RU2425709C1 - Gas-liquid separator - Google Patents

Gas-liquid separator Download PDF

Info

Publication number
RU2425709C1
RU2425709C1 RU2009144366/05A RU2009144366A RU2425709C1 RU 2425709 C1 RU2425709 C1 RU 2425709C1 RU 2009144366/05 A RU2009144366/05 A RU 2009144366/05A RU 2009144366 A RU2009144366 A RU 2009144366A RU 2425709 C1 RU2425709 C1 RU 2425709C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
liquid
separator
channel
spiral
Prior art date
Application number
RU2009144366/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009144366A (en
Inventor
Евгений Леонидович Левченко (RU)
Евгений Леонидович Левченко
Игорь Михайлович Достовалов (RU)
Игорь Михайлович Достовалов
Юрий Борисович Любимов (RU)
Юрий Борисович Любимов
Виктор Иванович Кохан (RU)
Виктор Иванович Кохан
Валентин Митрофанович Мазур (RU)
Валентин Митрофанович Мазур
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Аккорд Эстейт"
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 "Аккорд Эстейт" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Аккорд Эстейт"
Priority to RU2009144366/05A priority Critical patent/RU2425709C1/en
Publication of RU2009144366A publication Critical patent/RU2009144366A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2425709C1 publication Critical patent/RU2425709C1/en

Links

Landscapes

  • Degasification And Air Bubble Elimination (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: separator includes housing made in the form of outer cylinder 1, inner cylinder 2 located in it and having gas outlet holes 7 and spiral element 3 with helical surface, which is installed between them and forms a spiral channel. In upper part of outer cylinder 1 there is gas-liquid mixture supply device 4, and in lower part there is liquid discharge device 6. Inner and outer diameters and pitch of helical surface have been chosen from condition which provides gravity flow of gas-liquid mixture, at which hydraulic losses are less than hydrostatic pressure rise.
EFFECT: higher efficiency of extraction of gas inclusions from liquid.
2 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к устройствам для выделения свободных газовых включений из потока жидкости и может быть использовано, в частности, для отделения газа от нефти.The invention relates to devices for separating free gas inclusions from a liquid stream and can be used, in particular, for separating gas from oil.

Существует газожидкостный сепаратор, представляющий собой прямолинейный отрезок трубы, имеющий уклон в направлении течения по нему жидкости. Сепаратор требует длинный участок для своего размещения.There is a gas-liquid separator, which is a straight pipe segment having a slope in the direction of fluid flow through it. The separator requires a long section for its placement.

Этого недостатка лишен газожидкостный сепаратор, в котором канал течения газожидкостной смеси выполнен в виде спирали (RU 2185872 С2, 27.07.2002). Сепаратор выполнен в виде винтовой поверхности, расположенной между двумя цилиндрами. При этом пленка жидкости с распределенными пузырьками газа стекает вниз по винтовой траектории, заданной совместным действием центробежной и гравитационной сил. Это содействует отделению пузырьков газа, распределенных в пленке жидкости. Выделяющийся из жидкости газ выводится через отверстия в центральном цилиндре. Жидкость отбирается насосом из нижней части сепаратора.This disadvantage is deprived of the gas-liquid separator, in which the flow channel of the gas-liquid mixture is made in the form of a spiral (RU 2185872 C2, 07.27.2002). The separator is made in the form of a helical surface located between two cylinders. In this case, a liquid film with distributed gas bubbles flows down a spiral path defined by the combined action of centrifugal and gravitational forces. This facilitates the separation of gas bubbles distributed in the liquid film. The gas released from the liquid is discharged through openings in the central cylinder. Liquid is drawn by the pump from the bottom of the separator.

Спиральный канал при той же эквивалентной длине сепарации, что и в прямолинейной наклонной трубе, имеет значительно меньшие габариты. Кроме того, из-за криволинейного движения жидкости в спиральном канале возникает центробежное ускорение, которое, складываясь с земной гравитацией, повышает выталкивающую силу, действующую на газовые включения, что в свою очередь ускоряет процесс вывода свободного газа, а следовательно, позволяет дополнительно уменьшить габариты устройства.The spiral channel with the same equivalent separation length as in a straight inclined pipe has significantly smaller dimensions. In addition, due to the curvilinear motion of the fluid in the spiral channel, centrifugal acceleration occurs, which, when combined with Earth's gravity, increases the buoyancy force acting on gas inclusions, which in turn accelerates the process of free gas removal, and, therefore, further reduces the dimensions of the device .

