Газовый эжектор



Газовый эжектор
Газовый эжектор
Газовый эжектор
Газовый эжектор

 


Владельцы патента RU 2584767:

Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро нефтеаппаратуры" (АО "ЦКБН") (RU)

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может использоваться для промысловой подготовки и переработки газа и газового конденсата на газоконденсатных или нефтегазоконденсатных месторождениях. Газовый эжектор содержит полый цилиндрический корпус с форкамерами и патрубками высоконапорного газа, низконапорного газа и смеси газов, размещенную в корпусе сменную проточную часть, включающую сопло с входным коническим участком и камеру смешения с диффузором. Сопло содержит турбулизатор пленки жидкости, выполненный в виде поочередно расположенных по длине входного участка, по меньшей мере двух кольцевых впадин и выступов. Сопло закреплено на съемной втулке, на которой по периметру выполнены продольные щели, а в торцовой части содержится поперечная перегородка с обтекателем. Камера смешения с диффузором закреплена в корпусе радиальными штифтами, которые сопряжены с пазами на камере смешения. Технический результат - повышение надежности газового эжектора при работе в условиях подготовки газа на газоконденсатных месторождениях и снижение трудоемкости наладки и обслуживания устройства. 5 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может использоваться для промысловой подготовки и переработки газа и газового конденсата на газоконденсатных или нефтегазоконденсатных месторождениях в составе установок низкотемпературной конденсации (сепарации) с использованием способа ступенчатой дегазации или ректификации нестабильного конденсата для его частичной или полноценной стабилизации с эжектором для утилизации газа дегазации (стабилизации, деэтанизации).

В настоящее время на газоконденсатных месторождениях достаточно широко применяются газовые эжекторы, в которых давление низконапорного (НН) газа дегазации газового конденсата увеличивают за счет смешения этого потока с потоком высоконапорного (ВН) газа установки промысловой подготовки газа. Газовые эжекторы обычно выполняют по схемам с осевым или радиальным подводом к корпусу ВН газа, с радиальным подводом НН газа и осевым выходом из корпуса смеси газов. Для повышения надежности газовых эжекторов, работающих в режиме гидратообразования в проточной части, в поток ВН газа вводят ингибитор, выполняют подогрев камеры смешения или используют другие способы.

Однако актуальной проблемой пока остается повышение надежности газовых эжекторов на режимах с гидратообразованием, в том числе обеспечение стабильной работы эжекторов при уменьшенных подачах ингибитора.

Традиционные газовые эжекторы [1] с осевым подводом ВН газа, радиальным подводом НН газа и осевым выходом смеси газов известны достаточно давно. Они имеют классическое конструктивное исполнение и включают форкамеру высокого давления, сопло ВН газа, форкамеру газа низкого давления, камеру смешения с диффузором. Эжектирующий ВН газ поступает в камеру смешения через сопло, НН газ поступает в ту же камеру смешения через кольцевую щель в виде разделенных потоков с различными параметрами.

Недостатком таких эжекторов является большая трудоемкость пусконаладочных работ при фланцевом креплении деталей проточной части в корпусе аппарата и повышенный расход ингибитора гидратообразования в условиях промысловой подготовки газа на газоконденсатных месторождениях.

Известен газовый эжектор (патент RU №2074988 от 10.03.1997 г.). В этом устройстве для предотвращения отложений гидратов и парафинов на рабочих поверхностях, наружная поверхность сопла теплоизолирована, а места перехода полости сопла в камеру смешения и камеры смешения в диффузор выполнены в виде кольцевых пазов, заполненных пористым материалом и соединенных каналами с резервуаром для подачи ингибитора.

К недостаткам этого устройства можно отнести следующее. Для устойчивой подачи ингибитора через пористые стенки камеры смешения требуется дополнительная фильтрация ингибитора, что затрудняет эксплуатацию.

