EA044454B1 - IN-TUBE SEPARATOR - Google Patents

IN-TUBE SEPARATOR Download PDF

Info

Publication number
EA044454B1
EA044454B1 EA202192946 EA044454B1 EA 044454 B1 EA044454 B1 EA 044454B1 EA 202192946 EA202192946 EA 202192946 EA 044454 B1 EA044454 B1 EA 044454B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
liquid
section
gas
channel
flow
Prior art date
Application number
EA202192946
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Салават Зайнетдинович Имаев
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Аэрогаз"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Аэрогаз" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Аэрогаз"
Publication of EA044454B1 publication Critical patent/EA044454B1/en

Links

Description

Область техникиField of technology

Изобретение относится к области устройств для сепарации жидкости от газа, в частности к сепараторам, широко используемым в нефтяной и газовой промышленности для отделения углеводородного конденсата и воды от природного или попутного газа.The invention relates to the field of devices for separating liquid from gas, in particular to separators widely used in the oil and gas industry for separating hydrocarbon condensate and water from natural or associated gas.

Уровень техникиState of the art

Из уровня техники известен способ разделения газовых смесей за счет аксиальных циклонов (см. [1] патент РФ на изобретение №2458298, МПК F25J3/08, опубл. 10.08.2012), в которых сепарация воды из газа осуществляется в системе из двух последовательных аксиальных циклонов. Каждый циклонный сепаратор включает в себя завихритель, секцию сепарации жидкости, секцию отбора газожидкостного/жидкостного потока.A method of separating gas mixtures using axial cyclones is known from the prior art (see [1] RF patent for invention No. 2458298, IPC F25J3/08, published on August 10, 2012), in which the separation of water from gas is carried out in a system of two consecutive axial cyclones. Each cyclone separator includes a swirler, a liquid separation section, and a gas-liquid/liquid flow selection section.

Недостатком данного аналога является то, что во втором циклонном сепараторе невозможно обеспечить высокую эффективность отбора жидкостного потока от газа, т.к. в секцию отбора жидкости второго циклонного сепаратора, представляющего собой щелевой цилиндрический канал, поступает газожидкостная смесь, сформированная в двухфазном пограничном слое на стенках секции сепарации жидкости и представляющая собой взвесь газа и капель жидкости. В связи с этим эффективность сепарации жидкости во всей системе довольно низкая.The disadvantage of this analogue is that in the second cyclone separator it is impossible to ensure high efficiency in the selection of liquid flow from gas, because the liquid selection section of the second cyclone separator, which is a slotted cylindrical channel, receives a gas-liquid mixture formed in a two-phase boundary layer on the walls of the liquid separation section and representing a suspension of gas and liquid droplets. In this regard, the efficiency of liquid separation throughout the system is quite low.

