Барботер

 

Использование барботаж газа через жидкость в сепарационных процессах, Сущность изобретения барботер содержит распределительную трубу с отверстиями Отверстия в трубе расположены горизонтальными продольными рядами в ее нижней части в зонах, симметричных отно сительно вертикальной оси поперечного сечения трубы между центральными углами 130°и20 °. Проекции отверстий смежных рядов на вертикальную плоскость, проходящую через ось трубы, смещены друг относительно друга, а расстояние между соседними проекциями отверстий составляет не менее 15 диаметров отверстий 3 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 (21) 4846886/26 (22) 03,07.90 (46) 30.08.92. Бюл. Nã 32 (75) B.Ñ.Äèäåíêo. С.M,Áîãà÷åâ и В.А.Сениц кий {56) Авторское свидетельство СССР

М 1152633, кл. В 01 F 5/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N 1393465, кл. В 01 F 13/02, 1988.

{54) БАР БОТЕ Р (57). Использование: барботаж газа через жидкость в сепарационных процессах, СущИзобретение относится к области интенсификации и повышения эффективности сепарационных процессов посредством барботажа газа через жидкость и может быть использовано в нефтяной промышленности на концевых сепарационных установках, а также в других Отраслях промышленности.

Известен струйный смеситель, предназначенйый для повышения степени однородности смеси путем обеспечения равномерности распределенйя добавочного компонента по всему поперечному сечению корпуса контактного аппарата. Однако при изменении объемов подачи добавочного газового компонента в случае заполнений аппарата жидкостью не удается обеспечить требуемрй однородности смеси и заданной дисперсности газовых пузырьков. При увеличении объемов подачи добавочного продукта в аппарат давление, в распределительных трубах возрастает и изменяется структура подачи добавочного

„„SU „„1757703 А1 (sr)s В 01 0 17/04, В 01 F 13/02 ность изобретения: барботер содержит раси редел ител ьную трубу с отверстия ми. Отверстия в трубе расположены горизонтальными продольными рядами в ее нижней части в зонах, симметричных относительно вертикальной оси поперечного сечения трубы между центральными углами

130 и 20 . Проекции отверстий смежных рядов на вертикальную плоскость, проходящую через ось трубы, смещены друг относительно друга, а расстояние между соседними проекциями отверстий составляет не менее 15 диаметров отверстий, 3 ил. продукта (газа) в жидкую среду. При этом меняются условия распределения дисперсной фазы и взаимного контактирования на границе раздела F3-жидкость. Возрастает ф удельный расход газа.

Известно также устройство для диспергирования, в котором для повышения эф. фективности работы путем обеспечения равномерного распределения диспергируе- (Я мой.среды по длине перфорированной трубы перфорация перекрыта эластичным элементом, выполненным в виде ленты, при Q этом каждый последующий витОк ленты пе-. рекрывает предыдущий. Равномерность распределения диспергируемой среды по длине уСтройства обеспечивается тем, что эластичный элемент имеет одно и то же натяжение по всей длйне устройства. Это позволяет испольэовать устройство для диспергирования большой длины, снизить расход диспергируемой среды и повысить эффективность работы аппарата, в котором это устройство применяется. В устройстве

1757703 диспергируемая среда подается в перфорированную трубу под давлением и поступает под эластичный бинт в том случае, когда давление среды в трубе превышает усилие натяжения эластичного элемента, последний растягивается и диспергируемая среда выходит из устройства через образующуюся щель, Необходимость создания дополнительного избыточного давления в перфорированной трубе отражает один из недостатков устройства, тэк как это влечет за собой необходимость наличия источника повышенного давления. В то же время 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 распределения, в связи с постоянным числом источников выхода газа, ухудшается и степень диспергирования снижается. Существенным недостатком является также наличие эластичного элемента, упругие свойства которого со временем меняются; что требует его периодической замены, Целью изобретения является повышение равномерности распределения пузырьков газа заданной дисперсности по обьему жидкости.

Указанная цель достигается тем, что отверстия в распределительной трубе расположены горизонтальными продольными рядами в ее нижней части в зонах, симметричных относительно вертикальной оси поперечного сечения трубы между центральными углами 130 и 20О, при этом проекции отверстий смежных рядов йа вертикальную плоскость, проходящую через ось трубы, смещены друг относительно друга; а расстояние между соседними проекциями отверстий составляет не менее 15 диаметров отверстий.

На фиг. 1 .схематически изображен предложенный барботер, общий вид; на фиг. 2 — схема оснащения концевого нефтегазового сепаратора барботером; на фиг. 3 — разрез А-А на фиг. 2.

Барботер имеет подводящую трубу 1 и распределительную трубу 2, в нижней части которой горизонтальными продольными рядами I, II, И! и IV выполнены отверстия 3.

Отверстия расположены в симметричных относительно вертикальной оси поперечного сечения трубы зонах секторов."а" и "б" между центральными углами 130 и 20О.