Известен газовый эжектор (патент RU №2151920 от 27.06.2000 г.), который выбран в качестве наиболее близкого аналога к настоящему изобретению. Он содержит полый корпус с форкамерами и патрубками ВН и НН газа и смеси газов и размещенную в корпусе сменную проточную часть с соплом и камерой смешения с диффузором.

Камера смешения снабжена осевым фланцевым креплением в корпусе, что является недостатком такого устройства, так как затрудняет его сборку, а внутренняя поверхность входного участка сопла выполнена с гладкими стенками, что приводит к увеличению расхода ингибитора гидратообразования в условиях подготовки газа на газоконденсатных месторождениях.

Также в дополнение к вышеизложенному можно добавить, что из уровня других областей техники известны технические решения, относящиеся к конструктивному исполнению сопла, на внутренней поверхности которого выполнены различные углубления, канавки и другие элементы. Например, в конструкции струйного насоса (АС №1112154 от 07.09.1984 г.) для повышения надежности и КПД на внутренней поверхности пассивного сопла выполнены винтовые канавки. За счет них осадок (пассивная среда), содержащийся в жидкости, получает вращательное движение, в результате чего производится взмучивание осадка в зоне входного отверстия и размывание скоплений на входе в сопло. Это предотвращает засорение и уменьшает гидравлическое сопротивление проточной части.

Подобные технические решения как устройства в целом, так и его отдельных элементов могут использоваться, например, в системах гидротранспорта жидкостей с взвесями, но не предназначены для эжекции газовых сред, что можно отнести к их недостаткам относительно заявленного изобретения.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение надежности газового эжектора при работе в условиях подготовки газа на газоконденсатных месторождениях и снижение трудоемкости наладки и обслуживания устройства.

Поставленная задача решается за счет предлагаемого устройства газового эжектора, в котором такие известные признаки, как полый цилиндрический корпус с форкамерами и патрубками высоконапорного газа, низконапорного газа и смеси газов, размещенная в корпусе сменная проточная часть, включающая сопло с входным коническим участком и камеру смешения с диффузором, имеют следующие отличительные особенности. Сопло содержит турбулизатор пленки жидкости, выполненный в виде поочередно расположенных по длине входного конического участка по меньшей мере двух кольцевых впадин и выступов, сопло закреплено на съемной втулке с выполненными по периметру продольными щелями, образующими каналы для прохождения высоконапорного газа от форкамеры к соплу, и содержащей в торцовой части поперечную перегородку с обтекателем, камера смешения с диффузором закреплена в корпусе радиальными штифтами, которые сопряжены с пазами, выполненными на камере смешения.

Кроме того, задача будет успешно выполнена, если:

- входной конический участок сопла выполнен с углом от 12° до 18°;

- длина входного конического участка сопла составляет от 2,8 до 3,2 диаметра сопла в критическом сечении;

- ширина впадин турбулизатора пленки жидкости составляет от 0,1 до 0,2 диаметра сопла в критическом сечении;

- высота выступов турбулизатора пленки жидкости составляет от 0,03 до 0,05 диаметра сопла в критическом сечении;

- съемная втулка содержит кольцевую канавку, сообщенную каналами, расположенными в сопле, с впадинами турбулизатора пленки жидкости.

Достигаемый данным изобретением технический результат заключается в уменьшении расхода ингибитора гидратообразования и снижении порога осаждения кристалогидратов, а также обеспечении стабильной работы оборудования в составе технологической линии и сокращении межремонтного периода.

Более подробно изобретение поясняется чертежами, на которых изображено следующее:

фиг. 1 - общий вид газового эжектора;

фиг. 2 - продольный разрез сопла;

фиг. 3 - сечение A-A на фиг. 1;

фиг. 4 - продольный разрез съемной втулки с кольцевой канавкой и сопла с каналами, сообщенными с турбулизатором пленки жидкости.

