UA118732U - Спосіб розділення газорідинних потоків - Google Patents

Abstract

Спосіб розділення газорідинних потоків, що містять рідини з різними густинами, який включає попереднє відцентрове розділення потоку на газову та рідинну фази з наступним розділенням рідинної фази на фракції, причому відокремлену рідинну фазу газорідинного потоку розшаровують на окремі частини з наступним відбором та роздільним виведенням їх в розташовані на різних висотах зони в секції відстоювання гравітаційного роздільника рідинних сумішей.

Description

Корисна модель належить до способів розділення газорідинних потоків, наприклад способів розділення газорідинних емульсій, і може знайти застосування в газовій, хімічній і інших галузях промисловості.

Відомий спосіб розділення газорідинних емульсій, який включає попереднє розшарування потоку на газову та рідинну фази, відбір газу та наступну остаточну сепарацію рідини в гравітаційному роздільнику, в якому для збільшення ефективності розділення емульсій в потік вводять додатковий об'єм газу. (11

Недоліком відомого способу є недостатня ефективність розділення газорідинних потоків, яка обумовлена тим, що процес попереднього розділення потоків здійснюється в трубопроводі до надходження потоку в сепараційну ємність, що не забезпечує достатньої поверхні контактування між газовою та рідинною фазами, в результаті чого знижується продуктивність та ефективність процесу.

Відомий спосіб розділення газоводонафтових суспензій, який включає попереднє розділення потоку до надходження його в гравітаційний роздільник, відбір газу та наступну остаточну сепарацію в гравітаційному роздільнику (21.

По технічній суті та результату, що досягається, відомий спосіб є найбільш близьким до того, що заявляється.

Відомий спосіб забезпечує більшу ефективність розділення газорідинних потоків, тому що до подачі їх в гравітаційний роздільник їх розпилюють в масообмінному апараті, що забезпечує збільшення поверхні контактування між газовою та рідинною фазами і, таким чином, сприяє збільшенню ефективності процесу.

Але барботажні масообмінні апарати, в яких пропонується здійснювати в відомому способі 2) розділення газорідинного потоку, можуть працювати лише при швидкостях газу в поперечному перерізі корпусу апаратів межах до 1 м/с. При збільшенні швидкостей потоків понад 1 м/с в барботажних апаратах починається так звана інверсія фаз, що приводить до зворотного руху рідини, в результаті чого попереднє розділення газорідинного потоку знижується до мінімальних значень.

В основу корисної моделі поставлена задача створити такий спосіб розділення газорідинних потоків, який би забезпечував збільшення ефективності як попереднього розділу газорідинного

Зо потоку на газову та рідинну фази, так і остаточного розділу рідинної фази на її складові фракції.

Поставлена задача вирішується в способі розділення газорідинних потоків, що містять рідини з різними щільностями, наприклад, газорідинні емульсії який включає попереднє віддцдентрове розділення потоку на газову та рідинну фази з наступним розділенням рідинної фази на легку та важку фракції. При цьому розділення газорідинного потоку відбувається в режимі нерівномірного обертання потоку. А розділення рідинної фази після попередньої сепарації газорідинного потоку відбувається в дві стадії: на першій стадії в рідинній фазі відокремлюються одна від одної легка та важка Фракції, які потім відводяться в розташовані на різних висотах зони в секції відстоювання гравітаційного роздільника, а на другій стадії - остаточне гравітаційне розділення на легку та важку фракції в гравітаційному роздільнику.

Розділення газорідинного потоку в режимі нерівномірного обертання протікає з більшою ефективністю, ніж в гравітаційному, як в /1|, так ії в барботажному, як в (2), режимах, в зв'язку з наступним.

Режиму нерівномірного обертання газорідинного потоку властиві стадії прискорення та гальмування його складових частин, а саме: газу та легкої та важкої фракцій рідини. На всіх стадіях обертання діє другий закон Ньютона (Б-та, де

Е - сила, яка діє на частки; т - маса частки; а - прискорення частки), згідно з яким гальмування або прискорення часток здійснюється з інтенсивністю, яка обернено пропорційна щільностям цих часток.

