RU2706820C1 - Газоотделитель и устройство для определения расхода одного или нескольких компонентов многофазной среды, в частности газоводяной смеси, и его применение - Google Patents

Газоотделитель и устройство для определения расхода одного или нескольких компонентов многофазной среды, в частности газоводяной смеси, и его применение Download PDF

Info

Publication number
RU2706820C1
RU2706820C1 RU2019110277A RU2019110277A RU2706820C1 RU 2706820 C1 RU2706820 C1 RU 2706820C1 RU 2019110277 A RU2019110277 A RU 2019110277A RU 2019110277 A RU2019110277 A RU 2019110277A RU 2706820 C1 RU2706820 C1 RU 2706820C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
outlet
tubular body
zone
gas separator
Prior art date
Application number
RU2019110277A
Other languages
English (en)
Inventor
Гуидо ХОРОБА
Гельмут ЦАЙСЛЬМАЙЕР
Вольфганг ДРАМ
Райнер ХЁККЕР
Original Assignee
Эндресс + Хаузер Флоутек Аг
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 Эндресс + Хаузер Флоутек Аг filed Critical Эндресс + Хаузер Флоутек Аг
Application granted granted Critical
Publication of RU2706820C1 publication Critical patent/RU2706820C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D7/00—Control of flow
    • G05D7/06—Control of flow characterised by the use of electric means
    • G05D7/0617—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials
    • G05D7/0629—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means
    • G05D7/0635—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means by action on throttling means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D19/00—Degasification of liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D19/00—Degasification of liquids
    • B01D19/0042—Degasification of liquids modifying the liquid flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D19/00—Degasification of liquids
    • B01D19/0063—Regulation, control including valves and floats
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/20—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/58—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/08—Air or gas separators in combination with liquid meters; Liquid separators in combination with gas-meters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/74—Devices for measuring flow of a fluid or flow of a fluent solid material in suspension in another fluid

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Degasification And Air Bubble Elimination (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

