Устройство и способ регулирования уровня жидкости

Изобретение относится к автоматическим системам регулирования и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности, в установках подготовки и переработки нефти и газа. Устройство для регулирования уровня жидкости содержит сепарационную емкость, коллектор входа газожидкостной смеси, газовую трубу, жидкостную трубу, выходной коллектор, оппозитные сифоны. При этом газовая труба в нижней части внутри сепарационной емкости разделена по сечению на части несколькими сифонами разного сечения, расположенными по сечению последовательно от максимального сечения до минимального сечения по уровню газовой трубы снизу вверх. Окончание каждого сифона выполнено гидроциклонами, установленными по уровню снизу вверх в каплеотбойнике, который установлен в сепарационной емкости. Изобретение включает в себя также способ регулирования уровня жидкости при помощи указанного устройства. В результате повышаются эксплуатационные характеристики, герметичность и стабильность работы устройства регулирования уровня жидкости. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к автоматическим системам регулирования и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности, в установках подготовки и переработки нефти и газа.

Известно устройство для регулирования уровня жидкости, содержащее технологическую емкость, коллектор для подачи газожидкостной смеси, трубы для удаления газа и жидкости, буйковый уровнемер с пневмопреобразователем, пневматическое статистическое регулирующее устройство, выходной сигнал которого подается на пневматическое исполнительное устройство и одновременно на вторичный измерительный прибор, в который встроен задатчик (Исакович Р.Я., Попадько В.Е. Контроль и автоматизация добычи нефти и газа. - М.: Недра, 1985, с. 100. Рис. 8.2).

К устройствам, в которых используется пневматическая система регулирования, предъявляются повышенные требования и при его настройке с целью исключения времени запаздывания между изменением уровня и управлением исполнительным механизмом. Для обеспечения работоспособности буйкового уровнемера в условиях пониженных температур необходимо применять средства его обогрева, что связано с увеличением затрат. Использование пневматических вторичных приборов требует специальной подготовки воздуха сжатия компрессором по содержанию влаги и паров масла. Несоблюдение указанных требований приводит к преждевременному износу пневматической системы регулирования и снижению надежности работы устройства.

Известно устройство для регулирования уровня жидкости (RU №2053537, G05D 9/04, 21.07.1992), включающее сепарационную емкость с помещенными в ней поплавком, коллектор для подачи газожидкостной смеси, трубы для удаления газа и жидкости и исполнительный механизм. Устройство снабжено воздушными емкостями, разделенными заслонкой, соединенной посредством тяг с поплавком, при этом вход одной из воздушных емкостей связан посредством импульсных трубок и дросселя с компрессором, а выход - с исполнительным механизмом, причем другая емкость соединена посредством регулируемого дросселя с атмосферой. Недостатком известного устройства является наличие механической системы для регулирования уровня жидкости.

Известно устройство для регулирования уровня жидкости (RU 2454263, B01D 19/00, G05D 9/02, 27.06.2012), содержащее сепарационную емкость, коллектор входа газожидкостной смеси, газовую трубу, жидкостную трубу, выходной коллектор, и при этом соединения жидкостной трубы, газовой трубы и выходного коллектора образуют комплекс из одного прямого сифона и двух оппозитных сифонов, причем жидкостная труба соединена с выходным коллектором при помощи прямого сифона и оппозитного сифона, имеющих общее колено, а газовая труба соединена с выходным коллектором при помощи второго оппозитного сифона, образованного коленом газового трубопровода и коленом жидкостного трубопровода, соединенным с выходным коллектором.

Недостатком аналога является то, что при больших расходах газа гидравлический столб жидкости в газовом колене не образуется, выносится газом и не происходит запирания газа по причине большого гидравлического сопротивления подхода жидкости в месте соприкосновения с газом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является устройство для регулирования уровня жидкости (RU 2525146, G01F 1/00, G05D 9/00, 10.08.2014), содержащее сепарационную емкость, коллектор входа газожидкостной смеси, газовую трубу, жидкостную трубу, выходной коллектор, прямой и оппозитные сифоны, при этом сепарационная емкость соединена с выходным коллектором через расходную емкость, причем соединения жидкостной трубы, газовой трубы и выходного коллектора образуют комплекс из двух прямых и двух оппозитных сифонов, и при этом жидкостная труба соединена через расходную емкость с выходным коллектором при помощи прямого сифона и оппозитного сифона, а газовая труба соединена с выходным коллектором при помощи другого прямого и другого оппозитного сифона тоже через расходную емкость, и, кроме того, оба оппозитных сифона и выходной коллектор соединены тройником, а нижняя образующая колена прямого сифона, соединяющая сепарационную емкость с расходной емкостью, находится внутри расходной емкости.

