计算100微米的油滴在气相中的匀速沉降速度 wo ，分离器允许的气体流速 wg ，分离器直径d，长度 l (或高度h)等结构尺寸。 4.比较步骤2和3 的计算结果，选较大者作为分离器尺寸。当油气处理量很大时，往往需用多台分离器并联工作。5.按每台分离器的气体实际处理量、气体组成、性质、固体尘粒含

4、量 等因素确定除雾器的类型和尺寸。 二、课程设计理论基础（一） 分离器综述1. 分离器类型：分离器可分为立式和卧室分离器。2. 优缺点及适用条件。卧室分离器优点：（1） 气中油滴易沉降，气体处理量大，处理成本低，适用于气油比较高的混合物。（2） 气液界面大，有较好的油气分离效果。（3） 安装、制造、维修方便，可以做成撬装式。 适用条件：对于普通油气分离，特别是可能存在乳状液、泡沫或用于高气油比油气混合物时，采用卧式分离器。立式分离器优点：（1） 占地少，适用于海洋采油。（2） 适合于处理含固体杂质较多的油气混合物，可以在底部设置排污口定期排放和清除固体杂质。（3） 液位控制灵敏。适用条件：在气

5、油比很高和气体流量较小时（如洗涤器），采用立式分离器。（二） 油气分离器原理卧室分离器的原理是：进入分离器的流体经入口分流器时，油、气流向和流速突然改变，使油气得以初步分离。经入口分流器初步分离后的缘由在重力的作用下流入分离器的集液区。集液区需要有一定体积，使原油流出分离器前在集液区内有足够的停留时间，以便被原油携带的气泡有足够时间上升至液面并进入气相。同事集液区也提供缓冲容积，均衡进出分离器原油流量的波动。集液区原油流经分离器全长后，经由液面控制器控制的出油阀流出分离器。为获得最大气液界面面积和良好的气液分离效果，常将气液界面控制在0.5容器直径处。来自入口分流器的气体水平地通过液面上方的重

6、力沉降区，被气流携带的油滴在该区内靠重力沉降至集液区。未沉降至液面的、粒径更小的油滴随气体流经捕雾器，在捕雾器内聚结、合成大油滴，在重力作用下流入集液区。脱除油滴的气体经压力控制阀流入集气管线。分离器工作压力由装在气体出口管线上的控制阀控制，液位由液体排出管上的控制阀控制。立式分离器的工作原理和卧室相同，但是分离器内气体携带油滴的沉降方向和气流方向相反，液体内夹带气泡的上浮方向和液体的流动方向相反。（三） 从气泡中分离出油滴的计算分离器内油气接近平衡状态的程度可用原油脱气程度和天然气通过分离器后的质量增加百分数表示。 若球形油滴直径为 、密度为 ，则油滴在密度为 气相中所受的重力为气体对油滴的

7、阻力r与油滴运动的速度头、油滴在沉降方向上的投影面积、气体密度成正比，可用下式表示油滴作匀速沉降时，气体对油滴的阻力与油滴在气体中受的重力相等，联解以上两个式子则有按照层流区计算，斯托克斯公式 按照过渡区计算，阿伦公式 按照湍流区计算，牛顿公式 某油滴在给定分离条件下处于什么流态区，可用两区域间的临界雷诺数进行判断。若粒径为 的油滴，在分离条件下的沉降速度 ，其雷诺数恰好为2，则可用该油滴来判断其他油滴的流态，油滴粒径小于 者处于层流区，大于 者处于湍流或过渡流态。 同理，可求得判别过渡区和湍流区的临界油滴粒径 表4-1 各流态区 与re的关系流态re范围计算式层流 过渡流 湍流 0.44 0