Предложен газоотделитель (100) для разделения многофазной среды (3), включающей в себя по меньшей мере один газ, в частности в виде газовых пузырьков (4), и жидкость (27), содержащий трубчатый корпус (6) с продольной осью (L1), а также вход (1) для газообразной среды, выпуск (16) для жидкости и выпуск (21) для газа, причем трубчатый корпус (6) имеет входную зону (40) и выходную зону (50), отличающийся тем, что газоотделитель (100) содержит между входной зоной (40) и выходной зоной (50) перегородку (5) с направляющей поверхностью (11), которая обтекается средой (3) с образованием зоны мелководья таким образом, что содержащийся в среде газ в зоне мелководья может выходить из среды и отводиться из газоотделителя (100) через газовый выпуск, а также устройство для определения расхода по меньшей мере одного отдельного компонента многофазной среды (3). Технический результат - создание газоотделителя, который особенно эффективным образом обеспечивал бы разделение течения, содержащего газовые пузырьки. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к газоотделителю в соответствии с ограничительной частью п. 1 формулы и к устройству для определения расхода одного или нескольких компонентов многофазной среды, а также к предпочтительному применению этого устройства и его применение.
Уровень техники
Измерение расхода двухфазных течений в трубопроводах. Расходомеры рассчитаны, как правило, на измерение однофазных текучих сред. Если измеряемая текучая среда двухфазная (капли в газе или пузырьки в жидкости), то это приводит к повышенной ненадежности измерения или делает измерение принципиально невозможным.
Сепараторы или газоотделители для разделения газожидкостных сред известны из уровня техники, в частности из US 6620221 B1, US 5507856 A, US 3960525 A. При этом для отделения газа от жидкости используются различные конструктивные решения, например перфорированные плиты и т.п.
Раскрытие изобретения
В основе изобретения лежит задача создания газоотделителя, который особенно эффективным образом обеспечивал бы разделение течения, содержащего газовые пузырьки. Кроме того, особая задача заключается в обеспечении измерения, по меньшей мере, одного отдельного компонента этой многофазной среды.
Эта задача решается посредством газоотделителя с признаками п. 1 формулы изобретения и его применения в устройстве с признаками п. 11 формулы изобретения.
Предложенный газоотделитель для разделения многофазной среды, включающей в себя, по меньшей мере, один газ, в частности в виде газовых пузырьков, и жидкость, содержит трубчатый корпус с продольной осью, а также вход для газообразной среды, выпуск для жидкости и выпуск для газа.
Трубчатый корпус имеет входную и выходную зоны.
Между входной и выходной зонами в газоотделителе расположена перегородка с направляющей поверхностью, через которую при надлежащем использовании перетекает среда с образованием зоны мелководья, причем перегородка, в частности направляющая поверхность, выполнена таким образом, что содержащийся в среде газ в зоне мелководья может выходить из среды и отводиться из газоотделителя через газовый выпуск.
Перегородка может быть образована, например, фасонным телом, расположенным внутри трубчатого корпуса.
В другом предпочтительном из нескольких различных вариантов перегородка может быть образована предварительно формованным листом и его расположением внутри трубчатого корпуса. Лист и корпус образуют в этом случае полость.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения являются объектом зависимых пунктов формулы.
Перегородка может иметь предпочтительно высоту, составляющую 60-120% по отношению к вертикальному расстоянию продольной оси до стенки трубчатого корпуса.
Один участок перегородки может быть выполнен в виде рампы, которая проходит или понижается от направляющей поверхности в направлении выходной зоны. Эта рампа может иметь преимущественно уклон 15-45º. Она предотвращает образование завихрений вследствие отрыва течения.
Продольная протяженность направляющей поверхности перегородки преимущественно больше среднего диаметра трубчатого корпуса.
Газоотделитель может содержать между газовым выпуском и трубчатым корпусом газоотводную трубу, имеющую воронкообразное сужение сечения. Бóльшая приемная зона газоотводной трубы служит для удаления жидкостных долей из газа.
Для этого газоотводная труба может иметь особенно предпочтительно участок со средним диаметром, по меньшей мере, 75% от среднего диаметра трубчатого корпуса, преимущественно со средним диаметром не более чем скачок условного прохода по сравнению со средним диаметром трубчатого корпуса.
В выходной зоне корпуса может быть расположена отводная труба для отвода жидкости, в частности свободной от пузырьков жидкости, причем в отводной зоне и/или в отводной трубе расположен вихрегаситель для предотвращения проникновения пузырьков в жидкость.
Воображаемая плоскость разреза вдоль продольной оси делит газоотделитель на верхнюю и нижнюю стороны. При этом вводная труба для подачи среды в трубчатый корпус и отводная труба для отвода жидкости, в частности свободной от пузырьков жидкости, из трубчатого корпуса расположены предпочтительно на нижней стороне трубчатого корпуса. Газоотводная труба расположена предпочтительно на верхней стороне трубчатого корпуса.
Чтобы удалить из среды уже первые газовые пузырьки, вводная труба может быть выполнена предпочтительно в виде подъемной трубы.
Согласно изобретению, устройство для определения расхода, по меньшей мере, одного отдельного компонента многофазной среды, включающей в себя, по меньшей мере, один газ, в частности в виде газовых пузырьков, и жидкость, содержит предложенный газоотделитель, причем, по меньшей мере, один расходомер для определения расхода газа и/или жидкости расположен аэрогидродинамически в направлении течения газа и/или течения жидкости за трубчатым корпусом.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения являются объектом зависимых пунктов формулы.
На или в отводной трубе для жидкости предпочтительно расположен расходомер или расположена труба с расходомером для определения расхода жидкости, причем расходомер представляет собой преимущественно магнитно-индукционный расходомер, расходомер Vortex, кориолисов расходомер или ультразвуковой расходомер.
На или в газоотводной трубе расположен расходомер или расположена труба с расходомером для определения расхода газа, причем расходомер представляет собой преимущественно термический расходомер, расходомер Vortex или ультразвуковой расходомер.
Особенно предпочтительно устройство содержит клапан для регулирования расхода газа на газовом выпуске газоотделителя. Клапан может использоваться для установления уровня наполнения в зоне мелководья над направляющей поверхностью перегородки ниже максимального предельного значения и, тем самым, предотвратить слишком сильное наполнение трубчатого корпуса.
