RU2042435C1

RU2042435C1 - Device for separating the oil and gas mixture

Info

Publication number: RU2042435C1
Application number: RU93035872A
Authority: RU
Inventors: Р.Р. Ахсанов; Б.Д. Джумагалиев; Г.П. Харланов; Р.Г. Тухбатуллин; Р.И. Багаутдинов; В.Н. Чепурский; С.З. Сабитов; О.М. Куртаков
Original assignee: Институт проблем транспорта энергоресурсов "ИПТЭР"
Priority date: 1993-07-12
Filing date: 1993-07-12
Publication date: 1995-08-27

Abstract

FIELD: petroleum industry. SUBSTANCE: in the device for separating the oil and gas mixture the separating members are equipped with cylindrical sections with radial tappings and are mounted in series coaxial to the common exhaust pipe. The tangential input branch pipes are made in the shape of a spiral and are mounted with the difference of slopes between themselves in the range of 25-30. The exhaust pipe on the separation stages is made perforated with tangentially directed holes. EFFECT: enhanced efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике подготовки нефти, а именно к устройствам для разделения нефтегазовых смесей и эмульсий с массотеплообменом между фракциями компонентов, и может быть использовано в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и химической отраслях промышленности. The invention relates to techniques for the preparation of oil, and in particular to devices for separating oil and gas mixtures and emulsions with mass heat exchange between fractions of components, and can be used in the oil, oil refining and chemical industries.

Известен ступенчатый гидроциклон, содержащий корпус, разделенный перегородкой на камеру предварительной очистки с тангенциальным входным патрубком. В корпусе установлены параллельно включенные группы сепарирующих элементов, образующие последовательные ступени разделения по ходу слива [1]
Недостатком гидроциклона является малая эффективность разделения. Камера предварительной очистки исходной смеси имеет диаметр значительно больший, чем диаметр сепарирующих элементов, что требует на закрутку потока больших расходов энергии.Known stepped hydrocyclone containing a housing divided by a partition into a pre-treatment chamber with a tangential inlet pipe. Parallel-connected groups of separating elements are installed in the housing, forming successive stages of separation along the drain [1]
The disadvantage of hydrocyclone is the low separation efficiency. The pre-purification chamber of the initial mixture has a diameter significantly larger than the diameter of the separating elements, which requires a large flow of energy to swirl.

Известна батарея гидроциклонов предварительного разделения с тангенциальным входным патрубком. Последовательно по ходу слива установлены параллельно включенные группы гидроциклонов, питающие патрубки которых соединены тангенциально со сливным патрубком гидроциклона предварительного разделения. Сливные патрубки гидроциклонов первой группы установлены тангенциально к гидроциклонам второй группы [2]
Недостатком батареи гидроциклонов является сложность конструкции соединений сепарирующих элементов различных групп и ступеней разделения, что создает значительные гидравлические сопротивления и снижает производительность.A known battery of hydrocyclones preliminary separation with a tangential inlet pipe. Consistently along the drain, parallel-connected groups of hydrocyclones are installed, the supply pipes of which are connected tangentially to the drain pipe of the preliminary separation hydrocyclone. Drain pipes of hydrocyclones of the first group are installed tangentially to hydrocyclones of the second group [2]
The disadvantage of the hydrocyclone battery is the complexity of the design of the connections of the separating elements of various groups and separation stages, which creates significant hydraulic resistance and reduces productivity.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является двухзаходный циклон, включающий корпус, осевую выхлопную трубу и два тангенциальных диаметрально расположенных входных патрубка, один из которых установлен под углом 11-15^о, а другой под углом 15-20^о к горизонтали [3]
Недостатком его является малая эффективность, вследствие того, что корпус аппарата представляет собой сепарирующий элемент, выполняющий все стадии процесса разделения с перегрузкой как на стадии отделения жидкости, так и на стадии отделения газообразной фазы. Кроме того, разность углов наклона входных патрубков недостаточна всего 4-5^о, вследствие чего возможны случаи сбоя потока с меньшим напором потоком более мощным и изменения направления на обратное. Это приводит к нарушению режима технологии разделения.The closest in technical essence to the present invention is a two-way cyclone, comprising a housing, an axial exhaust pipe and two tangential diametrically located inlet pipes, one of which is installed at an angle of 11-15 ^about , and the other at an angle of 15-20 ^about to the horizontal [3]
Its disadvantage is low efficiency, due to the fact that the casing of the apparatus is a separating element that performs all stages of the separation process with overload both at the stage of liquid separation and at the stage of separation of the gaseous phase. In addition, the difference in the angles of inclination of the inlet nozzles is insufficient only 4-5 ^about , as a result of which there may be cases of flow failure with a lower pressure flow more powerful and reversal. This leads to a violation of the separation technology mode.