Однако в известном сепараторе не гарантируется эффективное выделение пузырьков газа из жидкости, поскольку не обеспечена реализация самотечного течения газожидкостной смеси ни на одном участке винтовой поверхности. Самотечный расход однозначно определяется параметрами винтового канала, (внутренним и внешним диаметрами, шагом винтовой поверхности, определяющими уклон винтовой поверхности), а для известного винтового сепаратора не указано, каким должно быть соотношение между параметрами винтового канала (самотечным расходом) и рабочим расходом. Если расход по винтовому каналу будет выше самотечного, и все сечение канала будет заполнено жидкостью, то перемещаемые к оси потока пузыри газа не будут всплывать, а будут уноситься вниз по течению, и не будет происходить их отделение.However, in the known separator is not guaranteed the effective separation of gas bubbles from the liquid, because it is not ensured the implementation of gravity flow of gas-liquid mixture in any part of the screw surface. The gravity flow is uniquely determined by the parameters of the screw channel (internal and external diameters, the pitch of the screw surface, which determine the slope of the screw surface), and for a known screw separator it is not indicated what the relationship between the parameters of the screw channel (gravity flow) and the working flow should be. If the flow rate on the screw channel is higher than gravity, and the entire channel section is filled with liquid, then gas bubbles moving to the axis of the flow will not float, but will be carried away downstream and will not be separated.

Техническим результатом предложенного изобретения является повышение эффективности выделения газовых включений из жидкости. Технический результат достигается тем, что в газожидкостном сепараторе, содержащем корпус, выполненный в виде внешнего цилиндра, расположенный в нем внутренний цилиндр с отверстиями для отвода газа и установленный между ними спиральный элемент с винтовой поверхностью, образующий спиральный канал, в верхней части внешнего цилиндра размещено средство подвода газожидкостной смеси, а в нижней части - средство отвода жидкости, предложено внутренний и внешний диаметр винтового канала и шаг винтовой поверхности выбрать из условия обеспечения самотечного течения газожидкостной смеси, при котором гидравлические потери меньше прироста гидростатического давления.The technical result of the proposed invention is to increase the efficiency of separation of gas inclusions from a liquid. The technical result is achieved in that in a gas-liquid separator containing a housing made in the form of an external cylinder, an inner cylinder located therein with gas exhaust holes and a spiral element between them with a helical surface forming a spiral channel located between them, means is placed in the upper part of the external cylinder the supply of gas-liquid mixture, and in the lower part there is a means of draining the liquid, it is proposed that the inner and outer diameter of the screw channel and the pitch of the screw surface be selected from the conditions of I have a gravity flow of a gas-liquid mixture in which hydraulic losses are less than the increase in hydrostatic pressure.

Кроме того, в верхней части внутреннего цилиндра целесообразно поместить средство для отвода газа из сепаратора.In addition, in the upper part of the inner cylinder, it is advisable to place a means for removing gas from the separator.

На чертеже показан предложенный сепаратор в разрезе.The drawing shows the proposed separator in the context.

Спиральный канал сепаратора формируется винтовой поверхностью спирального элемента 3, расположенного между двумя цилиндрами 1 и 2 (внешним и внутренним, соответственно). Газожидкостная смесь поступает в верхнюю часть спирального канала через патрубок 4 подвода газожидкостной смеси в верхней части внешнего цилиндра 1, являющегося корпусом сепаратора. Газ, выделяющийся из жидкости, через отверстия 7 во внутреннем цилиндре 2, расположенные непосредственно под спиральным элементом 3, поступает во внутреннюю полость внутреннего цилиндра 2, а затем через патрубок 5 в верхней части внутреннего цилиндра 2 отводится из сепаратора.The spiral channel of the separator is formed by the helical surface of the spiral element 3 located between the two cylinders 1 and 2 (external and internal, respectively). The gas-liquid mixture enters the upper part of the spiral channel through the pipe 4 for supplying the gas-liquid mixture in the upper part of the outer cylinder 1, which is the separator body. Gas released from the liquid through the holes 7 in the inner cylinder 2, located directly below the spiral element 3, enters the inner cavity of the inner cylinder 2, and then through the pipe 5 in the upper part of the inner cylinder 2 is discharged from the separator.

