RU2060781C1

RU2060781C1 - Apparatus for gas-water-oil emulsions separation

Info

Publication number: RU2060781C1
Authority: RU
Inventors: Р.И. Мансуров; И.Н. Еремин; Б.Б. Шмидт; Д.М. Бриль; В.А. Крюков; О.В. Эделев; В.И. Тимошенко; Л.А. Девяшина; В.П. Криулин
Original assignee: Институт проблем транспорта энергоресурсов "ИПТЭР"
Priority date: 1990-05-21
Filing date: 1990-05-21
Publication date: 1996-05-27

Abstract

FIELD: two-, three- and four-phases emulsion separation apparatuses. SUBSTANCE: apparatus has cylindrical body with unions, longitudinal partitions and distributor of emulsion with side perforated taps. Blank transversal partitions divide body for sections, that communicates to each other through oil discharging and water discharging chutes. Under side taps of distributor guiding plates are mounted. Multichannel package of plates is located between longitudinal and transversal partitions. EFFECT: increased productivity. 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для разделения трехфазных эмульсий и может применяться в нефтяной промышленности, а также для разделения эмульгированных жидкостей в других отраслях народного хозяйства. The invention relates to a device for the separation of three-phase emulsions and can be used in the oil industry, as well as for the separation of emulsified liquids in other sectors of the economy.

Известен также аппарат для разделения жидкостей различной плотности, включающий корпус, в котором размещены устройства из труб для ввода и вывода жидкостей, две продольные перегородки, образующие канал для перетока воды и распределитель с боковыми перфорированным отводами [1]
Существенным недостатком данного аппарата является отсутствие интенсифицирующих воздействий и малый объем отстойной зоны. Половина объема жидкости в аппарате подвержена турбулентным пульсациям от входного потока.Also known is a device for separating liquids of various densities, including a housing in which devices from pipes for input and output of liquids are placed, two longitudinal partitions forming a channel for water flow and a distributor with lateral perforated outlets [1]
A significant drawback of this apparatus is the lack of intensifying effects and the small volume of the settling zone. Half the volume of fluid in the apparatus is subject to turbulent pulsations from the input stream.

Цель изобретения повышение эффективности процесса разделения эмульсии и увеличение производительности аппарата. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the process of separation of the emulsion and increase the productivity of the apparatus.

Цель достигается тем, что в известном аппарате, включающем цилиндрический корпус со штуцерами, поперечными перегородками и многоканальными блоками, установлены безнапорные распределители эмульсии, под вырезами боковых перфорированных отводов которого установлены направляющие пластины, нижние и боковые продольные перегородки, соединенные со сплошными поперечными перегородками, делящими аппарат на буферные и отстойную секции, которые сообщаются между собой через нефтесливной и водосливной лотки, причем водосливной лоток расположен по высоте между распределителем эмульсии и нефтесливным лотком, боковые продольные перегородки расположены друг от друга на расстоянии 1,0-1,5 радиуса аппарата, а ширина направляющих пластин b составляет
b 1,2(a + 0,1l), где а ширина выреза боковых отводов;
1,2 коэффициент надежности перекрытия;
l расстояние между пластиной и кромками выреза;
0,1 коэффициент, учитывающий угол (12^о) расширения струи.The goal is achieved by the fact that in the known apparatus, including a cylindrical body with fittings, transverse partitions and multi-channel blocks, pressure-free emulsion distributors are installed, under the cutouts of the side perforated branches of which guide plates are installed, lower and side longitudinal partitions connected to solid transverse partitions dividing the apparatus on the buffer and sediment sections, which communicate with each other through the oil drain and spillway, and the spillway is located in height between the emulsion distributor and the oil drain tray, the lateral longitudinal partitions are spaced from each other at a distance of 1.0-1.5 radius of the apparatus, and the width of the guide plates b is
b 1,2 (a + 0,1l), where a is the width of the cutout of the lateral branches;
1.2 overlap reliability coefficient;
l the distance between the plate and the edges of the cut;
0.1 coefficient taking into account the angle (12 ^o ) of the expansion of the jet.