Цель изобретения повышение эффективности и качества разделения нефтегазовой смеси путем интенсификации степени закручивания и последовательного уменьшения радиуса закрутки спиралеобразного потока. The purpose of the invention is to increase the efficiency and quality of the separation of the oil and gas mixture by intensifying the degree of twisting and sequentially reducing the radius of twist of the spiral flow.

Цель достигается тем, что сепарирующие элементы снабжены цилиндрическими секциями с радиальными отводами и последовательно установлены соосно с общей выхлопной трубой. The goal is achieved by the fact that the separating elements are equipped with cylindrical sections with radial branches and sequentially mounted coaxially with the common exhaust pipe.

Тангенциальные входные патрубки выполнены в виде спирали и установлены с разностью углов наклона между собой в пределах 25-30^о.The tangential inlet nozzles are made in the form of a spiral and are installed with a difference in the angle of inclination between each other within 25-30 ^about .

Выхлопная труба на ступенях разделения выполнена перфорированной с тангенциально направленными отверстиями. The exhaust pipe on the separation stages is perforated with tangentially directed holes.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1. In FIG. 1 presents the proposed device; in FIG. 2, section AA in FIG. 1.

Устройство содержит входные тангенциальные патрубки 1 и 2, сепарирующие элементы 3, 4 и 5, цилиндрические секции 6, 7 и 8 с отводными радиальными патрубками 9, 10 и 11 и общую выхлопную трубу 12, которая перфорирована рядами отверстий 13, 14 и 15, расположенными на ступенях разделения и направленными тангенциально для закрутки потоков газа внутри выхлопной трубы. Входные тангенциальные патрубки аппарата выполнены в виде закручивающих устройств со спирально изогнутыми каналами, радиус спирали которых больше радиуса корпуса первого сепарирующего элемента в 2-24 раза, и наклонены по отношению друг к другу на угол 25-30^о для повышения окружной скорости потока исходной смеси и снижения давления в поле центробежных сил.The device contains inlet tangential nozzles 1 and 2, separating elements 3, 4 and 5, cylindrical sections 6, 7 and 8 with outlet radial nozzles 9, 10 and 11 and a common exhaust pipe 12, which is perforated by rows of holes 13, 14 and 15 located on separation steps and directed tangentially for swirling gas flows inside the exhaust pipe. The input tangential nozzles of the apparatus are made in the form of twisting devices with spiral curved channels, the radius of the spiral of which is 2-24 times larger than the radius of the housing of the first separating element and inclined to each other by an angle of 25-30 ^about to increase the peripheral flow rate of the initial mixture and pressure reduction in the field of centrifugal forces.

