Описание устройства проектируемого оборудования
Сепаратор С1 предназначен для отделения мехпримесей, капельной влаги и углеводородного конденсата из природного газа. Сепаратор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат. Аппарат изготовлен из стали 09Г2С по ГОСТ 5520-79. Корпус аппарата включает в себя цилиндрическую обечайку с приваренными эллиптическими днищами. Аппарат установлен на приварные опоры-стойки, изготовленные из стали ВСт3сп4 по ГОСТ 380-71. Газ на очистку поступает в аппарат через тангенциально установленный патрубок через сетчатый коагулятор. Отделение влаги и конденсата происходит в прямоточно–центробежных элементах, которые установлены на разделительной перегородке. Элемент представляет собой заглушенную с одной стороны трубу на поверхности которой имеются тангенциально прорезанные щели для входа неочищенного газа. Практически все капли, образующиеся во входящем потоке газа, отбрасываются под действием центробежных сил к внутренней поверхности трубы 2. Полученная жидкостная пленка под влиянием закрученного потока газа поднимается вверх и через кольцевой зазор, образованный трубой и вставленным в нее коротким патрубком, выходит из трубы и направляется вниз. В верхней части сепаратора установлена сетчатая насадка для улавливания влаги и мехпримесей. Насадка представляет собой пластины, которые задерживают капельки или частицы в результате понижения давления. Далее оседшие частицы собираются в сборнике и выводятся через нижний патрубок. Для обслуживания и очистки сепаратора предусмотрен люк-лаз. Аппарат снабжен штуцерами для подачи исходных компонентов, выхода продукции, и установки контрольно-измерительных приборов, а также монтажными штуцерами. Штуцера оснащены приварными встык фланцами с типом уплотнительной поверхности шип-паз.
Рабочее давление – 8 МПа
Температура - –20-40°С
2 Технологический расчет
2.1 Исходные данные Расход газа Vн.у. = 200000 м3/ч Температура в аппарате t = –20…40 ˚C Давление в аппарате P = 8 МПа Начальное содержание жидкости в газе eж = 5 г/м3 Коэффициент сжимаемости при рабочих условиях z = 0,918 Состав газа указан в таблице 2.1. Таблица 2.1 Состав газа Компонент | Состав газа, % об. | СH4 | 95,55 | С2H6 | 2,51 | С3H8 | 0,79 | С4H10 | 0,235 | С5H12 | 0,047 | СO2 | 0,222 | N2 + R | 0,646 |
2.2 Расчет количества прямоточно–центробежных элементов Расчет заключается в определении количества прямоточно–центробежных элементов и диаметра самого аппарата. Расчетная площадь живого сечения прямоточно–центробежных элементов вычисляется из выражения [1, стр. 103, 8.1]: 
 – критическая скорость потока газа.
Пересчитаем расход на условия в сепараторе [1, стр. 47, 6.3]:
Критическая скорость потока газа в прямоточно–центробежном элементе определится из выражения [1, стр. 104, 8.3]: 
где  – коэффициент структурных изменений газожидкостного потока [1, стр. 105, рис. 8.1];  – плотность газа;  – поверхностное натяжение жидкости [2, стр. 526, табл. XXIV] Плотность газа [2, стр. 13, 1.5]:  где М – молярная масса газа, кг/кмоль [2, стр. 513, табл. V]; P – давление в аппарате, МПа;  – атмосферное давление, МПа;  – температура в аппарате, К.             Расчетное количество прямоточно–центробежных элементов в сепараторе [1, стр. 104, 8.4]: 
где d = 0,1 м – внутренний диаметр прямоточно–центробежного элемента [1, стр. 104]. 
Расчетный внутренний диаметр сепаратора [1, стр. 104, 8.5]: 
где  = 0,28 – коэффициент использования живого сечения полотна тарелки [1, стр. 104, табл. 8.2]. 
Разбивка элементов производится по равностороннему треугольнику со стороной 0,14 м. Действительная площадь прямоточно–центробежных элементов [1, стр. 105, 8.6]:
 
2.3 Расчет сетчатой насадки
Расчет сепарационного элемента заключается в определении расчетной площади и конструктивных размеров
2.3.1 Расчетная площадь
Для сетчатой насадки расчетная площадь – это ее площадь в сечении, перпендикулярном направлению движущегося потока.
