RU2465053C2

RU2465053C2 - Device for centrifugal separation of gas-fluid mix

Info

Publication number: RU2465053C2
Application number: RU2010141640/05A
Authority: RU
Inventors: Виктор Александрович Крюков (RU); Виктор Александрович Крюков; Евгений Сергеевич Шаньгин (RU); Евгений Сергеевич Шаньгин; Алексей Викторович Шеметов (RU); Алексей Викторович Шеметов
Original assignee: Закрытое акционерное общество Научно-техническая компания "МОДУЛЬНЕФТЕГАЗКОМПЛЕКТ"
Priority date: 2010-10-11
Filing date: 2010-10-11
Publication date: 2012-10-27
Also published as: RU2010141640A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to gas and oil production and may be used for separation of gas-fluid mixes. Proposed device comprises inlet branch pipe arranged tangentially to case periphery, two discharge branch pipes, mechanism to swirl the slow for creation of centrifugal force shaped to flat warm with product passage made between work flights. Discharge branch pipes are arranged at worm center and separated by fixed web furnished with rotary axle engaged with moving vane controlled by servo drive coupled via control system with pressure transducer.

EFFECT: higher efficiency and quality, simplified design.

2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для разделения газожидкостной смеси.The invention relates to the oil and gas industry and can be used to separate a gas-liquid mixture.

Известен центробежный сепаратор, в котором в качестве закручивающих устройств используют цилиндрические лопаточные завихрители с центральным вводом потока [Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2006 г. №2, с.12-15].A centrifugal separator is known in which cylindrical blade swirls with a central flow inlet are used as swirling devices [Chemical and oil and gas engineering. 2006, No. 2, pp. 12-15].

Недостатком известного устройства является невысокое качество сепарации, обусловленное тем, что центральная часть газожидкостного потока не участвует в процессе отделения капель жидкости от газа.A disadvantage of the known device is the low quality of separation, due to the fact that the Central part of the gas-liquid stream is not involved in the process of separating liquid droplets from gas.

Известен прямоточный центробежный сепаратор, включающий цилиндрический патрубок с завихрителем в нижней части и каплесъемником в верхней части, кольцевую опорную перегородку, выполненную из 2-х секторов, размещенных друг над другом, один из которых закреплен на наружной поверхности патрубка, а другой - с возможностью осевого поворота [патент №2094073, кл. В01D 3/26, В01D 45/12].A direct-flow centrifugal separator is known, including a cylindrical nozzle with a swirl in the lower part and a droplet collector in the upper part, an annular support partition made of 2 sectors placed one above the other, one of which is mounted on the outer surface of the nozzle, and the other axially rotation [patent No. 2094073, class B01D 3/26, B01D 45/12].

Недостатком сепаратора является выход газожидкостного потока из одного канала - кольцевого сектора с одной стороны, что ведет к повторному дроблению жидкости газовым потоком, выходящим из-под каплесъемника, и ухудшению сепарации.The disadvantage of the separator is the exit of the gas-liquid stream from one channel — the annular sector, on the one hand, which leads to the re-crushing of the liquid by the gas stream coming out from under the dropper, and to the deterioration of separation.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому является высокоэффективный жидкостно-газовый сепаратор «СЦВ-7», содержащий входной патрубок, размещенный по касательной к периферийной части корпуса, два выходных патрубка, механизм вращения потока для создания центробежной силы [Патент РФ №2320395, кл. B01D 45/12, опубл. 27.03.2008 г.].The closest device of the same purpose to the claimed one is the high-performance liquid-gas separator "SCV-7", containing an inlet pipe arranged tangentially to the peripheral part of the housing, two outlet pipes, a flow rotation mechanism to create centrifugal force [RF Patent No. 2320395, cl . B01D 45/12, publ. March 27, 2008].

Недостатками устройства является сложность конструкции и невысокая производительность, обусловленная ограниченной величиной центробежной силы, создаваемой тангенциальным потоком на периферии корпуса.The disadvantages of the device are the design complexity and low productivity due to the limited amount of centrifugal force created by the tangential flow at the periphery of the housing.

Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании эффективного устройства разделения газожидкостной смеси с использованием центробежных сил.The problem to which the invention is directed, is to create an effective device for separating a gas-liquid mixture using centrifugal forces.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения:The technical result that can be obtained by carrying out the invention:

- повышение эффективности и качества разделения газожидкостной смеси за счет более точного определения границы раздела фаз;- improving the efficiency and quality of the separation of the gas-liquid mixture due to a more accurate determination of the phase boundary;

- упрощение конструкции, позволяющей уменьшить затраты на ее изготовление;- simplification of the design, which allows to reduce the cost of its manufacture;

- повышение производительности процесса вследствие вовлечения всего потока в процесс разделения фаз.- increased productivity of the process due to the involvement of the entire stream in the phase separation process.

