RU2782072C1 - Device for separation of multicomponent medium (options) - Google Patents

Device for separation of multicomponent medium (options) Download PDF

Info

Publication number
RU2782072C1
RU2782072C1 RU2021138609A RU2021138609A RU2782072C1 RU 2782072 C1 RU2782072 C1 RU 2782072C1 RU 2021138609 A RU2021138609 A RU 2021138609A RU 2021138609 A RU2021138609 A RU 2021138609A RU 2782072 C1 RU2782072 C1 RU 2782072C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flow
swirling
multicomponent medium
nozzle channel
medium
Prior art date
Application number
RU2021138609A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иван Георгиевич Лачугин
Александр Петрович Шевцов
Владимир Юрьевич Хохлов
Виталий Александрович Ильичев
Денис Александрович Базыкин
Андрей Владимирович Пупынин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ"
Application granted granted Critical
Publication of RU2782072C1 publication Critical patent/RU2782072C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: gas industry.
SUBSTANCE: inventions group relates to devices for low-temperature treatment of a multicomponent medium, namely, for separating natural gas, and can be used to separate the liquid fraction of hydrocarbon gases, as well as heavier C5+ hydrocarbons in the preparation of natural gas in the oil and gas industry. The device for separating a multicomponent medium contains a nozzle channel, including confuser, diffuser sections and a critical section between them. A device for swirling the flow of a multicomponent medium is installed in the diffuser section, which is made in the form of a profiled body of revolution, the ends of which are connected to the bases of the inlet and outlet cones, the inlet cone being located at a distance from the critical section, at which the value of the supersonic flow velocity of the multicomponent medium is provided. Profiled blades are made on the surface of the profiled body of revolution, between which channels are formed. A hollow cone is installed in the outlet part of the diffuser section to form an annular cavity for the passage of the liquid fraction of hydrocarbons. In an embodiment, the device additionally contains an electric generator connected to the device for swirling the flow of a multicomponent medium.
EFFECT: inventions group makes it possible to significantly increase the efficiency of the process of capturing condensed components at supersonic speeds and provide the possibility of generating electricity.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для низкотемпературной обработки многокомпонентной среды, а именно - для сепарации природного газа и может быть использовано с целью отделения жидкой фракции углеводородных газов, а также более тяжелых углеводородов С5+ при подготовке природного газа в нефтегазовой промышленности.The invention relates to devices for low-temperature processing of a multicomponent medium, namely, for the separation of natural gas and can be used to separate the liquid fraction of hydrocarbon gases, as well as heavier C 5+ hydrocarbons in the preparation of natural gas in the oil and gas industry.

Известно устройство для сжижения газа или выделения одного или нескольких газов из их смеси, содержащее последовательно соосно установленные форкамеру с размещенным в ней средством для закрутки газового потока, дозвуковое или сверхзвуковое сопло с пристыкованной к нему рабочей частью, к которой присоединено средство для отбора жидкой фазы, дозвуковой диффузор или комбинация сверхзвукового и дозвукового диффузора, при этом сопло выполнено с соотношениями площадей поперечных сечений входа и выхода к минимальному сечению сопла, обеспечивающими на его выходе достижение статического давления и статической температуры, которые соответствуют условию конденсации газа или его целевых компонент, длина рабочей части - обеспечивающей формирование капель конденсата с размером, превышающим 0,5 мкм, и их дрейф под действием центробежных сил от осевой зоны рабочей части до стенок средства отбора капель, а угол раскрытия рабочей части - обеспечивающим поддержание условий конденсации газа или его целевых компонент в ней, при этом устройство снабжено дополнительным дозвуковым или сверхзвуковым соплом, установленным в форкамере (Патент RU 2348871, МПК F25J 3/00, 2009).A device for liquefying a gas or separating one or more gases from their mixture is known, containing a prechamber arranged in series coaxially with a means for swirling the gas flow placed in it, a subsonic or supersonic nozzle with a working part docked to it, to which a means for collecting the liquid phase is attached, a subsonic diffuser or a combination of a supersonic and a subsonic diffuser, wherein the nozzle is made with ratios of the cross-sectional areas of the inlet and outlet to the minimum section of the nozzle, providing at its outlet the achievement of static pressure and static temperature, which correspond to the condition of condensation of the gas or its target components, the length of the working part - ensuring the formation of condensate drops with a size exceeding 0.5 microns, and their drift under the action of centrifugal forces from the axial zone of the working part to the walls of the droplet selection means, and the opening angle of the working part - ensuring the maintenance of gas condensation conditions or its target x component in it, while the device is equipped with an additional subsonic or supersonic nozzle installed in the chamber (Patent RU 2348871, IPC F25J 3/00, 2009).

