SU1757703A1

SU1757703A1 - Bubbler

Info

Publication number: SU1757703A1
Application number: SU904846886A
Authority: SU
Inventors: Владимир Степанович Диденко; Сергей Михайлович Богачев; Владимир Анатольевич Сеницкий
Original assignee: В.С.Диденко. С.М Богачев и В.А.Сеницкий
Priority date: 1990-07-03
Filing date: 1990-07-03
Publication date: 1992-08-30

Abstract

Использование барботаж газа через жидкость в сепарационных процессах, Сущность изобретени барботер содержит распределительную трубу с отверсти ми Отверсти в трубе расположены горизонтальными продольными р дами в ее нижней части в зонах, симметричных отно сительно вертикальной оси поперечного сечени трубы между центральными углами 130&deg;и20 &deg;. Проекции отверстий смежных р дов на вертикальную плоскость, проход щую через ось трубы, смещены друг относи- тельно друга, а рассто ние между соседними проекци ми отверстий составл ет не менее 15 диаметров отверстий 3 илUsing gas sparging through a liquid in separation processes. Invention The bubbler contains a distribution pipe with openings. The holes in the pipe are arranged in horizontal longitudinal rows in its lower part in zones symmetrical with respect to the vertical axis of the cross section of the pipe between the central angles of 130 ° ; deg; The projections of the holes of adjacent rows on a vertical plane passing through the axis of the pipe are offset from each other, and the distance between adjacent projections of the holes is at least 15 diameters of holes 3 or less.

Description

Изобретение относитс к области интенсификации и повышени эффективности сепарационных процессов посредством барботажа газа через жидкость и может быть использовано в нефт ной промышленности на концевых сепарационных установках , а также в других отрасл х промышленности.The invention relates to the field of intensification and improvement of the efficiency of separation processes by bubbling gas through a liquid and can be used in the oil industry at terminal separation plants, as well as in other sectors of the industry.

Известен струйный смеситель, предназначенный дл повышени степени однородности смеси путем обеспечени равномерности распределени добавочного компонента по всему поперечному нию корпуса контактного аппарата. Однако при изменении объемов подачи добавочного газового компонента в случае заполнений аппарата жидкостью не удаетс обеспечить требуемой однородности смеси и заданной дисперсности газовых пузырьков. При увеличении объемов подачи добавочного продукта в аппарат давление в распределительных трубах возрастает и измен етс структура подачи добавочногоA jet mixer is known for increasing the degree of homogeneity of the mixture by ensuring uniform distribution of the additive component over the entire cross section of the housing of the contact apparatus. However, when changing the supply volumes of the additional gas component in the case of filling the apparatus with liquid, it is not possible to ensure the required homogeneity of the mixture and the desired dispersion of gas bubbles. With an increase in the volumes of the supply of additional product to the apparatus, the pressure in the distribution pipes increases and the structure of the supply of the additive

продукта (газа) в жидкую среду При этом (./) мен ютс услови распределени дисперс- л- ной фазы и взаимного контактировани на границе раздела газ -жидкость. Возрастает В удельный расход газа.product (gas) in a liquid medium. In this case (./), the conditions of distribution of the dispersed phase and mutual contact at the gas-liquid interface change. Increases in specific gas consumption.

Известно также устройство дл диспергировани , в котором дл повышени эффективности работы путем обеспечени xj равномерного распределени диспергируе- СЛ мой среды по длине перфорированной тру- xj бы перфораци перекрыта эластичным элементом, выполненным в виде ленты, при этом каждый последующий виток ленты пе- рекрывает предыдущий. Равномерность распределени диспергируемой среды по длине устройства обеспечиваетс тем, что эластичный элемент имеет одно и то же нат жение по всей длине устройства. Это позвол ет использовать устройство дл диспергировани большой длины, снизить расход диспергируемой среды и повысить эффективность работы аппарата, в котором это устройство примен етс . В устройствеIt is also known a dispersing device in which, in order to increase work efficiency by ensuring xj evenly distribute dispersing medium over the length of perforated pipe, xj would perforate the elastic element made in the form of tape, with each subsequent turn of tape overlapping the previous one. The uniform distribution of the dispersible medium over the length of the device is ensured by the fact that the elastic element has the same tension along the entire length of the device. This makes it possible to use a device for dispersing large lengths, to reduce the consumption of a dispersible medium, and to increase the efficiency of the apparatus in which this device is used. In the device

