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1、东北石油大学本科生课程设计报告I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 .3（一）分离器综述 .3（二）油气分离器原理 .3（三）从气泡中分离出油滴的计算 .4（四）气体的允许速度 .6（五）分离器结构尺寸计算 .7三、实例计算 .8(一)基础数据 .8(二)计算分离器的结构尺寸 .9四、结束语 .20附录 计算程序 .21东北石油大学本科生课程设计报告1一、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。
2、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.
3、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。当油气处理量很东北石油大学本科生
4、课程设计报告2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、固体尘粒含量 等因素确定除雾器的类型和尺寸。 东北石油大学本科生课程设计报告3二、课程设计理论基础（一）分离器综述分离器按其外形主要有两种形式，即立式和卧式分离器。此外，还有球形和卧式双筒体分离器等。在立式分离器重力沉降和集液区内，分散相运动方向与连续相运动方向相反，而在卧式分离器中两者互相垂直。显然，卧式分离器的气液机械分离性能优于立式。在卧式分离器中，气液界面面积越大，有利于分离器内气液达到相平衡。因而，无论是平衡分离还是机械分离，卧式分离器均优于立式，即：在相同气液处理量下，卧式分离器尺寸较
5、小、制造成本较低。同时，卧式分离器有较大的集液区体积，适合处理发泡原油和伴生气的分离以及油气水三相分离。来液流量变化时，卧式分离器的液位变化较小，缓冲能力较强，能向下游设备提供较稳定的流量。卧式分离器还有易于安装、检查、保养，易于制造橇装装置等优点。立式分离器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污。卧式分离器在处理含固体杂质较多的油气混合物时，由于固相杂质有 4560的休止角，在分离器底部沿长度方向常需设置若干个排污口，还很难完全清除固体杂质。立式分离器占地面积小，这对海洋采油、采气至关重要。由于高度限制，公路运输橇装立式分离器时也不如卧式分离器方便。总之，对于普通
6、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，卧式分离器较经济；在气油比很高和气体流量较小时（如涤气船） ，常采用立式分离器。（二）油气分离器原理进入分离器的流体经入口分离器时，油、气流向和流速突然改变，使油气得以出版分离。经入口分流器初步分离后的原油在重力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。同时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，经由液面控制东北石油大学本科生课程设计报告4器控制的出油阀流出分离器。为获得最大气液界面面积和
7、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。来自入口分离器的气体水平地通过液面上方的重力沉降区，被气流携带的油滴在该区内靠重力沉降至集液区。为沉降至液面的、粒径更小的油滴随气体流经捕雾器，在捕雾器内聚结、合并成大油滴，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。立式分离器的工作原理和卧式相同，但分离器内气体携带油滴的沉降方向与气流方向相反，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
8、重力为d03d0F6g气体对油滴的阻力 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 2dDgv=C4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。应用不同流态区阻力系数 的计算式，可求得不同流态区油滴的匀速沉降速DC度计算公式：10%G-o21o-2g1g5.0godd3v）（ g东北石油大学本科生课程设计报告5层流区 斯托克斯公式 20v18dg过渡区 阿伦公式 0.7140.714.3.280.65dgdgv湍流区 =0.44 牛顿公式DC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
9、件下的沉降速度 ，其雷诺数恰好为 2，则1d 1v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d1d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 为2d5.0godd74.1v）（ 31gog213.d）（ 31gog225.43d）（ 东北石油大学本科生课程设计报告6各流态区 与 Re 的关系DCRe 和 Ar 数的关系流态 Re 范围 Ar 范围 Re 和 Ar 关系层流 Re2 Ar36 Re0.56Ar过渡流 2 Re500 36Ar8310 3.7143湍流 Re500 Ar8310 .（四）气体的允许速度油滴沉降速度 必须等于或大于气体在
10、流通截面上的平均流速 ，即：dv gv油滴沉降至气液界面所需时间应小于或等于油滴随气体通过重力沉降区所需时间，即：由粒径 100 油滴沉降速度 求气体容许速度时，用系数考虑理论与实际mdv情况的差别。立式分离器： 卧式分离器：(0.78)(1)()egVedghDDLvvh流态 Re 范围 CD 计算式层流 Re2 124Re过渡流 2Re 500 0.68.5500Re 2105 0.44湍流Re2105 0.1gdvDh1vLDh1vLdegge ）（或）（ dgv8.0.）（东北石油大学本科生课程设计报告7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gvgQ的流
11、通面积 和分离器直径 D、长度（或高度） 的关系。gAeL立式分离器：卧式分离器：若液位控制于 0.5D 处（五）分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。gvgDQ42 gvQ4ghg82 8ghD秒米glggvgQ42 gv4ghgD82ghQD832米米3ln(1)东北石油大学本科生课程设计报告8三、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成2.相关参数表 3-2 分离器结构尺寸设计相关参
12、数处理能力 吨/日 185 停留时间 1.8 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 MPa 3.2 单丝直径 10-4 米 1.5分离温度 50 网垫比面积 米 2/米 3 300长细比 35 捕雾效率 98%ry2/10.10.5组分 质量 Wi，克 分子量 M i 克分子数 N i 分子分数C1 55.9 16 3.4938 0.4531C2 7.9 30 0.2633 0.0341C3 13.7 44 0.3114 0.0404C4 12.6 58 0.2172 0.0282C5 9.6 72 0.1333 0.0173C6
13、19.1 86 0.2221 0.0288C7+ 881.2 287 3.0704 0.3982合计 1000 7.7115 1.0000iiNZ东北石油大学本科生课程设计报告9(二 )计算分离器的结构尺寸1.一级分离计算假设石油体系的克分子数为 1,液相分子分数为 L=0.575,气相的分子分数为V=0.425,进行猜算表 3-3 气液相平衡计算组成 体系中的分子分数 iZ平衡常数 iK液相中的分子分数 iXiiZLVK气相中的分子分数 iyiX1C0.4531 5.850 0.1480 0.865823456C70.03410.04040.02820.01730.02880.39821.7000.6600.2400.0960.0410.0180.02630.04720.04170.02810.04860.68340.04470.03120.01000.00270.00200.0123合计 1.0000 1.0003 0.9687东北石油大学本科生课程设计报告10表 3-4 气液相的质量计算组分 体系中组分 i的质量克iW体
