,
,
Данное уравнение обычно используется для расчёта максимальной осевой скорости потока, при этом обычно принимается, что данная скорость равна скорости осаждения/всплытия капли, умноженной на пятнадцать:
,
,
Для того, чтобы предотвратить образование турбулентных завихрений между нефтяной и водной фазами, аксиальные скорости движения этих двух фаз должна быть постоянны. Рассчитаем минимальную площадь сечения сепаратора, необходимую для разделения водной и нефтяной фаз.
,
,
,
,
Площадь сечения сепаратора для отделения газа обычно принимается равной 1/3 от общей площади сечения сепаратора:
,
Таким образом, суммарная площадь сепаратора равна:
,
,
Минимальный диаметр сепаратора равен:
,
,
Отношение длины сепаратора к диаметру называется коэффициентом стройности сепаратора. Для стандартных сепараторов данное соотношение обычно остаётся примерно постоянным и равно s=4,5.
Таким образом, минимальная длина сепаратора равна:
(2.25)
,
Объем сепаратора равен:
,
,
Рассчитаем уровни раздела фаз, расположение уровней раздела фаз показана на рисунке 1.
Рисунок 2.1 - Уровни раздела фаз
Нахождение высоты сечения при известной площади сегмента может быть решена в аналитической форме, однако более удобно пользоваться специальной диаграммой, которая позволяет легко переходить от площади, занятой фазой, к высоте сечения.
Отношение A/D2 =0,78 по графику находим H/D, равное 0,17. Из отношения H/D находим Н. Таким образом, уровень раздела фаз вода/нефть равен 0,5 м. Слой газа занимает ј от общей площади сечения в её верхней части, а следовательно, уровень раздела фаз, равен
,
,
Высоту слоя нефти можно рассчитать как разницу между диаметром сепаратора и толщинами слоёв нефти и воды:
,
,
2.4 Гидравлический расчет
Расчет гидравлического сопротивления необходим для определения затрат энергии на перемещение технологической среды и подбора насоса для перемещения. сепарация молекулярный газ нефть
Гидравлическое сопротивление обусловлено сопротивлением трения и местными сопротивлениями, возникающими при изменении скорости потока по величине и направлению.
Расчет проведем по методике, описанной в [4].
Для определения потерь на трение и местные сопротивления рассчитывают критерий Рейнольдса:
,
где w -- скорость входного потока в аппарат, м/с;
D -- диаметр аппарата, м;
с -- плотность газа, кг/м3;
м -- вязкость газа динамическая, Па·с.
Скорость входного потока в аппарат примем равной 1,5 м/с.
,
т.е. режим движения среды турбулентный.
Абсолютную шероховатость стенок аппарата принимаем равной . Тогда относительная шероховатость стенок аппарата равна:
,
,
Коэффициент трения определяется по формуле:
,
,
Гидравлическое сопротивление аппарата рассчитаем по формуле:
,
где L, D -- длина и диаметр аппарата, м;
w -- скорость газовой фазы, м/с;
с -- плотность жидкой фазы, кг/м3.
,
3. Механический расчет
Исходные данные для расчета:
Диаметр обечайки - 2400 мм;
Рабочее давление - 0,4 МПа;
Рабочая температура t = 70 ?C.
Расчет проведем по методике, описанной в [5].
3.1 Выбор конструкционных материалов
Так как среда в аппарате является некоррозионной, взрывоопасной и токсичной принимаем в качестве материала аппарата 09Г2С [6, стр.328].
3.2 Определение толщина стенки корпуса
Расчетное давление находят по формуле [5, стр. 396]:
,
где - давление в аппарате.
,
Расчетная температура [5, стр. 396]
,
,
Расчетная толщина стенки определяется по формуле :
,
где ц =1 - коэффициент прочности сварного шва ;
[у] = 178,4 МПа- допускаемое напряжение для материала корпуса
.
,
Исполнительная толщина стенки определяется по формуле :
,
Общее значение прибавки :
,
где С1 = 2 - прибавка на коррозию и эрозию;
С2 = 0 - прибавка на минусовое значение предельного отклонения по толщине листа;
С3 =0 - технологическая прибавка.
,
принимаем = 14 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. ,
принимаем s = 14 мм
Принимаем эллиптические отбортованные днища по ГОСТ 6533-78 [7].
3.4 Выбор штуцеров
Так как среда в аппарате является токсичной принимаем стандартные стальные фланцевые штуцера с приварным встык фланцем с соединительной поверхностью шип-паз и тонкостенным патрубком по ОСТ 26-1404-76 при Ру = 0,6 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 :
,
,
,
Отверстия в аппарате не требуют укрепления.
4. Безопасность жизнедеятельности
4.1 Основные опасные факторы производства
Основные опасности производства, обусловленные характерными свойствами сырья, готовой продукции, отходов производства:
сырьё - сырая нефть, попутный нефтяной газ являются взрывопожароопасными веществами;
сероводородсодержащие пары сернистой нефти и нефтяной газ - токсичны, вдыхание которых может привести к отравлению и летальному исходу;
пары нефти и нефтяной газ тяжелее воздуха, могут скапливаться в низких местах и углублениях (канавы, колодцы, траншеи), с образованием взрывоопасной смеси с воздухом;
обращение сернистой нефти в аппаратах, трубопроводах и арматуре вызывает усиленную коррозию металла аппаратов, с возможностью образования свищей;
Технологический процесс подготовки нефти относится к опасным производственным объектам, так как используются, обращаются, перерабатываются следующие опасные вещества, которые способны при воздействии на живые организмы приводить к их гибели:
- горючие газы (попутный сероводородсодержащий нефтяной газ);
- токсичные вещества 2 класса опасности (сероводород);
- токсичные вещества 3 класса опасности (Реагенты, ингибиторы коррозии, метанол).
