油气分离器设计计算【范本模板】

摘要
为了满足油气井产品计量、矿场加工、储存和管道输送的需要，气、液混合物要进行气液分离.本文是某低温集气站中分离器的设计与计算,选用立式分离器与旋风式两种。

立式分离器是重力式分离器的一种，其作用原理是利用生产介质和被分离物质的密度差来实现基本分离.旋风式分离器的分离原理是由于气、液质量不同，两相在分离器筒内所产生的离心力不同,液滴被抛向筒壁聚集成较大液滴，在重力作用下沿筒壁向下流动，从而完成气液两相分离。

分离器的尺寸设计根据气液混合物的压力﹑温度以及混合物本身的性质计算确定。

最后确定分离器的直径、高度、进出口直径。

关键词：立式两相分离器旋风式分离器直径高度进出口直径
广安1#低温集气站的基本资料：
出站压力：6MPa 天然气露点：5C
<-︒
气体组成（%）：C
1=85.33C
2
=2.2C
3
=1。

7C
4
=1.56C
5
=1.23C
6
=0。

9
H 2S=6.3 CO
2
=0。

78
凝析油含量：3
20/g m0.78
l
S=
1.压缩因子的计算
①天然气的相对分子质量
∑
=iMi
Mϕ
式中 M-—天然气的相对分子质量； i ϕ—-组分i 的体积分数; Mi-—组分i 的相对分子质量。

则计算得， M=20.1104
② 天然气的相对密度
天然气的相对密度用S 表示，则有：
S=
空
天
M M 式中 M 天、M 空分别为天然气的相对分子质量。

已知：M 空=28。

97 所以,天然气相对密度S=
空
天
M M =20.1104/28。

97=0。

694 ③ 天然气的拟临界参数和拟对比参数 对于凝析气藏气：
当 0.7S < 时，拟临界参数：
4.7780.248106.1152.21pc pc P S T S =-=+ 计算得，
4.6211.7
pc pc P T ==
天然气的拟对比参数：
pr pc
pr pc
P P P T T T =
=
a ．1、2号分离器：1110;287a P MP T K == 110 2.174.6pr P =
=； 1287
1.36211.7
pr T == b 。

3号分离器:3310;287P MPa T K == 3310304
2.17; 1.444.6211.7
pr pr P T =
===
c. 4号分离器:4410;303P MPa T K == 4410303
2.17; 1.434.6211.7
pr pr P T =
=== d. 5号分离器:556;257P MPa T K == 556257
1.3; 1.24.6211.7
pr pr P T ====
④ 计算压缩因子
天然气的压缩因子和拟对比压力，拟对比温度有如下的函数关系: (,)pr pr Z P T ϕ=
天然气压缩因子图版 根据算的的参数查上图得，
123450.72;0.78;0.77;0.70Z Z Z Z Z =====
2. 天然气密度
在某压力,温度下,天然气的密度
ρ=
ZT
pM
314.8
式中 ρ——天然气在任意压力、温度下的密度，kg/m 3
P ——天然气的压力（绝），kPa; M —-天然气的相对分子质量; Z ——天然气的压缩因子； T —-天然气绝对温度,K 根据公式可计算， 3121000020.1104
117.1()8.3140.72287
g g kg m ρρ⨯===⨯⨯
331000020.1104
102.0()8.3140.78304
g kg m ρ⨯==⨯⨯
341000020.1104
103.7()8.3140.77303
g kg m ρ⨯==⨯⨯
35600020.1104
80.7()8.3140.70257
g kg m ρ⨯==⨯⨯
3。

气体流量
由已知日产量和流程设计课知各分离器的日处理量分别为：
3
413
23
3
343
52210()
182********()
14();19()
1822201671419116()
g g g g g m
Q d
m Q d
m
m
Q Q d
d
m Q d =⨯=++++====++++++=
根据公式000T Z Q P ZT PQ g
=
推得:
Q=
293
101325.086400
TZ
P Q g
⨯⨯ 即分离器的流量 计算得各分离器的流量分别为：
3
3
3
1233
3
450.018;0.067;0.0130.018;0.139m
m
m
Q Q Q s
s
s m
m
Q Q s
s
=====
4. 粘度的求解
①．根据天然气的相对密度S=0.694，查天然气的假临界特性图得到天然气的临界温度和临界压力：
218;4570pc c T P KPa ==
天然气的假临界特性图
②．查下图得出天然气在101.325KPa ，不同温度条件下的粘度。

1234514313016T T C
T C T C T C
==︒=︒=︒=-︒
12345,0.0098,0.0106,0.0105,0.0088mp s
mp s mp s mp s
μμμμμ==⋅=⋅=⋅=⋅
③．计算气体临界参数，从对比温度与临界温度关系图查出粘度比0μμ
，算出
气体的粘度。

a 。

1,2号分离器： 121228710000
1.32;
2.192184570
pr pr pr pr T T P P ====== 查得粘度比
1
1.60μμ
=
气体粘度：512 1.600.0098 1.5710pa s μμ-==⨯=⨯⋅ b 。

三号分离器： 3330410000
1.39;
2.192184570
pr pr T P ==== 查得粘度比
3
1.45μμ
= 气体粘度:53 1.450.0106 1.5410pa s μ-=⨯=⨯⋅ c. 四号分离器: 4430310000
1.39;
2.192184570
pr pr T P === 查得粘度比
4
1.45μμ
= 气体粘度：54 1.450.0105 1.5210pa s μ-=⨯=⨯⋅ d 。