Расчетная площадь определяется из выражения [1, стр. 57, 7.5]:
Критическая скорость движения потока определяется из выражения [1, стр. 57, 7.7]:
Для сетчатых насадок коэффициент, учитывающий высокую температуру 
Коэффициент  [1, стр. 397, рис. А.23]
Коэффициент устойчивости режима течения газожидкостной смеси К=0,65 [1, стр. 398, рис. А.24]
Плотность жидкости при рабочей температуре
2.3.2 Конструктивные размеры сепарационной насадки
Диаметр сетчатой насадки определяется из выражения [1, стр. 60, 7.10]:
В соответствии с ГОСТ 9617-76 примем 
Расчет сборника жидкости заключается в определении его расчетного объема и конструктивных размеров. За расчетный объем сборника принимают его объем до верхнего предельного уровня без учета объема днищ.
Расчетный объем жидкости в этом случае вычисляется по выражению [1, стр. 61, 7.13]:
где  – объемный расход жидкости,  ;
 – время пребывания жидкости в сборнике газового сепаратора, мин
Производительность по жидкости [1, стр. 47, 6.6]:
где  – начальное содержание жидкости в газе кг/м3;
Время пребывания жидкости в сборнике газового сепаратора в зоне от нижнего предельного уровня до верхнего предельного уровня принимается для непенистых жидкостей τ = 2 мин [1, стр. 106], тогда:
Расчетная высота сборника, то есть длина его цилиндрической части, вычисляется по формуле [1, стр. 107, 8.10]:
где  – площадь смоченного периметра сборника жидкости сепаратора в сечении, перпендикулярном его оси.
Для вертикального сборника жидкости площадь смоченного периметра сборника жидкости в сечении, перпендикулярном его оси, вычисляется по выражению [1, стр. 107, 8.11]:
Примем 
2.5 Расчет сливных труб
Диаметр сливной трубы [1, стр. 108, 8.12]:
где  – расчетная площадь слива;
 = 2 – число труб слива [1, стр. 108].
Расчетная площадь слива [1, стр. 108]
где  – объемный расход сливаемой жидкости;
 – скорость слива жидкости самотеком [1, стр. 108].
При расчете необходимой площади слива, количество жидкости, попадающей в сборник жидкости сепаратора по сливным трубам с полотна центробежных элементов [1, стр. 108]:
2.6 Расчет технологических штуцеров входа и выхода газа, выхода жидкости
Определение диаметра штуцеров выхода и входа природного газа осуществляется по формуле [1, стр. 64, 7.19]:
Примем оптимальную скорость газа  [1, стр. 64, рис. 7.8]:
Определение диаметра штуцеров выхода жидкости осуществляется по формуле [1, стр. 64, 7.20]:
Примем скорость жидкости в штуцере  [1, стр. 109]
2.7 Расчет размеров технологических зон сепаратора и сепарационных зон аппаратов
Для изготовления сепарационной и коагулирующей насадок используется сетка-рукав, изготовляемая по ТУ-14-4-681-76 и ТУ 26-02-354-76.
Расстояние от штуцера выхода газа до насадки определяется по формуле [1, стр. 66, 7.24]:
Расстояние от тарелки с прямоточно–центробежными элементами до оси штуцера входа газа [1, стр. 109, 8.16]:
Расстояние от оси штуцера входа газа до верхнего предельного уровня жидкости [1, стр. 109, 8.17]:
Размеры коагулятора вычисляют по выражению [1, стр. 66, 7.31]:
Расстояние от коагулятора до штуцера газа определяется из выражения вида [1, стр. 66, 7.32]:
2.7 Расчет гидравлического сопротивления аппарата
Гидравлическое сопротивление узла ввода газа [1, стр. 48, 6.12]: 
где  – коэффициент гидравлического сопротивления узла входа газа [1, стр. 48];  – скорость газа в штуцерах входа и выхода газа, м/с;
– плотность газа, кг/м3. Скорость газа в штуцерах входа и выхода газа [1, стр. 48, 6.13]: 
где  – диаметр штуцеров входа и выхода газа, м. 