Недостатками известного устройства для сжижения газа или выделения одного или нескольких газов из их смеси является сложность конструкции, обусловленная наличием дополнительного дозвукового или сверхзвукового сопла, низкая эффективность отвода жидкой фракции к периферийным областям диффузорного участка, а также необходимость в высокой степени закручивания газового потока в форкамере до обеспечения значений центробежного ускорения в потоке во время прохождения им сопла более 10000g с целью предупреждения уноса капель сконденсировавшейся жидкой фазы с основным потоком газа и достижения каплями стенок диффузорного участка. Известное устройство для сжижения газа или выделения одного или нескольких газов из их смеси предназначен для сжижения и разделения газового потока, при этом не имеет возможности генерации электрической энергии.The disadvantages of the known device for liquefying gas or separating one or more gases from their mixture is the complexity of the design due to the presence of an additional subsonic or supersonic nozzle, the low efficiency of removing the liquid fraction to the peripheral regions of the diffuser section, and the need for a high degree of swirling of the gas flow in the prechamber up to ensuring the values of centrifugal acceleration in the flow during the passage of the nozzle more than 10000g in order to prevent the entrainment of drops of the condensed liquid phase with the main gas flow and the drops reaching the walls of the diffuser section. The known device for liquefying gas or separating one or more gases from their mixture is intended for liquefying and separating a gas stream, while not having the ability to generate electrical energy.

Из уровня техники известен турбогенератор, содержащий смонтированные внутри основного трубопровода с газом высокого давления турбину и генератор, при этом перед турбиной внутри основного трубопровода установлены последовательно и аксиально завихритель, секция сепарации жидкости и секция отбора газожидкостного потока, причем секция отбора газожидкостного потока соединена дополнительным трубопроводом с основным потоком после турбины, а в дополнительном трубопроводе установлен регулирующий клапан (Патент RU №2746349, МПК F25B 11/00, F01D 15/10, F01D 1/02, B01D 45/12, B01D 45/16, 2021).A turbogenerator is known from the prior art, containing a turbine and a generator mounted inside the main pipeline with high-pressure gas, while a swirler, a liquid separation section and a gas-liquid flow selection section are installed in series and axially in front of the turbine inside the main pipeline, and the gas-liquid flow selection section is connected by an additional pipeline with the main flow after the turbine, and a control valve is installed in the additional pipeline (Patent RU No. 2746349, IPC F25B 11/00, F01D 15/10, F01D 1/02, B01D 45/12, B01D 45/16, 2021).

Недостатками известного турбогенератора являются необходимость в высокой степени закрутки потока многокомпонентной среды до обеспечения значений центробежного ускорения в потоке во время прохождения им сопла секции сепарации жидкости более 10000g с целью предупреждения уноса капель сконденсировавшейся жидкой фазы с основным потоком газа и достижения каплями стенок диффузорного участка, обусловленная установкой завихрителя перед секцией сепарацией жидкости, низкая эффективность генерации электроэнергии ввиду использования энергии обедненного газового потока, а также повышенные требования к качеству газа, проходящего через турбину.The disadvantages of the known turbogenerator are the need for a high degree of swirling of the flow of a multicomponent medium to ensure the values of centrifugal acceleration in the flow during the passage of the nozzle of the liquid separation section of more than 10000g in order to prevent the entrainment of drops of the condensed liquid phase with the main gas flow and the drops to reach the walls of the diffuser section, due to the installation swirler in front of the liquid separation section, low efficiency of power generation due to the use of energy from a lean gas stream, as well as increased requirements for the quality of the gas passing through the turbine.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип относится устройство для сепарации компонентов потока многокомпонентной среды, включающее форкамеру с установленным в ней средством закручивания потока среды, соединенный с форкамерой канал для сепарации и узел отбора капель и/или твердых частиц, при этом канал для сепарации выполнен в виде соплового канала для сепарации компонентов закрученного потока многокомпонентной среды, содержащего конфузорный, диффузорный и расположенный между ними цилиндрический участки, причем цилиндрический участок имеет длину образующей более 0,1D, где D - диаметр цилиндрического участка, при этом диффузорный участок выполнен с кольцевым уступом в виде ступени, плоскость которой расположена перпендикулярно оси канала с целью снижения уровня пульсации в потоке и, как следствие, увеличения эффективности сепарации и уменьшения потерь полного давления потока среды (Патент RU 2538992, МПК F25J 3/00, 2015 - прототип).The closest technical solution in terms of the set of features to the claimed object and taken as a prototype is a device for separating the components of a multicomponent medium flow, including a prechamber with a means of swirling the medium flow installed in it, a separation channel connected to the prechamber and a droplet and / or solid particle selection unit, the separation channel is made in the form of a nozzle channel for separating the components of a swirling flow of a multicomponent medium, containing a confuser, a diffuser and a cylindrical section located between them, and the cylindrical section has a generatrix length of more than 0.1D, where D is the diameter of the cylindrical section, while the diffuser the section is made with an annular ledge in the form of a step, the plane of which is located perpendicular to the channel axis in order to reduce the level of pulsation in the flow and, as a result, increase the separation efficiency and reduce the loss of the total pressure of the medium flow (Patent RU 2538992, IPC F25J 3/00, 2015 - prototype).