Расстояние I между проекциями отверстий

3 смежных рядов составляют по горизонтали не менее 15 диаметров отверстий. Предпочтительно, чтобы отверстия в рядах были расположены друг от друга на одинаковом расстоянии, а продольное смещение отверстий нижних рядов по отношению к отверстиям верхнего ряда было выполнено так, чтобы нижележащие отверстия находились посередине между вышележащими, т.е, образовывали равномерную сетку. Суммарная площадь отверстий 3 в распределительной трубе 2 предпочтительно должна быть меньше площади сечения распределительной трубы по крайней мере на порядок. Это по10 зволит избежать в ней повышенных гидравлических сопротивлений. Увеличение этой разницы не ограничивается. Барботер может иметь несколько распределительных труб, объединенных в систему. например, в виде параллельных рядов, торов или других приемлемых для конкретных случаев геометрических связей, определяемых технико-технологическими характеристиками аппарата. Поперечное сечение распределительной трубы в отдельных случаях может

20 иметь и другую геометрическую форму, отличающуюся от окружности, например треугольник с основанием в верхней части

Барботер работает следующим образом.

В пусковой период или при возобновлении технологического процесса с применением барботажа аппарат, например газонефтяной сепаратор концевой ступени сепарации, заполнен жидкостью, в которую погружен барботер. Распределитель барбо- . тера также заполнен жидкостью. При осу30

35 ществлении барботажа газ подается через подводящую трубу 1 в распределительную трубу 2. По мере поступления газа жидкость из распределительной трубы посте40 пенно оттесняется к уровню отверстий первого ряда I. Граница раздела газ — жидкость устанавливается в одной плоскости против всех отверстий одновременно, поэтому выход газа из распределительной труодновременно по всей длине, При этом преодолеваются давление столба жидкости над первым рядом отверстий распределительной трубы, местные гидравлические сопротивления в отверстиях и гидравлические сопротивления в распределительной трубе.

При увеличении обьема подачи газа через барботер уровень жидкости в распределительной трубе оттесняется ниже в параллельнуo плоскость ко второму ряду отверстий И и противодавление столба жидкости возрастает на величину давления столба между рядами I и И. Если отнести это расстояние для условий концевого газонефтяного сепаратора к высоте столба жидко50

45 бы в жидкую среду начинается также

1757703 сти, то оно составит всего 0,5-1,0 $. Поэто- Центральный угол 130о отсекает круговой му практически при том же давлении в газо- сегмент с высотой h, увеличение которой вой зоне распределительной трубы привело бы к резкому возрастанию заполпроиэводительность по газу возрастает ненного жидкостью объема распределивдвое, причем пузырьки дополнительного 5 тельной трубы при работе первого ряда газа будут распределяться в промежуточ- отверстий барботера, а следовательно, к ных объемах жидкости, ранее не охватывав- прогрессирующему уменьшению проходношихся барботажным газом, Такая же ro сечения для газа. Это связано со снижеситуация будет наблюдаться и при переходе нием и ропускной способности к третьему (!!!) и четвертому (!1/) рядам от- 10 распределительной трубы или увеличением верстий распределительной трубы. При ее диаметра. Центральный угол 20о ограниэтом противодавление столба жидко- чивает зону расположения отверстий в рассти;составляющее для реальных усто- пределительной трубе снизу, так как при вий основную величину в числе сла- меньшихуглахгазбудетвыходитьчерезотгаемых давления в подводящей трубе бар- 15 верстия почти вертикально вниз, а поэтому ботера, изменится очень незначительно. последовательно выходящие пузырьки буСледовательно, давление в распредели- дут иметь тенденцию объединяться между тельной трубе возрастает также на несуще- собой и укрупняться, что приведет к уменьственную величину, что обеспечит выход шению количества пузырьков и общей их пузырьков газа одинаковой дисперсности в 20 поверхности и, в итоге, к снижению равношироком диапазоне производительности мерности распределения диспергированнобарботера. Таким образом, предлагаемая го газа по объему жидкости с схема размещения отверстий в распредели- соответствующим ухудшением качества тельной трубе позволяет осуществлять рав- барботажа. номерное распределение пузырьков газа 25 После выхода газовых пузырьков из отодинаковой дисперсности по всей длине верстий первоначально они обтекают пораспределительной трубы с задаваемым иэ- верхность распределительной трубы. Отрыв менением промежуточных расстояний вы- всех пузырьков от поверхности трубы прохода пузырьков в широком диапазоне исходитлишьнауровнегоризонтальнойоси производительности и барботера. Неравно- 30 поперечного сечения трубы и дальнейшее мерность выхода объемов газа через отвер- их перемещение (всплывание) происходит стия в жидкую среду по длине по вертикали, При этом, если траектории распределительной трубы может быть свя- движения пузырьков проходят близко одна зано с влиянием изменения давления по к другой, может наблюдаться их слияние. длине трубы за счет гидравлических сопро- 35 Наличие этого явления засит от расстояния тивлений и снижения расхода газа в связи с между траекториями. и диаметра пузырьков его оттоком через последовательно распо- или отверстий, Экспериментально установложенные отверстия, Расчеты показали, что лено, что для раздельного всплывания пупри осуществлении барботажа в реальных эырьков расстояние между траекториями условиях такое влияние практически отсут- 40 должно составлять не менее пятнадцати диствует. Для барботера, установленного в аметровотверстий, из которыхони выходят, промысловом нефтегазовом сепараторе, Это значит, что расстояние между соседниперепад давления составит лишь сотые до- ми проекциями отверстий на вертикальную ли миллиметра столба жидкости, что реаль- плоскость, проходящую через ось трубы, но обеспечивает функционирование 45 должно составлять по горизонтали не менее отверстий каждого ряда в одинаковых усло- пятнадцати диаметров отверстий, виях при .горизонтальном расположении Схема, представленная на фиг, 2, 3, распределительной трубы, включает нефтегазовый сепаратор 4, оснаНеобходимость изменения расхода га- щенный приемным патрубком 5, патрубка за, подаваемого через барботер, например,. 50 ми для отбора нефти 6, воды 7, газа 8 и концевого нефтегазового сепаратора, обус- барботер, состоящий из системы подводяловлена изменением объемов нефти, прохо- щих труб 1 и распределительных труб 2, дящей через аппарат, ее состава, Установка работает следующим обратребований, предъявляемых к качеству се- зом. парации, изменением состава газа. Такая 55 Продукция скважин в виде газожидкоже потребность может возникать и в других стной смеси поступает в сепаратор 4 через сферах применения барботера. приемный патрубок 5, В сепараторе проис3оны расположения отверстий в рас- ходитгравитационноеразделениесмеси на пределительной трубе определены апти- жидкость и газ, а жидкости, в свою очередь, мальными условиями работы барботера. на нефть и воду, после чего нефть отбирают

