Сепаратор

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для разделения нефти и газа в системе сбора и подготовки продукции скважин. Сепаратор включает цилиндрический корпус с коаксиальной трубой, в стенке которой выполнены тангенциальные щели и кольцевая щель, аксиальный завихритель, патрубки ввода газожидкостной смеси, вывода газа и отвода жидкости из межтрубного пространства. Завихритель выполнен в виде плоского винтового закручивающего устройства, винтовая поверхность которого выполнена с переменным шагом, уменьшающимся в осевом направлении потока газожидкостной смеси, и закреплен на втулке, снабженной торцевыми конусными обтекателями. Перед завихрителем размещен диспергатор жидкостных пробок в виде пристенных спиральных пластин, а в концевой части трубы выполнены продольные щели. Технический результат состоит в снижении гидравлических потерь и эффективной сепарации газожидкостной смеси. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для разделения газожидкостных смесей и может быть использовано для разделения продукции скважин в системе сбора и подготовки продукции скважин, для сепарации газов, направляемых на сжигание.

Известен также влагоотделитель, содержащий входной патрубок, корпус аппарата, аксиальный завихритель, на лопастях которого установлены пластины под углом 30...60°, входной патрубок [Обзорная информация “Вихревые газожидкостные сепараторы”, серия “Машины и нефтяное оборудование”, выпуск 1(40), М., 1984 г., с14-15].

Недостатком устройства является то, что установка пластин на лопастях завихрителя создает дополнительное гидравлическое сопротивление, а образовавшаяся при этом жидкость будет захватываться и дробиться основным газовым потоком, что приводит к снижению эффективности сепарации.

Известен также сепаратор АЗГАЗ, включающий горизонтальный цилиндрический корпус с конической входной и выходной частями, патрубками ввода газожидкостной смеси и вывода газа. В корпусе размещен ряд диффузоров, а перед последним диффузором установлен завихритель с 2-стадийной системой лопастей. Отвод жидкости из корпуса осуществляется через дренажные каналы (патрубки), размещенные под диффузорами и завихрителем [Рекламный проспект фирмы “MERPRO” AZGAZ].

Недостатком этого устройства является то, что при попадании газа из меньшего сечения в большее резко снижается давление газа, а это приводит к испарению части капельной жидкости. Установленные по длине сепаратора диффузоры, при их числе не менее 3-х, создают дополнительные гидравлические сопротивления, что способствует образованию дополнительных вихревых потоков перед каждым диффузором. Эти потоки способствуют испарению капельной жидкости и смешению газа с этой жидкостью перед вводом в очередной диффузор или завихритель, что приводит к повышению гидравлического сопротивления и тем самым к снижению эффективности сепарации газожидкостной смеси.

Известен центробежный сепаратор, включающий вертикальный цилиндрический корпус с коаксиально установленной трубой, патрубки ввода газожидкостной смеси, вывода газа и отвода жидкости из межтрубного пространства, завихритель [Мильштейн Л.М. и др. “Нефтегазопромысловая сепарационная техника”, Справочное пособие, М.: Недра, 1991 г., с. 69-70, рис. 22 в].

Недостатком конструкции является то, что поток газожидкостной смеси при входе в сепаратор сразу меняет направление, что приводит к дополнительным гидравлическим потерям, к нарушению осесимметричного распределения скоростей при входе в завихритель, что снижает эффективность закручивания потока и ведет к росту гидравлических потерь, увеличению турбулентности потока и дополнительному диспергированию жидкой фазы, что затрудняет ее удаление. В конечном итоге это приводит к снижению эффективности сепарации.

Наиболее близким к заявленному является сепаратор для отделения капельной жидкости от газового пока, содержащий цилиндрический корпус с коаксиально установленным внутри корпуса сепарационным стаканом (трубой), в стенке которого выполнены тангенциальные щели и кольцевая щель, образованная козырьком тороидального отсекателя и кромкой стакана, аксиальный многолопастной завихритель, газоотводящую трубку, один конец которой размещен в центре завихрителя, другой - выведен в кольцевую полость (межтрубное пространство) сепаратора, патрубки ввода газожидкостной смеси, вывода газа и отвода жидкости из межтрубного пространства [Обзорная информация, серия “Машины и нефтяное оборудование”, “Вихревые газожидкостные сепараторы”. Вып. 1(40), М., 1984 г., с.14-15, 18].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании сепаратора, относится то, что отсекатель создает дополнительное гидравлическое сопротивление движению газового потока, а незначительная длина завихрителя и большой угол расположения лопаток не обеспечивают эффективного закручивания скоростного потока, что приводит к снижению эффективности сепарации газожидкостной смеси. Соединение газоотводящей трубкой межтрубного пространства с осевой частью потока способствует попаданию капельной жидкости в газожидкостной поток. При появлении газожидкостных пробок при таком конструктивном исполнении сепаратора не будет обеспечена сепарация ГЖС.

Задача изобретения - снижение гидравлических потерь при сепарации газожидкостной смеси.

Технический результат - повышение эффективности сепарации газожидкостной смеси.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном сепараторе, включающем корпус с коаксиально установленной внутри корпуса трубой, в стенке которой выполнены тангенциальные щели и кольцевая щель, аксиальный завихритель, патрубки ввода газожидкостной смеси, вывода газа и отвода жидкости из межтрубного пространства, особенность заключается в том, что завихритель выполнен в виде плоского винтового закручивающего устройства, винтовая поверхность которого выполнена с переменным шагом, уменьшающимся в осевом направлении потока газожидкостной смеси, и закреплен на втулке, снабженной торцевым конусными обтекателями, при этом перед завихрителем размещен диспергатор жидкостных пробок, выполненный в виде пристенных спиральных пластин, а в концевой части трубы выполнены продольные щели.