Распределитель эмульсии позволяет погасить энергию газоводонефтяного потока и равномерно распределить эмульсию и свободно выделившийся газ по длине аппарата, обеспечив выход их через верхние отверстия боковых отводов и выход выделившейся части. Направляющие пластины изменяют направление движения, равномерно ее распределяют по длине аппарата и предотвращают перемешивание нижележащих слоев воды, повышая тем самым ее качество на выходе из этой зоны. Данная ширина пластин является достаточной для изменения направления потока воды. Уменьшение указанной ширины пластин может привести к проскоку части потока мимо пластин и турбулизации водного слоя, находящегося в нижней части аппарата и ухудшению ее качества. Увеличение ширины направляющих пластин не улучшит гидродинамику потоков, но приведет к увеличению металлоемкости. The emulsion distributor allows you to extinguish the energy of the gas-oil flow and evenly distribute the emulsion and freely released gas along the length of the apparatus, ensuring their exit through the upper openings of the lateral outlets and the output of the released part. The guide plates change the direction of movement, evenly distribute it along the length of the apparatus and prevent mixing of the underlying layers of water, thereby increasing its quality at the exit from this zone. This plate width is sufficient to change the direction of water flow. Reducing the specified width of the plates can lead to the passage of part of the flow past the plates and the turbulence of the water layer located in the lower part of the apparatus and its quality deterioration. An increase in the width of the guide plates will not improve the flow dynamics, but will lead to an increase in metal consumption.

Зазор между пластинами и кромками выреза составляет 0,5-1,0 ширины выреза. Уменьшение зазора меньше 0,5 ширины выреза может привести к зарастанию щели механическими примесями. Увеличение зазора более ширины выреза нецелесообразно, так как существенно не изменит гидродинамику потоков, но увеличит металлоемкость. The gap between the plates and the edges of the cut is 0.5-1.0 of the width of the cut. Reducing the gap less than 0.5 of the width of the cutout can lead to overgrowing of the gap with mechanical impurities. Increasing the gap over the width of the cutout is impractical, since it will not significantly change the hydrodynamics of the flows, but will increase the metal consumption.

Например, при расчете отстойника для предварительного обезвоживания нефти установлено два распределителя с боковыми отводами диаметром 219 мм и с шириной выреза 80 мм. Расстояние между пластинами и кромками выреза составляет 80 мм. Ширина пластин согласно формуле составляет b 1,2(80 + 0,1 80) 105,6 мм. For example, when calculating a sump for preliminary oil dehydration, two distributors with 219 mm lateral branches and a cut-out width of 80 mm were installed. The distance between the plates and the edges of the cutout is 80 mm. The width of the plates according to the formula is b 1.2 (80 + 0.1 80) 105.6 mm.

Боковые продольные перегородки позволяют организовать поперечное движение потоков с малыми скоростями, благоприятными для процесса разделения фаз. Расположение их на расстоянии друг от друга 1,0-1,5 радиуса аппарата создает достаточно большой объем спокойной отстойной зоны, огражденной от каких-либо турбулентных воздействий. Уменьшение расстояния между перегородками менее радиуса аппарата (R) приведет к уменьшению объема зоны отстаивания и, соответственно, к уменьшению времени пребывания эмульсии в отстойной зоне и снижению производительности аппарата. Увеличение расстояния между перегородками более 1,5 радиуса аппарата уменьшит объемы входной и выходной зон и приведет к сложности размещения распределительных устройств и гашения энергии входного (выходного) потока. В результате этого возрастут скорости на входе (выходе) в отстойную зону и снизят эффективность процесса разделения фаз. Lateral longitudinal partitions allow you to organize the transverse movement of flows with low speeds favorable for the phase separation process. Their location at a distance from each other of 1.0-1.5 of the radius of the apparatus creates a sufficiently large amount of quiet settling zone, protected from any turbulent effects. Reducing the distance between the partitions less than the radius of the apparatus (R) will reduce the volume of the zone of sedimentation and, accordingly, to reduce the residence time of the emulsion in the settling zone and reduce the productivity of the apparatus. Increasing the distance between the partitions of more than 1.5 the radius of the apparatus will reduce the volume of the input and output zones and will lead to the difficulty of placing switchgears and damping the energy of the input (output) stream. As a result of this, the velocities at the inlet (outlet) to the settling zone will increase and the efficiency of the phase separation process will decrease.

Нижняя продольная перегородка препятствует прохождению воды через нижнюю часть аппарата, направляя потоки в каналы блока. The lower longitudinal partition prevents the passage of water through the lower part of the apparatus, directing flows into the channels of the unit.

