RU2736135C1

RU2736135C1 - Способ сепарации многокомпонентной среды

Info

Publication number: RU2736135C1
Application number: RU2020107559A
Authority: RU
Inventors: Александр Петрович Шевцов; Владимир Дмитриевич Гриценко; Владимир Викторович Черниченко; Сергей Борисович Чагин; Павел Петрович Слугин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ"
Priority date: 2020-02-20
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2020-11-11

Abstract

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к устройствам для сепарации многокомпонентной среды - природного пластового газа, и может быть использовано для отделения жидкой фракции углеводородных газов - пропана и бутана и более тяжелых углеводородов C₅₊ от общего потока природного газа. При сепарации потоку многокомпонентной среды придают ускорение и вращательное движение путем пропускания его через лопатки конического шнека, установленного в конфузорной части канала. Вращающийся поток направляют через цилиндрический участок профилированного канала подачи потока и обеспечивают конденсацию в дисперсном многокомпонентном газовом потоке, после чего производят расширение газа и выделение жидкой фракции тяжелых углеводородов в виде капель жидкости в пристеночный слой на периферии соплового канала сепарации, при этом отсепарированный газ направляют далее по центральной части канала, а жидкую фракцию тяжелых углеводородов, движущуюся в пристеночном слое, направляют в кольцевой зазор узла отбора капель и/или твердых частиц, после чего скопившуюся жидкость удаляют из выходной полости, причем обеспечивают непрерывную циркуляцию части газового потока из канала отбора жидкой фракции в область цилиндрического участка профилированного канала газового потока и обеспечивают унос жидкости из узла отбора жидкой фракции в выходной патрубок, предотвращая запирание жидкости в упомянутом канале, при этом изменяющиеся параметры потока многокомпонентной среды обеспечивают в требуемых заданных пределах путем изменения местоположения в цилиндрической части канала профилированного центрального тела. 4 ил.

Description

Изобретение относится к криогенной технике, а именно: к устройствам для сепарации многокомпонентной среды - природного пластового газа, и может быть использовано для отделения жидкой фракции углеводородных газов - пропана и бутана и более тяжелых углеводородов C₅₊ от общего потока природного газа.

Известен способ и устройство для сепарации многокомпонентной среды, которое включает форкамеру с установленным в ней средством закручивания потока среды, соединенный с форкамерой сопловой канал для сепарации и узел отбора капель и/или твердых частиц, канал сепарации, содержащий конфузорный, диффузорный и расположенный между ними цилиндрический участки, причем цилиндрический участок имеет длину образующей больше чем 0,1D, где D - диаметр цилиндрического участка, при этом диффузорный участок выполнен с кольцевым уступом в виде ступени, плоскость которой расположена перпендикулярно оси канала для снижения уровня пульсации в потоке и, как следствие, увеличения эффективности сепарации и уменьшения потерь полного давления потока среды. (Патент РФ №2538992С12015, заявка 2013146614/06 от 18.10.2013, МКП: F25J 3/00-прототип).

Многокомпонентный поток газа поступает в форкамеру с установленным в ней средством закручивания потока, после чего поток закручивается и поступает в конфузорный (сужающийся) участок и, далее, в критическое сечение - цилиндрический участок постоянного сечения, в котором происходит резкое увеличение скорости потока, после чего в диффузоре происходит расширение газа и выделение жидкой фракции примесей в виде капель в пристеночный слой, а за счет кольцевого уступа, торцевая плоскость которого перпендикулярна оси канала, стабилизируется положение зоны скачка уплотнения и зоны отрыва потока. Отсепарированный поток газа поступает в центральный диффузор-сборник, а жидкая фракция в узел отбора на периферии соплового канала сепарации.