Для трифазного потоку, яким є газорідинні емульсії, щільність часток газу в десятки й більше разів менше щільності часток рідини, які, в свою чергу, теж мають різні щільності. Тому на стадії прискорення частки газу будуть у десятки й більше разів розганятися швидше, ніж частки кожної із фракцій рідини, а на стадії гальмування - у ті ж десятки разів швидше загальмовуватися. При цьому будуть виникати високі відносні швидкості між частками, що приведе до їхнього зіткнення, коалесценції й інтенсифікації процесу розподілу потоку. Під впливом відцентрових сил частки газорідинного потоку розосереджуються в відцентровому полі нерівномірно, а саме: на периферії вихрового поля концентруються найбільш важкі частини, тобто частки самої важкої фракції рідини, а ближче до ядра потоку - частки легкої фракції бо рідини і, нарешті, в самому ядрі потоку - частки газової фази.

Тому цілком очевидно, що відбір та окреме виведення частин потоку, які віддаленні від ядра потоку на різні відстані, буде сприяти їх більш ефективному розділенню на стадії остаточного розділення фаз.

Корисна модель, що заявляється, пояснюється кресленням, на якому на Фіг. 1 представлений поздовжній розріз пристрою, в якому втілюється спосіб, що заявляється, на Фіг. 2 - поперечний переріз пристрою, а на Фіг. З - аксонометрія пристрою.

Спосіб розділення газорідинних потоків, наприклад, розділення водоконденсатної емульсії здійснюється в пристрої, що складається із верхнього корпусу 1 та збірника рідини 2. Верхній корпус 1, в свою чергу, складається з двох секцій: нижньої ЗА з патрубком вводу газорідинної суміші 4 та верхньої секції ЗБ з патрубком виводу газу 5. В зоні розміщення патрубка 4 розташовано дві тарілки: верхня б та нижня 7 з отвором 8. Через ці тарілки проходить циклонний елемент 9 з завихрювачем 10. Між обичайкою секції ЗА та циклонним елементом 9 розташована криволінійна пластина 11, яка перетворює поступальний рух газорідинного потоку, що надходить в сепаратор по патрубку вводу 4, в обертальний, та криволінійна обичайка 12, яка утворює в кільцевому просторі між обичайкою секції ЗА, циклонним елементом 9 і тарілками б та 7 канал, який має конфузорну 13 та дифузорну 14 ділянки. В циклонному елементі 9 розташований Т-подібний патрубок відводу рідини 15 з поперечним патрубком 16 для відводу рідини з кільцевого простору між корпусами циклонного елемента 9 та нижньої секції ЗА. В верхній частині обичайки секції ЗБ розташований елемент тонкої очистки природного газу у вигляді сітчастої насадки 17.

Збірник рідини 2 складається з корпусу 18, до якого приварені два днища 19 та 20. До днища 20 приварено обичайку 21 з люком 22. В кришці люка 22 вставлено трубчастий підігрівач рідини 23 з патрубками входу 24 та виходу 25 теплоносія. В збірнику рідини 2 розташована перегородка 26, яка розподіляє збірник 2 на дві секції: на секцію збору водоконденсатної емульсії 27 та секцію збору конденсату 28. В корпусі збірника рідини 2 розташовані патрубки виводу води 29, виводу конденсату 30, патрубки для встановлення регуляторів рівня рідини 31 та патрубки для встановлення сигналізаторів рівня рідини 32, манометричний штуцер 33, штуцер для датчика температури 34, штуцер запобіжних клапанів 35 та штуцер дренажу 37.

Нижня частина корпусу секції ЗА сепараційної головки виконана в вигляді конічної обичайки,

Зо до якої кріпиться труба виводу рідини 38 в нижню зону збірника рідини 2. Крім того, в ній передбачається розташування пристрою 39 для першого ступеня розділу водоконденсатної суміші, з якого рідина по патрубку 40 відводиться в верхні шари рідини в корпусі 18. Біля труби виводу рідини 38 для заспокоювання рідинного потоку в нижній частині збірника рідини розташована пластина 36.

Сепаратор міститься на опорах 41 та 42, а трубчастий підігрівач рідини 23 фіксується додатково на підтримуючій опорі 43.