Преимущественно дополнительно к названному клапану устройство содержит дополнительный клапан для регулирования расхода жидкости на выпуске для жидкости газоотделителя. Клапан может использоваться для установления уровня наполнения в сливной зоне трубчатого корпуса выше максимального предельного значения, предотвращая, тем самым, опорожнение сливной зоны.
Клапан для регулирования расхода газа на газовом выпуске газоотделителя и/или клапан для регулирования расхода жидкости на выпуске для жидкости газоотделителя являются управляемыми клапанами, причем в качестве управляющей величины служит соответственно предельное значение уровня наполнения в выпускной зоне или в зоне мелководья. Соблюдение уровня наполнения в пределах заданных предельных значений можно контролировать с помощью техники измерений, например приборами для контроля и/или определения уровня.
Особенно предпочтительным применение названного устройства является определение скорости протекания многофазной газоводяной смеси, в частности в газовой скважине.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение более подробно поясняется на примере его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображают:
- фиг. 1: схематичный вид предложенного газоотделителя;
- фиг. 2: схематичный вид устройства для измерения одного или нескольких компонентов многофазного течения с помощью предложенного газоотделителя из фиг. 1;
- фиг. 3: схематичный вид геометрической формы расположенной в газоотделителе перегородки.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 изображен предложенный газоотделитель 100. Он имеет вход 1 для многофазной среды 3. Эта многофазная среда 3 включает в себя жидкую фазу и газовую фазу, содержащуюся в многофазной среде 3 в виде газовых пузырьков 4. Эти газовые пузырьки 4 в определенных случаях могут лишь с трудом улетучиваться из многофазной среды, поскольку они часто подхватываются течением, а напор жидкости препятствует их улетучиванию.
Типичным примером является водогазовая среда, которая возникает при бурении при разведке газа или нефти. Эта вода является часто морской водой и имеет до 20 объемных долей газа. Содержание газа делает проблематичной, с одной стороны, удаление воды, а, с другой стороны, содержащийся газ может еще рентабельно повторно использоваться.
Независимо от экологических и экономически аспектов измерение расхода жидкой среды с содержащимися в ней газовыми пузырьками до сих, правда, принципиально возможно, однако с помощью очень дорогих расходомеров.
Измерение расхода отдельных компонентов, т.е. жидкости и газа, может осуществляться, согласно изобретению, с помощью предложенного газоотделителя 100.
Газоотделитель 100 содержит трубчатый корпус 6 с продольной осью L1. Эта продольная ось может быть ориентирована преимущественно перпендикулярно вертикальному направлению или наклонно к нему. За счет воображаемой плоскости, лежащей на продольной оси L1, трубчатый корпус может быть разделен на нижнюю 70 и верхнюю 60 стороны. Трубчатый корпус 6 на фиг. 1 закрыт на концевых зонах 7, 8. Во входной зоне 40 расположена входная труба 2, выполненная в варианте на фиг. 1 и 2 в виде подъемной трубы. Внутри входной трубы 2 в трубчатый корпус 6 подается многофазная среда 3. При этом сечение входной трубы 2 увеличивается от входа 1 до места пересечения с трубчатым корпусом 6, благодаря чему входная скорость предпочтительно уменьшается, и не происходит образования фонтана над подъемной трубой.
Наполнение трубчатого корпуса 6 происходит с его нижней стороны 70, т.е. от впуска 1, расположенного под трубчатым корпусом 6. За счет этого часть газовых пузырьков вследствие повышенного столба жидкости, который больше уровня наполнения трубчатого корпуса 6, может подниматься к поверхности благодаря повышенным подъемным силам.
В одном менее предпочтительном варианте, однако, возможно, чтобы подача многофазной среды 3 происходила не через подъемную трубу, а за счет расположения входной трубы 2 в концевой зоне 7 трубчатого корпуса 6, которая находится перед его входной зоной 40.
Далее газоотделитель имеет выходную зону 50 для свободной, в основном, от пузырьков жидкости 25 в качестве компонента многофазной среды 3.
В выходной зоне 50 находится отводная труба 15 для отвода жидкости 27 из трубчатого корпуса 6, заканчивающаяся выпуском 16 для жидкости. Эта отводная труба 15 расположена на нижней стороне 70 трубчатого корпуса 6. Она имеет в зоне места пересечения с трубчатым корпусом форму воронки 13. В воронке 13 расположен вихрегаситель 14. Он может включать в себя, например, элемент из двух или более расположенных крест-накрест поверхностных образований. Это предотвращает вихреобразование. Кроме того, уменьшенное сечение выходной трубы в ее входной зоне обеспечивает полное наполнение выходной трубы.
Между входной 40 и выходной 50 зонами в трубчатом корпусе 6, преимущественно вдоль его нижней стороны 70, расположена перегородка 5, которая при надлежащем использовании обтекается средой 3. В отличие от перфорированной плиты, обтекаемая течением поверхность перегородки закрыта.
Перегородкой 5 предложенного газоотделителя является выступ, преимущественно в виде установленного в корпусе поверхностного образования, например вваренного листа, или фасонное тело, например из пластика или металла. Выступ может вдаваться в трубу предпочтительно с нижней стороны 70 трубчатого корпуса 6. При этом перегородка 5 выполнена предпочтительно зеркально-симметричной, причем продольная ось L1 трубчатого корпуса 6 лежит на плоскости симметрии перегородки 5.
Минимальное расстояние краевых зон входной 2 и отводной 15 труб до трубчатого корпуса 6 образует тракт I.
Перегородка 5 проходит предпочтительно на этом тракте L на участке более 60%, преимущественно более 80%.
Высота Z перегородки 5 может составлять 30-60% по отношению к среднему диаметру трубчатого корпуса 6. Средним диаметром корпуса круглого сечения является «нормальный» диаметр. Могут использоваться также корпуса многоугольного сечения, например треугольного, четырехугольного, шестиугольного и т.д. В этом случае средним диаметром является среднее значение всех возникающих диаметров сечения перпендикулярно продольной оси L, т.е. среднее значение всех расстояний между точками стенки трубы корпуса 6, проходящими через продольную ось L.
Высота z относится к максимальному расстоянию между стенкой и поверхностью перегородки 5 в плоскости разреза, в которой расположена продольная ось L1. Обычно – это продольный разрез трубчатого корпуса 6.
Однако корпус 6 необязательно должен быть выполнен в виде круглой трубы, а может быть, например, также трубой треугольного, прямоугольного, шестиугольного и т.п. сечения.
Перегородка 5 имеет направляющую поверхность 11, обтекаемую средой. Направляющая поверхность может быть изогнутой, если сечение трубчатого корпуса выполнено в зоне перегородки 5, по меньшей мере, на отдельных участках кругообразным.