Величина уклона винтовой поверхности (внутренний и внешний диаметр и шаг винтовой поверхности) спирального элемента 3 подбирается таковой, что при необходимых расходах жидкости происходит самотечное течение (гидравлические потери ниже гидростатического приращения давления), при этом образуется участок течения с неполным заполнением сечения. При наличии в жидкости, протекающей по этой трубе, газовых включений, они поднимаются и образуют газовую полость над зеркалом жидкости. Выведенный из жидкости в газовую полость свободный газ отбирается из сепаратора патрубком 5, сообщающимся с газовой полостью. Дегазированная жидкость отводится из сепаратора через патрубок 6 отвода дегазированной жидкости, выполненный ниже места замыкания течения с неполным заполнением сечения, то есть в зоне, где течение с неполным заполнением сечения перешло в течение с полным заполнением сечения.The slope of the helical surface (inner and outer diameter and pitch of the helical surface) of the spiral element 3 is selected such that a gravity flow occurs at the required liquid flow rates (hydraulic losses below the hydrostatic pressure increment), and a section of the flow is formed with incomplete filling of the cross section. If there are gas inclusions in the liquid flowing through this pipe, they rise and form a gas cavity above the liquid mirror. The free gas removed from the liquid into the gas cavity is taken from the separator by a nozzle 5 in communication with the gas cavity. Degassed liquid is discharged from the separator through the degassed liquid discharge pipe 6, made below the point of closure of the flow with incomplete filling of the cross-section, that is, in the area where the flow with incomplete filling of the cross-section has passed during the flow with full filling of the cross-section.

В таблице приведены параметры сепаратора с различным уклоном винтовой поверхности и соответствующее им пороговое значение самотечного расхода, выше которого течение жидкости в винтовом канале замыкается, и газовая полость не образуется.The table shows the parameters of the separator with a different slope of the helical surface and the corresponding threshold value of the gravity flow, above which the fluid flow in the screw channel closes, and the gas cavity is not formed.

ТаблицаTable Внутренний диаметр, мInner diameter m Внешний диаметр, мOuter diameter m Шаг, мStep, m Самотечный расход, л/сGravity flow, l / s 0,10.1 0,30.3 0,1250.125 2222 0,050.05 0,20.2 0,10.1 11eleven 0,050.05 0,20.2 0,080.08 88 0,10.1 0,30.3 0,050.05 55

Самотечный расход вычислялся по формуле для расхода по змеевику (винтовому каналу) прямоугольного течения при постоянном давлении по каналу змеевика (при равенстве гидродинамических потерь приросту гидростатического давления на каждом витке). Зависимость между параметрами для обеспечения самотечного течения можно определить следующим образом.The gravity flow rate was calculated by the formula for the flow rate over a coil (helical channel) of rectangular flow at constant pressure along the coil channel (with equal hydrodynamic losses to the increase in hydrostatic pressure at each turn). The relationship between the parameters to ensure gravity flow can be determined as follows.

Известно выражение для потери напора в канале, используемое в типовых расчетах [П.И.Тугунов, В.Ф.Новоселов, А.А.Коршак, А.М.Шаммазов. «Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов», Уфа, ДизайнПолиграфСервис, 2002, стр.500]:There is a known expression for the pressure loss in the channel used in standard calculations [P.I. Tugunov, V.F. Novoselov, A.A. Korshak, A.M. Shammazov. “Typical calculations in the design and operation of oil depots and oil pipelines”, Ufa, Design PoligrafServis, 2002, p. 500]:

Figure 00000001
Figure 00000001

где λ - коэффициент гидравлического сопротивления,where λ is the coefficient of hydraulic resistance,

vc - средняя скорость в канале,v c is the average speed in the channel,

g - ускорение свободного падения.g is the acceleration of gravity.

Самотечное (безнапорное) течение возникает в каналах, для которых потери напора ниже прироста гидростатического давления, т.е. для спирального канала Нc должно быть равно или меньше шага спирали Н (гидростатического давления водяного столба высотой Н).A gravity (pressureless) flow occurs in channels for which the pressure loss is lower than the increase in hydrostatic pressure, i.e. for a spiral channel, H c must be equal to or less than the pitch of the spiral H (hydrostatic pressure of a water column of height H).