Газосепаратор працює таким чином. Газорідинна суміш через вхідний патрубок 4 надходить до криволінійного каналу прямокутного перерізу, що створений криволінійною обичайкою 11, обичайкою нижньої секції ЗА корпусу 1 та тарілками б і 7. Завдяки тому, що криволінійна обичайка 11 створює з обичайкою нижньої секції ЗА корпусу 1 канал, який має конфузорну 13 та дифузорну 14 ділянки, рух газорідинного потоку буде приймати характер нерівномірного обертання, що характеризується виникненням високих відносних швидкостей між частками потоку як в тангенціальному, так і в радіальному напрямках. При цьому згідно з другим законом

Ньютона (Б-та, де

Е - сила, яка діє на частки; т - маса частки; а - прискорення частки), частки потоку будуть здобувати прискорення, які обернено пропорційні їх масам, тобто більш дрібні краплі будуть розганятися та гальмуватися більш інтенсивно, ніж більш крупні. Це призводить до їх зіткнення та подальшої коагуляції.

При проходженні газорідинним потоком самого звуженого місця криволінійного каналу, так званої горловини, виникають максимальні швидкості часток, що приведе до збільшення віддентрових сил, під впливом яких краплі рідини зосереджуються в периферійній зоні криволінійного каналу, що сприяє їх виділенню при проходженні газорідинного потоку через отвір 8 в нижній тарілці 7 в циклонну частину секції ЗА.

Далі на виході з дифузора 14 в циклонній частині секції ЗА газорідинний потік продовжує обертатися, в результаті чого частини рідини переміщуються в периферійну зону корпусу нижньої секції ЗА. При цьому більш важкі частки води будуть рухатися в радіальному напрямку інтенсивніше, ніж частки конденсату, що приведе до нерівномірного розподілу часток води і бо конденсату в поперечному перерізу корпусу ЗА, а саме: в периферійній зоні будуть концентруватися частки води, а в центральній - частки конденсату, які будуть виводитися в збірник рідини по конусу першого ступеня розділу водоконденсатної суміші 39 та патрубку 40.

Периферійна частина газорідинної суміші, в якій будуть концентруватися переважно частки води, виводиться по трубі 38 в зону заспокоювання рідинного потоку, з якої вона буде попадати в збірник рідини переважно через щілину між перегородкою 36 і корпусом 19.

Газ, що частково звільнився від часток рідини, далі надходить в корпус циклонного елемента 9, в якому розташований завихрювач 10.

Пройшовши завихрювач 10, газорідинний потік додатково закручується та у вигляді вихрового потоку надходить в сепараційну зону, де здійснюється відокремлення крапель рідини з газорідинного потоку, а саме, краплі, натикаючись на нахилені лопатки завихрювача 10, відкидаються у периферійну зону сепараційного простору, звідки вони у вигляді рідинною плівки, що обертається, стікають по стінці корпусу секції ЗБ в кільцевий простір між корпусами секції ЗБ та 9 їі далі по т-подібному патрубку 15 виводяться з сепаратора, а газ надходить до наступного ступеня сепарації - сітчастої насадки 17, пройшовши яку, він далі виводиться з газосепаратора через патрубок 5.

В збірнику рідини 2 газорідинна суміш під впливом гравітаційних сил розшаровується на легку (конденсатну) та важку (водяну) фази. Конденсатна фаза збирається на поверхні суміші, звідки вона через перегородку 26 перетікає в секцію збору конденсату 28 і далі виводиться з неї по патрубку 30, а більш важка фаза (вода) осідає в секції 27 і далі виводиться через патрубок 23.

Таким чином, в розробленому сепараторі мають місце такі механізми впливу на газорідинний потік, що дозволяє збільшити ефективність сепарації: 1 - перетворення поступального руху газорідинного потоку в обертовий з утворенням режиму нерівномірного обертання потоку, що забезпечує за рахунок коагуляції крапель збільшення їхніх розмірів і, таким чином, сприяє підвищенню ефективності сепарації фаз; 2 - забезпечення триступеневого виділення крапель рідини з газового потоку, а саме: - на 1-му ступені - в циклонній камері; - на 2-му ступені - в вихровому елементі; - на З-му ступені - в сітчастому краплевловлювачі.

Зо З - створення двостадійного розділу водоконденсатної емульсії ще в верхньому корпусі до попадання емульсії в збірник рідини 2, а саме: - відведення водоконденсатної емульсії з центральної зони верхнього корпусу 1, в якій концентрується переважно конденсатна частина суміші, в центральну зону збірника рідини; - відведення водоконденсатної суміші з периферійної зони верхнього корпусу 1, в якому концентрується переважно водна частина суміші, в нижні шари водоконденсатної суміші в збірнику рідини 2.