Направляющая поверхность в продольном разрезе трубчатого корпуса 6 проходит вдоль его продольной оси L1 параллельно ей.
По направляющей поверхности 11 среда течет, будучи распределена по ширине. Функция перегородки 5 с направляющей поверхностью 11 заключается в уменьшении расстояния газовых пузырьков 4 до поверхности жидкости, поскольку ее уровень 19 или высота перелива над направляющей поверхностью 11 очень малы. При обтекании перегородки путь газовых пузырьков в жидкости минимизируется, в результате чего газ может быть вытеснен из среды в зоне над направляющей поверхностью 11 – в зоне 20 мелководья. Уровень наполнения над областью мелководья, включая высоту z перегородки, не должен быть преимущественно выше ¾ диаметра трубы. Предпочтительно контроль этого максимального предельного значения уровня наполнения может осуществляться, например, предельным выключателем.
Кроме того, перегородка 5 имеет понижающуюся в направлении выходной зоны 50 рампу 12, в которую переходит направляющая поверхность 11. Эта рампа имеет, начиная от направляющей поверхности и параллельно продольной оси L1 к выходной зоне 50, непрерывное уменьшение высоты к стенке корпуса 6.
Перегородка 5 может быть выполнена, например, в виде изогнутого листа, сваренного со стенкой трубы, или в виде фасонного тела, соединенного со стенкой трубы.
Наклон рампы 12 перегородки 5 может составлять 15-45º. Рампа предпочтительно препятствует переливу жидкости через перегородку. Это привело бы к вихреобразованию за счет отделяющегося течения и к нежелательному образованию газовых пузырьков.
Входная зона 40 имеет при надлежащей эксплуатации первый уровень I жидкости, а выходная зона 50 – второй уровень II жидкости. Зона 20 мелководья имеет уровень 19 жидкости в качестве третьего уровня.
Уровень II жидкости внутри трубчатого корпуса 6 должен составлять в выходной зоне 50 предпочтительно, по меньшей мере, 20% диаметра трубы. Это предотвращает эксплуатацию корпуса всухую и нежелательное вихреобразование.
Вдоль верхней стороны 60 трубчатого корпуса 6 газоотводная труба 9 для отделенного от среды 3 газа. Газоотводная труба 9 расположена преимущественно, по меньшей мере, на отдельном участке над перегородкой 5 на верхней стороне 8 трубчатого корпуса 6.
Газоотводная труба 9 имеет газовый выпуск 21 для газа из газоотделителя 100. Газоотводная труба 9 имеет воронкообразное сужение 17 сечения к газовому выпуску 21. Это предпочтительно, с тем чтобы с доли жидкости могли конденсироваться на наклонных поверхностях газоотводной трубы 9. Кроме того, так может быть образована большая зона улавливания газа, так что доли жидкости могут скапливаться в отделенном газе в этой зоне и падать обратно в жидкость. Поэтому предпочтительно, если газоотводная труба 9, по меньшей мере, в отдельном месте составляет средний диаметр, по меньшей мере, 75% среднего диаметра трубчатого корпуса 6, преимущественно не более скачка условного прохода, т.е. больше или меньше единственного условного прохода диаметра трубчатого корпуса 6.
Средний диаметр следует использовать, например, для прямоугольных, у которых могут возникнуть несколько диаметров. При этом средним диаметром является среднее значение всех возникающих в трубе диаметров.
В одном предпочтительном варианте газоотводная труба расположена перпендикулярно продольной оси L1 трубчатого корпуса 6.
В частности, трубчатый корпус 6 и перегородка 5 могут быть изготовлены из стойкой к морской воде стали. Газоотделитель может быть сварен с одним или несколькими трубопроводами или закреплен на них посредством фланцевого соединения.
Для контроля второго уровня II жидкости со стороны стекания в качестве опции может быть предусмотрено измерительное устройство 18 для контроля недостижения минимальной высоты наполнения. Это может осуществляться преимущественно механически или электромеханически, например посредством поплавка или предельного выключателя.
На фиг. 2 схематично изображено расположение газоотделителя 100 в устройстве для определения расхода, по меньшей мере, одного компонента многофазной среды 3.
При этом интерес представляет, в первую очередь, определение расхода, в частности скорости, объемного и/или массового расхода жидкой фазы. Это может осуществляться у предвключенного газоотделителя без проблем посредством расходомера 26, например магнитно-индукционного расходомера, расходомера Vortex, ультразвукового расходомера или кориолисова расходомера, который расположен аэрогидродинамически за выпуском для жидкости.
По отношению к конкретному примеру измерения водной фазы газоводяной среды здесь может определяться объемный расход Vw воды.
К газовому выпуску 21 может быть присоединена непосредственно измерительная труба расходомера 24 для определения расхода газа, в частности природного газа, например ультразвукового расходомера, термического расходомера или расходомера Vortex.
В буровой технике принято подавать помимо воды также одновременно природный газ. Поэтому газовый выпуск 21 газоотделителя заканчивается газонаправляющей, в частности направляющей природный газ, трубой 23, в которой природный газ уже течет со скоростью VGas2 течения и к которой природный газ подается со скоростью VGas1 течения. Аэродинамически за газовым выпуском 21 к газонаправляющей трубе 23 может быть присоединен расходомер 24, так что можно определить общий расход подаваемого газа. Здесь не представляет интерес определение расхода газовой доли в воде. Однако могут быть и другие применения, где расход газа может быть релевантным измеряемым параметром.
Устройство на фиг. 2 дополнительно к измерительному устройству с обоими расходомерами 24, 26 содержит еще два клапана 22, 25, расположенных на или в газоотводной трубе 9 и на или в отводной трубе 15. Эти клапаны могут быть расположены также вне газоотделителя 100.
За счет этого в определенных случаях может произойти так, что уровень I и/или уровень II жидкости могут непроизвольно подняться. Этому можно противодействовать, закрыв клапан 22. При этом возникают повышение давления газа на среду 3 и, тем самым, принудительным образом понижение уровня I и/или уровня II жидкости. Управление клапаном может осуществляться за счет описанного выше контроля максимального уровня наполнения в зоне 20 мелководья.
Далее уровень II жидкости 27, находящейся гидродинамически за перегородкой 5, не должен опускаться ниже минимального значения. В противном случае выходная зона 50 эксплуатировалась бы всухую, и газ попал бы в отводную трубу 15. Контроль соблюдения этого может происходить здесь механически или электромеханически, например посредством предельного выключателя или поплавка.
Для управления клапанами 22, 25 могут использоваться также измерение перепада давлений или другие варианты измерения уровня наполнения.