Газовый эжектор включает полый цилиндрический корпус 1 с кольцевой форкамерой 2 и подключенным к ней патрубком 4 для подачи ВН газа, форкамерой 3 и подключенным к ней патрубком 5 для подачи НН газа, и патрубок 6 для отвода смеси газов. С помощью накидной гайки 7 на корпусе закреплена съемная крышка 8. Внутри полости корпуса размещены съемные детали проточной части: сопло 9 и цилиндрическая камера смешения 10 с коническим диффузором 11. Основным геометрическим параметром камеры смешения является ее диаметр Dк. Сопло закреплено на съемной полой втулке 12, которая имеет оптимальное конструктивное решение для удобства сборки. А именно она содержит выполненные по периметру втулки продольные щели 13, в торцовой части втулки расположена поперечная перегородка 14 с обтекателем 15. Продольные щели 13 образуют каналы для прохождения ВН газа от форкамеры 2 к соплу 9. Обтекатель 15 предусмотрен для уменьшения потерь давления на входе ВН газа в сопло.

Проточная часть сопла имеет форму сопла Лаваля с коническими входным 16 и выходным 17 участками и плавным тороидальным сопряжением между ними в зоне критического сечения.

Основные геометрические параметры сопла характеризуются величиной угла входного конического участка α°, длиной входного участка l и диаметром критического сечения сопла d*. На входном коническом участке сопло содержит турбулизатор пленки жидкости, выполненный в виде поочередно расположенных по длине кольцевых впадин 18 и 20, имеющих ширину b, и выступов 19 и 21 с высотой с относительно впадин.

Зазор между соплом и камерой смешения 22 имеет плавно суживающееся проходное сечение для подачи НН газа от соответствующего патрубка 5 в камеру смешения 10. Величину этого зазора регулируют подбором толщины прокладки 23.

Положение камеры смешения с диффузором в корпусе газового эжектора зафиксировано радиальными штифтами 24, сопряженными с кольцевым пазом 25 камеры смешения. Штифты выполнены с отверстием 26 для съемника. Полости размещения штифтов 27 заглушены пробками 28.

Съемная втулка может дополнительно содержать кольцевую канавку 29, а в сопле выполнены каналы 30, которые сообщаются с впадинами 18 турбулизатора пленки жидкости.

Кольцевая канавка 29 и каналы 30 предназначены для дополнительного распыливания пленки жидкости, которая образуется на входном участке сопла в процессе работы.

Устройство работает следующим образом.

Эжектирующий ВН газ по патрубку 4 поступает в форкамеру 2 и далее по каналам, образованным продольными щелями 13 съемной втулки 12, поступает в сопло 9, где осуществляется преобразование располагаемого перепада давления ВН газа в скоростной напор с понижением температуры газа и конденсацией растворенных в газе тяжелых углеводородов и водных растворов.

Эжектируемый НН газ по патрубку 5 и зазору 22 поступает в камеру смешения 10 и диффузор 11, где осуществляется взаимодействие потоков и их торможение. При этом давление смеси газов увеличивается. Смесь газов отводят по патрубку 6.

Для предотвращения образования гидратов в проточной части устройства в поток ВН газа подают ингибитор, например метиловый спирт, образующий со сконденсированной водой в газе водный раствор. На входном коническом участке сопла упомянутый водный раствор включает взвешенные в газе капли и пленку жидкости на стенке сопла.

В том случае если внутренняя поверхность сопла выполнена гладкой (как, например, в упомянутом выше аналоге по патенту RU №2151920), наличие пленки жидкости на стенке такого гладкого сопла ухудшает смешивание и массообмен между газом и жидкостью. При недостаточной подаче ингибитора это приводит к образованию гидратов в проточной части устройства, что снижает его надежность.

Конструкция сопла с турбулизатором пленки жидкости на входном коническом участке, выполненным в виде поочередно расположенных, например, как проиллюстрировано на фиг. 2, двух кольцевых впадин и выступов, улучшает смешивание и массообмен между газом и жидкостью в потоке ВН газа. Это повышает надежность устройства при недостаточной подаче ингибитора.

