油气集输课程设计 ----分离器设计计算

重庆科技学院

《天然气集输技术》

课程设计报告

学院:_石油与天然气工程学院__ 专业班级:

学生姓名: 学号:

设计地点（单位）__重庆科技学院K802__________ __

设计题目:某低温集气站的工艺设计----分离器设计计算___ 完成日期：年月日

指导教师评语: ______________________ _________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ _____________________________________ __________ _

成绩（五级记分制）:______ __________

指导教师（签字）:________ ________

摘要

气田集输工艺流程按其天然气分离时的温度条件，分为常温分离工艺流程和低温分离工艺流程。对于压力高，产量大，气液小，含有较高硫化氢、二氧化碳、凝析油的气井，常采用低温分离多井轮换计量集气站流程。本集气站用低温分离的方法，分离出天然气的凝析油，使管输天然气的烃露点达到要求。为保证管道与设备的安全可行，在天然气的集输系统中安装有分离设备，以对气---液杂质进行分离脱出。

低温两相分离器和旋风分离器设计的相应规范，注意事项，各种数据的代入，公式的查询，图表的查询，根据天然气，液烃的密度，天然气的，温度，压缩因子，粘度，阻力系数，颗粒沉降速度，分离器直径，进出管口直径。各种查询结果进行相应的计算。计算出来的结果发现旋风分离器的直径小较小，实际证明旋风分离器的分离效率比立式两相分离器的分离效率要高

分离器按照外形可以分为立式和卧式分离器。从分离器重力沉降部分液滴下

沉的方向与气流运动方向来看，在立式分离器中，两者运动方向相反，而在卧式

分离器中两者的运动方向相互垂直，在后一种情况下，液滴更容易从气流中分出，

但是，根据基本资料，所采天然气中仅含有少量液体，且立式分离器操作灵活性与处理外来物的能力都比卧式好，故选择立式重力分离器。

目录

摘要............................................................................................................................................. I

1.设计说明书 (1)

2.计算说明书 (2)

2.1设计的基本参数 (2)

2.2需要计算的参数 (2)

3.立式两相分离器的工艺设计 (3)

3.1天然气的相对分子质量 (3)

3.2压缩因子的计算 (3)

3.3天然气流量的计算 (4)

3.4液滴沉降速度的计算 (5)

3.5立式两相分离器管径计算 (9)

3.5.3分离器进出口管径： (9)

3.5.4立式三相分离器除雾段捕雾气 (11)

4.旋风分离器工艺计算 (12)

4.1旋风分离器C直径的计算 (12)

4.2旋风分离器C的长度计算 (12)

4.3旋风分离器的进出口直径与立式分离器相同 (13)

5.结束语 (13)

1.设计说明书

本次课程设计是针对低温集气站进行的工艺设计。任务主要包括节流阀设计选型；甲醇(乙二醇)注入量的计算；分离器设计计算；站内管径及壁厚设计；画流程图和平面布置图；凝析油回收量的计算；流量计选型。本文根据课程设计任务书的要求，进行低温集气站的工艺设计中的分离器的结构设计计算，包括分离器高度、直径、进出口直径的计算。

概述：

全站设立两个分离器进行分离计量，供多井共用。分离器的结构尺寸设计，需要考虑到分离器的具体作用，通入流体的流量大小，控制其温度，压力，避免产生水合物，且能有效气液分离。对于气井的产气量，温度压力，选择适合的分离器类型。分离器的设计遵循相应的设计规范，注意事项，需要用到天然气在操作条件下的基本物理性质，如密度，粘度，相对分子质量，压缩因子等，计算出分离器工作所需的条件，进行分离器的设计。

设计任务：

影响分离器设计的因素很多，包括：天然气、液烃的密度，天然气的温度、压力、压缩因子、粘度、阻力系数、颗粒沉降速度等，通过分析以上因素，可以求得分离器的直径、高度、进口直径、出口直径，主体容器是分离器的最基本部件，它所承受的压力决定了分离器的工作压力，它的尺寸决定了分离器的处理能力。

工艺方法的选择：

对于低温集气站的工艺，集气站内实现对气井的工作调节和控制，分离气体中的杂质，收集凝析油，防止水化物的形成，测量气量和液量以及其他工作。

工艺流程：

从井口出来的天然气一般是将7口的气井用管线分别从井口连接到集气站，在集气站对各井输送来的天然-气分别进行节流降压、分离计量后集中输入集气管线。

2.计算说明书

2.1设计的基本参数

设计的基本参数见表

进站气体组成（%）：C1-85.33 C2-2.2 C3-2.0 C4-1.7 C5-1.23 C6-0.9 H2S-6.3 CO2=0.78

凝析油含量：20g/m3；S=0.78

初选类型：立式分离器，旋风分离器。卧式分离器，在此只根据流程图只进行立式分离器的计算。

2.2需要计算的参数

天然气的相对分子质量、压缩因子、天然气节流后的温度、天然气的总流量、液体的沉降速度、分离器内直径、分离器气体出入口管径。

3.立式两相分离器的工艺设计

3.1天然气的相对分子质量

有进站气体组成（%）：C 1-85.33 C 2-2.2 C 3-2.0 C 4-1.7 C 5-1.23 C 6-0.9 H 2S-6.3 CO 2=0.78

M=16×0.8533＋30×0.022＋44×0.02＋58×0.017＋72×0.0123＋86×0.009＋34×0.063＋44×0.0078=20.32 3.2压缩因子的计算