Недостатками данной конструкции является отсутствие возможности обеспечения работы сепаратора в условиях изменяющихся технологических режимов эксплуатации при разработке месторождения, в том числе, связанных с падением пластового давления и расхода газа, а также отсутствие скоростного потока жидкости в узле отбора жидкой фракции, который обеспечивает гарантированный быстрый сброс жидкости в сборный коллектор.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание способа сепарации газа с возможностью обеспечения работы в условиях изменяющихся параметров - расхода, давления и влагосодержания пластового газа, с обеспечением гарантированного быстрого сброса жидкой фракции из узла отбора жидкой фракции в выходной патрубок.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном способе сепарации многокомпонентной среды, заключающемся в подаче упомянутого потока в устройство, содержащем корпус с подводящим и отводящим патрубками с выполненным в нем профилированным каналом подачи потока с конфузорным, диффузорным и расположенным между ними цилиндрическим участками, устройство закручивания потока среды, установленное в канале, узел отбора капель и/или твердых частиц, установленный в выходной части диффузорного участка, согласно изобретению, устройство для закручивания потока среды выполняют в виде конического шнека, который размещают в конфузорной части канала, при этом внутри указанного устройства закручивания устанавливают с возможностью осевого перемещения в цилиндрическое сечение упомянутого канала и обратно профилированное центральное тело, которое выполняют в виде цилиндра с профилированной конической выходной частью, причем поверхность конической выходной части выполняют эквидистантной поверхности указанного конфузорного участка канала, при этом в отводящем патрубке, в выходной части участка диффузорного канала с кольцевым зазором между внутренней поверхностью диффузорного канала и внутренней поверхностью отводящего патрубка с образованием кольцевой полости устанавливают полый конус, причем упомянутую полость соединяют с полостью узла отбора капель и/или твердых частиц и полостью, образованной входным участком профилированного канала, предпочтительно, цилиндрическим, при этом при сепарации потоку многокомпонентной среды придают ускорение и вращательное движение путем пропускания его через лопатки конического шнека, установленного в конфузорной части, после чего вращающийся поток направляют через цилиндрический участок профилированного канала подачи потока, который выполняют таким образом, что в нем скорость многокомпонентного газового потока повышается до сверхзвуковых значений, при этом статическое давление достигает минимальных значений, а статическая температура понижается до значений ниже температуры точки росы, и обеспечивают конденсацию в дисперсном многокомпонентном газовом потоке жидкой фракции пропана, бутана и более тяжелых углеводородов С₅₊, после чего производят расширение газа и выделение жидкой фракции тяжелых углеводородов в виде капель жидкости в пристеночный слой на периферии соплового канала сепарации за счет центробежных сил, при этом отсепарированный газ направляют далее по центральной части канала, а жидкую фракцию тяжелых углеводородов, движущуюся в пристеночном слое, направляют в кольцевой зазор узла отбора капель и/или твердых частиц, после чего скопившуюся жидкость удаляют из выходной полости, причем обеспечивают непрерывную циркуляцию части газового потока из канала отбора жидкой фракции в область цилиндрического участка профилированного канала газового потока и обеспечивают унос жидкости из узла отбора жидкой фракции в выходной патрубок, предотвращая запирание жидкости в упомянутом канале, при этом изменяющиеся параметры потока многокомпонентной среды обеспечивают в требуемых заданных пределах путем изменения местоположения в цилиндрической части канала профилированного центрального тела.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где: на фиг. 1 показан продольный разрез устройства для реализации предложенного способа сепарации газа; на фиг. 2 - выносной элемент А - разрез корпуса с установленным в ней завихрителем и устройством регулирования в исходном положении; на фиг. 3 - выносной элемент Б - разрез узла отбора жидкой фракции; на фиг. 4 - выносной элемент А - разрез корпуса с установленным в ней завихрителем и устройством регулирования при регулировании.

Предложенный способ сепарации может быть реализован при помощи устройства, имеющего следующую конструкцию.

Устройство для реализации предложенного способа сепарации многокомпонентной среды (далее-устройство) содержит корпус 1 с подводящим 2 и отводящим 3 патрубками с выполненным в нем профилированным каналом подачи потока с конфузорным 4, диффузорным 5 и расположенным между ними цилиндрическим 6 участками. В канале установлено устройство закручивания потока среды, выполненное в виде конического шнека 7, установленного в конфузорном участке 4 канала. Внутри указанного устройства закручивания установлено с возможностью осевого перемещения в цилиндрическое сечение 6 упомянутого канала и обратно профилированное центральное тело 8, выполненное в виде цилиндра 9 с профилированной конической выходной частью 10. Поверхность конической выходной части 10 эквидистантна поверхности указанного конфузорного участка 4 канала. В отводящем патрубке 3, в выходной части участка диффузорного канала 5 между внутренней поверхностью диффузорного канала и внутренней поверхностью отводящего патрубка с образованием кольцевой полости 11, установлен полый конус 12, причем упомянутая полость 11 соединена с полостью 13 узла отбора капель и/или твердых частиц 14 и полостью 15, образованной входным участком профилированного канала, предпочтительно, цилиндрическим. Профилированное центральное тело 8, выполненное в виде цилиндра 9 с профилированной конической выходной частью 10 приводится в движение приводом 16.

Предложенный способ сепарации может быть реализован при помощи указанного устройства следующим образом.

Через подводящий патрубок 2 в корпус 1 устройства, под действием входного давления, поступает многокомпонентная среда, которая далее проходит через конический шнек 7, в котором поток многокомпонентной среды закручивается с одновременным увеличением скорости за счет расположения конического шнека 7 в конфузорном участке 4, после чего закрученный поток многокомпонентной среды поступает в цилиндрический участок 6 профилированного канала подачи потока. Цилиндрический участок 6 выполнен таким образом, что в нем скорость многокомпонентного газового потока повышается до сверхзвуковых значений, при этом статическое давление достигает минимальных значений, статическая температура понижается до значений, ниже температуры точки росы, что приводит к конденсации в дисперсном многокомпонентном газовом потоке жидкой фракции пропана, бутана и более тяжелых углеводородов С₅₊. Далее, в диффузорном канале 5, происходит расширение газа и выделение жидкой фракции тяжелых углеводородов в виде капель жидкости в пристеночный слой на периферии соплового канала сепарации за счет центробежных сил, после чего отсепарированный газ проходит внутри полого конуса 12, при этом жидкая фракция тяжелых углеводородов, движущаяся в пристеночном слое, попадает в кольцевую полость 11 с частью газа и далее попадает в полость 13 узла отбора капель и/или твердых частиц 14.