Очевидно, что vc, средняя скорость в канале, связана с параметрами канала соотношением:It is obvious that v c , the average speed in the channel, is related to the channel parameters by the ratio:

Figure 00000002
Figure 00000002

где а - высота канала,where a is the height of the channel,

b - ширина канала.b is the channel width.

Для тонкой винтовой поверхности шаг спирали практически равен высоте канала (Н≈а), и выражения (1) и (2) преобразуются в приближенную зависимость:For a thin helical surface, the spiral pitch is almost equal to the height of the channel (H≈a), and expressions (1) and (2) are converted into an approximate dependence:

Figure 00000003
Figure 00000003

где b≈(Dmax-Dmin)/2 - ширина винтового канала (4),where b≈ (D max -D min ) / 2 is the width of the helical channel (4),

Dmax и Dmin - внешний и внутренний диаметры винтового канала.D max and D min - external and internal diameters of the helical channel.

Остается определить коэффициент λ.It remains to determine the coefficient λ.

На странице 281 книги Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям, М.: - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1992 приведена необходимая информация для получения значения λ. На графике «б» и в таблице приведена зависимость λ от Re. Для оценки λ необходимо вычислить значение Re.On page 281 of the book Idelchik I.E. Handbook of hydraulic resistance, M .: - 3rd ed., Rev. and add. - M.: Engineering, 1992 provides the necessary information to obtain the value of λ. On the graph "b" and in the table shows the dependence of λ on Re. To estimate λ, it is necessary to calculate the value of Re.

По определению:A-priory:

Re=w Dr/v (например, Идельчик, стр.18),Re = w D r / v (e.g. Idelchik, p. 18),

где Dr=2ab/(a+b) (5) (там же, стр.281)where D r = 2ab / (a + b) (5) (ibid., p. 281)

vc=w (обозначения средней скорости в разных источниках), что приводит к выражению для Rev c = w (mean speed designation in different sources), which leads to the expression for Re

Figure 00000004
Figure 00000004

Таким образом, шаг спирали Н («а») вычисляется из зависимости (3), а коэффициент λ находится из таблицы или графика со страницы 281 справочника Идельчика с использованием (6). В выражение (6) входит искомый шаг спирали «а», поэтому решение (3), строго говоря, можно найти последовательными приближениями, подставляя значения коэффициента λ0(а=0), λ1(a=a0), λ2(a=a1). Для канала с малым значением а/b для оценки λ можно использовать приближенное выражение Re≈2Q/νb (7).Thus, the helix pitch H (“a”) is calculated from dependence (3), and the coefficient λ is found from the table or graph from page 281 of the Idelchik’s directory using (6). Expression (6) includes the desired step of the spiral “a”, therefore, solution (3), strictly speaking, can be found by successive approximations, substituting the values of the coefficient λ 0 (a = 0), λ 1 (a = a 0 ), λ 2 ( a = a 1 ). For a channel with a small value of a / b, we can use the approximate expression Re≈2Q / νb (7) to estimate λ.

Приведенный выше способ вычислений позволяет определить взаимосвязь между расходом и параметрами спирального канала для обеспечения самотечного режима течения. В таком канале течения с расходом ниже заданного в вычислениях будут самотечными, т.е. с неполным заполнением сечения, и будут обеспечивать эффективный отвод газа.The above calculation method allows you to determine the relationship between the flow rate and the parameters of the spiral channel to ensure a gravity flow mode. In such a channel, flows with a flow rate lower than specified in the calculations will be self-flowing, i.e. with incomplete filling of the cross section, and will ensure efficient gas removal.

Для фактического рабочего расхода газожидкостной смеси выбирают параметры сепаратора, т.е. величину уклона винтовой поверхности, для которых пороговое значение самотечного расхода выше фактического рабочего расхода. При этом обеспечивается самотечное течение жидкости, неполное заполнение канала сепаратора и, следовательно, эффективное отделение газовых включений за счет образования газовой полости.For the actual working flow rate of the gas-liquid mixture, the separator parameters are selected, i.e. the slope of the helical surface, for which the threshold value of the gravity flow is higher than the actual working flow. This ensures a gravity flow of liquid, incomplete filling of the separator channel and, therefore, efficient separation of gas inclusions due to the formation of a gas cavity.