Недостатками известной конструкции является необходимость в высокой степени закрутки потока многокомпонентной среды в конфузорном участке соплового канала до обеспечения значений центробежного ускорения в потоке во время прохождения им сопла более 10000g с целью предупреждения уноса капель сконденсировавшейся жидкой фазы с основным потоком газа и достижения каплями стенок диффузорного участка, низкая эффективность отвода жидкой фракции к периферийным областям диффузорного участка, низкая эффективность улавливания сконденсировавшихся компонентов при сверхзвуковых скоростях, отсутствие генерации электрической энергии.The disadvantages of the known design is the need for a high degree of swirling of the flow of a multicomponent medium in the confusing section of the nozzle channel to ensure the values of centrifugal acceleration in the flow during the passage of the nozzle more than 10000g in order to prevent the entrainment of drops of the condensed liquid phase with the main gas flow and the drops to reach the walls of the diffuser section, low efficiency of removal of the liquid fraction to the peripheral areas of the diffuser section, low efficiency of trapping condensed components at supersonic speeds, lack of generation of electrical energy.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в создании устройства для сепарации многокомпонентной среды, при работе которого не требуется высокая степень закрутки потока многокомпонентной среды в конфузорном участке, при этом организация направленного отвода жидкой фракции к периферийным областям диффузорного участка выполняется с гораздо большей эффективностью, благодаря чему происходит значительно меньший унос сконденсировавшейся фракции с основным газовым потоком, а также имеется дополнительная возможность генерации электрической энергии.The task to be solved by the claimed invention is to create a device for separating a multicomponent medium, the operation of which does not require a high degree of swirling of the flow of a multicomponent medium in the confuser section, while the organization of a directed removal of the liquid fraction to the peripheral regions of the diffuser section is performed with much greater efficiency. , due to which there is a significantly lower entrainment of the condensed fraction with the main gas stream, and there is also an additional possibility of generating electrical energy.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в предложенном устройстве для сепарации многокомпонентной среды, содержащем сопловой канал подачи потока многокомпонентной среды с конфузорным и диффузорным участками и расположенным между ними критическим сечением, устройство закручивания упомянутого потока, установленное в указанном канале, узел отбора капель и/или твердых частиц, установленный в выходной части диффузорного участка, согласно изобретению, устройство для закручивания потока многокомпонентной среды выполнено в виде профилированного тела вращения, торцы которого соединены с основаниями входного и выходного конусов, причем наружная поверхность упомянутого тела вращения, предпочтительно, эквидистантна внутренней поверхности диффузорного участка соплового канала, при этом на поверхности указанного тела вращения размещены профилированные лопатки с образованием каналов между ними, преимущественно спиралевидных, причем в концевой части каналов выполнен профилированный зазор, при этом указанное устройство закручивания потока многокомпонентной среды установлено коаксиально в диффузорном участке соплового канала, причем входной конус устройства для закручивания потока многокомпонентной среды расположен на расстоянии от критического сечения, при котором обеспечивается значение скорости потока многокомпонентной среды выше скорости звука, при этом в выходной части диффузорного участка соплового канала закреплен полый конус с образованием кольцевой полости у внутренней поверхности диффузорного участка соплового канала, причем упомянутая полость соединена с полостью узла отбора капель и/или твердых частиц.The solution of this problem is achieved by the fact that in the proposed device for separating a multicomponent medium, containing a nozzle channel for supplying a flow of a multicomponent medium with confuser and diffuser sections and a critical section located between them, a device for swirling the said flow installed in the specified channel, a droplet selection unit and / or solid particles installed in the outlet part of the diffuser section, according to the invention, the device for swirling the flow of a multicomponent medium is made in the form of a profiled body of revolution, the ends of which are connected to the bases of the inlet and outlet cones, and the outer surface of the said body of revolution is preferably equidistant to the inner surface of the diffuser area nozzle channel, while profiled blades are placed on the surface of the specified body of rotation with the formation of channels between them, mainly spiral-shaped, moreover, a profiled gap is made in the end part of the channels, with In this case, the specified device for swirling the flow of a multicomponent medium is installed coaxially in the diffuser section of the nozzle channel, and the inlet cone of the device for swirling the flow of a multicomponent medium is located at a distance from the critical section, which ensures the value of the flow velocity of the multicomponent medium above the speed of sound, while in the outlet part of the diffuser section nozzle channel, a hollow cone is fixed to form an annular cavity at the inner surface of the diffuser section of the nozzle channel, and said cavity is connected to the cavity of the droplet and/or solid particles selection unit.