Спосіб пояснюється наступними прикладами.

Приклад 1.

Процес попереднього розділення в режимі нерівномірного обертання газорідинного потоку на газову та рідинну фази здійснювався під час впровадження газосепаратора, що пропонується, на нафтогазовому промислі в технології абсорбційного методу підготовки газу при наступних режимних параметрах: - продуктивність по газу 1700 тис. ме5/ добу; - тиск - 3,5 мПа; - температура на вході в сепаратор - мінус 50 "С; - склад природного газу на виході із сепаратора по пропан-бутану - 1,26 95 ОБ

При цьому кутова складова швидкості газорідинного потоку змінювалася в конфузорно- дифузорному каналі від 20 м/с до 50 м/с, а осьова складова в циклонній камері - від 2 м/с до З м/с. В результаті випробувань було встановлено, що вироблення пропан-бутанової фракції під час роботи даного сепаратора збільшилося на 3,5 т/добу в порівнянні з об'ємом газу, при якому працював існуючий сепаратор до його модернізації.

Приклад 2.

Процес двостадійного розділення водоконденсатної емульсії, що пропонується, здійснювався на нафтогазовому промислі при наступних параметрах: - продуктивність по газу - 0,5 млн м/добу; - тиск газу на вході в газосепаратор - 4,5 мПа; - температура на вході в сепаратор - минус 30 "С; - продуктивність по воді - 20 т/добу; - продуктивність по конденсату - 20 т/добу; бо - густина рідини на вході в сепаратор - 0,75 кг/м" (газовий конденсат)

- 0,95 кг/м3 (водоконденсатна суміш)

В результаті випробувань було встановлено, що швидкість підйому капель конденсату в секції відстоювання гравітаційного роздільника в модернізованому сепараторі за рахунок збільшення розмірів крапель зросла на 5-7 95 в порівнянні з немодернізованим трифазним сепаратором при тій же ефективності виділення конденсату з водоконденсатної емульсії. Це забезпечило збільшення продуктивності модернізованого трифазного сепаратора по рідині на 2,5-3,5 т/добу.

Таким чином, спосіб розділення газорідинних потоків, що пропонується, забезпечує як високу ефективність попереднього розділу газорідинних потоків на газову та рідинну фази, так і високу ефективність остаточного розділення рідинної фази на її складові фракції.

Джерела інформації: 1) 50 1161135А 8 01 О 19/00, 20.12.83 - Способ разделения газожидкостньїх змульсий. 2) 5) 1799278 АЗ В 01 О 19/00, 28.02.90 - Способ разделения газоводонефтяной смеси.

Claims (3)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Спосіб розділення газорідинних потоків, що містять рідини з різними густинами, який включає попереднє відцентрове розділення потоку на газову та рідинну фази з наступним розділенням рідинної фази на фракції, який відрізняється тим, що відокремлену рідинну фазу газорідинного потоку розшаровують на окремі частини з наступним відбором та роздільним виведенням їх в розташовані на різних висотах зони в секції відстоювання гравітаційного роздільника рідинних сумішей.

2. Спосіб розділення газорідинних потоків за п. 1, який відрізняється тим, що розділення потоку на газову та рідинну фази здійснюють в режимі нерівномірного обертання.

3. Спосіб розділення газорідинних потоків за п. 1, який відрізняється тим, що в виділеній з газорідинного потоку рідині утворюють центральну та периферійну зони для легкої та важкої фракцій, відповідно, місця вводу яких в гравітаційний роздільник розташовують на висотах, які обернено пропорційні густинам легкої та важкої фракції рідини. ша шо ши ше 5 Ши е - й бежеві, | ен нано, : пекан, В Ми 00 МЕ ШЕ «ЗХ й 53 ЖК ке не 1 ї нм в ни вн ї ГУ ЕН КУ 0 Женя и СУ В Кк КО корк квттннк ЖЕ п и ся ЖК з ї ОК он ши ши ши Не КЗ ПЕ НИ нс Ж ше Ше Б ННЯ Е: сш ше ША: ки ше ше к.ї