Из уровня техники известен термогазодинамический сепаратор (см. [2] патент РФ на полезную модель №74308, МПК B01D45/12; B01D53/26, опубл. 27.06.2008), включающий корпус, патрубок ввода исходного многокомпонентного углеводородного газа, завихритель газа, сопло Лаваля, сепарационную камеру с отверстием вывода конденсата, сборник конденсата, эжекционную камеру с патрубком приема газа, патрубки для отвода газовой фазы и конденсата из сборника конденсата, диффузор очищенного газового потока, поперечные перегородки, при этом каждая из поперечных перегородок выполнена из двух частей, первая из которых жестко соединена с корпусом, вторая расположена внутри первой и выполнена съемной, сопло, сепарационная камера и диффузор установлены последовательно внутри вторых частей поперечных перегородок. Недостатком данного аналога является низкая эффективность сепарации жидкости, обусловленная отсутствием специальных устройств сепарации жидкости в канале рециркуляции газа, соединяющем сборник конденсата и эжекционную камеру.A thermogas-dynamic separator is known from the prior art (see [2] RF patent for utility model No. 74308, IPC B01D45/12; B01D53/26, publ. 06/27/2008), including a housing, an input pipe for the initial multicomponent hydrocarbon gas, a gas swirler, a nozzle Laval, a separation chamber with a condensate outlet hole, a condensate collector, an ejection chamber with a gas intake pipe, pipes for removing the gas phase and condensate from the condensate collector, a purified gas flow diffuser, transverse partitions, each of the transverse partitions is made of two parts, the first of which is rigidly connected to the body, the second is located inside the first and is made removable, the nozzle, separation chamber and diffuser are installed sequentially inside the second parts of the transverse partitions. The disadvantage of this analogue is the low efficiency of liquid separation, due to the lack of special liquid separation devices in the gas recirculation channel connecting the condensate collector and the ejection chamber.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению по совокупности признаков, принятым за прототип, является установка низкотемпературной сепарации газовых или газожидкостных смесей (см. [3] патент РФ на полезную модель №93513, МПК F25J3/06, опубл. 27.04.2010), содержащая соединенный с источником газовой или газожидкостной смеси высокого давления первый циклонный сепаратор, включающий расположенный по его центральной оси канал для подачи газовой или газожидкостной смеси низкого давления и коаксиально его охватывающий завихритель, за которыми по ходу потока последовательно размещены сопловой и сепарационный каналы, причем последний выполнен с выходами для двухфазной смеси и для очищенного газа, при этом выход для двухфазной смеси соединен со входом сепаратора для выделения жидкости, газовый выход которого соединен со входом второго циклонного сепаратора, выход для двухфазной смеси которого соединен с каналом для подачи газовой или газожидкостной смеси низкого давления первого циклонного сепаратора, а газовый выход второго циклонного сепаратора соединен с выходом для очищенного газа первого циклонного сепаратора.The closest analogue to the claimed invention in terms of the set of characteristics, adopted as a prototype, is an installation for low-temperature separation of gas or gas-liquid mixtures (see [3] RF patent for utility model No. 93513, IPC F25J3/06, publ. 04/27/2010), containing a connected with a source of a high-pressure gas or gas-liquid mixture, a first cyclone separator, including a channel located along its central axis for supplying a low-pressure gas or gas-liquid mixture and a coaxially enclosing swirler, behind which a nozzle and separation channels are sequentially placed along the flow direction, the latter being made with outlets for a two-phase mixture and for purified gas, wherein the outlet for the two-phase mixture is connected to the inlet of the separator for separating liquid, the gas outlet of which is connected to the inlet of the second cyclone separator, the outlet for the two-phase mixture of which is connected to the channel for supplying a low-pressure gas or gas-liquid mixture of the first cyclone separator, and the gas outlet of the second cyclone separator is connected to the purified gas outlet of the first cyclone separator.

Недостатком прототипа является то, что выход жидкости из второго циклонного сепаратора соединен с очищенным газом, что приводит к ухудшению сепарации жидкости всей системы. К тому же описанная система предполагает использование как компактных циклонных сепараторов, так и обычного емкостного сепаратора, что приводит к усложнению всей системы сепарации, увеличению массогабаритных характеристик системы и соответствующему ее удорожанию.The disadvantage of the prototype is that the liquid outlet from the second cyclone separator is connected to purified gas, which leads to deterioration of liquid separation of the entire system. In addition, the described system involves the use of both compact cyclone separators and a conventional capacitive separator, which leads to the complication of the entire separation system, an increase in the weight and size characteristics of the system and a corresponding increase in its cost.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Технической задачей, стоящей перед изобретением, является обеспечение высокой эффективности сепарации жидкости от газа при минимальных размерах и весе системы сепарации.The technical challenge facing the invention is to ensure high efficiency of liquid-gas separation with minimal size and weight of the separation system.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности отбора жидкостной фракции от газовой фракции.The technical result of the claimed invention is to increase the efficiency of selection of the liquid fraction from the gas fraction.