В варианте исполнения, в предложенном устройстве для сепарации многокомпонентной среды, содержащем сопловой канал подачи потока с конфузорным и диффузорным участками, и расположенным между ними критическим сечением, устройство закручивания потока многокомпонентной среды, установленное в упомянутом канале, узел отбора капель и/или твердых частиц, установленный в выходной части диффузорного участка, согласно изобретению, устройство для закручивания потока многокомпонентной среды выполнено в виде профилированного тела вращения, торцы которого соединены с основаниями входного и выходного конусов, причем наружная поверхность упомянутого тела вращения, предпочтительно, эквидистантна внутренней поверхности диффузорного участка соплового канала, при этом на поверхности указанного тела вращения размещены профилированные лопатки с образованием каналов, преимущественно спиралевидных, между ними, причем между концевой частью упомянутых лопаток и внутренней поверхностью диффузорного участка соплового канала образован кольцевой зазор, а в концевой части каналов выполнен профилированный зазор, при этом указанное устройство закручивания потока многокомпонентной среды установлено коаксиально в диффузорном участке соплового канала с возможностью радиального вращения вокруг своей продольной оси и соединено с электрогенератором, причем входной конус устройства для закручивания потока многокомпонентной среды расположен на расстоянии от критического сечения, при котором обеспечивается значение скорости потока многокомпонентной среды выше скорости звука, при этом в выходной части диффузорного участка соплового канала закреплен полый конус с образованием кольцевой полости у внутренней поверхности диффузорного участка соплового канала, причем упомянутая полость соединена с полостью узла отбора капель и/или твердых частиц.In the embodiment, in the proposed device for separating a multicomponent medium, containing a nozzle channel for supplying a flow with confuser and diffuser sections, and a critical section located between them, a device for swirling the flow of a multicomponent medium installed in the said channel, a droplet and / or solid particle selection unit, installed in the outlet part of the diffuser section, according to the invention, the device for swirling the flow of a multicomponent medium is made in the form of a profiled body of revolution, the ends of which are connected to the bases of the inlet and outlet cones, and the outer surface of the said body of revolution is preferably equidistant to the inner surface of the diffuser section of the nozzle channel, at the same time, profiled blades are placed on the surface of the specified body of rotation with the formation of channels, mainly spiral, between them, and between the end part of the said blades and the inner surface of the diffuser section of the nozzle an annular gap is formed in the channel end part, and a profiled gap is made in the end part of the channels, while the specified device for swirling the flow of a multicomponent medium is installed coaxially in the diffuser section of the nozzle channel with the possibility of radial rotation around its longitudinal axis and is connected to an electric generator, and the inlet cone of the device for swirling the flow of the multicomponent medium is located at a distance from the critical section, at which the value of the flow velocity of the multicomponent medium is higher than the speed of sound, while in the outlet part of the diffuser section of the nozzle channel, a hollow cone is fixed with the formation of an annular cavity at the inner surface of the diffuser section of the nozzle channel, and the said cavity is connected to the cavity of the droplet and / or solid particles selection unit.

В варианте исполнения устройство для закручивания потока многокомпонентной среды является частью соединенного с электрогенератором ротора, установленного на опорах, предпочтительно, демпферных.In an embodiment, the device for swirling the flow of a multicomponent medium is part of a rotor connected to the electric generator, mounted on supports, preferably damper ones.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где: на фиг. 1 показан продольный разрез предлагаемого устройства для сепарации многокомпонентной среды, на фиг. 2 показан продольный разрез предлагаемого устройства для сепарации многокомпонентной среды в соединении с электрогенератором, на фиг. 3 показан продольный разрез предлагаемого устройства для сепарации многокомпонентной среды, в котором устройство закручивания многокомпонентной среды является частью соединенного с электрогенератором ротора, установленного на опорах.The essence of the invention is illustrated by drawings, where: in Fig. 1 shows a longitudinal section of the proposed device for separating a multicomponent medium, FIG. 2 shows a longitudinal section of the proposed device for separating a multicomponent medium in connection with an electric generator, FIG. 3 shows a longitudinal section of the proposed device for separating a multicomponent medium, in which the device for swirling the multicomponent medium is part of a rotor connected to an electric generator and mounted on supports.

Устройство для сепарации многокомпонентной среды (далее - устройство) содержит сопловой канал 1 подачи потока, включающий конфузорный 2, диффузорный 3 участки и расположенное между ними критическое сечение 4. В диффузорном участке 3 соплового канала установлено устройство 5 закручивания потока многокомпонентной среды. Устройство 5 закручивания потока многокомпонентной среды выполнено в виде профилированного тела вращения, наружная поверхность которого, предпочтительно, эквидистантна внутренней поверхности диффузорного участка 3 соплового канала. Торцы упомянутого профилированного тела вращения соединены с основаниями входного 6 и выходного 7 конусов, причем входной конус 6 расположен на расстоянии от критического сечения 4 соплового канала, при котором обеспечивается значение скорости потока многокомпонентной среды выше скорости звука. На поверхности профилированного тела вращения выполнены профилированные лопатки 9, между которыми образованы каналы 8 для прохода потока многокомпонентной среды, преимущественно спиралевидные. В выходной части диффузорного участка 3 соплового канала установлен полый конус 11 с образованием между внутренней поверхностью диффузорного участка 3 соплового канала и наружной поверхностью упомянутого полого конуса 11 кольцевой полости 10 для прохода жидкой фракции углеводородов.The device for separating a multicomponent medium (hereinafter referred to as the device) contains a nozzle channel 1 for supplying a flow, including a confuser 2, a diffuser 3 sections and a critical section 4 located between them. A device 5 for swirling the flow of a multicomponent medium is installed in the diffuser section 3 of the nozzle channel. The device 5 for swirling the flow of a multicomponent medium is made in the form of a profiled body of revolution, the outer surface of which is preferably equidistant to the inner surface of the diffuser section 3 of the nozzle channel. The ends of said shaped body of revolution are connected to the bases of the inlet 6 and outlet 7 cones, the inlet cone 6 being located at a distance from the critical section 4 of the nozzle channel, which ensures the value of the flow velocity of the multicomponent medium above the speed of sound. Profiled blades 9 are made on the surface of the profiled body of revolution, between which channels 8 are formed for the passage of the flow of a multicomponent medium, mainly helical. In the outlet part of the diffuser section 3 of the nozzle channel, a hollow cone 11 is installed with the formation between the inner surface of the diffuser section 3 of the nozzle channel and the outer surface of the mentioned hollow cone 11 of the annular cavity 10 for the passage of the liquid fraction of hydrocarbons.