Claims (2)

1. Газожидкостный сепаратор, содержащий корпус, выполненный в виде внешнего цилиндра, расположенный в нем внутренний цилиндр с отверстиями для отвода газа и установленный между ними спиральный элемент с винтовой поверхностью, образующий спиральный канал, в верхней части внешнего цилиндра размещено средство подвода газожидкостной смеси, а в нижней части - средство отвода жидкости, отличающийся тем, что внутренний и внешний диаметр и шаг винтовой поверхности выбраны из условия обеспечения самотечного течения газожидкостной смеси, при котором гидравлические потери меньше прироста гидростатического давления.1. A gas-liquid separator comprising a housing made in the form of an external cylinder, an inner cylinder located therein with gas exhaust openings, and a spiral element with a screw surface forming a spiral channel mounted between them, means for supplying a gas-liquid mixture are placed in the upper part of the external cylinder, and in the lower part there is a liquid discharge means, characterized in that the inner and outer diameter and pitch of the helical surface are selected from the condition of ensuring gravity flow of a gas-liquid mixture, at which The hydraulic loss is less than the increase in hydrostatic pressure. 2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что в верхней части внутреннего цилиндра размещено средство для отвода газа из сепаратора. 2. The separator according to claim 1, characterized in that in the upper part of the inner cylinder is a means for venting gas from the separator.
RU2009144366/05A 2009-12-01 2009-12-01 Gas-liquid separator RU2425709C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009144366/05A RU2425709C1 (en) 2009-12-01 2009-12-01 Gas-liquid separator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009144366/05A RU2425709C1 (en) 2009-12-01 2009-12-01 Gas-liquid separator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009144366A RU2009144366A (en) 2011-06-10
RU2425709C1 true RU2425709C1 (en) 2011-08-10

Family

ID=44736271

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009144366/05A RU2425709C1 (en) 2009-12-01 2009-12-01 Gas-liquid separator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2425709C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2532436C1 (en) * 2013-05-16 2014-11-10 Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо") Gas-fluid separator
RU2619619C1 (en) * 2016-01-26 2017-05-17 Общество с ограниченной ответственностью "Нефтяные и газовые измерительные технологии", ООО "НГИТ" Method and gas-liquid system for multistage gas extraction from downhole gas-liquid mixture

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2532436C1 (en) * 2013-05-16 2014-11-10 Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо") Gas-fluid separator
RU2619619C1 (en) * 2016-01-26 2017-05-17 Общество с ограниченной ответственностью "Нефтяные и газовые измерительные технологии", ООО "НГИТ" Method and gas-liquid system for multistage gas extraction from downhole gas-liquid mixture

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009144366A (en) 2011-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101606062B1 (en) Gas lift system and gas lift method
RU2340384C2 (en) Device to separate multi-phase fluid media
RU2272906C2 (en) Gas separator with automatic level control
RU2440513C1 (en) Bottom-hole oil pump
RU2583268C1 (en) Gas-liquid separator
RU2425709C1 (en) Gas-liquid separator
CA3035992C (en) Gas separator and apparatus for measuring flow of one or more components of a multiphase medium, especially a natural gas-water mixture
CN105909599B (en) For the hydraulic device to liquid degassing
CN209348179U (en) Waste mineral oil water-oil separating apparatus for demonstrating
GB2067919A (en) Apparatus for venting and dearating a liquid circuit
US20180345176A1 (en) Subsea oil storage tank pre-separation
WO2015072882A1 (en) Medium-separation valve
RU91884U1 (en) GAS-LIQUID SEPARATOR
RU2001122036A (en) DEVICE FOR INFLUENCE ON A FLOW OF A FLUID
RU96171U1 (en) WATER RESET WELL
KR100484594B1 (en) Multi-phase extraction apparatus for extracting a vapor and liquid phase organic compounds
RU65965U1 (en) DEVICE FOR GAS AND SAND SEPARATION WHEN LIQUID IS PUMPED FROM A WELL WITH A SUBMERSIBLE ELECTRIC CENTRIFUGAL PUMP
RU2594401C1 (en) Device for separation of gas from liquid-gas mixture
RU48579U1 (en) WAY GAS SAND WELL SEPARATOR
RU82758U1 (en) GAS SAND ANCHOR
RU91883U1 (en) WELL WATER DISCHARGE INSTALLATION
RU2623855C1 (en) Device for gaslift transportation
SU947403A1 (en) Deep-well apparatus for separating gas from liquid
RU55893U1 (en) WELL PUMP INPUT
SU962589A1 (en) Installation for producing liquid from wells

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201202