Особенно предпочтительное применение газоотделителя 100 и применение устройства заключаются в подаче природного газа, а именно при его отделении от подаваемой воды. При этом вода, которая на глубине (под высоким давлением) ее содержит растворенный в ней природный газ, подается из скважины насосом. В результате подачи на поверхность давление падает, а высвобождающийся газ скапливается в течении в виде пузырьков. При измерении расхода пузырьки вызывают повышенные неточности измерения. Кроме того, когда вода в ходе процесса вступает в контакт с атмосферой, газ улетучивался бы в нее, что экологически и экономически нежелательно. Поэтому именно при этом применении важно надежно отделить газ от воды, так что возможно достаточно точное измерение, и никакой газ не улетучивается в атмосферу, а, при необходимости, направляется в трубопровод для дальнейшей транспортировки.
Аналитическая оценка размера пузырьков природного газа показывает, что должны отделяться очень маленькие пузырьки (диаметр <1 мм). Однако скорость подъема пузырьков зависит от их размера: большие пузырьки поднимаются быстрее маленьких. Из этого следует тот факт, что маленьким пузырькам требуется более длительное время нахождения для отделения, чем большим. Поскольку смесь текучих сред в известных газоотделителях или сепараторах неспокойная, а течет через них, это означает, что при данной скорости течения сепаратор из уровня техники должен быть по конструкции тем длиннее, чем меньше отделяемые пузырьки. Однако сепаратор бóльших габаритов нежелателен, поскольку его стоимость возрастает с его величиной. Уменьшения конструктивной длины можно было бы достичь, в принципе, за счет уменьшения скорости течения, вызванного расширением протекаемой площади сечения. Однако это было бы нецелесообразно, поскольку тогда возрастает также конструктивный размер.
Ниже для улучшения понимания следует еще раз пояснить отдельные преимущества конструктивного выполнения газоотделителя 100 и устройства для определения расхода, по меньшей мере, одного отдельного компонента многофазной среды.
За счет создания зоны 20 мелководья путем использования обтекаемой средой, в частности обтекаемой жидкостью перегородки 4 в газоотделителе 100 сокращается время подъема пузырьков в результате уменьшения глубины воды. В корпус сепаратора перегородка 5 помещается в виде вставки, через которую не протекает среда, причем вставка создает область 20 мелководья. В известных сепараторах для этого используются перфорированные плиты, что не приводит к созданию области мелководья.
Путь, который пузырек должен пройти от основания течения до поверхности, таким образом сокращается. При данной скорости подъема пузырьков уменьшается, тем самым, требуемое время нахождения.
В одном предпочтительном варианте перегородка 5 отличается со стороны натекания тем, что имеет вертикальную или очень крутую переднюю поверхность 10. Однако в одном менее предпочтительном варианте она может возрастать к направляющей поверхности 11.
Передняя поверхность 10 обеспечивает ускорение течения против силы тяжести. Благодаря силам инерции даже в зоне 20 мелководья имеет место начальная скорость в противоположном силе тяжести направлении. В конце области мелководья умеренный уклон рампы 12 заботится о беспрепятственном стекании воды и предотвращении повторного перемешивания газа и воды.
Отделенный газ отводится в противоположном силе тяжести направлении.
За счет воронкообразного сужения 17 сечения газоотводной трубы 9 достигается то, что газ сначала течет так медленно, что обтекание, возможно, имеющихся в газе капель происходит ламинарно. Следовательно, капли подвержены, в основном, силе тяжести и испытывают лишь очень небольшие силы за счет стекающего газа. Капли падают обратно в сепаратор, и течение газа остается свободным от воды.
Практика показала, что высота наполнения в газоотделителе 100 могут зависеть от краевых условий давление и расход на входе и выходе. Уменьшенное стекание может привести к тому, что сепаратор будет заливаться и, тем самым, вода нежелательным образом будет проникать в газовод. С другой стороны, повышенное стекание может полностью опорожнить сепаратор, так что газ проникнет в водовод. Оказалось целесообразным оборудовать сепаратор измерением уровня наполнения. Измерение уровня наполнения может быть реализовано одним или двумя выключателями предельного значения или непрерывным измерением высоты наполнения (например, перепад давлений). Из высоты наполнения выводятся сигналы, которые управляют соответственно клапаном 22, 26, размещенным на выпуске для газа и воды или жидкости.
Если высота наполнения в газоотделителе – фактически или предсказуемо – возрастает выше предельного значения, то клапан 22 на газовом выпуске закрывается и снова открывается, если предельное значение – фактически или предсказуемо – не достигается. Точно так же клапан 26 на выпуске для воды закрывается, если не достигается – фактически или предсказуемо – второе предельное значение. Этот клапан снова открывается, если второе предельное значение – фактически или предсказуемо – превышается.
Измерение уровня наполнения может быть реализовано электронным прибором для измерения перепада давлений. Она измеряет абсолютное давление в двух положениях и определяет перепад давлений в цифровом виде. Абсолютное давление может использоваться тогда, например, для того, чтобы вычислить плотность газа для измерения массового потока.
Геометрическая форма и принцип действия перегородки 5 на фиг. 1, 2 следует более подробно пояснить с помощью фиг. 3 и смеси метана и воды в качестве многофазной среды 3. Газовый пузырек диаметром 10 мкм должен быть надежно отделен. (Крупные пузырьки поднимаются быстрее, поэтому в качестве предельного случая рассматривается наименьший пузырек).
Пузырек метана имеет в воде скорость ug подъема, например, 0,017 м/с. За время t он должен преодолеть высоту h2, чтобы выйти из воды. За то же время t вода течет со скоростью uw через перегородку 5 с направляющей поверхностью длиной L.
h2
u g = ----
t
L
u w = --
t
L
u w = u g • ---
h2
Объемный поток
Figure 00000001
соответствует скорости uw течения, умноженной на высоту h2, умноженную на ширину D перегородки (ширина перегородки соответствует диаметру трубы).
Figure 00000001
= uw • h2 • D
Figure 00000001
= ug • L • D
Таким образом, длина L направляющей поверхности 11 перегородки 5 в направлении течения составляет:
Figure 00000001
L = -------
ug • D
Высоты h2 и h1 известны из гидравлики:
h1 =
Figure 00000002
2
h2 = -- • h1
3
При этом g обозначает ускорение свободного падения (9,81 м/с2), а μ – также известный из гидравлики параметр перетекания, который для перегородки рассматриваемого здесь конструктивного вида принимает значение 0,5. Высота z перегородки должна соответствовать приблизительно половине диаметра трубы. Идеально:
D
z + h2 = --
2
При этом идеально также:
z > h2