В варианте исполнения (фиг. 2) устройство для сепарации многокомпонентной среды дополнительно содержит электрогенератор 12, соединенный с устройством 5 закручивания потока многокомпонентной среды.In the embodiment (Fig. 2), the device for separating the multicomponent medium additionally comprises an electric generator 12 connected to the device 5 for swirling the flow of the multicomponent medium.

В варианте исполнения (фиг. 3) устройство 5 закручивания потока является частью ротора 13, установленного на опорах 14 и соединенного с электрогенератором 12.In the embodiment (Fig. 3), the swirling device 5 is part of the rotor 13 mounted on supports 14 and connected to the electric generator 12.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Многокомпонентная среда (газовая или газожидкостная смесь) под действием входного давления поступает в сопловой канал 1 подачи потока, а именно - в конфузорный участок 2 соплового канала, где скорость потока многокомпонентной среды увеличивается, после чего поток многокомпонентной среды проходит критическое сечение 4 соплового канала. В критическом сечении 4 соплового канала скорость потока многокомпонентной среды увеличивается до звуковых значений в данной среде, после чего поток многокомпонентной среды поступает в диффузорный участок 3 соплового канала, где значение скорости упомянутого потока становится выше скорости звука в данной среде, при этом статическое давление потока многокомпонентной среды достигает минимальных значений, статическая температура снижается до величин, значение которых ниже температуры точки росы, в результате чего происходит конденсация жидкой фракции углеводородных газов и более тяжелых углеводородов С5+ в дисперсном многокомпонентном газовом потоке в виде капель жидкости. Далее поток многокомпонентной среды подается на устройство 5 закручивания потока, которое имеет форму профилированного тела вращения, торцы которого соединены с основаниями входного 6 и выходного 7 конусов с целью снижения газодинамического сопротивления движению, предотвращения отрыва потока и уменьшения его неравномерности. Поток многокомпонентной среды, имеющий сверхзвуковую скорость, равномерно распределяется по каналам 8 устройства 5 закручивания потока, образованным между профилированными лопатками 9.A multicomponent medium (gas or gas-liquid mixture) under the action of inlet pressure enters the nozzle channel 1 of the flow supply, namely, into the confuser section 2 of the nozzle channel, where the flow rate of the multicomponent medium increases, after which the flow of the multicomponent medium passes the critical section 4 of the nozzle channel. In the critical section 4 of the nozzle channel, the flow rate of the multicomponent medium increases to sound values in this medium, after which the flow of the multicomponent medium enters the diffuser section 3 of the nozzle channel, where the value of the velocity of the said flow becomes higher than the speed of sound in this medium, while the static pressure of the flow of the multicomponent medium medium reaches its minimum values, the static temperature decreases to values below the dew point temperature, resulting in the condensation of the liquid fraction of hydrocarbon gases and heavier hydrocarbons C 5+ in a dispersed multicomponent gas flow in the form of liquid drops. Further, the flow of the multicomponent medium is fed to the device 5 for swirling the flow, which has the shape of a profiled body of revolution, the ends of which are connected to the bases of the inlet 6 and outlet 7 cones in order to reduce the gas-dynamic resistance to movement, prevent flow separation and reduce its unevenness. The flow of a multicomponent medium having a supersonic speed is evenly distributed along the channels 8 of the flow swirling device 5 formed between the profiled blades 9.

По мере прохождения потоком многокомпонентной среды каналов 8 устройства 5 закручивания потока, происходит его тангенциальная закрутка вокруг оси соплового канала 1 с одновременным расширением газа и направлением жидкой фракции тяжелых углеводородов в пристеночный слой на периферии диффузорного участка 3 соплового канала под действием центробежной силы.As the flow of the multicomponent medium flows through the channels 8 of the device 5 swirling the flow, it is tangentially swirled around the axis of the nozzle channel 1 with simultaneous expansion of the gas and the direction of the liquid fraction of heavy hydrocarbons into the near-wall layer on the periphery of the diffuser section 3 of the nozzle channel under the action of centrifugal force.

В варианте исполнения (фиг. 2) при прохождении потоком многокомпонентной среды каналов 8 устройства 5 закручивания потока, происходит его тангенциальная закрутка вокруг оси соплового канала 1 с одновременным расширением газа и направлением жидкой фракции тяжелых углеводородов в пристеночный слой на периферии диффузорного участка 3 соплового канала под действием центробежной силы. После тангенциальной закрутки и по мере выхода потока многокомпонентной среды из профилированного зазора в концевой части каналов 8 возникает реактивная сила, приводящая устройство 5 закручивания потока во вращение, тем самым часть кинетической энергии потока многокомпонентной среды преобразуется в механическую работу. Крутящий момент с устройства 5 закручивания потока передается электрогенератору 12 для выработки электроэнергии.In the embodiment (Fig. 2), when the flow of a multicomponent medium passes through the channels 8 of the device 5, the flow is swirled tangentially around the axis of the nozzle channel 1 with simultaneous expansion of the gas and the direction of the liquid fraction of heavy hydrocarbons into the near-wall layer on the periphery of the diffuser section 3 of the nozzle channel under by the action of centrifugal force. After tangential swirl and as the flow of the multicomponent medium exits the profiled gap in the end part of the channels 8, a reactive force arises, causing the device 5 to rotate the flow, thereby part of the kinetic energy of the flow of the multicomponent medium is converted into mechanical work. The torque from the swirling device 5 is transmitted to the electric generator 12 to generate electricity.