Жидкая фракция в виде капель жидкости отбирается через отводящий патрубок 3, а часть газа, поступившая в отводящий патрубок 3 из канала отбора жидкой фракции через специальный трубопровод, поступает в цилиндрическое сечение, так как в данном участке статическое давление газа минимально. Таким образом, часть газового потока, непрерывно циркулирующая из канала отбора жидкой фракции в область цилиндрического сечения через специальный трубопровод, создает скоростной поток жидкой фракции тяжелых углеводородов в канале отбора жидкой фракции и, тем самым, обеспечивает гарантированный быстрый унос жидкости из узла отбора жидкой фракции в отводящий патрубок, предотвращая запирание жидкости в канале корпуса.

При условии изменения параметров многокомпонентного газового потока на входе в корпус 1, в том числе, связанных с падением пластового давления, расхода газа и его влагосодержания, в область цилиндрического участка 6 перемещают профилированное центральное тело, выполненное в виде цилиндра 9 с профилированной конической выходной частью 10, при этом, за счет введения указанного тела в область цилиндрического участка 6, изменяется площадь цилиндрического участка 6. Таким образом, параметры газа в профилированном канале подачи потока, необходимые для выделения жидкой фракции тяжелых углеводородов в виде капель в пристеночный слой, автоматически поддерживаются на необходимом уровне.

Использование предложенного технического решения позволит создать способ сепарации многокомпонентной среды, с возможностью обеспечения работы в условиях изменяющихся параметров потока - расхода, давления и влагосодержания пластового газа, а также обеспечить сброс отсепарированной жидкости.

Claims

Способ сепарации многокомпонентной среды, заключающийся в подаче упомянутого потока в устройство, содержащее корпус с подводящим и отводящим патрубками с выполненным в нем профилированным каналом подачи потока с конфузорным, диффузорным и расположенным между ними цилиндрическим участками, устройство закручивания потока среды, установленное в канале, узел отбора капель и/или твердых частиц, установленный в выходной части диффузорного участка, отличающийся тем, что устройство для закручивания потока среды выполняют в виде конического шнека, который размещают в конфузорной части канала, при этом внутри указанного устройства закручивания устанавливают с возможностью осевого перемещения в цилиндрическое сечение упомянутого канала и обратно профилированное центральное тело, которое выполняют в виде цилиндра с профилированной конической выходной частью, причем поверхность конической выходной части выполняют эквидистантной поверхности указанного конфузорного участка канала, при этом в отводящем патрубке, в выходной части участка диффузорного канала с кольцевым зазором между внутренней поверхностью диффузорного канала и внутренней поверхностью отводящего патрубка с образованием кольцевой полости устанавливают полый конус, причем упомянутую полость соединяют с полостью узла отбора капель и/или твердых частиц и полостью, образованной входным участком профилированного канала, предпочтительно, цилиндрическим, при этом при сепарации потоку многокомпонентной среды придают ускорение и вращательное движение путем пропускания его через лопатки конического шнека, установленного в конфузорной части, после чего вращающийся поток направляют через цилиндрический участок профилированного канала подачи потока, который выполняют таким образом, что в нем скорость многокомпонентного газового потока повышается до сверхзвуковых значений, при этом статическое давление достигает минимальных значений, а статическая температура понижается до значений ниже температуры точки росы, и обеспечивают конденсацию в дисперсном многокомпонентном газовом потоке жидкой фракции пропана, бутана и более тяжелых углеводородов С₅₊, после чего производят расширение газа и выделение жидкой фракции тяжелых углеводородов в виде капель жидкости в пристеночный слой на периферии соплового канала сепарации за счет центробежных сил, при этом отсепарированный газ направляют далее по центральной части канала, а жидкую фракцию тяжелых углеводородов, движущуюся в пристеночном слое, направляют в кольцевой зазор узла отбора капель и/или твердых частиц, после чего скопившуюся жидкость удаляют из выходной полости, причем обеспечивают непрерывную циркуляцию части газового потока из канала отбора жидкой фракции в область цилиндрического участка профилированного канала газового потока и обеспечивают унос жидкости из узла отбора жидкой фракции в выходной патрубок, предотвращая запирание жидкости в упомянутом канале, при этом изменяющиеся параметры потока многокомпонентной среды обеспечивают в требуемых заданных пределах путем изменения местоположения в цилиндрической части канала профилированного центрального тела.