диспергируема среда подаетс в перфорированную трубу под давлением и поступает под эластичный бинт в том случае, когда давление среды в трубе превышает усилие нат жени эластичного элемента, последний раст гиваетс и диспергируема среда выходит из устройства через образующуюс щеть.the dispersible medium is fed into the perforated pipe under pressure and enters under the elastic bandage in the case when the pressure of the medium in the pipe exceeds the tensile force of the elastic element, the latter is stretched and the dispersible medium leaves the device through the resulting brush.

Необходимость создани дополнительного избыточного давлени в перфорированной трубе отражает один из недостатков устройства, так как это влечет за собой необходимость наличи источника повышенного давлени . В то же врем подача газа в качестве диспергируемой среды под давлением приводит к увеличению размера газовых пузырьков при выходе их в среду с низким давлением. При увеличении количества подачи диспергируемого вещества в аппарат равномерность его удельного распределени , в св зи с посто нным числом источников выхода газа, ухудшаетс и степень диспергировани снижаетс . Существенным недостатком вл етс также наличие эластичного элемента, упругие свойства которого со временем мен ютс , что требует его периодической замены,The need to create additional overpressure in the perforated pipe reflects one of the drawbacks of the device, since this entails the need for a source of increased pressure. At the same time, the supply of gas as a dispersible medium under pressure leads to an increase in the size of gas bubbles when they enter the medium with low pressure. With an increase in the amount of the dispersed substance supply to the apparatus, the uniformity of its specific distribution, due to the constant number of sources of gas output, deteriorates and the degree of dispersion decreases. A significant drawback is the presence of an elastic element, the elastic properties of which change over time, which requires its periodic replacement,

Целью изобретени вл етс повышение равномерности распределени пузырьков газа заданной дисперсности по объему жидкости.The aim of the invention is to improve the uniformity of the distribution of gas bubbles of a given dispersion in the volume of liquid.

Указанна цель достигаетс тем, что отверсти в распределительной трубе расположены горизонтальными продольными р дами в ее нижней части в зонах, симметричных относительно вертикальной оси по- перечного сечени трубы между центральными углами 130° и 20°, при этом проекции отверстий смежных р дов на вертикальную плоскость, проход щую через ось трубы, смещены друг относительно друга , а рассто ние между соседними проекци ми отверстий составл ет не менее 15 диаметров отверстий.This goal is achieved by the fact that the holes in the distribution pipe are arranged in horizontal longitudinal rows in its lower part in zones symmetric with respect to the vertical axis of the cross section of the pipe between the central angles of 130 ° and 20 °, while the projections of the holes of adjacent rows on the vertical plane passing through the pipe axis are offset from each other, and the distance between adjacent projections of the holes is at least 15 hole diameters.

На фиг. 1 схематически изображен предложенный барботер, общий вид; на фиг. 2 - схема оснащени концевого нефтегазового сепаратора барботером; на фиг 3 - разрез А-А на фиг. 2.FIG. 1 schematically shows the proposed bubbler, general view; in fig. 2 is a diagram of equipping an end oil and gas separator with a bubbler; FIG. 3 is a section A-A in FIG. 2

Барботер имеет подвод щую трубу 1 и распределительную трубу 2, в нижней части которой горизонтальными продольными р дами 1, II, III и IV выполнены отверсти 3. Отверсти расположены в симметричных относительно вертикальной оси поперечного сечени трубы зонах секторов а и б между центральными углами 130° и 20°. Рассто ние I между проекци ми отверстий 3 смежных р дов составл ют по горизонтали не менее 15 диаметров отверстий. Предпочтительно , чтобы отверсти в р дах были расположены друг от друга на одинаковом рассто нии, а продольное смещение отверстий нижних р дов по отношению к отверсти м верхнего р да было выполнено так, чтобы нижележащие отверсти находились посередине между вышележащими, т.е. образовывали равномерную сетку. Суммарна площадь отверстий 3 в распределительнойThe bubbler has a supply pipe 1 and a distribution pipe 2, in the lower part of which horizontal longitudinal rows 1, II, III and IV are provided with holes 3. The holes are located in the zones of sectors a and b between the central angles of 130 ° symmetrical with respect to the vertical axis of the pipe cross section and 20 °. The distance I between the projections of the holes of 3 adjacent rows of horizontally is not less than 15 diameters of the holes. Preferably, the holes in the rows are at the same distance from each other, and the longitudinal displacement of the holes of the lower rows with respect to the holes of the upper row is arranged so that the underlying holes are midway between the overlying, i.e. formed a uniform grid. The total area of the holes 3 in the distribution