В варианте исполнения (фиг. 3) при прохождении потоком многокомпонентной среды каналов 8 устройства 5 закручивания потока, происходит его тангенциальная закрутка вокруг оси соплового канала 1 с одновременным расширением газа и направлением жидкой фракции тяжелых углеводородов в пристеночный слой на периферии диффузорного участка 3 соплового канала под действием центробежной силы. После тангенциальной закрутки и по мере выхода потока многокомпонентной среды из профилированного зазора в концевой части каналов 8 возникает реактивная сила, приводящая устройство 5 закручивания потока, являющееся частью ротора 13, во вращение, тем самым часть кинетической энергии потока многокомпонентной среды преобразуется в механическую работу. Крутящий момент с ротора 13 передается электрогенератору 12 для выработки электроэнергии.In the embodiment (Fig. 3), when the flow of the multicomponent medium passes through the channels 8 of the device 5, the flow is swirled tangentially around the axis of the nozzle channel 1 with simultaneous expansion of the gas and the direction of the liquid fraction of heavy hydrocarbons into the near-wall layer on the periphery of the diffuser section 3 of the nozzle channel under by the action of centrifugal force. After tangential swirling and as the flow of the multicomponent medium exits the profiled gap in the end part of the channels 8, a reactive force arises, causing the flow swirl device 5, which is part of the rotor 13, to rotate, thereby part of the kinetic energy of the flow of the multicomponent medium is converted into mechanical work. The torque from the rotor 13 is transmitted to the generator 12 to generate electricity.

Жидкая фракция тяжелых углеводородов, движущаяся по периферии диффузорного участка 3 соплового канала, попадает в кольцевую полость 10 с частью газа и далее попадает в полость узла отбора капель и/или твердых частиц (на изображениях не показана), при этом основной отсепарированный газовый поток проходит внутри полого конуса 11, откуда отбирается для дальнейшего использования.The liquid fraction of heavy hydrocarbons, moving along the periphery of the diffuser section 3 of the nozzle channel, enters the annular cavity 10 with a part of the gas and then enters the cavity of the droplets and/or solid particles selection unit (not shown in the images), while the main separated gas flow passes inside hollow cone 11, from where it is taken for further use.

Благодаря организации направленного отвода жидкой фракции к периферийным областям диффузорного участка 3 соплового канала при помощи устройства 5 закручивания потока, процесс улавливания сконденсировавшихся компонентов при сверхзвуковых скоростях происходит с высокой эффективностью. При этом отсутствует необходимость в высокой степени закрутки многокомпонентной среды в конфузорном участке 2 соплового канала.Due to the organization of the directed removal of the liquid fraction to the peripheral areas of the diffuser section 3 of the nozzle channel using the flow swirling device 5, the process of capturing the condensed components at supersonic speeds occurs with high efficiency. There is no need for a high degree of swirling of the multicomponent medium in the confusing section 2 of the nozzle channel.

Использование предложенного устройства для сепарации многокомпонентной среды с целью отделения жидкой фракции углеводородных газов, а также более тяжелых углеводородов С5+ при подготовке природного газа в нефтегазовой промышленности позволит значительно повысить эффективность процесса улавливания сконденсировавшихся компонентов при сверхзвуковых скоростях, и тем самым снизить унос сконденсировавшейся фракции с основным газовым потоком, исключить необходимость в высокой степени закрутки потока многокомпонентной среды в конфузорном участке, при этом обеспечивается дополнительная возможность генерации электрической энергии.The use of the proposed device for separating a multicomponent medium in order to separate the liquid fraction of hydrocarbon gases, as well as heavier C 5+ hydrocarbons in the preparation of natural gas in the oil and gas industry, will significantly increase the efficiency of the process of capturing condensed components at supersonic speeds, and thereby reduce the entrainment of the condensed fraction from the main gas flow, eliminate the need for a high degree of swirling of the flow of a multicomponent medium in the confuser section, while providing an additional possibility of generating electrical energy.