Технический результат при реализации устройства достигается тем, что в известном устройстве центробежного разделения газожидкостной смеси, содержащем входной патрубок, размещенный по касательной к периферийной части корпуса, два выходных патрубка, механизм вращения потока для создания центробежной силы, особенность заключается в том, что механизм вращения потока выполнен в виде плоской архимедовой спирали, между витками которой образован канал для прохождения продукта, при этом выходные патрубки размещены в центральной части спирали и разделены неподвижной перегородкой, снабженной поворотной осью, соединенной с подвижной лопастью, управляемой сервоприводом, связанным через систему управления с датчиком давления.The technical result during the implementation of the device is achieved by the fact that in the known device for centrifugal separation of a gas-liquid mixture containing an inlet nozzle arranged tangentially to the peripheral part of the housing, two outlet nozzles, a rotation mechanism for creating a centrifugal force, a feature is that the rotation rotation mechanism made in the form of a flat Archimedean spiral, between the turns of which a channel is formed for the passage of the product, while the outlet pipes are located in the central part of the spiral and and are separated by a fixed partition provided with a rotary axis connected to a movable blade controlled by a servo drive connected through a control system to a pressure sensor.

На фиг.1 показан общий вид устройства (сепаратора) для центробежного разделения газожидкостной смеси.Figure 1 shows a General view of a device (separator) for centrifugal separation of a gas-liquid mixture.

На фиг.2 приведена схема движения исходного продукта и устройство сепаратора.Figure 2 shows the motion scheme of the initial product and the separator device.

Разделение газожидкостной смеси осуществляется следующим образом.The separation of the gas-liquid mixture is as follows.

Исходный продукт - газожидкостная смесь - под действием своей кинетической энергии входит через патрубок 1 в плоскую архимедову спираль 2 (фиг.2). Двигаясь по спирали 2 от периферии к центру, поток испытывает воздействие центробежной силы, причем по мере приближения к центру величина центробежной силы возрастает в связи с уменьшением радиуса кривизны спирали. Центробежная сила по-разному влияет на составные части потока - газ и конденсат. В связи с существенным различием плотности газа и конденсата, жидкость прижимается к внешней стенке канала 2, образованного между витками спирали, вытесняя газ к внутренней стенке. Давление на внешнюю стенку со стороны жидкости воспринимается датчиком 10, сигнал от датчика обрабатывается системой управления 9, а сервопривод 8 под действием сигнала от системы управления 9 поворачивает ось 6 с прикрепленной к ней лопастью 7. Конец лопасти 7 перемещается в место раздела между слоями газа и конденсата. Разделенные потоки газа и конденсата направляются перегородкой 5 в выходные патрубки, причем газ направляется в выходной патрубок 3, а жидкость - в выходной патрубок 4.The initial product - a gas-liquid mixture - under the influence of its kinetic energy enters through a pipe 1 into a flat Archimedean spiral 2 (figure 2). Moving in a spiral 2 from the periphery to the center, the flow experiences a centrifugal force, and as it approaches the center, the centrifugal force increases due to a decrease in the radius of curvature of the spiral. Centrifugal force differently affects the components of the flow - gas and condensate. Due to the significant difference in the density of gas and condensate, the liquid is pressed against the outer wall of the channel 2 formed between the turns of the spiral, displacing the gas to the inner wall. The pressure on the external wall from the liquid side is sensed by the sensor 10, the signal from the sensor is processed by the control system 9, and the servo drive 8 under the influence of the signal from the control system 9 rotates the axis 6 with the blade 7 attached to it. The end of the blade 7 moves to the interface between the gas layers and condensate. Separated flows of gas and condensate are directed by a partition 5 to the outlet pipes, with the gas being directed to the outlet pipe 3, and the liquid to the outlet pipe 4.

Пример. Плотность газа в нормальных условиях ρ_г=1,412 кг/м³; плотность конденсата ρ_к=0,796 г/см³; давление газа на входе сепаратора p=5 кгс/см²; площадь поперечного сечения канала сепаратора s=250 см²; скорость газа на входе сепаратора ν=12 м/с; внешний диаметр сепаратора d_нар=0,8 м, а центре d_вн=0,2 м; объемное содержание капельной жидкости (конденсата) в газе 5%. Газ поступает на вход сепаратора под давлением p, под воздействием которого плотность газа увеличивается: ρ_гд=ρ_г·p; ρ_гд=1,412·5=7,06 кг/м³, или ρ_гд=0,00706≈0,0071 г/см³.Example. The gas density under normal conditions is ρ _g = 1.412 kg / m ³ ; condensate density ρ _k = 0.796 g / cm ³ ; gas pressure at the inlet of the separator p = 5 kgf / cm ² ; the cross-sectional area of the separator channel s = 250 cm ² ; gas velocity at the inlet of the separator ν = 12 m / s; the outer diameter of the separator d _nar = 0.8 m, and the center d _ext = 0.2 m; the volumetric content of dropping liquid (condensate) in the gas is 5%. Gas enters the separator inlet under pressure p, under the influence of which the gas density increases: ρ _gd = ρ _g · p; _rk = 1.412 ρ · 5 = 7.06 kg / m ³ or _rA = 0,00706≈0,0071 ρ g / cm ^3.