0 трубе 2 предпочтительно должна быть меньше площади сечени распределительной трубы по крайней мере на пор док. Это позволит избежать в ней повышенных гидравлических сопротивлений. Увеличение этой0 pipe 2 should preferably be less than the cross-sectional area of the distribution pipe by at least an order of magnitude. This will avoid increased hydraulic resistance in it. Increase this

5 разницы не ограничиваетс . Барботер может иметь несколько распределительных труб, объединенных в систему, например, в виде параллельных р дов, торов или других приемлемых дл конкретных случаев гео0 метрических св зей, определ емых технико-технологическими характеристиками аппарата. Поперечное сечение распределительной трубы в отдельных случа х может иметь и другую геометрическую форму, от5 личающуюс от окружности, например треугольник с основанием в верхней части5 differences are not limited. A bubbler can have several distribution pipes combined into a system, for example, in the form of parallel rows, tori, or other geo metric connections acceptable for specific cases, defined by the technical and technological characteristics of the apparatus. In some cases, the cross section of the distribution pipe may also have another geometric shape that differs from the circumference, for example, a triangle with a base in the upper part

Барботер работает следующим образом .The bubbler works as follows.

В пусковой период или при возобновле0 нии технологического процесса с применением барботажа аппарат, например газонефт ной сепаратор концевой ступени сепарации, заполнен жидкостью, в которую погружен барботер. Распределитель барбо5 тера также заполнен жидкостью. При осуществлении барботажа газ подаетс через подвод щую трубу 1 в распределительную трубу 2. По мере поступлени газа жидкость из распределительной трубы посте0 пенно оттесн етс к уровню отверстий первого р да I. Граница раздела газ - жидкость устанавливаетс в одной плоскости против всех отверстий одновременно, поэтому выход газа из распределительной тру5 бы в жидкую среду начинаетс также одновременно по всей длине При этом преодолеваютс давление столба жидкости над первым р дом отверстий распределительной трубы, местные гидравлические сопро0 тивлени в отверсти х и гидравлические сопротивлени в распределительной трубе При увеличении объема подачи газа через барботер уровень жидкости в распределительной трубе оттесн етс ниже в парал5 лельную плоскость ко второму р ду отверстий II и противодавление столба жидкости возрастает на величину давлени столба между р дами I и II. Если отнести это рассто ние дл условий концевого газонеф- т ного сепаратора к высоте столба жидкости , то оно составит всего 0,5-1,0%. Поэтому практически при том же давлении в газовой зоне распределительной трубы производительность по газу возрастает вдвое, причем пузырьки дополнительного газа будут распредел тьс в промежуточных объемах жидкости, ранее не охватывавшихс барботажным газом. Така же ситуаци будет наблюдатьс и при переходе к третьему (III) и четвертому (IV) р дам от- верстий распределительной трубы. При этом противодавление столба жидкости , составл ющее дл реальных условий основную величину в числе слагаемых давлени в подвод щей трубе бар- ботера, изменитс очень незначительно. Следовательно, давление в распределительной трубе возрастает также на несущественную величину, что обеспечит выход пузырьков газа одинаковой дисперсности в широком диапазоне производительности барботера. Таким образом, предлагаема схема размещени отверстий в распределительной трубе позвол ет осуществл ть равномерное распределение пузырьков газа одинаковой дисперсности по всей длине распределительной трубы с задаваемым изменением промежуточных рассто ний выхода пузырьков в широком диапазоне производительности и барботера. Неравно- мерность выхода объемов газа через отверсти в жидкую среду по длине распределительной трубы может быть св зано с вли нием изменени давлени по длине трубы за счет гидравлических сопро- тивлений и снижени расхода газа в св зи с его оттоком через последовательно расположенные отверсти . Расчеты показали, что при осуществлении барботажа в реальных услови х такое вли ние практически отсут- ствует. Дл барботера, установленного в промысловом нефтегазовом сепараторе, перепад давлени составит лишь сотые доли миллиметра столба жидкости, что реально обеспечивает функционирование отверстий каждого р да в одинаковых услови х при горизонтальном расположении распределительной трубы.During the start-up period or when the process is renewed using bubbling apparatus, for example, a gas-oil separator at the end stage of separation, it is filled with a liquid in which the bubbler is immersed. Barbo5 tera dispenser is also filled with liquid. When bubbling is carried out, gas is supplied through supply pipe 1 to distribution pipe 2. As gas enters, the liquid from the distribution pipe is gradually pushed back to the level of the holes of the first row I. The gas-liquid interface is set in the same plane against all the holes at the same time, therefore The release of gas from the distribution pipe into the liquid medium also begins at the