Claims (17)

1. Газоотделитель (100) для разделения многофазной среды (3), включающей по меньшей мере один газ, в частности в виде газовых пузырьков (4), и жидкость (27), содержащий трубчатый корпус (6) с продольной осью (L1), а также вход (1) для газообразной среды, выпуск (16) для жидкости и выпуск (21) для газа, причем трубчатый корпус (6) имеет входную зону (40) и выходную зону (50), отличающийся тем, что газоотделитель (100) содержит между входной зоной (40) и выходной зоной (50) перегородку (5) с направляющей поверхностью (11), выполненной с возможностью обтекания средой (3) с образованием зоны мелководья таким образом, что содержащийся в среде газ в зоне мелководья может выходить из среды и отводиться из газоотделителя (100) через газовый выпуск.
2. Газоотделитель (100) по п. 1, отличающийся тем, что на протяжении направляющей поверхности (11) перегородка (5) имеет высоту (z), которая составляет 60-120% по отношению к вертикальному расстоянию продольной оси (L1) до стенки трубчатого корпуса (6).
3. Газоотделитель (100) по п. 1 или 2, отличающийся тем, что перегородка (5) имеет рампу (12), которая проходит от направляющей поверхности (11) в направлении выходной зоны (5).
4. Газоотделитель (100) по п. 3, отличающийся тем, что рампа (12) имеет уклон 15-45°.
5. Газоотделитель (100) по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что содержит между газовым выпуском (21) и трубчатым корпусом (6) газоотводную трубу (9), имеющую воронкообразное сужение (17) сечения.
6. Газоотделитель (100) по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что продольная протяженность направляющей поверхности (11) перегородки (5) больше среднего диаметра трубчатого корпуса (6).
7. Газоотделитель (100) по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что газоотводная труба (9) имеет участок со средним диаметром, по меньшей мере 75% от среднего диаметра трубчатого корпуса (6), преимущественно со средним диаметром не более чем скачок условного прохода по сравнению со средним диаметром трубчатого корпуса (6).
8. Газоотделитель (100) по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что в выходной зоне (50) корпуса (6) расположена отводная труба (15) для отвода жидкости (27), в частности свободной от пузырьков жидкости, причем в зоне (50) отвода и/или в отводной трубе (15) расположен вихрегаситель (14).
9. Газоотделитель (100) по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что плоскость разреза вдоль продольной оси (L1) делит газоотделитель (100) на верхнюю сторону (60) и нижнюю сторону (70), причем вводная труба (2) для подачи среды (3) в трубчатый корпус (6) и отводная труба (15) для отвода жидкости (27), в частности свободной от пузырьков жидкости, из трубчатого корпуса (6) расположены на нижней стороне (70) трубчатого корпуса (6), причем газоотводная труба (9) расположена на верхней стороне (60) трубчатого корпуса (6).
10. Газоотделитель (100) по п. 9, отличающийся тем, что вводная труба (2) выполнена в виде подъемной трубы.
11. Устройство для определения расхода по меньшей мере одного отдельного компонента многофазной среды (3), включающей по меньшей мере один газ, в частности в виде газовых пузырьков (4), и жидкость (27), содержащее газоотделитель (100) по п. 1, причем по меньшей мере один расходомер (24 или 26) для определения расхода газа (4) и/или жидкости (27) расположен аэрогидродинамически в направлении течения газа и/или течения жидкости за трубчатым корпусом (6).
12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что на или в отводной трубе (15) для жидкости расположен расходомер (26) или расположена труба с расходомером для определения расхода жидкости, причем расходомер представляет собой преимущественно магнитно-индукционный расходомер, расходомер Vortex, кориолисов расходомер или ультразвуковой расходомер.
13. Устройство по п. 11 или 12, отличающееся тем, что на или в газоотводной трубе (9) расположен расходомер или расположена труба (23) с расходомером (24) для определения расхода газа, причем расходомер выполнен в виде термического расходомера, расходомера Vortex или ультразвукового расходомера.
14. Устройство по любому из пп. 11-13, отличающееся тем, что содержит клапан (22) для регулирования расхода газа на газовом выпуске (21) газоотделителя (100).
15. Устройство по любому из пп. 11-14, отличающееся тем, что содержит клапан (25) для регулирования расхода жидкости на выпуске (16) для жидкости газоотделителя (100).
16. Устройство по любому из пп. 11-15, отличающееся тем, что клапан (22) для регулирования расхода газа на газовом выпуске (21) газоотделителя (100) и/или клапан (25) для регулирования расхода жидкости на выпуске (16) для жидкости газоотделителя (100) являются клапанами, выполненными с возможностью управления, причем в качестве управляемого параметра служит соответственно предельное значение уровня (II, 19) наполнения в выпускной зоне (50) или в зоне (20) мелководья.
17. Применение устройства для определения расхода по п. 11 для определения скорости протекания многофазной среды из природного газа и воды, в частности в газовой скважине.
RU2019110277A 2016-09-09 2017-08-23 Газоотделитель и устройство для определения расхода одного или нескольких компонентов многофазной среды, в частности газоводяной смеси, и его применение RU2706820C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016116989.7 2016-09-09
DE102016116989.7A DE102016116989A1 (de) 2016-09-09 2016-09-09 Gasabscheider und Vorrichtung zur Ermittlung eines Durchflusses einer oder mehrerer Komponenten eines mehrphasigen Mediums, insbesondere eines Erdgas-Wasser Gemisches.
PCT/EP2017/071222 WO2018046299A1 (de) 2016-09-09 2017-08-23 Gasabscheider und vorrichtung zur ermittlung eines durchflusses einer oder mehrerer komponenten eines mehrphasigen mediums, insbesondere eines erdgas-wasser gemisches