Согласно изобретению техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что внутритрубный сепаратор содержит основной канал, представляющий собой участок трубопровода с последовательно вмонтированными внутри него и аксиально расположенными первым завихрителем, первой секцией сепарации жидкости, секцией отбора газожидкостного потока, при этом к секции отбора газожидкостного потока перпендикулярно основному каналу пристыкован первый дополнительный канал, представляющий собой участок трубопровода с последовательно вмонтированными внутри него и аксиально расположенными вторым завихрителем, второй секцией сепарации жидкости, секцией отбора жидкости и емкостью для сбора жидкости, причем вторая секция отбора жидкости соединена вторым дополнительным каналом с эжектором, расположенным в основном канале между первым завихрителем и первой секцией сепарации жидкости, при этом во втором дополнительном канале может быть установлен регулирующий клапан.According to the invention, the technical problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the in-line separator contains a main channel, which is a section of a pipeline with a first swirler, a first liquid separation section, a gas-liquid flow selection section, sequentially mounted inside it and axially located, and to the section gas-liquid flow selection, perpendicular to the main channel, the first additional channel is docked, which is a section of the pipeline with a second swirler, a second liquid separation section, a liquid selection section and a liquid collection tank sequentially mounted inside it and axially located, with the second liquid collection section connected by a second additional channel to an ejector located in the main channel between the first swirler and the first liquid separation section, while a control valve can be installed in the second additional channel.

- 1 044454- 1 044454

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

На фигуре - общая схема внутритрубного сепаратора, на которой обозначены следующие позиции:The figure shows a general diagram of an in-line separator, on which the following positions are indicated:

- основной канал;- main channel;

- первый завихритель;- first swirler;

- первая секция сепарации жидкости;- first liquid separation section;

- секция отбора газожидкостного потока;- gas-liquid flow sampling section;

- первый дополнительный канал;- first additional channel;

- второй завихритель;- second swirler;

- вторая секция сепарации жидкости;- second liquid separation section;

- секции отбора жидкости;- liquid selection sections;

- емкость;- capacity;

- второй дополнительный канал;- second additional channel;

- эжектор;- ejector;

- регулирующий клапан.- control valve.

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

Внутритрубный сепаратор состоит из элементов, жестко соединенных между собой любыми известными способами в данной области техники, и представляет собой основной канал 1 и два дополнительных канала 5 и 10 соответственно. Основной канал 1 выполнен в виде участка трубопровода, внутри которого последовательно и аксиально вмонтированы первый завихритель 2, первая секция сепарации жидкости 3 и секция отбора газожидкостного потока 4. Также основной канал 1 содержит эжектор 11, расположенный между первым завихрителем 2 и секцией сепарации газожидкостного потока 4.The in-line separator consists of elements rigidly connected to each other by any known methods in the art, and consists of a main channel 1 and two additional channels 5 and 10, respectively. The main channel 1 is made in the form of a pipeline section, inside which the first swirler 2, the first liquid separation section 3 and the gas-liquid flow selection section 4 are sequentially and axially mounted. Also, the main channel 1 contains an ejector 11 located between the first swirler 2 and the gas-liquid flow separation section 4 .

К секции отбора газожидкостного потока 4 перпендикулярно основному каналу 1 присоединен методом стыковки (т.е. пристыкован) первый дополнительный канал 5, представляющий собой участок трубопровода с последовательно вмонтированными внутри него и аксиально расположенными вторым завихрителем 6, второй секцией сепарации жидкости 7, секцией отбора жидкости 8 и емкостью 9 для сбора отсепарированной жидкости.To the gas-liquid flow sampling section 4, perpendicular to the main channel 1, the first additional channel 5 is connected by a joining method (i.e., docked), which is a section of a pipeline with a second swirler 6, a second liquid separation section 7, and a liquid extraction section mounted sequentially inside it and axially located 8 and capacity 9 for collecting separated liquid.