same time along the entire length. The pressure of the liquid column over the first row of openings of the distribution pipe, local hydr Influence resistances in the holes and hydraulic resistances in the distribution pipe. As the gas supply volume through the bubbler increases, the liquid level in the distribution pipe is pushed lower into the parallel plane to the second row of holes II and the back pressure of the liquid column increases by the amount of pressure of the column between rows I and ii. If this distance for the conditions of the end gas-oil separator is related to the height of the liquid column, it will be only 0.5-1.0%. Therefore, at almost the same pressure in the gas zone of the distribution pipe, the gas throughput is doubled, and the additional gas bubbles will be distributed in intermediate volumes of liquid not previously covered by the bubbling gas. The same situation will be observed in the transition to the third (III) and fourth (IV) rows of the holes of the distribution pipe. At the same time, the counter pressure of the liquid column, which for real conditions is the main value of the pressure components in the supply pipe of the bubbler, will change very little. Consequently, the pressure in the distribution pipe also increases by an insignificant value, which will ensure the release of gas bubbles of the same dispersion in a wide range of bubbler productivity. Thus, the proposed pattern of placement of the holes in the distribution pipe allows a uniform distribution of gas bubbles of equal dispersion along the entire length of the distribution pipe with a specified change in the intermediate distances of the release of bubbles in a wide range of performance and bubbler. The unevenness of the gas volumes flowing through the openings into the liquid medium along the length of the distribution pipe can be associated with the effect of changing the pressure along the length of the pipe due to hydraulic resistance and reducing gas flow due to its outflow through successive openings. Calculations showed that in the implementation of bubbling in real conditions, such an effect is practically absent. For a bubbler installed in an oil and gas field separator, the pressure drop will be only a few hundredths of a millimeter of a liquid column, which actually ensures the functioning of the holes of each row under the same conditions when the distribution pipe is horizontal.

Необходимость изменени расхода газа , подаваемого через барботер, например, концевого нефтегазового сепаратора, обусловлена изменением объемов нефти, прохо- д щей через аппарат, ее состава, требований, предъ вл емых к качеству сепарации , изменением состава газа. Така же потребность может возникать и в других сферах применени барботера.The need to change the flow rate of gas supplied through a bubbler, for example, a terminal oil and gas separator, is due to the change in the volume of oil passing through the apparatus, its composition, the requirements for separation quality, the change in the composition of the gas. The same need may arise in other applications of the bubbler.

Зоны расположени отверстий в распределительной трубе определены оптимальными услови ми работы барботера.The zones of the holes in the distribution pipe are determined by the optimal conditions of the bubbler operation.

Центральный угол 130о отсекает круговой сегмент с высотой h, увеличение которой привело бы к резкому возрастанию заполненного жидкостью объема распределительной трубы при работе первого р да отверстий барботера, а следовательно, к прогрессирующему уменьшению проходного сечени дл газа. Это св зано со снижением пропускной способности распределительной трубы или увеличением ее диаметра. Центральный угол 20о ограничивает зону расположени отверстий в распределительной трубе снизу, так как при меньших углах газ будет выходить через отверсти почти вертикально вниз, а поэтому последовательно выход щие пузырьки будут иметь тенденцию объедин тьс между собой и укрупн тьс , что приведет к уменьшению количества пузырьков и общей их поверхности и, в итоге, к снижению равномерности распределени диспергированного газа по объему жидкости с соответствующим ухудшением качества барботажа.The central angle of 130 ° cuts off the circular segment with a height h, an increase in which would lead to a sharp increase in the volume of the distribution pipe filled with liquid when the first row of bubbler holes is operating and, consequently, to a progressive decrease in the gas flow area. This is associated with a decrease in the capacity of the distribution pipe or an increase in its diameter. The central angle of 20 ° bounds the opening area of the distribution pipe in the bottom, since at smaller angles the gas will go through the holes almost vertically downwards, and therefore successively leaving bubbles will tend to coalesce and enlarge, which will reduce the number of bubbles and their total surface and, as a result, a decrease in the uniform distribution of dispersed gas throughout the volume of liquid with a corresponding deterioration in the quality of bubbling.