Поперечные сплошные перегородки позволяют совместить технологические функции аппарата с накопительными, что приводит к упрощению технологической схемы разделения аппарата, установки и снижению металлоемкости. Обычно буферные емкости входят в состав технологической схемы и поставляются отдельно. Свободное, безнапорное сообщение отстойной секции с буферной через нефтесливной лоток позволяет отобрать верхние, наиболее отстоявшиеся слои нефти и автоматически поддерживать уровень раздела фаз газ-жидкость, что стабилизирует процесс разделения фаз. The transverse solid partitions make it possible to combine the technological functions of the apparatus with the accumulative ones, which leads to a simplification of the technological scheme for separating the apparatus, installation, and reducing the metal consumption. Typically, buffer tanks are part of the process flow diagram and are supplied separately. Free, non-pressure communication of the settling section with the buffer through the oil drain tray allows you to select the upper, most settled oil layers and automatically maintain the gas-liquid phase separation level, which stabilizes the phase separation process.

Расположение водосливного лотка между распределителем эмульсии и нефтесливным лотком обеспечивает автоматическое расположение распределителя эмульсии в водной фазе, что при указанной конструкции распределителя обеспечивает капельный ввод, создающий оптимальные условия для эффективной работы промежуточного слоя. При этом уровень раздела фаз нефть-вода поддерживается автоматически без применения датчиков раздела фаз, эксплуатация которых связана с большими трудностями. The location of the spillway between the emulsion dispenser and the oil spill tray allows the emulsion dispenser to be automatically located in the aqueous phase, which, with the indicated design of the dispenser, provides a drip entry that creates optimal conditions for the effective operation of the intermediate layer. At the same time, the oil-water phase separation level is maintained automatically without the use of phase separation sensors, the operation of which is associated with great difficulties.

В предлагаемом аппарате глухие поперечные перегородки выполняют разделительные функции, а их взаимосвязь с продольными перегородками, распределителем эмульсии и водо- и нефтесливными лотками позволяет обеспечить капельный ввод эмульсии в аппарат и автоматическое поддержание уровня раздела фаз вода-нефть и нефть-газ, уменьшить турбулентность в аппарате и повысить стабильность протекающего процесса разделения. In the proposed apparatus, blind transverse partitions perform separation functions, and their relationship with the longitudinal partitions, the emulsion distributor and the water and oil drain trays allows for drip input of the emulsion into the apparatus and automatic maintenance of the water-oil and oil-gas phase separation level, and to reduce turbulence in the apparatus and increase the stability of the ongoing separation process.

На фиг. 1 изображен аппарат; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 узел I на фиг. 2. In FIG. 1 shows the apparatus; in FIG. 2, section AA in FIG. one; in FIG. 3 node I in FIG. 2.

Аппарат содержит цилиндрическую емкость 1 со штуцерами для ввода эмульсии 2, для вывода нефти 3, воды 4, газа 5 и механических примесей 6. В емкости расположены нижняя 7 и боковые 8 и 9 продольные перегородки, соединенные с глухими поперечными перегородками 10 и 11, которые делят аппарат на секции: отстойную 12, буферные нефти 13 и воды 14. Продольные перегородки 8 и 9 предназначены для организации поперечного и раздельного движения предварительно отделенных фаз. Распределитель эмульсии, расположенный в отстойной секции 12, состоит из раздаточной трубы 15 с боковыми трубчатыми отводами 16, которые выше оси имеют отверстия 17, а снизу продольные вырезы 18, под которыми установлены направляющие пластины 19. Он предназначен для гашения энергии входного потока эмульсии, деления ее на фазы (воду, газ и эмульсию) и раздельного равномерного распределения их по площади сечения аппарата. The apparatus contains a cylindrical container 1 with fittings for introducing an emulsion 2, for outputting oil 3, water 4, gas 5 and mechanical impurities 6. In the container there are lower 7 and lateral 8 and 9 longitudinal partitions connected to blind transverse partitions 10 and 11, which The apparatus is divided into sections: slop 12, buffer oils 13 and water 14. Longitudinal partitions 8 and 9 are designed for transverse and separate movement of previously separated phases. The emulsion distributor, located in the settling section 12, consists of a transfer pipe 15 with lateral tubular bends 16, which have openings 17 above the axis and longitudinal cutouts 18 below which guide plates 19 are mounted. It is designed to dampen the energy of the emulsion input stream, division it into phases (water, gas and emulsion) and their separate uniform distribution over the cross-sectional area of the apparatus.

