卧式三相分离器工艺设计计算

Sheet1 三相分离器工艺计算书 一、工艺委托参数： 工作压力P'w： 1.661 Mpa 工作温度： 18.5 ℃ 处理气量： 352 m3/d 原油密度： 894.9 kg/m3 油处理量： 40 m3/d 停留时间： 10 min 含水率: 10 % 水的密度： 1013 kg/m3 液体加热温度：℃ 入口： 18.5 进口： 18.5 天然气组分：(Vi%) C1 C2 C3 iC4 nC4 iC5 0.285 0.141 0.158 0.053 0.141 4.49 nC5 C6 C7 N2 CO2 H2O 0.0344 0.0703 0.053 0 0 0.065 二、基本参数的确定： 1.天然气组分数据： 组分 百分比Vi(%) 分子量(mi) 临界压力Pci(Mpa) 临界温度Tci(℃) 1大气压下的定压比热Cpi(卡/克.℃) C1 0.285 16.043 4.544 -82.57 0.5266 C2 0.141 30.07 4.816 32.27 0.4097 C3 0.158 44.097 4.194 96.67 0.3881 iC4 0.053 58.124 3.6 134.97 0.3872 nC4 0.141 58.124 3.747 152.03 0.3867 iC5 4.49 72.151 3.337 187.28 0.3827 nC5 0.0344 72.151 3.325 196.5 0.3883 C6 0.0703 86.178 2.973 234.28 0.3864 C7 0.053 100.205 2.7 267.11 0.3875 N2 0 28.013 3.355 -146.89 0.2482 CO2 0 44.01 7.288 31.06 0.1991 H2O 0.065 18.015 21.833 374.22 1.0009 2.天然气分子量M： M=∑yimi= 3.660356448 3.天然气相对密度△g： △g=M/28.964= 0.1263760685 4.临界压力Pc: Pc=∑Pciyi= 0.2804273 Mpa 5.临界温度T'c： T'c=∑yiTci= 9.27478934 ℃= 282.27478934 K 6.工作温度： t= 18.5 ℃ Tw= t+273= 291.5 K 7.工作压力Pw: P'w= 1.661 MPa Pw= P'w+0.1= 1.761 Mpa(绝） 8.对比压力Pr： Pr=Pw/Pc= 6.2797024398 9.对比温度Tr： Tr=Tw/T'c= 1.032681667 10.压缩因子Z：（0≤Pr≤2;1.25≤Tr≤1.6) Z=1+(0.34Tr-0.6)Pr= -0.5629440455 11.1大气压下定压比热C0p： C0pi=∑yiCpi= 0.0218865524 (卡/克.℃) C0p=C0piM= 0.0801125832 (卡/克.℃) 12. 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 状态下大气压Ps: Ps= 0.1 MPa 13.标准状态下温度Ts:(To=20℃或0℃） To= 0 ℃ Ts= To+273= 273 K 14.标准状态下空气密度ρa(Ts=20℃时取1.205；Ts=0℃时取1.293): ρa= 1.293 kg/m3 15.标准状态下气体密度ρgs: ρgs=ρa△g= 0.1634042566 kg/m3 16.分离条件下气体密度ρg: ρg=ρgsPwTs/(PSTwZ)= -4.7872000854 kg/m3 17.分离条件下气体动力粘度μg: x=2.57+0.2781△g+1063.6/Tw= 6.2538587352 y=1.11+0.04x= 1.3601543494 c=2.415(7.77+0.1844△g)Tw1.5x10-4/(122.4+377.58△g+1.8Tw)= 0.0134811237 μg=cexp[x(ρg/1000)y]= 0 mPa.s 18.原油20℃时的密度ρ20： ρ20= 894.9 kg/m3 19.原油工作温度下的密度ρo:(0~50℃) §=1.828-0.00132ρ20= 0.646732 ρo=ρ20-§(t-20)= 895.870098 kg/m3 20.原油15℃时的密度ρ15： ρ15=ρ20-§(t-20)= 898.13366 kg/m3 21.阿基米德准数Ar: Ar=d3(ρo-ρg)gρg/μg2= 0 22.油滴沉降状态处于过渡区，雷诺数Re: Re=0.153Ar0.714= 0 23.液相截面高度与容器直径之比η: η=h/D= 0.6 24.油滴匀速沉降速度ω0: ω0=μgRe/dρg= 0 m/s 25.容器长度与直径之比L/D： 3 ~ 5 26.分离器允许气体流速ωgh: ωgh=0.49(3~5)ω0/(1-η)= 0 ~ 0 m/s 三、分离器外形尺寸的确定： 1.油处理量Qo： 40 m3/d 2.原油含水率ηi: 10 % 3.水的密度ρw： ρw= 1013 kg/m3 4.液体综合密度ρl: ρl=ρwηi+ρo(1-ηi)= 907.5830882 kg/m3 5.液体处理量Q: Q=Qoρ20/(1000(1-ηi))= 39.7733333333 (t/d)/ρl = 43.8233522092 m3/d 6.