在某压力P 和某温度T 时n 摩尔气体的实际体积除以在相同压力P 和温度T 时n 摩尔气体的理想（计算）体积之商，即为该气体的压缩因子。压缩因子主要有两种计算方法：计算法、查图法。本文用的是查图法计算出天然气的压缩因子。

天然气的相对密度S=0.78>0.7，所以对于凝析气田气，通过查《天然气集输技术》中的公式：

S ≥0.7 P pc =5.102－0.689S T pc =132.2＋116.7S

所以有上述公式可得：

P K =5.102－0.689×0.78=4.56 T K =132.2＋116.7×0.78=223.23

1-7号井口节流降压后的P= 6MPa ，T=(12.67+273.15)K=285.82K 天然气的拟对比压力

pc pr P p

P =

所以由上述公式可计算出天然气的拟对比压力为：

29.165.46

P pc ==

天然气的拟对比温度

pc pr T T

T =

所以由上述公式可计算出天然气的拟对比温度为：

28

.123.22382

.285T pr ==

通过以上数据，根据《天然气集输技术》中的图.........可得天然气压缩因子为Z=0.755

3.3天然气流量的计算

在标准状态下1,2,3,4,5号井的流量分别是 Q1=18*104 m 3/d Q2=22*104 m 3/d Q3=20*104 m 3/d Q4=16*104 m 3/d Q5=7*104 m 3/d

天然气在标准状态下的流量与实际流量的转换公式为：

293TZ P 101325.086400Q Q g ⨯

⨯=

所以1，2，3，4，5号＃的实际流量为：

由公式000g

P Q PQ ZT Z T =

0.10132586400293g

Q TZ

Q P ⇒=

⨯

⨯

3.4液滴沉降速度的计算

s m Q /0101.029315

.30474.016101325.08640018000031=⨯⨯⨯=

s

m Q /0123.029315

.30374.016101325.08640022000032=⨯⨯⨯= s

m Q /0113.029315

.30574.016101325.08640020000033=⨯⨯⨯= s m Q /0090.029315

.30574.016101325.08640016000034=⨯⨯⨯= s m Q /0039.029315

.30374.016101325.0864007000035=⨯⨯⨯=

P=6MPa ，T=268.15K 条件下天然气密度：

3

m /k g 96.6782

.285755.0314.832

.206000=⨯⨯⨯=

ρ 临界温度，压力的计算

根据《油田油气集输设计手册下册》可查到天然气在不同压力温度下的粘度。气体的相对密度是0.78，从图中查得临界温度是235K ，临界压力是4600KPa,计算求得临界参数。

P=6MPa ，T=268.15K 条件下

3

.16.46P 22.123582

.285T r r ====

通过对比压力和对比温度可以在图中查得粘度比，再与图15-2-7中查出的数字相乘，就可得到流体的运动粘度。

从上图中查得：3.1l g =μμ

S P a 10274.1S m P a 01274.00098.03.15g ∙⨯=∙=⨯=μ-

粘度的计算公式为：

2

g g g l 3l 23)(gd 4)(Re f μρρ-ρ=

颗粒直径取um 100d l =、3l cm /g 78.0=ρ、3g cm /g 08512.0=ρ有上述公式可以算

出天然气的运动粘度为：

4763)10274.1(312.85)12.85780(108.94)(Re f 25122

=⨯⨯⨯-⨯⨯⨯=--

查上图可得阻力系数8.1C D =，所以颗粒沉降速度为：

D

g g l l 2C g )(d 34ρρ-ρ⋅=

ω 式中 l d ——颗粒直径；

l ρ——液体的密度；

g ρ——气体的密度；

D C ——阻力系数。

有上述公式可以得到液滴的沉降速度为： s /m 1.08

.112.8538.9)12.85780(104C 3g )(d 46D g g l l =⨯⨯⨯-⨯⨯=ρρ-ρ=ω-

3.5立式两相分离器管径计算

生产分离器C 的流量Q 等于＃1，2，3，4，5的实际流量之和

Qc=Q1+Q2+Q3+4+Q5=0，0466m3/s

计量分离器D 的流量等于5口井中最大流量Q2

Qd=0,0123 m3/s

1)，分离器的直径公：

ηωπ=π=Q 4v Q 4D

代入Qc ，Qd 可得

Qc=0，861m

Qd=0，443m

3.4.2分离器高度 ：

Lc=D*3=0，861*3=2，583m

Ld=D*3=0,443*3=1，329m

3.5.3分离器进出口管径：

生产分离器C 的进出口直径Dc1，Dc2，计量分离器d 的进出口直径Dd1.Dd2

根据

V1，V2分别为气体的进出口速度，取V1=15m/s ，V2=10m/s

Dc1=0，061m

Dc2=0，066m

Dd1=0，032m

Dd2=0，040m

分离器按照外形可以分为立式和卧式分离器。从分离器重力沉降部分液滴下沉的方向与气流运动方向来看，在立式分离器中，两者运动方向相反，而在卧式分离器中两者的运动方向相互垂直，在后一种情况下，液滴更容易从气流中分出，但是，根据基本资料，所采天然气中仅含有少量液体，且立式分离器操作灵活性与处理外来物的能力都比卧式好，故选择立式重力分离器。