Углеводороды, входящие в состав горючих газов образуют с воздухом взрывоопасные смеси и отличаются низким нижним пределом взрываемости, что свидетельствует о возможности быстрого образования взрывоопасных концентраций, в случае наличия неисправностей оборудования фонда скважин и трубопроводах.
На объектах добычи нефти достаточно сероводородсодержащего газа, растворенного в добываемой жидкости (коррозионно-активной рабочей среды), что может привести к аварийной ситуации.
Обращающиеся на объекте исходные, промежуточные, вспомогательные и целевые продукты являются достаточно стабильными химическими веществами.
Основные опасности производства, обусловленные особенностями технологического процесса, используемого оборудования, условиями его эксплуатации и выполнения отдельных производственных операций:
Отказы или неполадки в работе оборудования являются возможными причинами возникновения и развития аварийных ситуаций на объекте.
Физический износ, повреждение технологического оборудования, трубопроводов, а также их деформация могут привести как к частичному, так и к полному разрушению оборудования, трубопроводов, и как следствие к возникновению аварийных ситуаций.
Коррозия, эрозия оборудования и трубопроводов на установке подготовке нефти может послужить причиной локальной (частичной) разгерметизации. При своевременном обнаружении и устранении их не приводит к серьезным авариям.
К специфическим моментам следует отнести наличие в транспортируемых по трубопроводам продуктах значительного количества влаги и возможность образования гидратных и ледяных пробок, что не исключает возможности аварий, связанных с разрывом трубопроводов. Сами трубопроводы имеют, как правило, значительное количество арматуры, фланцевых соединений, прокладок, которые при вибрации от гидроударов, температурных деформаций, превышении допустимых давлений и т.п. могут разгерметизироваться и могут служить причинами развития аварийных ситуаций.
Емкостное и насосное оборудование представляют значительную опасность, так как в них находятся значительные количества горючих и взрывоопасных продуктов и под воздействием, как правило, внешних причин (механических повреждений, аварий на соседних блоках) может произойти их выброс и формирование взрывоопасного газового облака в окружающей атмосфере.
Прекращение подачи электроэнергии, воздуха КИПиА, воды приводит к нарушению нормального технологического режима с остановкой объекта, а в ряде случаев может привести к выходу технологических параметров за критические значения и созданию аварийных ситуации.
Особо следует отметить возможность образования в процессе работы пирофорных соединений в виде отложений на стенках оборудования, которые могут представлять опасность в период подготовки последнего к осмотрам и ремонту; для предотвращения загорания пирофорных соединений предпринимаются меры по обязательному тщательному увлажнению их водяным паром.
Разгерметизация емкостей, нефтепроводов и газовых линий с последующим истечением (выбросом) нефти, паров нефти из системы, вследствие превышения давления, механического повреждения
утечки нефти из технологического оборудования, вследствие пропуска уплотнений запорной арматуры и насосов, разрушения уплотнений фланцевых соединений, коррозионного или механического износа;
разгерметизация или разрушение емкостей в результате превышения давления, замерзания в зимний период предохранительных клапанов ППК, образования гидратных отложений в газопроводах и ледяных пробок на дренажных линиях;
разрушение или разгерметизация центробежных насосов, вследствие перегрева подшипниковых узлов;
электроопасность, обусловленная использованием в приводах насосов электродвигателей напряжением питания 380В и выше, а также наличием сетей электрического освещения напряжением 220 В;
вероятность удушья или отравления при превышении норм загазованности в ходе ремонтных работ внутри емкостей, в низких местах, углублениях (приямки, колодцы и др.);
опасность травмирования обслуживающего персонала вращающимися частями насосов, а также фрагментами оборудования при их возможном аварийном разрушении;
Основные опасности производства, обусловленные нарушениями правил безопасности работающими:
В случае ошибочных действий обслуживающего персонала, существует реальная возможность разгерметизации системы и выброса опасных веществ, взрывов и пожаров.
Особую опасность, как правило, представляют неправильные действия персонала при пуске и остановке объекта, при ремонтных работах, т.е. неподготовленность установки, отдельного вида оборудования к проведению на нем работ по отключению или пуску, ремонтных работ.
Основными причинами нарушений правил и методов безопасного проведения работ являются:
некачественное проведение инструктажей и плохая квалификационная подготовка обслуживающего персонала;
отсутствие должного контроля со стороны инженерно-технического состава объекта;
отсутствие трудовой и производственной дисциплины на объекте.
Основные случаи ошибочных действий персонала и возможные последствия при этом:
Неправильный пуск и остановка, эксплуатация оборудования с отклонениями от технологической карты может привести к авариям, отказам оборудования;
Неправильный пуск и остановка, эксплуатация с нарушением технологической карты сосудов, работающих под давлением, может привести к аварии;
Несвоевременный контроль тупиковых участков согласно «перечня» может привести к замораживанию участков трубопроводов и аварийной остановке установки (в условиях зимней эксплуатации);
Несвоевременное дренирование коллекторов, аппаратов, емкостей может к замораживанию аппаратов, трубопроводов (в условиях зимней эксплуатации);
Нарушение требований при работе с ГПМ может привести к несчастным случаям со стропальщиками и ремонтным персоналом;
Несвоевременная уборка территории от мусора, замазученности и несоблюдение правил пожарной безопасности, может привести к возгораниям и пожарам, особенно при ведении огневых работ на действующей установке;
Несвоевременный контроль за состоянием технологических трубопроводов, арматуры, предохранительных клапанов может привести к аварии;