1757703 через патрубок 6, 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 является количество газа, уносимого потоком нефти, так как этот газ в дальнейшем может выделиться из нефти в резервуарах низкого давления и через дыхательную арматуру попасть в атмосферу. Поскольку емкость сепаратора невилика, то сепарируемая система в нем практически никогда не происходит в равновесное состояние, Поэтому с потоком нефти уносятся невыделившиеся окклюдированные пузырьки газа и газ, находящийся в метастабильном состоянйи. В дальнейшем наличие этого газа приводит к ухудшению качества подготовки нефти, потерям легких углеводородов нефти и загрязнению воздушного бассейна вредными выбросами. Барботаж газа через нефть позволяет интенсифицировать переход системы в равновесное состояние и принудительно выделить из нефти окклюдированный газ и газ, находящийся в метастабильном состоянии. Барботер может быть использован и для более глубокой стабилизации нефти в сепараторе. Для этого через него в нефть нужно подать сухой углеводородный газ. При этом происходит холодная отгонка (отдувка) уже более тяжелых углеводородов и у нефти снйжается давление насыщенных паров (ДНП). Уровень стабилизации можно регулировать составом и количеством подаваемого через барботер газа. Эффективность барботажа всецело зависит от равномерности распределения пузырьков газа по объему нефти, подаваемой в сепаратор.

В некоторых случаях барботаж нефти можно проводить непосредственно в трубе.

В этом случае распределительную трубуили систему параллельно расположенных труб помещают в нефтяную трубу на горизонтальном участке, Длина барботера может быть достаточно больших размеров, Возможны и другие варианты использования барботера.

5 Особенности конструкции барботера выгодно отличают его от указанного прототипа. Барботер может работать в широком диапазоне производительности при одинаковой дисперсности газовых пузырьков без

10 создания избыточного давления в газовой . зоне барботера при высокой однородности распределения газовых пузырьков в обьеме жидкости. Заданный уровень диспергирования газа приводит к существенному уве15 личению поверхности контакта газ — нефть, в результате чего происходит интенсивное выделение газа и нефти. Процесс поддается четкому регулированию, при этом эффект наращивается прямо пропорционально на20 ращиванию производительности подачи газа.

Барботер позволяет эффективно осуществлять массообменные процессы и в некоторых случаях может успешно заменять

25 громоздкие дорогостоящие массообменные аппараты, Формула изобретения

Барботер, содержащий распределительную трубу с отверстиями, о т л и ч а ю30 шийся тем, что, с целью повышения равномерности распределения пузырьков газа заданной дисперсности по объему жидкости, отверстия в распределительной трубе расположены горизонтальными

35 продольными рядами в ее нижней части в зонах, симметричных относительно вертикальной оси поперечного сечения трубы между центральными углами 130 и 20О, при этом проекции отверстий смежных рядов на

40 вертикальную плоскость, проходящую через ось трубы, смещены друг относительно друга-, а расстояние между соседними проекциями отверстий составляет не менее 15 диаметров отверстий.

1757703

Фиг 2

1757703 ф Э

Составитель В.Диденко

Техред М,Моргентал Корректор А.Долинич

Редактор З.Ходакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2954 Тираж Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., 415