Участок движущейся по каналу сепаратора среды (смеси газа и конденсата) толщиной l=1 см имеет общий объем W=s·l, т.е. W=250 см²·1 см=250 см³, который принимается за единичный объем. Учитывая, что 95% объема занимает газ, а 5% - конденсат, масса газа будет составлять 0,17 г, а конденсата - 0,99 г. Тогда, рассчитанная по известной формуле центробежная сила, действующая на массу газа, равна 244,8 г, а на массу конденсата - 1425,6 г. Эта разница в действии центробежных сил на массу газа и массу конденсата и дает возможность: во-первых, расслоения газа и конденсата, во-вторых,управления лопастью 7, направляющей газ и конденсат в различные выходные патрубки. Давление смеси на внешнюю стенку передается датчику давления 10, вырабатывающему электрический сигнал, пропорциональный величине давления. Величина давления непосредственно зависит от толщины слоя конденсата. Например, при увеличении относительного содержания конденсата в газе до 8% величина центробежной силы, действующей на газ и капельную жидкость, будет соответственно 235,2 и 2292,5 г. Поэтому датчик давления 10 под воздействием центробежной силы подает электрический сигнал, пропорциональный давлению, на вход системы управления 9, выход которой соединен с электроприводом 8. Система управления 9 вычисляет толщину слоя жидкости, а электропривод 8 отклоняет лопасть 7 в ту или другую сторону, направляя газ в выходной патрубок 3, а конденсат - в выходной патрубок 4.The section of the medium moving along the channel of the separator (gas and condensate mixture) with a thickness l = 1 cm has a total volume W = s · l, i.e. W = 250 cm ² · 1 cm = 250 cm ³ , which is taken as a unit volume. Considering that 95% of the volume is gas, and 5% is condensate, the mass of gas will be 0.17 g, and the condensate will be 0.99 g. Then, the centrifugal force calculated by the well-known formula acting on the mass of gas is 244.8 g, and on the mass of condensate - 1425.6 g. This difference in the action of centrifugal forces on the mass of gas and the mass of condensate makes it possible: firstly, to separate the gas and condensate, and secondly, to control the blade 7 that directs the gas and condensate in various output branch pipes. The pressure of the mixture on the outer wall is transmitted to the pressure sensor 10, which generates an electrical signal proportional to the pressure value. The pressure value directly depends on the thickness of the condensate layer. For example, if the relative concentration of condensate in the gas is increased to 8%, the magnitude of the centrifugal force acting on the gas and the dropping liquid will be 235.2 and 2292.5 g, respectively. Therefore, the pressure sensor 10, under the influence of centrifugal force, emits an electrical signal proportional to the pressure the input of the control system 9, the output of which is connected to the electric drive 8. The control system 9 calculates the thickness of the liquid layer, and the electric drive 8 deflects the blade 7 in one direction or another, directing gas to the outlet pipe 3, and the condensate to the outlet 4 tubes.

Настройка параметров системы управления 9 (например, контроллера) на конкретные величины плотностей и относительных количеств газа и конденсата производится изменением коэффициентов преобразования системы управления 9 по результатам тарирования.The settings of the control system 9 (for example, the controller) for specific densities and relative quantities of gas and condensate are made by changing the conversion factors of the control system 9 according to the calibration results.

Предлагаемое изобретение - устройство для центробежного разделения газожидкостной смеси - находит промышленное применение на многих нефтедобывающих предприятиях России.The present invention - a device for centrifugal separation of a gas-liquid mixture - finds industrial application at many oil-producing enterprises in Russia.

Claims

A device for centrifugal separation of a gas-liquid mixture containing an inlet nozzle tangential to the peripheral part of the housing, two outlet nozzles, a flow rotation mechanism for creating a centrifugal force, characterized in that the flow rotation mechanism is made in the form of a flat Archimedean spiral, between which turns a channel is formed for the passage of the product, while the output nozzles are placed in the Central part of the spiral and are separated by a fixed partition provided with a rotary axis connected to the movable th blade controlled by a servo drive connected through a control system to a pressure sensor.