Экспериментально было установлено, что наиболее оптимальными и предпочтительными геометрическими размерами конструкции сопла в рассматриваемых условиях являются такие, как:

- величина угла α° расположена в границах от 12° до 18°;

- длина входного конического участка l составляет от 2,8d* до 3,2d* (так называемое длинное сопло);

- ширина кольцевых впадин турбулизатора пленки жидкости b выбрана в диапазоне от 0,1d* до 0,2d*;

- высота выступов с турбулизатора пленки жидкости относительно впадин находится в пределах от 0,03d* до 0,05d*.

В отличие от сопла с гладкими стенками конструкция сопла с турбулизатором пленки жидкости, содержащем поочередно расположенные по длине входного участка сопла кольцевые впадины и выступы, улучшает распыл водных растворов ингибитора гидратообразования и смешивание газожидкостных потоков в сопле, что повышает надежность работы газового эжектора в условиях подготовки газа на газоконденсатных месторождениях при ограниченной подаче ингибитора. Более того, применение длинного сопла уменьшает скольжение капель в газовом потоке и неравновесность расширения двухфазного потока в сопле, что повышает эффективность эжектирования НН газа.

Крепление сопла на съемной втулке с поперечной перегородкой, обтекателем и продольными щелями для прохода ВН газа от форкамеры к соплу, а также крепление камеры смешения с диффузором в корпусе с помощью радиальных штифтов упрощает сборку и разборку газового эжектора.

Также необходимо отметить, что подобное крепление внутренних конструктивных элементов в заявленном изобретении по сравнению с аналогами, использующими фланцевые способы крепления в корпусе устройства внутренних элементов, приводит к дополнительному положительному результату, а именно уменьшается масса газового эжектора и, следовательно, снижается металлоемкость и массогабаритные параметры в целом.

Использование конструкции сопла с кольцевой канавкой 29 и каналами 30 предпочтительно при повышенном, например, более 1-2% содержании капельной жидкости в ВН газе до сопла. При этом перепуск части жидкости из канавки 29 через каналы 30 в полость впадины 18 снизит расход жидкости, диспергируемой на выступе 19 турбулизатора сопла, и улучшит распыливание пленки жидкости в сопле.

Все признаки настоящего изобретения могут быть реализованы в конкретные конструктивные элементы (детали, сборочные единицы) газового эжектора с использованием традиционных технологий изготовления трубопроводов и аппаратов.

Работоспособность устройства была проверена на установке комплексной подготовки газа к транспорту УКПГ-2 Северо-Уренгойского газоконденсатного месторождения. УКПГ-2 включает 3 технологические линии с эжекторами для утилизации газа дегазации газового конденсата из выветривателей конденсата и централизованную подачу ингибитора.

Типичные параметры эксплуатации газового эжектора на УКПГ-2 приведены в следующей таблице.

Первоначальная конструкция газовых эжекторов включала гладкие сопла Лаваля с углом вершины входного участка 60°, установленные на съемных втулках. Для крепления камер смешения с диффузором в корпусах эжекторов использовались радиальные штифты.

На фактических режимах работы в одинаковых условиях по параметрам ВН и смеси газов и при одинаковой конструкции эжекторов один из эжекторов не обеспечивал утилизацию НН газа вследствие отложения гидратов в виде твердого кольцевого слоя белого цвета на внутренней стенке камеры смешения при неравномерной подаче ингибитора в эжекторы.

Замена исходного сопла в проблемном эжекторе на длинное сопло с турбулизатором пленки жидкости согласно настоящему изобретению с величиной угла конуса на входном участке 15° и длиной входного участка 3d* при прочих равных условиях обеспечила совместную работу трех эжекторов за счет повышения эффективности и надежности проблемного эжектора.