Секция отбора жидкости 7 соединена вторым дополнительным каналом 10 с эжектором 11. При этом во втором дополнительном канале может быть установлен регулирующий клапан 12.The liquid selection section 7 is connected by a second additional channel 10 to the ejector 11. In this case, a control valve 12 can be installed in the second additional channel.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Внутритрубный сепаратор работает по следующей схеме. Газовый поток с каплями конденсата направляется в основной канал 1, где, проходя через первый завихритель 2, поток приобретает тангенциальную скорость (начинает вращаться). Закрученный поток поступает в эжектор 11, где смешивается с потоком газа рециркуляции. Далее смесь потоков, имеющая после смешения также тангенциальную закрутку потока, направляется в первую секцию сепарации жидкости 3, представляющую собой цилиндрический канал, в котором за счет действия центробежных сил, капли жидкости движутся к стенкам канала. На выходе из первой секции сепарации жидкости 3 находится секция отбора газожидкостного потока 4, где происходит отбор со стенок секции сепарации жидкости двухфазного пограничного слоя, содержащего отсепарированные капли и небольшое количество газа. Из центральной приосевой части секции 4 отбирается очищенный газ (выходной поток). Двухфазный поток (двухфазный пограничный слой) выводится из основного канала 1 и направляется в первый дополнительный канал 5, в котором поток закручивается во втором завихрителе 6, далее в закрученном потоке во второй секции сепарации жидкости 7 происходит сепарация капель и формирование на выходе из нее центрального приосевого ядра, состоящего из чистого газа и пограничного двухфазного слоя на стенках секции 7, содержащего всю отсепарированную жидкость. В секции отбора жидкости 8 происходит отбор газа с небольшим содержанием жидкости, который по второму дополнительному каналу 10 поступает в эжектор 11 в качестве низконапорного потока. Из секции 8 также отбирается жидкость, которая стекает в емкость 9.The in-line separator operates according to the following scheme. The gas flow with condensate drops is directed into the main channel 1, where, passing through the first swirler 2, the flow acquires a tangential speed (begins to rotate). The swirling flow enters the ejector 11, where it is mixed with the recirculation gas flow. Next, the mixture of flows, which also has a tangential swirl of the flow after mixing, is sent to the first liquid separation section 3, which is a cylindrical channel in which, due to the action of centrifugal forces, liquid droplets move towards the channel walls. At the exit from the first liquid separation section 3 there is a gas-liquid flow sampling section 4, where a two-phase boundary layer containing separated droplets and a small amount of gas is taken from the walls of the liquid separation section. Purified gas (output flow) is taken from the central axial part of section 4. A two-phase flow (two-phase boundary layer) is removed from the main channel 1 and directed into the first additional channel 5, in which the flow swirls in the second swirler 6, then in the swirling flow in the second liquid separation section 7, droplets are separated and a central axial flow is formed at the exit of it. a core consisting of pure gas and a boundary two-phase layer on the walls of section 7, containing all the separated liquid. In the liquid selection section 8, gas with a small liquid content is selected, which through the second additional channel 10 enters the ejector 11 as a low-pressure flow. Liquid is also taken from section 8 and flows into container 9.

Первый и второй завихрители являются неподвижными элементами, которые могут быть выполнены в виде центрального тела с установленными на нем лопатками (аналогично представленному завихрителю, [1]).The first and second swirlers are stationary elements that can be made in the form of a central body with blades mounted on it (similar to the presented swirler [1]).