Недостатками ближайшего аналога является то, что:

- к отказу устройства приводит образование газовых пробок в прямых сифонах в верхней их части;

- при больших расходах газа вместе с газом выносится большое количество жидкости;

- при регулировании уровня жидкости гидравлический затвор только в узком диапазоне расходов газа;

- при резком перепаде давления между емкостью и выходным коллектором не образуется гидравлический затвор, и вся жидкость из сифонов выносится в выходной коллектор.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ, позволяющий регулировать уровень жидкости (патент РФ №2541991, E21B 47/10, 20.02.2015), содержащий подачу газожидкостной смеси в сепарационную емкость, разделение ее на жидкую и газовую фазы, сброс газовой фазы в выходной коллектор по окончании накопления жидкой фазы до заданного уровня перекрытие сброса газовой фазы и накопление ее и, как следствие перекрытия, вытеснение жидкой фазы в выходной коллектор, а по окончании вытеснения жидкой фазы открытие сброса газовой фазы.

Недостатками ближайшего аналога являются:

- отсутствие четкого разделения жидкой и газовой фазы измерения, так как существует возможность прохождения через газовый счетчик газожидкостной смеси;

- наличие погрешности в широком диапазоне измерения расхода жидкой и газовой фаз продукции при наличии разных расходомеров для жидкости и газа.

Задачей изобретения является повышение надежности устройства для регулирования уровня жидкости и стабильности работы способа регулирования уровня жидкости.

Техническим результатом является повышение эксплуатационных характеристик, герметичности, надежности устройства и способа регулирования уровня жидкости.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается в устройстве для регулирования уровня жидкости, содержащем сепарационную емкость, коллектор входа газожидкостной смеси, газовую трубу, жидкостную трубу, выходной коллектор, оппозитные сифоны, согласно изобретению газовая труба в нижней части внутри сепарационной емкости разделена по сечению на части несколькими сифонами разного сечения, расположенными по сечению последовательно от максимального сечения до минимального сечения по уровню газовой трубы снизу вверх, а окончание каждого сифона выполнено гидроциклонами, установленными по уровню снизу вверх в каплеотбойнике, который установлен в сепарационной емкости.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается в способе для регулирования уровня жидкости, включающем подачу газожидкостной смеси в сепарационную емкость, разделение ее на жидкую и газовую фазы, сброс газовой фазы в общий коллектор по окончании накопления жидкой фазы до заданного уровня перекрытие сброса газовой фазы и накопление ее и, как следствие перекрытия, вытеснение жидкой фазы в общий коллектор, а по окончании вытеснения жидкой фазы открытие сброса газовой фазы, согласно изобретению регулирование уровня жидкости производят перекрытием сброса газовой фазы путем разделения потока газовой фазы на несколько сифонов-потоков разного расхода и сечения, последовательным и поочередным их перекрытием от максимального расхода и сечения до минимального расхода и сечения, через предварительную подготовку расхода каждого сифона - потока газовой фазы прохождением через гидроциклон, отделением и исключением из каждого потока газовой фазы капель жидкой фазы и осаждением их в сепараторе после гидроциклона каплеотбойника, и с увеличением уровня жидкости в сепараторе начинают последовательное и поочередное перекрытие газовой фазы жидкостной фазой путем смешения потока газовой фазы с жидкостной фазой в каждом сифоне, начиная с максимального расхода и сечения сифона, заканчивая минимальным расходом и сечением сифона газовой фазы, после чего выполняют последующую подготовку каждого потока газовой фазы, смешанного с жидкостью в сифоне газовой фазы путем прохождения каждого потока через гидроциклон, в котором отделяют и исключают из газовой фазы капли жидкой фазы, путем их осаждения в сепарационной емкости через гидроциклон, и в дальнейшем последовательно заполняют и перекрывают жидкой фазой каждый сифон, начиная с максимального сечения сифона и расхода газовой фазы, заканчивая минимальным сечением сифона и расхода газовой фазы до полного перекрытия сброса газовой фазы жидкостной фазой, завершением формирования границы между газовой и жидкостной фазами, без газожидкостной фазы между ними и началом выдавливания из сепарационной емкости жидкой фазы, с падением уровня жидкой фазы в сепарационной емкости и сифонах происходит прорыв газа из сепарационной емкости через сифоны, каплеотбойник, в сборный коллектор.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, где показана общая схема устройства.