Claims (3)

1. Устройство для сепарации многокомпонентной среды, содержащее сопловой канал подачи потока многокомпонентной среды с конфузорным и диффузорным участками и расположенным между ними критическим сечением, устройство закручивания упомянутого потока, установленное в указанном канале, узел отбора капель и/или твердых частиц, установленный в выходной части диффузорного участка, отличающееся тем, что устройство для закручивания потока многокомпонентной среды выполнено в виде профилированного тела вращения, торцы которого соединены с основаниями входного и выходного конусов, причем наружная поверхность упомянутого тела вращения, предпочтительно, эквидистантна внутренней поверхности диффузорного участка соплового канала, при этом на поверхности указанного тела вращения размещены профилированные лопатки с образованием каналов между ними, преимущественно спиралевидных, причем в концевой части каналов выполнен профилированный зазор, при этом указанное устройство для закручивания потока многокомпонентной среды установлено коаксиально в диффузорном участке соплового канала, причем входной конус устройства для закручивания потока многокомпонентной среды расположен на расстоянии от критического сечения, при котором обеспечивается значение скорости потока многокомпонентной среды выше скорости звука, при этом в выходной части диффузорного участка соплового канала закреплен полый конус с образованием кольцевой полости у внутренней поверхности диффузорного участка соплового канала, причем упомянутая полость соединена с полостью узла отбора капель и/или твердых частиц.1. A device for separating a multicomponent medium, containing a nozzle channel for supplying a flow of a multicomponent medium with confuser and diffuser sections and a critical section located between them, a device for swirling the said flow installed in the specified channel, a droplet and/or solid particle selection unit installed in the outlet part diffuser section, characterized in that the device for swirling the flow of a multicomponent medium is made in the form of a shaped body of revolution, the ends of which are connected to the bases of the inlet and outlet cones, and the outer surface of the said body of revolution is preferably equidistant to the inner surface of the diffuser section of the nozzle channel, while on profiled blades are placed on the surface of the specified body of revolution with the formation of channels between them, mainly spiral-shaped, and in the end part of the channels a profiled gap is made, while the specified device for swirling the flow is multi-component the inlet medium is installed coaxially in the diffuser section of the nozzle channel, and the inlet cone of the device for swirling the flow of the multicomponent medium is located at a distance from the critical section, at which the value of the flow velocity of the multicomponent medium is higher than the speed of sound, while a hollow cone is fixed in the outlet part of the diffuser section of the nozzle channel with the formation of an annular cavity at the inner surface of the diffuser section of the nozzle channel, and said cavity is connected to the cavity of the droplets and/or solid particles selection unit. 2. Устройство для сепарации многокомпонентной среды, содержащее сопловой канал подачи потока с конфузорным и диффузорным участками и расположенным между ними критическим сечением, устройство закручивания потока многокомпонентной среды, установленное в упомянутом канале, узел отбора капель и/или твердых частиц, установленный в выходной части диффузорного участка, отличающееся тем, что устройство для закручивания потока многокомпонентной среды выполнено в виде профилированного тела вращения, торцы которого соединены с основаниями входного и выходного конусов, причем наружная поверхность упомянутого тела вращения, предпочтительно, эквидистантна внутренней поверхности диффузорного участка соплового канала, при этом на поверхности указанного тела вращения размещены профилированные лопатки с образованием каналов между ними, преимущественно спиралевидных, причем между концевой частью упомянутых лопаток и внутренней поверхностью диффузорного участка соплового канала образован кольцевой зазор, а в концевой части каналов выполнен профилированный зазор, при этом указанное устройство закручивания потока многокомпонентной среды установлено коаксиально в диффузорном участке соплового канала с возможностью радиального вращения вокруг своей продольной оси и соединено с электрогенератором, причем входной конус устройства закручивания потока многокомпонентной среды расположен на расстоянии от критического сечения, при котором обеспечивается значение скорости потока многокомпонентной среды выше скорости звука, при этом в выходной части диффузорного участка соплового канала закреплен полый конус с образованием кольцевой полости у внутренней поверхности диффузорного участка соплового канала, причем упомянутая полость соединена с полостью узла отбора капель и/или твердых частиц.2. A device for separating a multicomponent medium, containing a nozzle channel for supplying a flow with confuser and diffuser sections and a critical section located between them, a device for swirling the flow of a multicomponent medium installed in said channel, a droplet and/or solid particle selection unit installed in the outlet part of the diffuser section, characterized in that the device for swirling the flow of a multicomponent medium is made in the form of a profiled body of revolution, the ends of which are connected to the bases of the inlet and outlet cones, and the outer surface of the said body of revolution is preferably equidistant to the inner surface of the diffuser section of the nozzle channel, while on the surface profiled blades are placed with the formation of channels between them, mainly spiral-shaped, and an annular gap is formed between the end part of the said blades and the inner surface of the diffuser section of the nozzle channel, and in the end part of the channels, a profiled gap is made, while the specified device for swirling the flow of a multicomponent medium is installed coaxially in the diffuser section of the nozzle channel with the possibility of radial rotation around its longitudinal axis and is connected to an electric generator, moreover, the inlet cone of the device for swirling the flow of a multicomponent medium is located at a distance from the critical section at which the value of the flow velocity of the multicomponent medium is higher than the speed of sound, while in the outlet part of the diffuser section of the nozzle channel a hollow cone is fixed with the formation of an annular cavity at the inner surface of the diffuser section of the nozzle channel, and the said cavity is connected to the cavity of the droplet selection unit and/or solid particles. 3. Устройство для сепарации многокомпонентной среды по п. 2, отличающееся тем, что устройство для закручивания потока многокомпонентной среды является частью соединенного с электрогенератором ротора, установленного на опорах, предпочтительно, демпферных.3. A device for separating a multicomponent medium according to claim 2, characterized in that the device for swirling the flow of a multicomponent medium is part of a rotor connected to an electric generator, mounted on supports, preferably damper ones.
RU2021138609A 2021-12-23 Device for separation of multicomponent medium (options) RU2782072C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2782072C1 true RU2782072C1 (en) 2022-10-21

