RU2747403C1 - In-line separator - Google Patents
In-line separator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2747403C1 RU2747403C1 RU2020114718A RU2020114718A RU2747403C1 RU 2747403 C1 RU2747403 C1 RU 2747403C1 RU 2020114718 A RU2020114718 A RU 2020114718A RU 2020114718 A RU2020114718 A RU 2020114718A RU 2747403 C1 RU2747403 C1 RU 2747403C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- section
- liquid
- gas
- swirler
- channel
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
- B01D45/12—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/26—Drying gases or vapours
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/08—Separating gaseous impurities from gases or gaseous mixtures or from liquefied gases or liquefied gaseous mixtures
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Cyclones (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnology area
Изобретение относится к области устройств для сепарации жидкости от газа, в частности, к сепараторам, широко используемым в нефтяной и газовой промышленности для отделения углеводородного конденсата и воды от природного или попутного газа.The invention relates to the field of devices for separating liquid from gas, in particular, to separators widely used in the oil and gas industry for separating hydrocarbon condensate and water from natural or associated gas.
Уровень техникиState of the art
Из уровня техники известен способ разделения газовых смесей за счет аксиальных циклонов (см. [1] патент РФ на изобретение №2458298, МПК F25J 3/08, опубл. 10.08.2012), в которых сепарация воды из газа осуществляется в системе из двух последовательных аксиальных циклонов. Каждый циклонный сепаратор включает в себя завихритель, секцию сепарации жидкости, секцию отбора газожидкостного/жидкостного потока.A method for separating gas mixtures by means of axial cyclones is known from the prior art (see [1] RF patent for invention No. 2458298, IPC F25J 3/08, publ. 08/10/2012), in which the separation of water from gas is carried out in a system of two successive axial cyclones. Each cyclone separator includes a swirler, a liquid separation section, and a gas-liquid / liquid flow selection section.
Недостатком данного аналога является то, что во втором циклонном сепараторе невозможно обеспечить высокую эффективность отбора жидкостного потока от газа, т.к. в секцию отбора жидкости второго циклонного сепаратора, представляющего собой щелевой цилиндрический канал, поступает газожидкостная смесь, сформированная в двухфазном пограничном слое на стенках секции сепарации жидкости и представляющая собой взвесь газа и капель жидкости. В связи с этим эффективность сепарации жидкости во всей системе довольна низкая.The disadvantage of this analogue is that in the second cyclone separator it is impossible to provide a high efficiency of the selection of the liquid flow from the gas, because A gas-liquid mixture formed in a two-phase boundary layer on the walls of the liquid separation section and representing a suspension of gas and liquid droplets enters the liquid extraction section of the second cyclone separator, which is a slotted cylindrical channel. In this regard, the efficiency of liquid separation in the entire system is rather low.
Из уровня техники известен термогазодинамический сепаратор (см. [2] патент РФ на полезную модель №74308, МПК B01D 45/12; B01D 53/26, опубл. 27.06.2008), включающий корпус, патрубок ввода исходного многокомпонентного углеводородного газа, завихритель газа, сопло Лаваля, сепарационную камеру с отверстием вывода конденсата, сборник конденсата, эжекционную камеру с патрубком приема газа, патрубки для отвода газовой фазы и конденсата из сборника конденсата, диффузор очищенного газового потока, поперечные перегородки, при этом каждая из поперечных перегородок выполнена из двух частей, первая из которых жестко соединена с корпусом, вторая расположена внутри первой и выполнена съемной, сопло, сепарационная камера и диффузор установлены последовательно внутри вторых частей поперечных перегородок. Недостатком данного аналога является низкая эффективность сепарации жидкости, обусловленная отсутствием специальных устройств сепарации жидкости в канале рециркуляции газа, соединяющем сборник конденсата и эжекционную камеру.A thermogasdynamic separator is known from the prior art (see [2] RF patent for utility model No. 74308, IPC B01D 45/12; B01D 53/26, publ. 06/27/2008), including a body, an inlet pipe for an initial multicomponent hydrocarbon gas, a gas swirler , a Laval nozzle, a separation chamber with a condensate outlet, a condensate collector, an ejection chamber with a gas intake branch pipe, branch pipes for removing the gas phase and condensate from the condensate collector, a purified gas flow diffuser, transverse baffles, with each of the transverse baffles made of two parts , the first of which is rigidly connected to the body, the second is located inside the first and is made removable, the nozzle, the separation chamber and the diffuser are installed in series inside the second parts of the transverse partitions. The disadvantage of this analogue is the low efficiency of liquid separation, due to the lack of special devices for liquid separation in the gas recirculation channel connecting the condensate collector and the ejection chamber.
Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению по совокупности признаков, принятым за прототип, является установка низкотемпературной сепарации газовых или газожидкостных смесей (см. [3] патент РФ на полезную модель №93513, МПК F25J 3/06, опубл. 27.04.2010), содержащая соединенный с источником газовой или газожидкостной смеси высокого давления первый циклонный сепаратор, включающий расположенный по его центральной оси канал для подачи газовой или газожидкостной смеси низкого давления и коаксиально его охватывающий завихритель, за которыми по ходу потока последовательно размещены сопловой и сепарационный каналы, причем последний выполнен с выходами для двухфазной смеси и для очищенного газа, при этом выход для двухфазной смеси соединен со входом сепаратора для выделения жидкости, газовый выход которого соединен со входом второго циклонного сепаратора, выход для двухфазной смеси которого соединен с каналом для подачи газовой или газожидкостной смеси низкого давления первого циклонного сепаратора, а газовый выход второго циклонного сепаратора соединен с выходом для очищенного газа первого циклонного сепаратора.The closest analogue to the claimed invention in terms of a set of features taken as a prototype is a low-temperature separation unit for gas or gas-liquid mixtures (see [3] RF patent for utility model No. 93513, IPC F25J 3/06, publ. 04/27/2010), containing a first cyclone separator connected to a source of a gas or gas-liquid mixture of high pressure, including a channel located along its central axis for supplying a gas or gas-liquid mixture of low pressure and coaxially covering it with a swirler, behind which along the flow there are sequentially placed nozzle and separation channels, and the latter is made with outlets for the two-phase mixture and for the purified gas, while the outlet for the two-phase mixture is connected to the inlet of the separator for liquid separation, the gas outlet of which is connected to the inlet of the second cyclone separator, the outlet for the two-phase mixture of which is connected to the channel for supplying the gas or gas-liquid mixture of low pressure of the first cyclonic th separator, and the gas outlet of the second cyclone separator is connected to the outlet for the cleaned gas of the first cyclone separator.
Недостатком прототипа является то, что выход жидкости из второго циклонного сепаратора соединен с очищенным газом, что приводит к ухудшению сепарации жидкости всей системы. К тому же описанная система предполагает использование как компактных циклонных сепараторов, так и обычного емкостного сепаратора, что приводит к усложнению всей системы сепарации, увеличению массогабаритных характеристик системы и соответствующему ее удорожанию.The disadvantage of the prototype is that the liquid outlet from the second cyclone separator is connected to the purified gas, which leads to a deterioration in the liquid separation of the entire system. In addition, the described system assumes the use of both compact cyclone separators and a conventional tank separator, which leads to a complication of the entire separation system, an increase in the weight and size characteristics of the system and a corresponding increase in its cost.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Технической задачей, стоящей перед изобретением, является обеспечение высокой эффективности сепарации жидкости от газа при минимальных размерах и весе системы сепарации.The technical problem facing the invention is to provide a high efficiency of separation of liquid from gas with a minimum size and weight of the separation system.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности отбора жидкостной фракции от газовой фракции.The technical result of the claimed invention is to improve the efficiency of the selection of the liquid fraction from the gas fraction.
