卧式三相分离器工艺设计计算
一、工艺委托参数：
工作压力P'w：
1.661Mpa 工作温度：18.5℃处理气量：
352m 3/d
原油密度：894.9kg/m 3油处理量：40m 3/d 停留时间：10min 含水率:10%
水的密度：1013kg/m 3液体加热温度：℃ 入口：
18.5 进口：
18.5
天然气组分：(Vi%) C 1
C 2 C 3 iC 4 nC 4 iC 5
0.2850.1410.1580.0530.141 4.49 nC 5
C 6 C 7 N 2 CO 2 H 2O 0.0344
0.07030.053000.065
二、基本参数的确定：
3.660356
3.天然气相对密度△g：
0.1263764.临界压力Pc:
0.280427Mpa
5.临界温度T'c：
9.274789 ℃ =282.2748K 6.工作温度：
t=18.5℃
三相分离器工艺计算书
M=∑y i m i =△g=M/28.964=Pc=∑Pc i y i =T'c=∑y i Tc i =
Tw= t+273=291.5K
7.工作压力Pw:
P'w= 1.661MPa
Pw=P'w+0.1= 1.761Mpa(绝）
8.对比压力Pr：
Pr=Pw/Pc= 6.279702
9.对比温度Tr：
Tr=Tw/T'c= 1.032682
10.压缩因子Z：（0≤Pr≤2;1.25≤Tr≤1.6)
Z=1+(0.34Tr-0.6)Pr=-0.56294
11.1大气压下定压比热C0p：
C0p i=∑y i Cp i=0.021887(卡/克.℃)
C0p=C0p i M=0.080113(卡/克.℃)
12.标准状态下大气压Ps:
Ps=0.1MPa
13.标准状态下温度Ts:(To= 20℃ 或 0℃）
To=0℃
Ts=To+273=273K
14.标准状态下空气密度ρa(Ts=20 ℃时取1.205；Ts=0 ℃时取1.293):
ρa= 1.293kg/m3
15.标准状态下气体密度ρgs:
ρgs=ρa△g=0.163404kg/m3
16.分离条件下气体密度ρg:
ρg=ρgs PwT s/(P S TwZ)=-4.7872kg/m3
17.分离条件下气体动力粘度μg:
x=2.57+0.2781△g+1063.6/Tw= 6.253859
y=1.11+0.04x= 1.360154
c=2.415(7.77+0.1844△g)Tw1.5x10-4/(122.4+377.58△g+1.8Tw)=0.01348112μg=cexp[x(ρg/1000)y]=#NUM!mPa.s
18.原油20℃时的密度ρ20：
ρ20=894.9kg/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)=895.8701kg/m3
20.原油15℃时的密度ρ15：
ρ15=ρ20-§(t-20)=898.1337kg/m3
21.阿基米德准数Ar:
Ar=d3(ρo-ρg)gρg/μg2=#NUM!
22.油滴沉降状态处于过渡区，雷诺数Re:
Re=0.153Ar0.714=#NUM!
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=μg Re/dρg=#NUM!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)=#NUM!~#NUM!m/s
三、分离器外形尺寸的确定：
1.油处理量Qo：40m3/d
2.原油含水率ηi:10%
3.水的密度ρw：ρw=1013kg/m3
4.液体综合密度ρl:
ρl=ρwηi+ρo(1-ηi)=907.5831kg/m3
5.液体处理量Q:
Q=Q oρ20/(1000(1-ηi))=39.77333(t/d) /ρl
=43.82335m3/d
6.水处理量Qw:
Q w=ηiQ=3.977333(t/d)/ ρw
= 3.926292m3/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=0.62647
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=0.05204401
11.液体在分离器中的停留时间t: t=10min
12.分离器直径D：
D=[(Qtβ)/(360π(L/D)(n2-n1))]1/3=0.646189~0.54501711m
13.分离器实际外形尺寸：
直径D= 1.4m
长度L= 5.6m
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)=#NUM!
3.分离器实际处理能力Q'gs
Q'gs=67858D2(1-n2)ωghPwTs/(PsTwZ)=#NUM! >352m3/d
结论：满足要求
五、网垫除雾器计算：
1.气体处理量Qgs: Qgs=352m3/d
2.分离条件下气体的实际处理量Q g:
Q g=Q gs TwP s Z/(PwT s)=-12.015m3/d
3.网垫除雾器的气体流速ωg:
ωg=K[(ρo-ρg)/ρg]0.5=#NUM!m3/s
4.网垫面积A:
A=Q g/(86400ωg)=#NUM!m2
5.丝网单丝直径D0:0.00015m
6.斯托克斯准数S t:
S t=d2ρoωg/(18μg D0)=#NUM!
7.单丝的捕集效率η:查图3-27η=0.78
8.捕雾效率E:0.98
9.网垫比表面积a:590m2/m3
10.除雾器网垫厚度H:
H=-3πln(1-E)/(2aη)=0.040059m
11.丝网除雾器直径 Ds：
Ds=(4A/π)1/2=#NUM!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)=1252.214kg/m3 =78.1730091lb/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V e:
Ve=C/ρm1/2= 1.72368m/s
4.出气管气体流速V2: V2=15m/s
5.出油口液体流速Vo Vo=1m/s
6.出水口液体流速V w Vw=1m/s
7.进口管直径确定d1:
d1=103[4Qg/(πVe)]1/2=#NUM!mm
8.出气管直径确定d2:
d2=103[4Qg/(πV2)]1/2=#NUM!mm
9.出油口直径确定do:
do=103[4Qo/(πVo)]1/2=24.27885mm
10.出水口直径确定d w:
dw=103[4Qw/(πVw)]1/2=7.60658mm
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W s：
W s=Q gρg/24= 2.396596kg/h
2.分离器设计压力P: P=0.4MPa
3.安全阀出口侧压力（绝）P0：P0=0.1Mpa
4.安全阀开启压力P z：Pz=P=0.4Mpa
5.安全阀排放压力(绝）P d：Pd=1.1P+0.1=0.54Mpa
6.气体绝热系数k：
C pi0=∑y i C pi=0.021887
C p0=C pi0M=0.080113
查图2-27△C p=0.07
C p=C p0+△C p=0.150113
查图2-29C p-C v=2
C v=C p-5=-1.84989
k=C p/C v =-0.08115
7.临界条件：
P0/P d=0.185185<(2/(k+1))k/(k-1)=1.06011458 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=#NUM!
9.安全阀额定泄放系数K:K=0.65
10.安全阀排放面积A：
A=W S/(7.6x10-2CKP d(M/ZTw)1/2=#NUM!mm2
11.安全阀数量 N：1个
12.安全阀喉径d0：
d0=(4A/（N*π))1/2=#NUM!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：18.5℃
2.原油出口温度：18.5℃
3.被加热原油质量流量W o：
W o=ρoQo=1493.117kg/h
4.被加热原油含水率η1:η1=30%
5.被加热水的质量流量Ww:
W W=W oη1/(1-η1)=639.9072kg/h
6.原油比热C O(按出口温度t2计算):
Co=(1.687+3.39x10-3t2)/[4.1868(ρ15)1/2]=0.440976kcal/kg*℃
7.水的比热C w： C w=1kcal/kg*℃
8.加热所需的热负荷QR:
Q R=(C W W w+C o W o)(t2-t1)=0kcal/h
=0kw
实际取值： Q R=kw