Выполнение винтовой поверхности завихрителя с переменным шагом, уменьшающимся в осевом направлении потока газожидкостной смеси, и закрепление его на втулке с торцевыми конусными обтекателями обеспечивает снижение гидравлических потерь, возникающих вследствие вихреобразования и отрыва потока на винтовой поверхности завихрителя. Поток входит в завихритель со степенью закрутки, близкой к нулю, и постепенно закручивается в межвинтовом канале завихрителя до требуемой степени. За счет постоянного закручивающего воздействия винтовой поверхности завихрителя на поток предотвращается образование зон с отрывом потока от поверхности трубы и вихреобразование, что приводит к повышению эффективности сепарации газожидкостного потока.

Размещение диспергатора жидкостных пробок, выполненного в виде пристенных спиральных пластин, перед завихрителем способствует при появлении жидкостных пробок в потоке их диспергированию и создает при этом гомогенный газожидкостной поток. За счет действия центробежных сил пробка жидкости разбивается, при этом поток газа, идущий за пробкой жидкости, пробивается по середине образовавшегося жидкостного потока и затем вновь смешивается с жидкостью, образуя гомогенную газожидкостную смесь. Это способствует повышению эффективности сепарации.

Выполнение продольных прорезей в концевой части трубы способствует дальнейшему отбору оставшейся жидкости, т.к. процесс оседания капель жидкости на стенку труб сохраняется вследствие продолжающегося закручивающего действия потока за счет действия центробежных сил потока.

На чертеже показан сепаратор, общий вид.

Сепаратор содержит цилиндрический корпус 1, патрубки ввода газожидкостной смеси 2, вывода газа 3 и отвода жидкости 4 из межтрубного пространства. В корпусе 1 коаксиально установлена труба 5, в которой размещен аксиальный завихритель 6. Завихритель 6 закреплен на втулке 7, последняя снабжена торцевыми конусными обтекателями 8.

В стенке трубы 5 выполнены тангенциальные щели 9 и кольцевая щель 10, перед завихрителем 6 размещен диспергатор жидкостных пробок 11. В концевой части трубы 5 выполнены продольные щели 12. Труба 5 закреплена с корпусом 1 рядом ребер жидкости 13, обеспечивающих восприятие осевых нагрузок, и упругих ребер 14, компенсирующих температурные напряжения, возникающие в корпусе 1 и трубе 5. Патрубок 15 предназначен для отпарки межтрубного пространства с целью удаления асфальтосмолистых веществ, парафиновых углеводородов и мехпримесей.

Сепаратор работает следующим образом.

Газожидкостная смесь (ГЖС) от нефтяных скважин через патрубок 2 поступает в трубу 5, проходит через диспергатор жидкостных пробок 11, и при наличии жидкостных пробок последние диспергируются, и за счет действия центробежных сил пробка жидкости разбивается. При этом на участке трубы от входа ГЖС до диспергатора и от диспергатора до завихрителя происходит предварительная гидродинамическая стабилизация ГЖС. Затем, двигаясь вдоль винтовой поверхности завихрителя 6, по мере уменьшая шага винтовой поверхности завихрителя в осевом направлении потока последний постепенно закручивается. Капли жидкости под действием центробежных сил вращающегося потока сепарируются на стенке трубы 5. Для повышения эффективности сепарации и уменьшения гидравлического сопротивления поток направляется через тангенциальные щели 9 в кольцевую щель 10, где предотвращается “вторичный” унос капель жидкости. Отсепарированная жидкость стекает в межтрубное пространство и далее отводится через патрубок 4. Для окончательного отделения жидкости от газового потока очищаемый газ попадает на конечный участок трубы 5 с продольными щелями 12, через которые жидкость отводится в межтрубное пространство. Очищенный газ удаляется из трубы 5 через патрубок 3.

По мере накопления в межтрубном пространстве асфальтосмолистых веществ, парафиновых углеводородов и мехпримесей их удаляют отпаркой паром, подаваемым через патрубок 15.

Таким образом, за счет размещения перед завихрителем диспергатора жидкостных пробок, выполненных в виде пристенных спиральных пластин, и выполнения винтовой поверхности завихрителя с переменным шагом, уменьшающимся в осевом направлении потока газожидкостной смеси, обеспечивается снижение гидравлических потерь и эффектная сепарация газожидкостной смеси. Сепаратор промышленно применим, т.к. все узлы и детали выпускаются промышленностью.

Формула изобретения

Сепаратор, включающий цилиндрический корпус с коаксиально установленной внутри корпуса трубой, в стенке которой выполнены тангенциальные щели и кольцевая щель, аксиальный завихритель, патрубки ввода газожидкостной смеси, вывода газа и отвода жидкости из межтрубного пространства, отличающийся тем, что завихритель выполнен в виде плоского винтового закручивающего устройства, винтовая поверхность которого выполнена с переменным шагом, уменьшающимся в осевом направлении потока газожидкостной смеси, и закреплен на втулке, снабженной торцевыми конусными обтекателями, при этом перед завихрителем размещен диспергатор жидкостных пробок, выполненный в виде пристенных спиральных пластин, а в концевой части трубы выполнены продольные щели.

РИСУНКИРисунок 1