Согласно изобретению техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что внутритрубный сепаратор содержит основной канал, представляющий собой участок трубопровода с последовательно вмонтированными внутри него и аксиально расположенными первым завихрителем, первой секцией сепарации жидкости, секцией отбора газожидкостного потока, при этом к секции отбора газожидкостного потока перпендикулярно основному каналу пристыкован первый дополнительный канал, представляющий собой участок трубопровода с последовательно вмонтированными внутри него и аксиально расположенными вторым завихрителем, второй секцией сепарации жидкости, секциией отбора жидкости и емкостью для сбора жидкости, причем вторая секция отбора жидкости соединена вторым дополнительным каналом с эжектором, расположенным в основном канале между первым завихрителем и первой секцией сепарации жидкости, при этом во втором дополнительном канале может быть установлен регулирующий клапан.According to the invention, the technical problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the in-line separator contains the main channel, which is a section of the pipeline with the first swirler, the first section of liquid separation, the section for taking off the gas-liquid flow, which are sequentially mounted inside it and are axially located. the first additional channel is docked perpendicular to the main channel, which is a section of the pipeline with a second swirler, a second section of liquid separation, a section of liquid collection and a container for collecting liquid, which are sequentially mounted inside it and axially located an ejector located in the main channel between the first swirler and the first liquid separation section, while a control valve can be installed in the second additional channel.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
На фиг. 1 - общая схема внутритрубного сепаратора.FIG. 1 is a general diagram of an in-line separator.
На чертеже обозначены следующие позиции:The drawing indicates the following positions:
1 - основной канал;1 - main channel;
2 - первый завихритель;2 - the first swirler;
3 - первая секция сепарации жидкости;3 - the first section of liquid separation;
4 - секция отбора газожидкостного потока;4 - section of the selection of the gas-liquid flow;
5 - первый дополнительный канал;5 - the first additional channel;
6 - второй завихритель;6 - the second swirler;
7 - вторая секция сепарации жидкости;7 - the second section of liquid separation;
8 - секции отбора жидкости;8 - section for liquid sampling;
9 - емкость;9 - capacity;
10 - второй дополнительный канал;10 - second additional channel;
11 - эжектор;11 - ejector;
12 - регулирующий клапан.12 - control valve.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Внутритрубный сепаратор состоит из элементов, жестко соединенных между собой любыми известными способами в данной области техники, и представляет собой основной канал 1 и два дополнительных канала 5 и 10 соответственно. Основной канал 1 выполнен в виде участка трубопровода, внутри которого последовательно и аксиально вмонтированы первый завихритель 2, первая секция сепарации жидкости 3 и секция отбора газожидкостного потока 4. Также основной канал 1 содержит эжектор 11, расположенный между первым завихрителем 2 и секцией сепарации газожидкостного потока 4.The in-line separator consists of elements rigidly connected to each other by any known methods in the art, and is a main channel 1 and two
К секции отбора газожидкостного потока 4 перпендикулярно основному каналу 1 присоединен методом стыковки (т.е. пристыкован) первый дополнительный канал 5, представляющий собой участок трубопровода с последовательно вмонтированными внутри него и аксиально расположенными вторым завихрителем 6, второй секцией сепарации жидкости 7, секцией отбора жидкости 8 и емкостью 9 для сбора отсепарированной жидкости.The first
Секция отбора жидкости 7 соединена вторым дополнительным каналом 10 с эжектором 11. При этом во втором дополнительном канале может быть установлен регулирующий клапан 12.The
Устройство работает следующим образом:The device works as follows:
Внутритрубный сепаратор работает по следующей схеме. Газовый поток с каплями конденсата направляется в основной канал 1, где, проходя через первый завихритель 2, поток приобретает тангенциальную скорость (начинает вращаться). Закрученный поток поступает в эжектор 11, где смешивается с потоком газа рециркуляции. Далее смесь потоков, имеющая после смешения также тангенциальную закрутку потока, направляется в первую секцию сепарации жидкости 3, представляющей собой цилиндрический канал, в котором за счет действия центробежных сил, капли жидкости движутся к стенкам канала. На выходе из первой секции сепарации жидкости 3 находится секция отбора газожидкостного потока 4, где происходит отбор со стенок секции сепарации жидкости двухфазного пограничного слоя, содержащего отсепарированные капли и небольшое количество газа. Из центральной приосевой части секции 4 отбирается очищенный газ (выходной поток). Двухфазный поток (двухфазный пограничный слой) выводится из основного канала 1 и направляется в первый дополнительный канал 5, в котором поток закручивается во втором завихрителе 6, далее в закрученном потоке во второй секции сепарации жидкости 7 происходит сепарация капель и формирование на выходе из нее центрального приосевого ядра, состоящего из чистого газа и пограничного двухфазного слоя на стенках секции 7, содержащего всю отсепарированную жидкость. В секции отбора жидкости 8 происходит отбор газа с небольшим содержанием жидкости, который по второму дополнительному каналу 10 поступает в эжектор 11 в качестве низконапорного потока. Из секции 8 также отбирается жидкость, которая стекает в емкость 9.The in-line separator works according to the following scheme. The gas flow with condensate droplets is directed to the main channel 1, where, passing through the
Первый и второй завихритель являются неподвижными элементами, которые могут быть выполнены в виде центрального тела с установленными на нем лопатками (аналогично представленному завихрителю, [1]).The first and second swirlers are stationary elements that can be made in the form of a central body with blades mounted on it (similar to the presented swirler, [1]).