Устройство для регулирования уровня жидкости содержит сепарационную емкость 1, коллектор входа 2 газожидкостной смеси, газовую трубу 3, жидкостную трубу 4 и выходной коллектор 5, оппозитные сифоны 6, 7, 8. Газовая труба 3 в нижней части внутри сепарационной емкости 1 разделена по сечению на части несколькими сифонами 6, 7, 8, разного сечения, расположенными по сечению последовательно от максимального сечения до минимального сечения по уровню газовой трубы 3 снизу вверх, а окончание каждого сифона 6, 7, 8 выполнено гидроциклонами 9, 10, 11, установленными по уровню снизу вверх в каплеотбойнике 12, который установлен в сепарационной емкости 1.

Устройство работает для регулирования уровня жидкости следующим образом. Газожидкостная смесь поступает по входной линии 2 в сепарационную емкость 1, где происходит разделение газожидкостной смеси на газ и жидкость. В процессе сепарации в нижней части в сепарационной емкости 1 накапливается жидкость, а в верхней части в сепарационной емкости 1 собирается газ. По мере поступления продукции нефтяной скважины в сепарационной емкости 1 поднимается уровень жидкости по жидкостной трубе 4. С достижением уровня жидкости нижних кромок сифона 6 через гидроциклон 9 уровнем жидкости начинает перекрываться проход газа через сифон 6, создавая местное сопротивление через сифон 6 проходу газа и его перераспределению по расходу через сифоны 7, 8, что влечет увеличение перепада давления между сепарационной емкостью 1 и выходным коллектором 5, по причине уменьшения проходного сечения для газа, что способствует увеличению уровня жидкости во внутренней полости каплеотбойника 12, заполнению жидкостью сифона 6 и его перекрытию.

Аналогично происходит процесс перекрытия сифонов 7 и 8 и полное перекрытие газовой линии 3. Процесс перекрытия сифонов 6, 7, 8 обеспечивает ступенчатое перекрытие расхода газа через газовую трубу 3, перепад давления между сепарационной емкостью 1 и выходным коллектором 5, подъем уровня во внутренней полости каплеотбойника 12, быстрое заполнение сифонов 6, 7, 8 жидкостью и перекрытие жидкостью газовой трубы 3 с минимальными переходными процессами.

После заполнения сифона 6 происходит повышение уровня жидкости в газовой трубе 3, через которую вместе с газом единым потоком заполняется жидкостью сифон 7. Совместный газожидкостной поток после сифона 7 разбивается в гидроциклоне 9 на газ и жидкость, где жидкость выпадает в каплеотбойнике 12, а газ уходит через выходной коллектор 5.

Газожидкостный поток в сифоне 7, создавая местное сопротивление проходу газа, дополнительный перепад давления между сепарационной емкостью 1 и выходным коллектором 5 скачкообразно поднимает уровень жидкости в каплеотбойнике 12 и сифон 7 полностью заполняется жидкостью. При этом поднимается уровень жидкости в газовой трубе 3, отделение жидкости от газа в гидроциклоне 12, происходит заполнение жидкостью сифона 8 и полное перекрытие жидкостью газовой трубы.

В результате происходит выдавливание жидкости из сепарационной емкости 1 через каплеотбойник 12.

При этом порция жидкости выдавливается до нижнего уровня в сифонах 6, 7, 8, где происходит прорыв газа через сифоны 6, 7, 8, гидроциклоны 9, 10, 11, каплеотбойника12, и столб жидкости из каплеотбойника 12 сливается в сепарационную емкость 1, обеспечивая прохождение газа в сборный коллектор 5, чем обеспечивается поддержание нижнего уровня жидкости и продолжение заполнения сепарационной емкости 1 до верхнего уровня.

Затем процесс регулирования жидкости в сепарационной емкости 1 повторяется.