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2706820C1 true RU2706820C1 (ru) 2019-11-21

Family

ID=59829336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019110277A RU2706820C1 (ru) 2016-09-09 2017-08-23 Газоотделитель и устройство для определения расхода одного или нескольких компонентов многофазной среды, в частности газоводяной смеси, и его применение

Country Status (9)

Country Link
US (1) US11550342B2 (ru)
EP (1) EP3510365A1 (ru)
CN (1) CN109690261A (ru)
AU (1) AU2017324747B2 (ru)
CA (1) CA3035992C (ru)
DE (1) DE102016116989A1 (ru)
RU (1) RU2706820C1 (ru)
WO (1) WO2018046299A1 (ru)
ZA (1) ZA201901030B (ru)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016116989A1 (de) 2016-09-09 2018-03-15 Endress+Hauser Flowtec Ag Gasabscheider und Vorrichtung zur Ermittlung eines Durchflusses einer oder mehrerer Komponenten eines mehrphasigen Mediums, insbesondere eines Erdgas-Wasser Gemisches.
DE102019124690A1 (de) * 2019-09-13 2021-03-18 Miele & Cie. Kg Dosiereinrichtung und Verfahren zum Dosieren eines Fluidgemisches für ein Reinigungsgerät und Reinigungsgerät
AT523154B1 (de) * 2020-02-04 2021-06-15 Avl List Gmbh Abscheidesystem für ein Brennstoffzellensystem
DE102021133150A1 (de) * 2021-12-14 2023-06-15 Endress + Hauser Flowtec Ag Vorrichtung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6730146B2 (en) * 2002-05-03 2004-05-04 Kem-Tron Technologies, Inc. Drilling fluid degasser
JP2006343064A (ja) * 2005-06-10 2006-12-21 Denso Corp 冷凍サイクル用気液分離器
DE19781704B4 (de) * 1996-04-16 2007-01-18 Ecopump Oy Vorrichtung für die Messung einer Flüssigkeitsmenge
RU2409411C1 (ru) * 2009-10-28 2011-01-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Аккорд Эстейт" Способ разделения газожидкостных смесей и газожидкостный сепаратор для его осуществления