Эжектор 11, устанавливаемый между первым завихрителем 2 и первой секцией сепарации жидкости 3, выполнен по схеме классического эжектора. В нем закрученный в первом завихрителе 2 поток разгоняется в сопле, за счет чего на срезе сопла создается разрежение. В зону этого разрежения по второму дополнительному каналу 10 подается низконапорный поток газа с небольшим содержанием жидкости. Смешение этих потоков происходит уже в канале первой секции сепарации жидкости 3. При этом канал первой секции сепарации жидкости 3 может быть, как коническим сужающимся, коническим расширяющимся, так и цилиндрическим. Конфигурация канала секции сепарации жидкости 3 зависит от конкретных параметров входного потока, в частности от содержания жидкости во входном потоке и допустимого перепада давления на внутритрубном сепараторе. При небольшом перепаде давления на внутритрубном сепараторе и маленьком содержании жидкости предпочтителен цилиндрический канал. Подбор геометрических параметров эжектора при этом можно проводить в соответствии с методикой расчета, представленной в книге «Сборник работ по исследованию», БНИ ЦАГИ, 1961, стр. 332-336 [4]. При большом содержании жидкости - расширяющийся канал, т.к. в этом случае происходит увеличение толщины двухфазного пограничного слоя на стенках секции, соответственно расширение канала компенсирует увеличение толщины пограничного слоя. Степень расширения канала соответственно можно оценить посредством расчета двухфазного пограничного слоя по методике, представленной, например, в программном комплексе, предназначенном для расчета двухфазных потоков ANSYS CFX. При большом перепаде давления на внутритрубном сепараторе - сужающийся канал, т.к. в этом случае эффективность эжектора увеличивается (см. [4]).The
Установка регулирующего клапана во втором дополнительном канале 10 позволяет регулировать расход газа, отбираемого из секции отбора жидкости 8, и, таким образом, обеспечивать оптимальный режим работы этой секции.The installation of a control valve in the second
За счет создания высокой скорости закрутки потока в секциях сепарации газожидкостного потока 3 и секции сепарации жидкости 7, описанный внутритрубный сепаратор позволяет обеспечивать высокую степень сепарации даже субмикронных капель жидкости. Как показывает расчетное моделирование газодинамического канала внутритрубного сепаратора при скоростях закрутки потока на уровне 150 м/c, внутритрубный сепаратор обеспечивает сепарацию 90 % капель размером 0.3 мкм. Данный показатель недостижим для сепараторов, используемых в настоящее время в нефтяной и газовой промышленности, и которые могут обеспечивать сепарацию капель размером не больше чем 5 мкм. Данный факт подтвержден в ходе инструментальных измерений уноса капель на выходе из представленного внутритрубного сепаратора.By creating a high swirling flow rate in the gas-liquid flow separation sections 3 and the
При этом сепаратор монтируется как элемент трубопровода, что существенно сокращает капитальные затраты на его установку.At the same time, the separator is mounted as an element of the pipeline, which significantly reduces the capital costs of its installation.