Эжектор 11, устанавливаемый между первым завихрителем 2 и первой секцией сепарации жидкости 3, выполнен по схеме классического эжектора. В нем закрученный в первом завихрителе 2 поток разгоняется в сопле, за счет чего на срезе сопла создается разрежение. В зону этого разрежения по второму дополнительному каналу 10 подается низконапорный поток газа с небольшим содержанием жидкости. Смешение этих потоков происходит уже в канале первой секции сепарации жидкости 3. При этом канал первой секции сепарации жидкости 3 может быть как коническим сужающимся, коническим расширяющимся, так и цилиндрическим. Конфигурация канала секции сепарации жидкости 3 зависит от конкретных параметров входного потока, в частности от содержания жидкости во входном потоке и допустимого перепада давления на внутритрубном сепараторе. При небольшом перепаде давления на внутритрубном сепараторе и маленьком содержании жидкости предпочтителен цилиндрический канал. Подбор геометрических параметров эжектора при этом можно проводить в соответствии с методикой расчета, представленной в книге Сборник работ по исследованию, БНИ ЦАГИ, 1961, стр. 332-336 [4]. При большом содержании жидкости - расширяющийся канал, т.к. в этом случае происходит увеличение толщиныThe ejector 11, installed between the first swirler 2 and the first liquid separation section 3, is made according to the classical ejector design. In it, the flow swirling in the first swirler 2 is accelerated in the nozzle, due to which a vacuum is created at the nozzle exit. A low-pressure gas flow with a small liquid content is supplied to the zone of this rarefaction through the second additional channel 10. The mixing of these flows occurs already in the channel of the first liquid separation section 3. In this case, the channel of the first liquid separation section 3 can be either conical tapering, conical expanding, or cylindrical. The channel configuration of the liquid separation section 3 depends on the specific parameters of the inlet flow, in particular on the liquid content in the inlet flow and the permissible pressure drop across the in-line separator. When the pressure drop across the in-line separator is small and the liquid content is low, a cylindrical channel is preferable. The selection of the geometric parameters of the ejector can be carried out in accordance with the calculation methodology presented in the book Collection of research works, BNI TsAGI, 1961, pp. 332-336 [4]. With a high liquid content - an expanding channel, because in this case there is an increase in thickness

- 2 044454 двухфазного пограничного слоя на стенках секции, соответственно расширение канала компенсирует увеличение толщины пограничного слоя. Степень расширения канала соответственно можно оценить посредством расчета двухфазного пограничного слоя по методике, представленной, например, в программном комплексе, предназначенном для расчета двухфазных потоков ANSYS CFX. При большом перепаде давления на внутритрубном сепараторе - сужающийся канал, т.к. в этом случае эффективность эжектора увеличивается (см. [4])- 2 044454 two-phase boundary layer on the walls of the section; accordingly, the expansion of the channel compensates for the increase in the thickness of the boundary layer. The degree of channel expansion can accordingly be assessed by calculating a two-phase boundary layer using the method presented, for example, in the ANSYS CFX software package designed for calculating two-phase flows. With a large pressure drop across the in-line separator, there is a narrowing channel, because in this case, the efficiency of the ejector increases (see [4])

Установка регулирующего клапана во втором дополнительном канале 10 позволяет регулировать расход газа, отбираемого из секции отбора жидкости 8, и, таким образом, обеспечивать оптимальный режим работы этой секции.Installation of a control valve in the second additional channel 10 allows you to regulate the flow of gas taken from the liquid selection section 8, and thus ensure the optimal operating mode of this section.

За счет создания высокой скорости закрутки потока в секциях сепарации газожидкостного потока 3 и секции сепарации жидкости 7 описанный внутритрубный сепаратор позволяет обеспечивать высокую степень сепарации даже субмикронных капель жидкости. Как показывает расчетное моделирование газодинамического канала внутритрубного сепаратора, при скоростях закрутки потока на уровне 150 м/с внутритрубный сепаратор обеспечивает сепарацию 90% капель размером 0,3 мкм. Данный показатель недостижим для сепараторов, используемых в настоящее время в нефтяной и газовой промышленности, и которые могут обеспечивать сепарацию капель размером не больше чем 5 мкм. Данный факт подтвержден в ходе инструментальных измерений уноса капель на выходе из представленного внутритрубного сепаратора.By creating a high flow swirl rate in the gas-liquid flow separation sections 3 and the liquid separation section 7, the described in-line separator allows for a high degree of separation of even submicron liquid droplets. As computational modeling of the gas-dynamic channel of the in-line separator shows, at flow swirl rates of 150 m/s, the in-line separator ensures the separation of 90% of droplets 0.3 μm in size. This indicator is unattainable for separators currently used in the oil and gas industry, which can provide separation of droplets no larger than 5 microns in size. This fact was confirmed during instrumental measurements of droplet entrainment at the outlet of the presented in-line separator.