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2610697A (en) 1950-03-27 1952-09-16 Sivalls Tanks Inc Gas and liquid separator apparatus
NL175919B (nl) * 1953-02-09 Standard Oil Co Werkwijze voor de bereiding van polyalkeentrimellietaatimiden met een inherente viscositeit van tenminste 0,3 dl/g en gevormde voortbrengselen, vervaardigd onder toepassing van de aldus bereide polymeren.
US3044236A (en) 1960-07-21 1962-07-17 Phillips Petroleum Co System for removal of gases from liquids
US3960525A (en) 1975-05-09 1976-06-01 Combustion Engineering, Inc. Oil-gas separator having defoaming structure
DE7907208U1 (de) 1979-03-15 1979-07-05 De Limon Fluhme Gmbh & Co, 4000 Duesseldorf Fremdstoffabscheider fuer eine oelumlaufanlage
US5127272A (en) * 1991-01-03 1992-07-07 Texaco Ltd. Multiphase flow rate monitoring means and method
US5232475A (en) * 1992-08-24 1993-08-03 Ohio University Slug flow eliminator and separator
US5507858A (en) 1994-09-26 1996-04-16 Ohio University Liquid/gas separator and slug flow eliminator and process for use
EP1159050B1 (en) 1999-03-05 2003-05-28 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. Three-phase separator
US6478274B1 (en) 1999-05-10 2002-11-12 Innovative Office Products, Inc. Arm apparatus for mounting electronic devices
DE19944189C1 (de) 1999-09-15 2001-04-05 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung zur Trennung von Gas und Flüssigkeit aus einem in einer Leitung strömenden Gas/Flüssigkeitsgemisch und Verfahren zur Trennung desselben
US6318156B1 (en) 1999-10-28 2001-11-20 Micro Motion, Inc. Multiphase flow measurement system
US6906164B2 (en) * 2000-12-07 2005-06-14 Eastman Chemical Company Polyester process using a pipe reactor
US20060137663A1 (en) * 2004-12-29 2006-06-29 Shawn Vaught Apparatus for separating entrained air from a liquid
EP1899688B1 (en) 2005-07-07 2010-10-27 Expro Meters, Inc. A system and method for optimizing a gas/liquid separation process
US9089792B2 (en) * 2011-08-31 2015-07-28 Rheaume Engineering Inc. Multi-phase flow separation apparatus and system
GB2497321B (en) * 2011-12-06 2014-06-18 Senico Ltd Multi-phase metering of fluid flows
US9778091B2 (en) * 2014-09-29 2017-10-03 Schlumberger Technology Corporation Systems and methods for analyzing fluid from a separator
FR3033371B1 (fr) * 2015-03-06 2018-09-21 Thermodyn Separateur liquide/gaz et groupe motocompresseur centrifuge dote d'un tel separateur
US9664548B2 (en) * 2015-03-19 2017-05-30 Invensys Systems, Inc. Testing system for petroleum wells having a fluidic system including a gas leg, a liquid leg, and bypass conduits in communication with multiple multiphase flow metering systems with valves to control fluid flow through the fluidic system
DE102016116989A1 (de) 2016-09-09 2018-03-15 Endress+Hauser Flowtec Ag Gasabscheider und Vorrichtung zur Ermittlung eines Durchflusses einer oder mehrerer Komponenten eines mehrphasigen Mediums, insbesondere eines Erdgas-Wasser Gemisches.

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19781704B4 (de) * 1996-04-16 2007-01-18 Ecopump Oy Vorrichtung für die Messung einer Flüssigkeitsmenge
US6730146B2 (en) * 2002-05-03 2004-05-04 Kem-Tron Technologies, Inc. Drilling fluid degasser
JP2006343064A (ja) * 2005-06-10 2006-12-21 Denso Corp 冷凍サイクル用気液分離器
RU2409411C1 (ru) * 2009-10-28 2011-01-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Аккорд Эстейт" Способ разделения газожидкостных смесей и газожидкостный сепаратор для его осуществления

Also Published As

Publication number Publication date
AU2017324747B2 (en) 2020-04-23
US20190196518A1 (en) 2019-06-27
ZA201901030B (en) 2022-05-25
WO2018046299A1 (de) 2018-03-15
EP3510365A1 (de) 2019-07-17
CN109690261A (zh) 2019-04-26
AU2017324747A1 (en) 2019-04-11
DE102016116989A1 (de) 2018-03-15
CA3035992A1 (en) 2018-03-15
US11550342B2 (en) 2023-01-10
CA3035992C (en) 2021-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2706820C1 (ru) Газоотделитель и устройство для определения расхода одного или нескольких компонентов многофазной среды, в частности газоводяной смеси, и его применение
RU2730432C2 (ru) Многофазный расходомер стратифицированного потока
RU2428662C2 (ru) Многофазный расходомер
US8894755B2 (en) Gas-liquid separator
JP4688974B1 (ja) バッチ式多相流量測定装置及び流量計測方法
CN101213426B (zh) 用于测量多组分流中的一个组分密度的方法和设备
CA2895890C (en) Inclined tubular separator for separating oil well substances
DK179274B1 (en) Split flow pipe separator
US6468335B1 (en) Device for separating a mixture of fluids
CN107894260B (zh) 一种用于气液分离的消气器和气液分离方法
RU2583268C1 (ru) Газожидкостный сепаратор
WO2019086918A1 (en) Flow measurement of fluid containing solid by bottom-fed flume
GB2067919A (en) Apparatus for venting and dearating a liquid circuit
WO2015006663A1 (en) Gas removal system for liquid product pipelines
BR112014028541B1 (pt) aparelho e método de mistura de pelo menos uma primeira fase fluídica com uma primeira densidade e uma segunda fase fluídica com uma segunda densidade
CN105909230A (zh) 一种三相分离测试装置
Chan et al. Flow regimes of a surcharged plunging dropshaft-tunnel system
US20180154282A1 (en) Method and device for separation of liquids and gas with use of inclined and rounded holes or channels in the wall of a pipe
CN109513238A (zh) 一种三筒式消气器
GB2272425A (en) Generating slug flow
CN101576464B (zh) 用于测量多组分流中的一个组分密度的方法和设备
US20140238817A1 (en) Oil-water separator
JP3004458B2 (ja) 開水路用電磁流量計
Liu et al. Experiments of Air-pocket Movement in an 18.2 odownward 240-mm Conduit
RU2554686C2 (ru) Способ повышения точности измерений расхода многофазной смеси в трубопроводе