После выхода газовых пузырьков из отверстий первоначально они обтекают поверхность распределительной трубы Отрыв всех пузырьков от поверхности трубы происходит лишь на уровне горизонтальной оси поперечного сечени трубы и дальнейшее их перемещение (всплывание) происходит по вертикали. При этом, если траектории движени пузырьков проход т близко одна к другой, может наблюдатьс их сли ние Наличие этого влени засит от рассто ни между траектори ми и диаметра пузырьков или отверстий. Экспериментально установлено , что дл раздельного всплывани пузырьков рассто ние между траектори ми должно составл ть не менее п тнадцати диаметров отверстий, из которых они выход т. Это значит, что рассто ние между соседними проекци ми отверстий на вертикальную плоскость, проход щую через ось трубы, должно составл ть по горизонтали не менее п тнадцати диаметров отверстий.After the release of gas bubbles from the holes, initially they flow around the surface of the distribution pipe. All bubbles are detached from the pipe surface only at the level of the horizontal axis of the pipe’s cross section and their further movement (floating) occurs vertically. In this case, if the trajectories of motion of the bubbles pass close to one another, their confluence may be observed. The presence of this phenomenon is due to the distance between the trajectories and the diameter of the bubbles or holes. It has been established experimentally that to separate bubbles bubbling up the distance between the paths should be at least fifteen diameters of the holes from which they emanate. This means that the distance between adjacent projections of the holes on the vertical plane passing through the axis of the pipe must be horizontally at least fifteen diameters of the holes.

Схема, представленна на фиг 2, 3, включает нефтегазовый сепаратор А, оснащенный приемным патрубком 5, патрубками дл отбора нефти 6, воды 7, газа 8 и барботер, состо щий из системы подвод щих труб 1 и распределительных труб 2,The circuit shown in Figs 2, 3 includes an oil and gas separator A, equipped with a receiving pipe 5, pipes for collecting oil 6, water 7, gas 8 and a bubbler consisting of a system of supply pipes 1 and distribution pipes 2,

Установка работает следующим образом .The installation works as follows.

Продукци скважин в виде газожидкостной смеси поступает в сепаратор А через приемный патрубок 5. В сепараторе происходит гравитационное разделение смеси на жидкость и газ, а жидкости, в свою очередь, на нефть и воду, после чего нефть отбираютProduction of wells in the form of a gas-liquid mixture enters the separator A through the inlet pipe 5. In the separator, the mixture is gravitationally separated into liquid and gas, and the liquids, in turn, into oil and water, after which the oil is taken