水处理量Qw: Qw=ηiQ= 3.9773333333 (t/d)/ρw = 3.9262915433 m3/d 7.载荷波动系数β： 1.2 8.液相所占截面积与分离器横截面积之比n2: n2=[(2η-1)(1-(2η-1)2)1/2+arcsin(2η-1)]/π+1/2= 0.6264699631 9.出油口高度与分离器直径之比η1： η1= 0.1 10.出油口以下弓形截面积与分离器横截面积之比n1: n1=[(2η1-1)(1-(2η1-1)2)1/2+arcsin(2η1-1)]/π+1/2= 0.0520440117 11.液体在分离器中的停留时间t: t= 10 min 12.分离器直径D： D=[(Qtβ)/(360π(L/D)(n2-n1))]1/3= 0.646189241 ~ 0.5450171138 m 13.分离器实际外形尺寸： 直径D= 1.4 m 长度L= 5.6 m 四、气体处理量核算： 1.容器长度与直径之比K1: K1= L/D= 4 2.分离器允许气体流速ωgh: ωgh= 0.49K1ω0/(1-η)= 0 3.分离器实际处理能力Q'gs Q'gs=67858D2(1-n2)ωghPwTs/(PsTwZ)= 0 > 352 m3/d 结论： 满足要求 五、网垫除雾器计算： 1.气体处理量Qgs: Qgs= 352 m3/d 2.分离条件下气体的实际处理量Qg: Qg=QgsTwPsZ/(PwTs)= -12.0150186511 m3/d 3.网垫除雾器的气体流速ωg: ωg=K[(ρo-ρg)/ρg]0.5= 0 m3/s 4.网垫面积A: A=Qg/(86400ωg)= 0 m2 5.丝网单丝直径D0: 0.00015 m 6.斯托克斯准数St: St=d2ρoωg/(18μgD0)= 0 7.单丝的捕集效率η: 查图3-27 η= 0.78 8.捕雾效率E: 0.98 9.网垫比表面积a: 590 m2/m3 10.除雾器网垫厚度H: H=-3πln(1-E)/(2aη)= 0.0400586132 m 11.丝网除雾器直径Ds： Ds=(4A/π)1/2= 0 m 实际取值： Ds= m 六、分离器进出口管确定： 1.流动状态下气液混合体密度ρM： ρM=(ρ1Q+ρgQg)/(Q+Qg)= 1252.2143468728 kg/m3= 78.1730091377 lb/ft3 2.常数C(无固体杂质为100，含有沙子为50~75）: 50 3.进口管流体冲刷腐蚀速度Ve: Ve=C/ρm1/2= 1.7236796414 m/s 4.出气管气体流速V2: V2= 15 m/s 5.出油口液体流速Vo Vo= 1 m/s 6.出水口液体流速Vw Vw= 1 m/s 7.进口管直径确定d1: d1=103[4Qg/(πVe)]1/2= 0 mm 8.出气管直径确定d2: d2=103[4Qg/(πV2)]1/2= 0 mm 9.出油口直径确定do: do=103[4Qo/(πVo)]1/2= 24.2788526746 mm 10.出水口直径确定dw: dw=103[4Qw/(πVw)]1/2= 7.6065799868 mm 进口管径实际取值： DN= mm 出气管径实际取值： DN= mm 出液管径实际取值： DN= mm 七、安全阀的计算： 1.安全阀的安全泄放量Ws： Ws=Qgρg/24= 2.396595763 kg/h 2.分离器设计压力P: P= 0.4 MPa 3.安全阀出口侧压力（绝）P0： P0= 0.1 Mpa 4.安全阀开启压力Pz： Pz=P= 0.4 Mpa 5.安全阀排放压力(绝）Pd： Pd= 1.1P+0.1= 0.54 Mpa 6.气体绝热系数k： Cpi0=∑yiCpi= 0.0218865524 Cp0=Cpi0M= 0.0801125832 查图2-27 △Cp= 0.07 Cp=Cp0+△Cp= 0.1501125832 查图2-29 Cp-Cv= 2 Cv=Cp-5= -1.8498874168 k= Cp/Cv= -0.0811468751 7.临界条件： P0/Pd= 0.1851851852 < (2/(k+1))k/(k-1)= 1.0601145783 条件判别： 属于： 临界状态 8.气体特性系数C： C= 520[k(2/(k+1))(k+1)/(k-1)]1/2= 0 9.安全阀额定泄放系数K: K= 0.65 10.安全阀排放面积A： A=WS/(7.6x10-2CKPd(M/ZTw)1/2= 0 mm2 11.安全阀数量N： N= 1 个 12.安全阀喉径d0： d0=(4A/（N*π))1/2= 0 mm 结论： 安全阀选用A44Y-16C公称直径DN100 数量： 1 个 八、热负荷确定： 1.原油入口温度： t1= 18.5 ℃ 2.原油出口温度： t2= 18.5 ℃ 3.被加热原油质量流量Wo： Wo= ρoQo= 1493.11683 kg/h 4.被加热原油含水率η1: η1= 30 % 5.被加热水的质量流量Ww: WW=Woη1/(1-η1)= 639.9072128571 kg/h 6.原油比热CO(按出口温度t2计算): Co=(1.687+3.39x10-3t2)/[4.1868(ρ15)1/2]= 0.4409756539 kcal/kg*℃ 7.水的比热Cw： Cw= 1 kcal/kg*℃ 8.加热所需的热负荷QR: QR=(CWWw+CoWo)(t2-t1)= 0 kcal/h = 0 kw 实际取值： QR= kwSheet2 Sheet3