Между продольными 7, 8 и 9 и поперечными 10 и 11 перегородками расположены пакеты 20 из наклонных пластин 21, между которыми образованы каналы, интенсифицирующие процесс разделения за счет снижения высоты отстаивания. Пластины могут быть различной формы. Нефтесливной 22 и водосливной 23 лотки служат для перетока нефти и воды соответственно из отстойной секции 12 в буферные секции 13 и 14. Between longitudinal 7, 8 and 9 and transverse 10 and 11 partitions are packages 20 of inclined plates 21, between which channels are formed that intensify the separation process by reducing the height of sedimentation. The plates can be of various shapes. Oil sludge 22 and spillway 23 trays serve for the flow of oil and water, respectively, from the settling section 12 to the buffer sections 13 and 14.

Аппарат работает следующим образом. The device operates as follows.

Водогазонефтяная эмульсия поступает в емкость 1, в ее отстойную секцию 12 через распределитель эмульсии, состоящий из раздаточной трубы 15 и боковых отводов 16, которые в верхней части имеют отверстия 17, а снизу продольный вырез 18. Под вырезами 18 установлены направляющие пластины 19. Поскольку распределитель эмульсии расположен ниже водосливного лотка 23, то он при работе аппарата всегда погружен в водный слой. Поэтому в боковых отводах распределителя свободно сообщающихся через вырез с водным слоем устанавливается граница раздела фаз воды-нефть и создаются условия для капельного истечения легкой фазы (эмульсии и свободно выделившегося газа) через отверстия отводов. Выделившаяся вода и механические примеси из отводов 16 "проваливаются" вниз через продольные вырезы 18, встречая на своем пути направляющие пластины 19, которые изменяют направления движения и способствуют более равномерному их распределению по длине отводов и уменьшению турбулизации воды, находящейся в нижней части аппарата. Двигаясь вниз, вода огибает боковую продольную перегородку 8, принимает горизонтальное направление движения и попадает в каналы, образованные наклонными (в вертикальной плоскости) пластинами 21. В каналах разделение фаз, т.е. отделение захваченных капель нефти, газа от воды, происходит более ускоренно за счет уменьшения высоты отстаивания (всплытия) и ламиниризации движущихся потоков. Отстоявшаяся вода при выходе из каналов огибает снизу боковую продольную перегородку 9 и движется в направлении водосливного лотка 23. Через водосливной лоток вода затем перетекает в буферную емкость 14, откуда через штуцер 4 выводится из аппарата. Свободный переток воды в буферную емкость позволяет автомодельно поддерживать уровень раздела фаз "вода-нефть" в отстойной секции аппарата и стабилизировать процесс отстаивания. The water-gas-oil emulsion enters the tank 1, into its settling section 12 through an emulsion distributor consisting of a transfer pipe 15 and side branches 16, which have openings 17 in the upper part and a longitudinal cutout at the bottom 18. Guide plates 19 are installed under the cutouts 18. Since the distributor emulsion is located below the spillway 23, then when the apparatus is in operation, it is always immersed in the water layer. Therefore, in the lateral branches of the distributor freely communicating through the cutout with the water layer, a water-oil phase boundary is established and conditions are created for the drip out of the light phase (emulsion and freely released gas) through the openings of the branches. The released water and mechanical impurities from the branches 16 "fall" downward through the longitudinal cutouts 18, meeting on their way the guide plates 19, which change the direction of movement and contribute to a more even distribution along the length of the branches and reduce the turbulization of the water located in the lower part of the apparatus. Moving downward, the water goes around the lateral longitudinal partition 8, takes a horizontal direction of movement and enters the channels formed by inclined (in the vertical plane) plates 21. In the channels, phase separation, i.e. The separation of trapped drops of oil and gas from water occurs more rapidly due to a decrease in the height of sedimentation (ascent) and the lamination of moving flows. At the exit from the channels, the settled water bends around the bottom longitudinal partition 9 and moves towards the spillway 23. Through the spillway, the water then flows into the buffer tank 14, from where it is discharged from the apparatus through the nozzle 4. The free flow of water into the buffer tank allows self-similarly maintaining the level of the water-oil phase separation in the settling section of the apparatus and stabilizing the settling process.