При этом сепаратор монтируется как элемент трубопровода, что существенно сокращает капитальные затраты на его установку.In this case, the separator is mounted as an element of the pipeline, which significantly reduces the capital costs of its installation.

Claims (2)

1. Внутритрубный сепаратор, содержащий основной канал (1), представляющий собой участок трубопровода с последовательно вмонтированными внутри него и аксиально расположенными первым завихрителем (2), первой секцией сепарации жидкости (3), секцией отбора газожидкостного потока (4), при этом к секции отбора газожидкостного потока (4) перпендикулярно основному каналу пристыкован первый дополнительный канал (5), представляющий собой участок трубопровода с последовательно вмонтированными внутри него и аксиально расположенными вторым завихрителем (6), второй секцией сепарации жидкости (7), секцией отбора жидкости (8) и емкостью (9), причем вторая секция отбора жидкости (8) соединена вторым дополнительным каналом (10) с эжектором (И), расположенным в основном канале (1) между первым завихрителем (2) и первой секцией сепарации жидкости (3).1. An in-line separator containing a main channel (1), which is a section of a pipeline with a first swirler (2), a first liquid separation section (3), a gas-liquid flow selection section (4) sequentially mounted inside it and axially located, and to the section gas-liquid flow selection (4) perpendicular to the main channel, the first additional channel (5) is docked, which is a section of the pipeline with a second swirler (6), a second liquid separation section (7), a liquid extraction section (8) and axially located sequentially mounted inside it and capacity (9), and the second liquid selection section (8) is connected by a second additional channel (10) to an ejector (I) located in the main channel (1) between the first swirler (2) and the first liquid separation section (3). 2. Внутритрубный сепаратор по п.1, отличающийся тем, что во втором дополнительном канале (10) установлен регулирующий клапан (12).2. In-line separator according to claim 1, characterized in that a control valve (12) is installed in the second additional channel (10).
EA202192946 2020-04-24 2021-04-22 IN-TUBE SEPARATOR EA044454B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020114718 2020-04-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA044454B1 true EA044454B1 (en) 2023-08-29

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2032265B1 (en) Cyclonic liquid degassing separator and method for degassing a fluid mixture
US6776825B2 (en) Supersonic separator apparatus and method
US8353411B2 (en) Hydrocyclone
CA2592296C (en) Method for degassing a fluid mixture
AU2009330799B2 (en) Method of removing carbon dioxide from a fluid stream and fluid separation assembly
CN201250217Y (en) Natural gas separation device for vortex tube
EA004226B1 (en) Method for removing condensables from a natural gas stream at a wellhead, device therefor and wellhead choke comprising such device
US6514322B2 (en) System for separating an entrained immiscible liquid component from a wet gas stream
RU2747403C1 (en) In-line separator
EA044454B1 (en) IN-TUBE SEPARATOR
CN111495040A (en) Horizontal pipeline type gas-liquid separation device and method
RU2538992C1 (en) Device for separation of multicomponent medium and nozzle channel for it
CN2848362Y (en) Natural gas supersonic cyclone separator
RU2799745C1 (en) Device for flow separation of multi-component medium
RU2799746C1 (en) Device for flow separation of multi-component medium
RU214745U1 (en) Ejector installation
RU2790121C1 (en) Method for separation of the flow of a multicomponent medium
RU2790120C1 (en) Device for separation of multicomponent medium
CA2450209C (en) A system for separating an entrained immiscible liquid component from a wet gas stream
RU2773182C1 (en) Method for separation of a flow of a multi-component medium (options)
RU2766568C1 (en) Gas-liquid separator
EA044614B1 (en) EJECTOR INSTALLATION
RU2260467C1 (en) Separator
GB2409990A (en) A system for separating an entrained immiscible liquid from a wet gas stream
WO2021225477A1 (en) Turbogenerator