Сепарирующие элементы последующих ступеней снабжены закручивающими устройствами 16 и 17 лопастного типа, лопасти которых наклонены по ходу вращения потоков для усиления степени закрутки. Кольцевые щели 18 и 19 образованы стенками сепарирующих элементов и служат для улавливания пристенных слоев: первая для слоя готовой продукции, вторая для слоя жидкостно-газовой некондиционной смеси. Соединительная труба 20 с обратным клапаном 21 служит для возврата потока некондиционной смеси на первую ступень разделения через входной спиральный патрубок. The separating elements of the subsequent stages are equipped with screw devices 16 and 17 of the blade type, the blades of which are inclined in the direction of rotation of the flows to enhance the degree of swirl. The annular slots 18 and 19 are formed by the walls of the separating elements and serve to capture the wall layers: the first for the finished product layer, the second for the layer of liquid-gas substandard mixture. The connecting pipe 20 with a check valve 21 serves to return the flow of substandard mixture to the first stage of separation through the inlet spiral pipe.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Поток исходной смеси с начальной температурой 30-36^о и при давлении в пределах 0,6-1,0 МПа, поступает по входному тангенциальному патрубку 1 в сепарирующий элемент 3 и закручивается в спиралеобразный вихревой поток с углом наклона витка спирали до 30^о. Переход потока с радиуса спиралеизогнутого канала входного патрубка по касательной к конусу корпуса сепарирующего элемента, имеющего меньший радиус и сужающийся конус, сопровождается возрастанием окружной скорости вращения потока и снижением давления рабочей среды в поле центробежных сил. Это создает в другом входном патрубке первого элемента сепарации определенную степень разрежения и способствует процессам вскипания легких углеводородов и разрушения пузырьков газа при интенсивном перемешивании компонентов. В результате закрутки потока тяжелые фракции под действием центробежных сил образуют вращающийся пристенный слой, который проходит в кольцевую щель 18, собирается в цилиндрической секции 6 и отводится из системы по радиальному патрубку 9 в виде готовой продукции. Наиболее легкая (газообразная) фракция концентрируется в осевой зоне аппарата и частично выводится вовнутрь выхлопной трубы 12 через ряд тангенциально-направленных отверстий 13 в виде вращающегося потока газа с целью снижения гидравлических потерь в выхлопной трубе. В средней зоне аппарата вращающийся поток газожидкостной смеси попадает на лопасти закручивающего устройства 16, где получает импульс закрутки, и под воздействием усиленного центробежного поля за счет дополнительной закрутки, проходит в сепарирующий элемент 4, где осуществляют разделение потока на следующие фракции:
часть газа осевой зоны аппарата отделяют и удаляют через отверстия 14 вовнутрь выхлопной трубы 12 завихренным потоком;
жидкостно-газовая смесь углеводородов пропускается через лопасти устройства 17 в сепарирующий элемент 5 для окончательного разделения на газ и жидкость;
фракцию в виде остаточной нефти и бензиновых компонентов отводят при помощи кольцевой щели 19 и собирают в цилиндрической секции 7 как некондиционную часть продукции.The flow of the initial mixture with an initial temperature of 30-36 ^about and at a pressure in the range of 0.6-1.0 MPa, enters through the inlet tangential pipe 1 to the separating element 3 and is twisted into a spiral vortex stream with an angle of inclination of the spiral to 30 ^about . The flow transition from the radius of the spiral-bent channel of the inlet pipe tangentially to the cone of the casing of the separating element, having a smaller radius and tapering cone, is accompanied by an increase in the peripheral speed of rotation of the flow and a decrease in the pressure of the working medium in the field of centrifugal forces. This creates a certain degree of rarefaction in the other inlet pipe of the first separation element and contributes to the processes of boiling of light hydrocarbons and the destruction of gas bubbles with intensive mixing of the components. As a result of the swirling of the flow, heavy fractions under the action of centrifugal forces form a rotating wall layer, which passes into the annular gap 18, is collected in a cylindrical section 6 and is discharged from the system through a radial pipe 9 in the form of a finished product. The lightest (gaseous) fraction is concentrated in the axial zone of the apparatus and partially discharged inside the exhaust pipe 12 through a series of tangentially directed holes 13 in the form of a rotating gas stream in order to reduce hydraulic losses in the exhaust pipe. In the middle zone of the apparatus, a rotating flow of a gas-liquid mixture falls on the blades of a swirling device 16, where it receives a swirl impulse, and under the influence of a strengthened centrifugal field due to additional swirling, passes to a separating element 4, where the flow is divided into the following fractions:
part of the gas of the axial zone of the apparatus is separated and removed through the openings 14 into the exhaust pipe 12 in a swirling flow;
a liquid-gas mixture of hydrocarbons is passed through the blades of the device 17 into the separating element 5 for final separation into gas and liquid;
the fraction in the form of residual oil and gasoline components is removed using the annular gap 19 and collected in the cylindrical section 7 as a substandard part of the product.