8、.1表4-2 re和ar数的关系流态re范围ar范围re和ar关系层流re=0.056ar过渡流湍流re>500（四）气体的允许速度 在立式分离器中，气流方向与油滴沉降方向相反。显然，油滴能够沉降的必要条件是：油滴沉降速度必须等于或大于气体在流通截面上的平均流速，即： 在卧室分离器中气体流向和油滴的沉降方向垂直，油滴能沉降至集液区的必要条件是：油滴沉降至气液界面所需时间应小于或等于油滴随气体流过重力沉降区所需时间，即：立式分离器卧室分离器 已知分离器重力沉降区内允许气体流速 ，根据气体处理量 就可求得气体所需的流通面积 和分离直径d、长度（或高度） 的关系。立式分离器 卧室分离器（五）分

9、离器结构尺寸计算已知分离器气体允许流速和气体处理量立式分离器 卧式分离器（液面控制一半处）网垫除雾器最佳气流速度k系数，k=0.107网垫厚度h厚度，米； e捕雾效率，0.98； a网垫比面积， ； 单丝捕集效率。三、实例计算(一)基础数据 1. 原油组成 表3-1 原油的质量组成及分子组组分质量wi，克分子量 mi克分子数 ni分子分数c155.9163.49380.4531c27.9300.26330.0341c313.7440.31140.0404c412.6580.21720.0282c59.6720.13330.0173c619.1860.22210.0288c7+881.22873

10、.07040.3982合计10007.71151.0000表3-2 分离器结构尺寸设计相关参数处理能力 吨/日185停留时间1.6分钟分离级数三级分离（一级分离采用卧式分离器，二级分离采用立式分离器）除雾气 类型网垫式进站压力 mpa3.2单丝直径 ×10-4 米1.5分离温度 52网垫比面积 米2/米3300长细比35捕雾效率98%0.1 0.5 (2) 计算分离器的结构尺寸 1.一级分离计算（1）气液相平衡计算设石油体系中的克分子分数为1，液相分子分数l=0.58，气相分子分数v=0.42，进行计算： 组分体系中的分子分数zi平衡常数ki液相中的分子分数气相中的分子分数 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 合计1.000 1.0189 0.9827 表3-4气液相的质量计算组分体系中组分i的质量wi克体系中的分子分数zi液相中组分i的分子分数xi组分i在液相中的克分子分数xil组分i在液相与体系克分子数之比组分i在液相中质量组分i在气相中的质量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 合计10001.0001.0196930.4392 69.5431 表3-5气体密度，先求气体的分子量组分气相中的分子分数分子量mimiyi0.7571612.1120.1085303.2550.0747443.28640.0314581.82120.0082720.59040.001860.0860.0052871.435合计1.01022.9500由表中数据可求出标准状态下气体密度为： 表3-6液体密度组分液相质量（克）密度（克/厘米3）容积（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合计930.43921045.025丙烷以上组分质量=930.4392克丙烷以上组分密度=930.4392/1045.025=0.884克/厘米3乙烷以上组分质量=930.4392克乙烷占包含乙烷在内的：质量百分数=（4.604/928.683）*100%=0.496%甲烷占总质量的质量百分数=（11.236/930.4392）*100%=1.195%由图2-7查的液相在工程状态下的密度为0.866克/厘米32.二级分离计算由克别尔提出的各级压力比rp的经验公式：=0.56兆帕（1）气液相平衡计算设石油体系中的

15、克分子分数为1，液相分子分数l=0.461，气相分子分数v=0.539，进行计算： 表3-7气液相平衡计算组分体系中的分子分数zi平衡常数ki液相中的分子分数气相中的分子分数 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合计1.0001.0180.9848（2） 气液相的质量计算表3-8气液相质量计算组分体系中组分i的质量

16、wi克体系中的分子分数zi液相中组分i的分子分数xi组分i在液相中的克分子分数xil组分i在液相与体系克分子数之比组分i在液相中质量组分i在气相中的质量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合计930.43921.0001.018860.465769.9735（3） 气体密度，先求气体的分子量表3-9气体分子量组分气相中的分子分数分子量mimiyi0.81171612.98720.0696302.0880.0135440.5940.0269581.56020.0219721.57680.0067860.57620.03452879.9015合计0.984829.2839由表中数据可求出标准状态下气体密度为：（4） 液体密度表