Пример конкретной реализации способа

Процесс регулирования уровня жидкости начинается с поступления газожидкостной смеси в сепарационную емкость 1, где происходит разделение на жидкость и газ. Газ проходит через сифоны 6, 7, 8, гидроциклоны 9, 10, 11, каплеотбойника 12 в выходной коллектор 5, при этом происходит накопление жидкости в сепарационной емкости 1 до уровня Н, с одновременным заполнением жидкостью сифонов 6, 7, 8, перекрытием сброса газовой фазы в выходной коллектор с одновременным замещением газовой фазы жидкостью и выдавливанием газом жидкости из сепарационной емкости 1 в выходной коллектор 5. Выдавливание жидкости из сепарационной емкости 1 газом происходит до уровня h в сепарационной емкости 1 и в сифонах 6, 7, 8, при котором происходит прорыв газа из сепарационной емкости, через сифоны 6, 7, 8, гидроциклоны 9, 10, 11, каплеотбойника 12 в выходной коллектор 5. Далее происходит процесс заполнения сепарационной емкости 1 жидкостью и процесс регулирования уровня в емкости повторяется.

Ступенчатое перекрытие сечения газовой трубы 3 через поочередное последовательное перекрытие нескольких сифонов 6, 7, 8, разного сечения от максимального сечения до минимального сечения создает надежную систему регулирования уровня жидкости.

Затем процесс регулирования уровня жидкости в сепарационной емкости 1 повторяется.

Использование изобретения позволит повысить эксплуатационные характеристики, герметичность и стабильность работы устройства для регулирования уровня жидкости.

Надежность конструкции устройства, работа по регулированию уровня жидкости без использования механических систем управления обеспечит широкое применение изобретения.

1. Устройство для регулирования уровня жидкости, содержащее сепарационную емкость, коллектор входа газожидкостной смеси, газовую трубу, жидкостную трубу, выходной коллектор, оппозитные сифоны, отличающееся тем, что газовая труба в нижней части внутри сепаратора разделена по сечению на части несколькими сифонами разного сечения, расположенными по сечению последовательно от максимального сечения до минимального сечения по уровню газовой трубы снизу вверх, а окончание каждого сифона выполнено гидроциклонами, установленными по уровню снизу вверх в каплеотбойнике, который установлен в сепарационной емкости.

2. Способ регулирования уровня жидкости, включающий подачу газожидкостной смеси в сепарационную емкость, разделение ее на жидкую и газовую фазы, сброс газовой фазы в выходной коллектор по окончании накопления жидкой фазы до заданного уровня, перекрытие сброса газовой фазы и накопление ее и, как следствие перекрытия, вытеснение жидкой фазы в выходной коллектор, а по окончании вытеснения жидкой фазы открытие сброса газовой фазы, отличающийся тем, что регулирование уровня жидкости производят перекрытием сброса газовой фазы путем разделения потока газовой фазы на несколько сифонов - потоков разного расхода и сечения, последовательным и поочередным их перекрытием от максимального расхода и сечения до минимального расхода и сечения, через предварительную подготовку расхода каждого сифона - потока газовой фазы прохождением через гидроциклон, отделением и исключением из каждого потока газовой фазы капель жидкой фазы и осаждением их в сепарационной емкости после гидроциклона каплеотбойника, и с увеличением уровня жидкости в сепарационной емкости начинают последовательное и поочередное перекрытие газовой фазы жидкостной фазой путем смешения потока газовой фазы с жидкостной фазой в каждом сифоне, начиная с максимального расхода и сечения сифона, заканчивая минимальным расходом и сечением сифона газовой фазы, после чего выполняют последующую подготовку каждого потока газовой фазы, смешанного с жидкостью в сифоне газовой фазы путем прохождения каждого потока через гидроциклон, в котором отделяют и исключают из газовой фазы капли жидкой фазы, путем их осаждения в сепарационной емкости через гидроциклон, и в дальнейшем последовательно заполняют и перекрывают жидкой фазой каждый сифон, начиная с максимального сечения сифона и расхода газовой фазы, заканчивая минимальным сечением сифона и расхода газовой фазы до полного перекрытия сброса газовой фазы жидкостной фазой, завершением формирования границы между газовой и жидкостной фазами, без газожидкостной фазы между ними и началом выдавливания из сепарационной емкости жидкой фазы, с падением уровня жидкой фазы в сепарационной емкости и сифонах происходит прорыв газа из сепарационной емкости через сифоны, каплеотбойник в выходной коллектор.