Произвести механический расчет цилиндрического сепаратора на прочность. Определить его пропускную способность по газу и

Произвести механический расчет цилиндрического сепаратора на прочность. Определить его пропускную способность по газу и жидкости. Исходные данные: Давление в сепараторе Рс, температура в сепараторе Тс, диаметр Дс, плотность нефти ρн, диаметр капелек нефти dн, вязкость нефти μн, количество подготавливаемой нефти Qн. Общими данными для всех вариантов являются: плотность газа при нормальных условиях ρс=1,08 кг/м3, вязкость газа в условиях сепаратора μг=1,014 мПа·с, коэффициент сжимаемости газа z=0,96. Данные Номер задачи 64 Рс, МПа 2,2 Тс, К 292 Дс, м 1,4 ρн, кг/м3 14 dн, мкм 28 μн, мПа·с 5,6 Qн, т/сут 190

Определяем толщину стенок корпуса сепаратора и днища:
δк=Pоп·Д·1032·R·φ+Pоп+C=4,4·1,4·1032·250·0,95+4,4+3=16 мм
где δк – толщина стенки сепаратора, мм; Pоп – давление опрессовки, МПа, в расчетах принимаем Pоп=2Pс; R – допускаемое напряжение на разрыв, для сталей марки Ст3 принимаем R=250 МПа; φ – коэффициент запаса прочности сварных швов, принимаем φ=0,95; С – прибавка толщины стенки на коррозию, принимаем С=2…3 мм
Определяем толщину стенок корпуса сепаратора и днища:
δд=Pоп·Д·У·1032·R·φ+Pоп+C=4,4·1,4·1,06·1032·250·0,95+4,4+3=17 мм
где У – коэффициент перенапряжения или фактор формы, зависящий от отношения высоты выпуклости эллиптического днища к диаметру сепаратора, в расчетах принимаем У=1,06.
Определяем плотность газа в условиях сепаратора:
ρг=ρ0P·T0T·P0·z=1,082,2·273292·0,1·0,96=23,14 кг/м3
где T0 – абсолютная нормальная температура, T0=273 К, P0 – атмосферное давление, P0=0,1 МПа.
Определяем скорость осаждения капельной жидкости:
V=d2∙ρн-ρг·g18·μг=(28·10-6)2∙14-1,08·9,8118·1,014·10-3=5,44·10-6 м/с
Скорость подъема газа в вертикальном сепараторе определяем по формуле:
vг=V1,2=5,44·10-61,2=4,53·10-6 м/с
Определяем суточную производительность сепаратора по газу:
Qг=86400⋅vг⋅0,785⋅Дс2⋅Рс⋅ТоРо⋅Тс·z=
=86400⋅4,53·10-6⋅0,785⋅1,42⋅2,2⋅2730,1⋅292⋅0,96=12,92 м3/сут
Для определения суточной производительности сепаратора по жидкости сначала определяем скорость подъема уровня нефти в сепараторе по формуле:
Vн=Qн⋅100086400⋅0,785⋅Дс2⋅ρн=190⋅100086400⋅0,785⋅1,42⋅14=0,102∙10-3 м/с
Так как пузырьки газа успевают всплыть при условии Vг>Vн, принимаем Vг на 0,001-0,002 м/с больше, чем Vн
Диаметр пузырьков газа определяем из формулы Стокса:
dг=18⋅μн·Vгρн-ρг⋅g=18⋅5,6∙10-3·1,102∙10-314-1,08⋅9,81=2,85·10-5 м
Определяем суточную производительность сепаратора по жидкости:
Qж=86400·dн2⋅0,785·Дс2ρн-ρг⋅gμн=
=86400·(28·10-6)2⋅0,785·1,4214-1,08⋅9,815,6∙10-3=2551,8 м3/сут