Таким образом, настоящее изобретение решает поставленную задачу повышения надежности работы газового эжектора в условиях подготовки газа на газоконденсатных месторождениях при ограниченной подаче ингибитора, облегчает сборку и наладку оборудования, что приводит к достижению указанного технического результата.

Источник информации

1. Всесоюзный научно-исследовательский институт природных газов (ВНИИГАЗ). Инструкция по эксплуатации эжекторов. Разработана ст.н.с. И.Н. Царевым, П.Г. Сидор, Москва, 1982 г., стр. 4-5, стр. 6, рис. I - Газовый эжектор.

1. Газовый эжектор, включающий полый цилиндрический корпус с форкамерами и патрубками высоконапорного газа, низконапорного газа и смеси газов, размещенную в корпусе сменную проточную часть, включающую сопло с входным коническим участком и камеру смешения с диффузором, отличающийся тем, что сопло содержит турбулизатор пленки жидкости, выполненный в виде поочередно расположенных по длине входного конического участка по меньшей мере двух кольцевых впадин и выступов, сопло закреплено на съемной втулке с выполненными по периметру продольными щелями, образующими каналы для прохождения высоконапорного газа от форкамеры к соплу, и содержащей в торцовой части поперечную перегородку с обтекателем, камера смешения с диффузором закреплена в корпусе радиальными штифтами, которые сопряжены с пазами, выполненными на камере смешения.

2. Газовый эжектор по п. 1, отличающийся тем, что входной конический участок сопла выполнен с углом от 12° до 18°.

3. Газовый эжектор по п. 1, отличающийся тем, что длина входного конического участка сопла составляет от 2,8 до 3,2 диаметра сопла в критическом сечении.

4. Газовый эжектор по п. 1, отличающийся тем, что ширина впадин турбулизатора пленки жидкости составляет от 0,1 до 0,2 диаметра сопла в критическом сечении.

5. Газовый эжектор по п. 1, отличающийся тем, что высота выступов турбулизатора пленки жидкости составляет от 0,03 до 0,05 диаметра сопла в критическом сечении.

6. Газовый эжектор по п. 1, отличающийся тем, что съемная втулка содержит кольцевую канавку, сообщенную каналами, расположенными в сопле, с впадинами турбулизатора пленки жидкости.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области насосостроения, в частности к струйным насосам для сжимаемых текучих сред, и может быть использовано для создания вихревого эжектора, предназначенного для подачи газовоздушной смеси повышенной температуры во всасывающий трубопровод осевого компрессора газоперекачивающего агрегата перед входным направляющим аппаратом.

Вентилятор, предназначенный для создания воздушного потока и содержащий устройство (20) для впуска воздуха, устройство (14) для выпуска воздуха, крыльчатку (64) и двигатель (68), предназначенный для вращения крыльчатки с целью создания воздушного потока, проходящего от устройства для впуска воздуха до устройства для выпуска воздуха.

Вентилятор предназначен для создания воздушной струи в комнате, в офисе или других помещениях. Безлопастной вентилятор содержит сопло (14), установленное на основании (12), и средство создания воздушного потока.

Изобретение относится к устройствам, в которых поток текучей среды индуцируется за счет перепада давления под воздействием скоростного потока другой текучей среды, и может быть использовано при испытании, освоении и эксплуатации газовых и газоконденсатных скважин.

Изобретение относится к вакуумной технике. .

Изобретение относится к проблеме добычи воздушных струйных течений из тропосферы Земли, обладающих высокими скоростями 30-80 м/с [1] и минусовой температурой до -55°С, и может быть применено для использования в холодильной технике, в ветровых электростанциях, для кондиционирования воздуха, как в жилых домах, так и в промышленных предприятиях металлургии, машиностроения и во многих других областях техники.

Изобретение относится к струйной технике и может быть использован для создания вакуума, смешения или перекачки жидкостей, газов или сыпучих материалов. .

Эжектор // 1789774
Наверх