3.5.4立式三相分离器除雾段捕雾气

立式分离器各部分结构尺寸推荐值：

除雾段：一般不小于400mm。

捕雾器捕集液滴直径：d=10^(-5)m

捕雾器丝网单丝直径d=1，5*10^4m

捕雾器丝比表面积a=300m2/m3

捕雾器捕雾效率n=0，98

设在分离器后端、气相出口处，以保证液滴在到达捕雾器除雾器之前就能分离沉降下来。捕雾器除雾器主要利用碰撞、聚结的分离方法，把沉降分离中未能除去的气中所含的较小油滴除去。该除雾器主要由金属丝网组成。带液气体与金属丝网相撞时，气体穿网而过，气中所含液滴与金属丝相撞，下流并聚集，形成较大液滴，克服液滴表面张力和上升气体速度的限制而降落下来。

4.旋风分离器工艺计算

旋风分离器设备的主要功能是尽可能除去输送介质气体中携带的固体颗粒杂质和液滴，达到气固液分离，以保证管道及设备的正常运行。它是利用旋转气流产生的离心力将尘粒从气流中分离出来。旋风分离器结构简单，没有转动部分制造方便、分离效率高，并可用于高温含尘气体的分离，而得到广泛运用。

旋风分离器采用立式圆筒结构，内部沿轴向分为集液区、旋风分离区、净化室区等。内装旋风子构件，按圆周方向均匀排布亦通过上下管板固定；设备采用裙座支撑，封头采用耐高压椭圆型封头。设备管口提供配对的法兰、螺栓、垫片等。

假设在生产分离器C,和计量分离器D前各设置一个旋风分离器C，旋风分离器D

4.1旋风分离器C直径的计算

旋风分离器筒体直径的计算公式由水力损失方程和流量公式联立求解得到：

式中D—旋风分离器筒体直径，m；

Q1—工作条件下的气体流量，m3/s；

ξ—阻力系数，由实验测定，一般取180；

rG—工作条件下的气体重度，kg/m3；

△P—水力损失（分离器内的压力降），mmH2O（1mmH2O=9.8Pa）

由此可得旋风分离器的Dc=0，152m

4.2旋风分离器C的长度计算

L=4D=4*0，152=0，609m

4.3旋风分离器的进出口直径与立式分离器相同

所以，进口D1=0，061m

出口D2=0，066m

另一台旋风分离器d的工艺计算

直径：D=0，078m

长度：L=4D=0，313m

由此计量分离器d处不适合安装旋风分离器

5.结束语

这次油气集输课程设计中，本小组的任务是低温集气站的工艺设计，本人的任务是分离器的设计。对于我们小组的气井资料，从中得出，气井压力高，产量大，气液小，含有较高硫化氢、二氧化碳、凝析油的气井，故采用低温分离多井轮换计量集气站流程。全站设立两个分离器供多井共用。

刚开始认为设计分离器很简单，因为上课的时候讲过公式计算，以为直接用公式就可以计算出所设计的分离器的直径。对资料进行分析后发才现，在平时的做题中，分离器中的液滴沉降速度，以及液滴直径等所需条件都是在题中告诉的，而现在对于这些条件，在我们的设计中都是未知的，而计算沉降速度又需要气体、液滴的粘度，密度等，因此，我们只能自己从气井基础资料的数据配合其他资料书中查资料，计算出设计分离器所需的条件。这样，就增加了很大的工作量。我们的有些数据还必须利用设计分离器前面的节流阀计算温度与压力，因为之前的数据计算问题，我们也进行过多次修改，不过，这也说明我们对计算很认真，抱有科学严谨态度。

通过这次的课程设计，我更加深刻的掌握到一些集气站的工艺流程，特别是我们小组这次选择的低温分离集气站流程，当然，对分离器的设计是深深地掌握了。并巩固了自己在油气集输技术课上学习到的知识，并能够运用于实际，通过这些流程中数据的计算，也了解到一个集气站的构成所需的单元结构，这些设备结构的选型应该根据什么来选择。根据气井的产量，能够设计出一个集气站。从这里，我也了解到我们油气储运工程专业的同学，以后就业的方向是什么，工作类型是什么样的，自己的工作任务是什么。

这也让我对自己所学的专业有了一个更加直观的认识，也很接近于实际工作，有利于自己将来的发展。这次的课程设计，让我学到了很多在平时上课的时候不能学到的东西，也增进了同学们间的友谊