Осевшие механические примеси выводятся из аппарата через штуцер 6. Settled solids are removed from the apparatus through the nozzle 6.

Капли нефти, газа, всплывая, соприкасаются со стенками каналов и по ним поднимаются вверх в нефтяную фазу. Drops of oil, gas, emerging, come into contact with the walls of the channels and along them rise up into the oil phase.

Эмульсия, частично освобожденная от воды и крупных механических примесей, из отверстий отводов 16 всплывает за счет разности плотностей разделяемых фаз, проходит условную границу раздела фаз "вода-нефть" и попадает в промежуточный высококонцентрированный эмульсионный слой, выполняющий функции жидкостного фильтра. Он формируется над границей раздела нефть-вода за счет капель воды осаждающихся и зависающих в восходящем потоке нефти и газа. В промежуточном слое происходит слияние и укрупнение основной массы капель воды. Укрупнившись, капли воды осаждаются и переходят в водный слой. Одновременно и происходит разгазирование эмульсии. Таким образом, еще более обезвоженная и частично разгазированная эмульсия поднимается вверх, огибает боковую продольную перегородку 8 и, принимая горизонтальное направление движения, поступает в каналы, образованные параллельными наклонными пластинами 21, скомпонованными в пакеты 20. При движении по каналам происходит процесс дальнейшего разгазирования и обезвоживания нефти. Выделившийся газ отводится из аппарата через патрубок 5, капли воды по поверхностям каналов стекают вниз в водную фазу, а обезвоженная нефть через нефтесливной лоток 22 перетекает в буферную секцию нефти 13, откуда через патрубок 3 выводится из аппарата. В отстойной части аппарата поддерживается постоянный режим за счет автомодельного поддержания уровня раздела фаз "нефть-газ" и безнапорного перетока нефти. The emulsion, partially freed from water and large mechanical impurities, emerges from the openings of the outlets 16 due to the difference in the densities of the separated phases, passes the conditional water-oil interface, and enters an intermediate highly concentrated emulsion layer that acts as a liquid filter. It is formed above the oil-water interface due to water droplets precipitating and freezing in the upward flow of oil and gas. In the intermediate layer, the bulk of the water droplets merge and enlarge. Having become larger, drops of water precipitate and pass into the water layer. At the same time, the emulsion is degassed. Thus, an even more dehydrated and partially degassed emulsion rises up, goes around the lateral longitudinal partition 8 and, assuming a horizontal direction of movement, enters the channels formed by parallel inclined plates 21 arranged in bags 20. When moving along the channels, the process of further degassing and dehydration oil. The evolved gas is discharged from the apparatus through pipe 5, water droplets flow down the channel surfaces into the water phase, and the dehydrated oil flows through the oil drain tray 22 into the oil buffer section 13, from where it is discharged from the device through pipe 3. In the settling part of the apparatus, a constant mode is maintained due to the self-similar maintenance of the oil-gas phase separation level and pressureless oil flow.

Технические и технологические преимущества предлагаемого аппарата заключаются в надежной и стабильной работе в качестве трехфазного сепаратора и обеспечении более высокого качества разделения фаз, особенно при обезвоживании высокообводненных нефтей (свыше 60%). Совмещение процессов обезвоживания нефти и очистки воды в одном моноблоке и автомодельность процесса позволяет сократить количество технологических аппаратов на установке и дорогостоящих контрольно-измерительных приборов и регулирующих устройств. The technical and technological advantages of the proposed apparatus are reliable and stable operation as a three-phase separator and ensuring a higher quality of phase separation, especially when dehydrating highly watered oils (over 60%). Combining the processes of oil dehydration and water purification in one monoblock and self-similarity of the process reduces the number of technological apparatuses at the installation and expensive control and measuring instruments and control devices.

Claims

An apparatus for separating gas-oil-oil emulsions, including a cylindrical body with fittings, longitudinal partitions and an emulsion distributor with lateral perforated branches, characterized in that it is provided with blind transverse partitions dividing the apparatus into settling and buffer sections, oil and drainage trays communicating sections with settling , guide plates installed under the lateral branches of the distributor, and a multi-channel package of plates installed between the longitudinal and cross chnymi partitions.