Гидравлическое сопротивление сепарационных элементов [1, стр. 49, 6.14]:  где  – коэффициент гидравлического сопротивления сепарационной тарелки [1, стр. 49];  Гидравлическое сопротивление узла вывода газа [1, стр. 49, 6.17]:  где  – коэффициент гидравлического сопротивления штуцера выхода [1, стр. 49];  Полное гидравлическое сопротивление аппарата [1, стр. 49, 6.18]: 
где α = 1,1 – коэффициент неучтенных потерь [1, стр. 49]. 
3 Механический расчет
Исходные данные для расчета:
Диаметр обечайки – 1000 мм;
Рабочее давление – 8 МПа;
Рабочая температура стенки – 40 ºС;
3.1 Выбор конструкционных материалов
Так как среда в аппарате является некоррозионной, взрывоопасной и токсичной принимаем в качестве материала аппарата 09Г2С по ГОСТ 5520-79.
3.2 Определение толщина стенки корпуса
Расчетное давление находят по формуле [3, стр. 396]:
 (3.1)
где  – давление в аппарате.
Расчетная температура [3, стр. 396]
где  – средняя температура в аппарате.
Расчетная толщина стенки определяется по формуле  :
где φ =1 – коэффициент прочности сварного шва  ;
[σ] = 186,5 МПа– допускаемое напряжение для материала корпуса
 .
Исполнительная толщина стенки определяется по формуле  :
 (3.4)
Общее значение прибавки  :
 (3.5)
где С1 = 2 – прибавка на коррозию и эрозию ;
С2 = 0 – прибавка на минусовое значение предельного отклонения по толщине листа ;
С3 =0 – технологическая прибавка .
 принимаем s = 26 мм
Формулы расчета применимы при условии  :
3.3 Определение толщины стенки эллиптических днищ
Расчетная толщина стенки определяется по формуле  :
где  = 1 – коэффициент прочности сварного шва днища ;
R – радиус кривизны в вершине днища, для эллиптических днищ с
Hд = 0,25D; R=D=1000 мм.
 принимаем s = 26 мм
Принимаем эллиптические отбортованные днища по ГОСТ 6533-78.
3.4 Выбор штуцеров
Так как среда в аппарате является взрывоопасной принимаем стандартные стальные фланцевые штуцера с приварным встык фланцем с соединительной поверхностью шип-паз и тонкостенным патрубком по ОСТ 26-1404–76 при Ру = 10 МПа.
3.5 Расчет укрепления отверстий в аппарате
Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего
дополнительного укрепления  :
Ширина зоны укрепления в стенке обечайки, перехода или днища определяется по формуле  :
Укрепления требует штуцер d = 250 мм.
Проверим условие 
Расчетная площадь укрепляющего сечения внешней части штуцера 
Расчетная площадь укрепляющего сечения внешней части штуцера  :
где 
Расчетная толщина стенки штуцера 
Отношение допускаемых напряжений для внешней части штуцера 
Расчетная площадь укрепляющего сечения внутренней части штуцера 
Расчетная длина внутренней части штуцера, участвующей в укреплении 
Отношение допускаемых напряжений для внешней части штуцера
Расчетная площадь вырезанного отверстия 
Расчетный диаметр отверстия штуцера, ось которого совпадает с
нормалью к поверхности в центре отверстия 
Расчетная площадь укрепляющего сечения укрепляемой стенки 
830+331,3<1940+223,3
Условие не выполняется.
Примем укрепления с помощью накладного кольца.
Расчетная ширина накладного кольца  :
где  = 282 мм – наружный диаметр патрубка штуцера;
 – толщина накладного кольца;
 – толщина стенки штуцера.
3.6 Выбор опор и проверка прочности и устойчивости корпуса в месте приварки опор
Нагрузка на одну опору определяется по формуле  :
Вес аппарата:
P = mg = 2100∙9,81 = 20200 Н
Изгибающий момент, действующий на аппарат М = 0.
Принимаем установку аппарата на трех опорах-стойках.
Выбираем опору-стойку по ОСТ 26-665-79
Список литературы
1. Чеботарев В.В. Расчеты основных показателей технологических процессов при сборе и подготовке скважинной продукции: учеб. пособие.-3-е изд. перераб. и доп. — Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007.-408 с.
2. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов /Под ред. чл.-корр. АН СССР П. Г. Романкова. – 10-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1987. – 576 с., ил.
3. Тимонин А. С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования. Справочник, том 2. – 2-е изд., перераб. и доп. – Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2002. – 1030 с. |
Скачать 66.24 Kb.
–