В концевом сепарирующем элементе 5 из потока смеси в результате очередной закрутки для повышения интенсивности затухающего поля центробежных сил жидкость отделяется более полно и собирается в цилиндрической секции 8, а удаляется из аппарата по радиальному патрубку 11, а газообразная смесь, вращающаяся вокруг выхлопной трубы 12, проходит вовнутрь через отверстия 15, и через ее открытый торец, где смешивается с вихревым потоком газа предыдущих ступеней разделения и удаляется из аппарата в виде общего газового потока. Некондиционная часть продукции из сборной цилиндрической секции 7 проходит по радиальному патрубку 10 и по соединительной трубе 20 через обратный клапан 21 и входной спиральный тангенциально направленный канал 2 поступает в первый сепарирующий элемент, где процесс смешивания проходит при сравнительно интенсивном массовом теплообмене между фракциями смеси (нефть, бензин, газообразные компоненты) наряду с абсорбционными процессами их взаимодействия. In the end separating element 5 from the mixture flow as a result of the next swirl to increase the intensity of the decaying field of centrifugal forces, the liquid is separated more fully and is collected in the cylindrical section 8, and is removed from the apparatus through the radial pipe 11, and the gaseous mixture rotating around the exhaust pipe 12 passes inward through the openings 15, and through its open end, where it is mixed with the vortex gas stream of the previous separation stages and removed from the apparatus in the form of a common gas stream. The non-standard part of the product from the prefabricated cylindrical section 7 passes through the radial pipe 10 and through the connecting pipe 20 through the check valve 21 and the tangentially directed spiral inlet channel 2 enters the first separating element, where the mixing process takes place during relatively intensive mass heat transfer between the fractions of the mixture (oil, gasoline, gaseous components) along with absorption processes of their interaction.

Степень эффективности процессов смешивания и разделения может быть отрегулирована изменением давления в потоке исходной смеси на входе в закручивающие спиральные каналы первого сепарирующего элемента и снижением давления потоков продукции разделения на выходе из аппарата до атмосферного давления. The degree of efficiency of the mixing and separation processes can be adjusted by changing the pressure in the feed stream at the inlet to the swirling spiral channels of the first separating element and reducing the pressure of the separation product streams at the outlet of the apparatus to atmospheric pressure.

Технические преимущества предлагаемого устройства по сравнению с прототипом заключается в достижении более глубокой дегазации нефти и отделении от нее значительной части бензиновой фракции углеводородов, Так, упругость насыщенных паров нефти по Рейду, может быть достигнута 200 мм рт.ст. и даже ниже. Кроме того, устройство по предлагаемому изобретению имеет в 8-10 раз меньшую металлоемкость. The technical advantages of the proposed device compared to the prototype is to achieve a deeper degassing of oil and separation of a significant part of the gasoline fraction of hydrocarbons from it. Thus, the elasticity of saturated oil vapors by Reid can be achieved 200 mm Hg and even lower. In addition, the device according to the invention has an 8-10 times lower metal consumption.

Таким образом, использование в предлагаемом изобретении поля интенсивных центробежных сил; метода рециркуляции некондиционной продукции, резко снижающего потери легких углеводородов из потока исходного сырья, и метода снижения давления и повышения температуры рабочей среды в результате плавного уменьшения радиуса закрутки исходных потоков при дросселировании и преодолении гидравлических сопротивлений каналов входных патрубков обеспечивает значительное повышение эффективности процесса стабилизации нефти. Thus, the use of the field of intense centrifugal forces in the present invention; The method of recycling substandard products, which sharply reduces the loss of light hydrocarbons from the feed stream, and the method of reducing pressure and increasing the temperature of the working medium as a result of a smooth decrease in the swirl radius of the feed streams during throttling and overcoming the hydraulic resistance of the inlet ducts provides a significant increase in the efficiency of the oil stabilization process.

Claims

1. DEVICE FOR SEPARATION OF OIL AND GAS MIXTURE, including separating elements, tangentially directed, angled inlet pipes and exhaust pipe, characterized in that the separating elements are equipped with cylindrical sections with radial outlets and sequentially installed coaxially with the common exhaust pipe.

2. The device according to claim 1, characterized in that the tangential inlet nozzles are made in the form of a spiral and are installed with a difference in the angle of inclination between each other within 25 30 ^o .

3. The device according to claim 1, characterized in that the exhaust pipe at the separation stages is perforated with tangentially directed holes.