Claims (2)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020114718A RU2747403C1 (en) | 2020-04-24 | 2020-04-24 | In-line separator |
PCT/RU2021/050107 WO2021215971A1 (en) | 2020-04-24 | 2021-04-22 | In-line separator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020114718A RU2747403C1 (en) | 2020-04-24 | 2020-04-24 | In-line separator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2747403C1 true RU2747403C1 (en) | 2021-05-04 |
Family
ID=75850977
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020114718A RU2747403C1 (en) | 2020-04-24 | 2020-04-24 | In-line separator |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2747403C1 (en) |
WO (1) | WO2021215971A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2808739C1 (en) * | 2022-09-29 | 2023-12-04 | Общество с ограниченной ответственностью "ОЙЛТИМ Инжиниринг" | In-line vortex-type separator with control system based on neural network and mobile pre-water discharge unit |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3977850A (en) * | 1976-02-17 | 1976-08-31 | Combustion Engineering, Inc. | Centrifugal separator |
RU19658U1 (en) * | 2000-12-21 | 2001-09-20 | Николаев Владимир Николаевич | IN-TUBE SEPARATOR |
RU107070U1 (en) * | 2011-01-13 | 2011-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУ ВПО "КубГТУ") | FLOW DIVIDER |
RU2458298C1 (en) * | 2011-03-10 | 2012-08-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Аэрогаз" | Gas mixture separation method |
US8454736B2 (en) * | 2010-02-08 | 2013-06-04 | Valeriy Grigoryevich BINDAS | Triple-flow vortex tube |
-
2020
- 2020-04-24 RU RU2020114718A patent/RU2747403C1/en active
-
2021
- 2021-04-22 WO PCT/RU2021/050107 patent/WO2021215971A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3977850A (en) * | 1976-02-17 | 1976-08-31 | Combustion Engineering, Inc. | Centrifugal separator |
RU19658U1 (en) * | 2000-12-21 | 2001-09-20 | Николаев Владимир Николаевич | IN-TUBE SEPARATOR |
US8454736B2 (en) * | 2010-02-08 | 2013-06-04 | Valeriy Grigoryevich BINDAS | Triple-flow vortex tube |
RU107070U1 (en) * | 2011-01-13 | 2011-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУ ВПО "КубГТУ") | FLOW DIVIDER |
RU2458298C1 (en) * | 2011-03-10 | 2012-08-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Аэрогаз" | Gas mixture separation method |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2808739C1 (en) * | 2022-09-29 | 2023-12-04 | Общество с ограниченной ответственностью "ОЙЛТИМ Инжиниринг" | In-line vortex-type separator with control system based on neural network and mobile pre-water discharge unit |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2021215971A1 (en) | 2021-10-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6776825B2 (en) | Supersonic separator apparatus and method | |
US8105422B2 (en) | Cyclonic liquid degassing separator and method for degassing a fluid mixture | |
AU2009330799B2 (en) | Method of removing carbon dioxide from a fluid stream and fluid separation assembly | |
US6513345B1 (en) | Nozzle for supersonic gas flow and an inertia separator | |
AU2005321254B2 (en) | Cyclonic separator and method for degassing a fluid mixture | |
US4187089A (en) | Horizontal vapor-liquid separator | |
EA004226B1 (en) | Method for removing condensables from a natural gas stream at a wellhead, device therefor and wellhead choke comprising such device | |
SG188611A1 (en) | Inlet device for gravity separator | |
WO2011002277A1 (en) | Method of removing carbon dioxide from a fluid stream and fluid separation assembly | |
US4886523A (en) | Process and apparatus for aerodynamic separation of components of a gaseous stream | |
US6514322B2 (en) | System for separating an entrained immiscible liquid component from a wet gas stream | |
RU2747403C1 (en) | In-line separator | |
EA044454B1 (en) | IN-TUBE SEPARATOR | |
RU2538992C1 (en) | Device for separation of multicomponent medium and nozzle channel for it | |
CN113382796A (en) | Device and method for fluid purification | |
RU2799745C1 (en) | Device for flow separation of multi-component medium | |
RU2790120C1 (en) | Device for separation of multicomponent medium | |
RU214745U1 (en) | Ejector installation | |
RU2799746C1 (en) | Device for flow separation of multi-component medium | |
RU2786845C1 (en) | Ejector plant | |
RU2790121C1 (en) | Method for separation of the flow of a multicomponent medium | |
CA2450209C (en) | A system for separating an entrained immiscible liquid component from a wet gas stream | |
RU2773182C1 (en) | Method for separation of a flow of a multi-component medium (options) | |
RU2794725C1 (en) | Centrifugal vortex separator | |
RU2803224C2 (en) | Device and method for fluid medium cleaning |