五号分离器: 552576000
1.18; 1.312184570
pr pr T P ==== 查得粘度比
5
1.4μμ
= 气体的粘度：55 1.40.0088 1.2310pa s μ-=⨯=⨯⋅
5. 液滴沉降速度的计算
① 计算水力阻力系数D C 根据经验公式：()()2
24Re
3L L g g
g
gd S f ρρμ-=
式中 d L -—液滴的直径，m.（取100L d m μ=）
L S ——凝析油的相对密度,kg/m
3
g ρ——气体在操作下的密度，kg/ m 3 g μ-—气体的粘度，pa ·s
可得出， ()
()
()()
122
2
2
1
2
549.810780117.1117.1
Re
Re
41153 1.5710
f f --⨯⨯⨯-⨯==
=⨯⨯
()
()()
122
2
3
549.810780102.0102.0
Re
38103 1.5410
f --⨯⨯⨯-⨯=
=⨯⨯
()
()()
122
2
4
549.810780103.7103.7
Re
39663 1.5210f --⨯⨯⨯-⨯=
=⨯⨯
()
()()
122
2
5
549.81078080.780.7
Re
48743 1.2310
f --⨯⨯⨯-⨯=
=⨯⨯
查液滴在气体中的阻力系数计算列线图,可知
12345 1.51.61.551.4
D D D D D C C C C C =====
②．沉降速度
液滴在分离器中的沉降速度按下式计算： ()43L L g g D
gd S C ρωρ-=
计算出各分离器中液滴的沉降速度分别为：
120.07m
s ωω===
30.074m s ω==
40.074m s ω==
50.09m s ω==
6. 分离器尺寸计算
①．立式两相分离器
根据公式： D υηω=
=（η取0.8),可计算分离器的直径；
一般立式重力分离器的高度取H=4D;
取进口速度：115m s υ=
,进口直径：1D =
取出口速度：210m s υ
=，出口直径:2D =a. 一号分离器
1111120.6440.64 2.560.040.05
D m
H m D m
D =
==⨯====
=
b. 二号分离器：
3331320.540.5 2.00.030.04
D m
H m
D m
D =
==⨯==
==
=
c. 三号分离器:
30.5D m =
=
340.5 2.0H m =⨯=
310.03D m =
=
320.04D ==
d. 四号分离器：
4441420.640.6 2.40.040.05
D m
H m
D m
D =
==⨯==
==
=
e. 五号分离器:
555152 1.64 1.6 6.40.120.13
D m
H m
D m
D =
==⨯==
==
=
② 旋风式分离器尺寸计算
根据公式:0.5
53.3910g TZQ D K P -⎛⎫
=⨯⨯⨯ ⎪⎝⎭
筒内流速：2
0.785g Q
D υ=
进口流速:1214Q
D υπ=
出口流速：22
24Q
D υπ=
旋风式分离器尺寸计算得步骤： Ⅰ。

令K=1,计算直径D.
Ⅱ. 取进口管径10.47D D =，出口管径20.67D D =
Ⅲ. 验算进口流速是否在15~25m s ,出口流速是否在5~15m s
Ⅳ。

验算筒内流速是否在2.45~4.43m s
若不符合上述条件，则需要另取K 值进行计算，知道全部符合条件.
a. 一号分离器
0.5
4
511112112122122870.7222103.391010.072100.470.0720.0340.670.0720.04840.018
19.83.140.034
40.018
10.03.140.048
0.018
4.420.7850.072
g D m
D m
D m
m s m s m s υυυ-⎛⎫⨯⨯⨯=⨯⨯⨯= ⎪⎝⎭
=⨯==⨯=⨯=
=⨯⨯==⨯==⨯
均符合条件，故
1110.072;40.288D m L D m === b. 二号分离器
0.5
4
522870.7283103.391010.1410D m -⎛⎫⨯⨯⨯=⨯⨯⨯= ⎪⎝⎭
210.470.140.066D m =⨯=
220.670.140.094D m =⨯=
21240.067
19.63.140.066
m s υ⨯=
=⨯ 22240.067
9.73.140.094
m s υ⨯==⨯ 120.067
4.40.7850.14
g m s υ==⨯ 均符合条件，故
2220.14;40.56D m L D m ===
c. 三号分离器
0.5
4
533142412322323040.7814103.391010.06100.470.060.030.670.070.0540.018
25.03.140.03
40.013
10.33.140.04
0.013
4.420.7850.06
g D m
D m D m
m s m s m s υυυ-⎛⎫⨯⨯⨯=⨯⨯⨯= ⎪⎝⎭
=⨯==⨯=⨯=
=⨯⨯=
=⨯=
=⨯
均符合条件，故
3330.06;40.24D m L D m === d. 四号分离器
0.5
4
543040.7719103.391010.0710D m -⎛⎫⨯⨯⨯=⨯⨯⨯= ⎪⎝⎭
410.470.070.03D m =⨯=
420.670.070.05D m =⨯= 41240.018
25.03.140.03
m s υ⨯==⨯
42240.018
9.23.140.05
m s υ⨯==⨯
420.018
4.40.7850.07
m s υ=
=⨯ 均满足条件,故
4440.07;40.28D m L D m === e. 五号分离器
0.5
4
552570.7116103.391010.1510D m -⎛⎫⨯⨯⨯=⨯⨯⨯= ⎪⎝⎭
510.470.150.07D m =⨯= 520.670.150.1D m =⨯= 51240.139
36.03.140.07
m s υ⨯=
=⨯ 不符合条件，另取K 值再次进行计算.在K 的取值范围内计算得的结果均不符合条件,因此,在此流量，压力,温度等情况下不宜选用旋风式分离器进行气液分离。