18、3-10液体密度计算数据表组分液相质量（克）密度（克/厘米3）容积（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合计860.4657994.784丙烷以上组分质量=860.4657克丙烷以上组分密度=860.4657/994.784=0.897克/厘米3乙烷以上组分质量=860.4657克乙烷占包含乙烷在内的：质量百分数=（0.428/892.612）*100%=0.048%甲烷占总质量的质量百分数=（0.225/860.465

19、7）*100%=0.025%由图2-7查的液相在工程状态下的密度为0.9克/厘米3。.（一）   分离器基本尺寸的计算由上表可知在3.4mp，51下，产油量871.202公斤/日，密度866公斤/米3，产气量9.998公斤/米3 ，密度0.833公斤/米3（1）分离条件下原油密度的计算： =1.828-0.00132=1.828-0.00132*866=0.685 =-（t-20）=866-0.685（52-20）=844公斤/米3（2）分离器的原油处理量（3）设：分离器长细比k1=l/d=4.5（3-5）；载荷波动系数=1.6，排油口高度与直径之比y/2r=0.1，查表得

20、n1=0.052，液面控制与卧式分离器直径的一米处，即y/2r=0.5，n=0.5,分离器的直径为：初选分离器直径d=0.6米，长l=3米，k1=4.5原油在分离器的实际停留时间：（4）校核气体处理量天然气的相对密度：求天然气的临界参数：临界压力： 临界温度： 对比压力： 对比温度： 压缩因子： 分离条件下气体密度：分离条件下的气体粘度：阿基米德准数：由表2可知，油滴沉降流态处于过渡区，雷诺数油滴匀速沉降速度：同直径立式分离器的允许气体流速：取分离器有效长度为0.7倍圆筒长度，卧式分离器的气体处理能力：所选600×3000毫米卧式分离器的允许处理量大于实际气体处理量，故满足要求。2、

21、二级立式分离器基本尺寸计算：0.34兆帕，52°，平衡液相量892.837公斤/日，密度900公斤/米3，平衡气相量47.082公斤/米3，密度1.009公斤/米3（1）分离条件下原油密度=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）分离器的原油处理量（3）设分离器直径为0.7米，满足停留时间要求的控制液面至出口高度：选h=1，h1=0.4米 h2=1米h3=0.6米h5=0.2米则分离器总高度：h=1+0.4+1+0.6+0.2=3.2米（4）校核气体处理能力分离器的实际处

22、理量为：天然气的相对密度：求天然气的临界参数：临界压力：临界温度：对比压力：对比温度：压缩因子：分离条件下气体密度：分离条件下的气体粘度：阿基米德准数：由表2可知，油滴沉降流态处于过渡区，雷诺数油滴匀速沉降速度：离器的允许气体流速：立式分离器的气体处理能力：分离器的允许处理量大于实际气体处理量，故满足要求。（二）网垫除雾器面积和厚度计算1、分离条件下气体实际处理量第一级：第二级：2、网垫除雾器的气体流速第一级：第二级：3、网垫面积第一级：第二级：4、网垫厚度第一级若网垫单丝直径为，比表面积为，则其斯托克数查图捕集效率=0.67，网垫厚度：第二级若网垫单丝直径为，比表面积为，则其斯托克数查图捕集

23、效率=0.81，网垫厚度： 卧式分离器简图（单位：mm） 立式分离器简图（单位:mm）4、 结束语通过本次的课程设计，初步熟悉了分离器尺寸工艺计算步骤。让我充分得了解了分离器的结构，油气分离的步骤，分离后所得油、气的数量和质量除了与油气的组成、分离压力、分离温度相关外，也与油气在分离器内停留的时间有关，当油气的组成、分离压力、分离温度及处理量一定时，分离效果由分离器的尺寸决定，合理的设计或选择分离器的尺寸对改善分离效果非常必要。通过本次的课程设计，提高了设计计算速度，更快更好地完成本次设计我需要进一步学习。附录 计算程序 一级分离气液相平衡计算：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("液相分子数l")y = inputbox("气相分子数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 *