через патрубок б, воду - через патрубок 7, и газ - через патрубок 8. В сепараторе обычно поддерживают избыточное давление 5-10 кПа. Одним из основных показателей эффективности работы сепараторов вл етс количество газа, уносимого потоком нефти, так как этот газ в дальнейшем может выделитьс из нефти в резервуарах низкого давлени и через дыхательную арматуру попасть в атмосферу, Поскольку емкость се- паратора невилика, то сепарируема система в нем практически никогда не происходит в равновесное состо ние. Поэтому с потоком нефти унос тс невыделившиес окклюдированные пузырьки газа и газ, наход щийс в метастабильном состо нии . В дальнейшем наличие этого газа приводит к ухудшению качества подготовки нефти, потер м легких углеводородов нефти и загр знению воздушного бассейна вред- ными выбросами. Барботаж газа через нефть по- звол ет интенсифицировать переход системы Ё равновесное состо ние и принудительно выделить из нефти окклюдирован- ный газ и газ, наход щийс в метастабильном состо нии. Барботер может быть использован и дл более глубокой стабилизации нефти в сепараторе. Дл этого через него в нефть нужно подать сухой углеводородный газ. При этом происходит холодна отгонка (отдувка) уже более т желых углеводородов и у нефти снижаетс давление насыщенных паров (ДНП). Уровень стабилизации можно регулировать составом и количеством подаваемого через бар- ботер газа. Эффективность барботажа всецело зависит от равномерности распределени пузырьков газа по объему нефти, подаваемой в сепаратор.through pipe b, water through pipe 7, and gas through pipe 8. The separator is usually maintained at an overpressure of 5-10 kPa. One of the main indicators of the efficiency of the separators is the amount of gas carried away by the oil flow, since this gas can later be released from oil in low-pressure tanks and through breathing valves to the atmosphere. Since the separator's capacity is not flexible, the system in it is separated. practically never occurs in an equilibrium state. Therefore, with the flow of oil, unseparated occluded gas bubbles and gas that is in a metastable state are carried away. In the future, the presence of this gas leads to a deterioration in the quality of oil preparation, loss of light hydrocarbon oil and contamination of the air basin with harmful emissions. The bubbling of gas through the oil allows to intensify the transition of the system E to the equilibrium state and forcibly separate the occluded gas from the oil and gas that is in a metastable state. The bubbler can also be used to stabilize the oil more deeply in the separator. To do this, through it, the oil must be supplied with a dry hydrocarbon gas. When this happens, cold stripping (stripping) of heavier hydrocarbons occurs and the oil has a saturated vapor pressure (DNP). The level of stabilization can be controlled by the composition and amount of the gas supplied through the gas booster. The efficiency of bubbling depends entirely on the uniform distribution of gas bubbles throughout the volume of oil supplied to the separator.

В некоторых случа х барботаж нефти можно проводить непосредственно в трубе. В этом случае распределительную трубу или систему параллельно расположенных труб помещают в нефт ную трубу на горизонтальном участке. Длина барботера может быть достаточно больших размеров Возможны и другие варианты использовани барботера.In some cases, oil sparging can be carried out directly in the pipe. In this case, the distribution pipe or system of parallel-arranged pipes is placed in an oil pipe in a horizontal section. The length of the bubbler can be quite large. Other uses of the bubbler are also possible.

Особенности конструкции барботера выгодно отличают его от указанного прототипа . Барботер может работать в широком диапазоне производительности при одинаковой дисперсности газовых пузырьков без создани избыточного давлени в газовой зоне барботера при высокой однородности распределени газовых пузырьков в объеме жидкости. Заданный уровень диспергировани газа приводит к существенному увеличению поверхности контакта газ - нефть, в результате чего происходит интенсивное выделение газа и нефти. Процесс поддаетс четкому регулированию, при этом эффект наращиваетс пр мо пропорционально наращиванию производительности подачи газа .Features bubbler design favorably distinguish it from the specified prototype. The bubbler can operate in a wide range of performance with the same dispersion of gas bubbles without creating an overpressure in the gas zone of the bubbler with high homogeneity of the distribution of gas bubbles in the liquid volume. A given level of gas dispersion leads to a significant increase in the gas-oil contact surface, as a result of which there is an intensive release of gas and oil. The process is clearly regulated, with the effect increasing in direct proportion to the increase in gas delivery performance.

Барботер позвол ет эффективно осуществл ть массообменные процессы и в некоторых случа х может успешно замен ть громоздкие дорогосто щие массообменные аппараты.The bubbler allows efficient mass transfer processes and in some cases can successfully replace bulky expensive mass transfer devices.

Claims

Invention Formula

A bubbler containing a distribution pipe with holes, characterized in that, in order to increase the uniformity of the distribution of gas bubbles of a given dispersion throughout the volume of liquid, the holes in the distribution pipe are arranged in horizontal longitudinal rows in its lower part in zones symmetrical about the vertical axis of the pipe between the central angles of 130 ° and 20 °, while the projections of the holes of adjacent rows on the vertical plane passing through the axis of the pipe are displaced relative to each other, and Standing between adjacent projections of the holes is at least 15 hole diameters.

E-EA

T

Have

Tl

CEEЈ

FIG. 2

Fi. H