Family

ID=

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2013108C1 (en) * 1990-02-12 1994-05-30 Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе Method and device for separating liquid from gas-liquid flow
US6167965B1 (en) * 1995-08-30 2001-01-02 Baker Hughes Incorporated Electrical submersible pump and methods for enhanced utilization of electrical submersible pumps in the completion and production of wellbores
RU2194226C2 (en) * 1998-04-02 2002-12-10 Бузов Александр Александрович Technology forming and separating condensate from gas mixture and device for its realization
US8534093B2 (en) * 2007-02-27 2013-09-17 Denso Corporation Unit for ejector-type refrigeration cycle, and refrigeration cycle device using the same
RU2538992C1 (en) * 2013-10-18 2015-01-10 3S Газ Текнолоджис Лимитед Device for separation of multicomponent medium and nozzle channel for it
RU2616331C1 (en) * 2015-12-31 2017-04-14 Закрытое акционерное общество "РИМЕРА" Method of effective submersible lobe pump exploitation during pumping of formation fluid with high concentration of gas and abrasive particles and gas separator of electric-centrifugal pump installation for implementation thereof
RU2731448C1 (en) * 2020-02-20 2020-09-02 Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ" Device for separation of multicomponent medium
RU2736135C1 (en) * 2020-02-20 2020-11-11 Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ" Method of separating a multicomponent medium
RU2738516C1 (en) * 2020-05-26 2020-12-14 Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ" Device for separation of multicomponent medium
RU2746349C1 (en) * 2020-05-08 2021-04-12 Общество с ограниченной ответственностью "АЭРОГАЗ" (ООО "АЭРОГАЗ") Turbo-generator

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2013108C1 (en) * 1990-02-12 1994-05-30 Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе Method and device for separating liquid from gas-liquid flow
US6167965B1 (en) * 1995-08-30 2001-01-02 Baker Hughes Incorporated Electrical submersible pump and methods for enhanced utilization of electrical submersible pumps in the completion and production of wellbores
RU2194226C2 (en) * 1998-04-02 2002-12-10 Бузов Александр Александрович Technology forming and separating condensate from gas mixture and device for its realization
US8534093B2 (en) * 2007-02-27 2013-09-17 Denso Corporation Unit for ejector-type refrigeration cycle, and refrigeration cycle device using the same
RU2538992C1 (en) * 2013-10-18 2015-01-10 3S Газ Текнолоджис Лимитед Device for separation of multicomponent medium and nozzle channel for it
RU2616331C1 (en) * 2015-12-31 2017-04-14 Закрытое акционерное общество "РИМЕРА" Method of effective submersible lobe pump exploitation during pumping of formation fluid with high concentration of gas and abrasive particles and gas separator of electric-centrifugal pump installation for implementation thereof
RU2731448C1 (en) * 2020-02-20 2020-09-02 Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ" Device for separation of multicomponent medium
RU2736135C1 (en) * 2020-02-20 2020-11-11 Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ" Method of separating a multicomponent medium
RU2746349C1 (en) * 2020-05-08 2021-04-12 Общество с ограниченной ответственностью "АЭРОГАЗ" (ООО "АЭРОГАЗ") Turbo-generator
RU2738516C1 (en) * 2020-05-26 2020-12-14 Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ" Device for separation of multicomponent medium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6592654B2 (en) Liquid extraction and separation method for treating fluids utilizing flow swirl
US4390426A (en) Centrifugal separators of the cyclone type
RU2478416C1 (en) Plant and method for separation oil from gas mix
US3273325A (en) Rotary gas separator
AU675535B2 (en) Rotating particle separator with non-parallel separating ducts, and a separating unit
CN100385190C (en) Cyclonic fluid separator with vortex generator in inlet section
JPH07502319A (en) Multiphase fluid processing
SU735156A3 (en) Apparatus for separating substances by centrifugal force
AU2009310408B2 (en) Variable phase turbine apparatus
RU2782072C1 (en) Device for separation of multicomponent medium (options)
RU2538992C1 (en) Device for separation of multicomponent medium and nozzle channel for it
RU2773182C1 (en) Method for separation of a flow of a multi-component medium (options)
WO2013189871A1 (en) Apparatus and method for removing a contaminant from a contaminated stream
RU2624111C1 (en) Venturi scrubber with finely divided irrigation
EP2112950A2 (en) Device and method for particle separation
RU2796853C1 (en) Method for separation of flow of a multi-component medium
RU2800023C1 (en) Device for separation of multi-component medium
RU173966U1 (en) VORTEX GAS SEPARATOR
RU2796844C1 (en) Device for separation of multi-component medium
RU2658037C1 (en) Drip-liquid collector
RU2796850C1 (en) Method for separation of flow of a multicomponent medium
RU2736135C1 (en) Method of separating a multicomponent medium
RU2626356C1 (en) Bubbling-vortex device with parabolic swirler for wet gas cleaning
RU2790120C1 (en) Device for separation of multicomponent medium
RU2790121C1 (en) Method for separation of the flow of a multicomponent medium