УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА ОТ ЖИДКОСТИ Российский патент 2003 года по МПК B01D45/12 B01D46/24 

Изобретение относится преимущественно к газовой промышленности для подготовки и очистки природного газа от жидкости в аэрозольном виде и механических примесей на промыслах на установках комплексной подготовки газа (УКПГ), газораспределительных станциях (ГРС) и компрессорных станциях (КС).

Изобретение может быть использовано в нефтяной промышленности, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической промышленности, а также для очистки любых сжатых газов с рабочими давлениями до 50 МПа (500 кгс/см²).

Известно устройство для отделения жидкости от газа путем инерционного отделения от него капельной жидкости (см. а.с. СССР 1526766, Мкл. 4 B 01 D 45/12). Устройство содержит цилиндрический корпус со штуцерами ввода и вывода газа, расположенными на противоположных концах корпуса, штуцер для вывода отделенной жидкости, спиральный сепарирующий элемент с окнами для отвода жидкости. Для упрощения конструкции сепарирующий элемент выполнен в виде отдельных, расположенных между перегородками секций. Корпус установлен с наклоном к штуцеру вывода отделенной жидкости. При этом перегородки выполнены из упругого уплотняющего материала. Кроме того, устройстве снабжено сепарирующим элементом в виде рулона из мелкоячеистой сетки.

Указанная конструкция металлоемка, сложна в обслуживании, не обеспечивает качественной очистки газа от жидкости.

Известно также устройство для отделения жидкости от газа (см. а.с. СССР 1604422, Мкл. 4 B 01 D 45/12). Устройство содержит коленообразный корпус с патрубком слива, размещенный в корпусе трубчатый перфорированный сепарационный элемент. Для повышения эффективности сепарации за счет отбора влаги по всему периметру устройство снабжено коаксиально расположенными в полости трубчатого сепарационного элемента перфорированными трубами, соединенными попарно, с образованием кольцевых полостей с установленными в них поперечными перегородками с окнами.

Указанная конструкция также сложна в изготовлении и не обеспечивает высокое качество очистки газов.

Известно и устройство для отделения жидкости от газа (см. патент США 3461652, Мкл. 4 B 01 D 45/12 за 1969 г.). Устройство содержит центробежный сепарационный элемент, который имеет обечайку, два последовательно установленных завихрителя с направляющими лопатками, ловушку отделения жидкости и газоотводящий патрубок.

Недостатком устройства является низкая эффективность при отделении мелкодисперсных капель диаметром 10 мкм и меньше. Капли такого диаметра не успевают переместиться к стенке обечайки сепарационного элемента и присутствуют во всем поперечном сечении потока.

Широко известно устройство для очистки природного газа по а.с. 896796, Мкл. В 01 D 45/12, опубликованное в Б.И. СССР 37 07.10.81 г. Устройство состоит из цилиндрического корпуса, в котором коаксиально установлен один цилиндрический фильтрующий элемент, надетый на перфорированную трубку (каркас). Коаксиально фильтрующему элементу и корпусу установлена секция (кожух), выполненная в виде усеченного конуса, в который на входе и через определенное расстояние по длине фильтрующего элемента установлены закручивающие аппараты (завихрители). Отношение диаметра секции в месте установки завихрителя к диаметру фильтроэлемента принято равным (1,2-2,5):1. Угол установки лопаток завихрителей к оси фильтроэлемента изменяется по длине в пределах 15-85^o.

Недостатком указанного устройства является недостаточно эффективное использование объема корпуса по монтажу в нем фильтрующих элементов, в силу чего суммарная фильтрующая поверхность недостаточно велика, устройство имеет недостаточно большой расход очищаемого газа (жидкости) и малый срок службы при очистке жидкостей.

Указанное устройство выбрано в качестве прототипа.

В основу изобретения поставлена задача создать такое устройство для очистки природного газа, в котором новое наличие элементов и связи между ними позволило бы обеспечить высокое качество очистки природного газа при обработке его на газовых и газоконденсатных месторождениях, а также компрессорных станциях.

Эта задача решается тем, что устройство для очистки газа, включающее фильтрующий элемент на перфорированном каркасе, образующем фильтропакет, установленный внутри коаксиального кожуха, открытого в нижней части, вверху имеющий завихритель, при этом указанные кожухи установлены внутри корпуса, дополнительно внутри первого фильтрующего элемента установлен коаксиально второй кожух с завихрителем в верхней части и второй фильтрующий элемент на перфорированном каркасе, образующий второй фильтропакет, в верхней части которого расположен патрубок выхода очищенного газа. Кольцевая полость в нижней части между перфорированным каркасом первой ступени очистки и кожухом второй ступени очистки заглушена кольцом, а в кожухе второй ступени выше уровня кольца расположены окна слива жидкости, в верхней части завихрителя первого фильтра установлено расширенное кольцо высотой 10...100 мм, а между указанным кольцом и кожухом выполнена щель шириной 1...10 мм для слива жидкости, корпус в нижней части снабжен перегородкой, которая образует две полости для сбора жидкости с наружной поверхности первого фильтрующего элемента и со второго фильтрующего элемента, корпус в верхней части снабжен двумя перегородками, одна из которых установлена на уровне фланцевого разъема, вторая - на уровне верхнего сферического днища для сбора очищенного газа, входной патрубок для природного газа расположен между перегородками в верхней части устройства.

Установка коаксиально второго фильтрующего элемента гарантирует качественную очистку аэрозолей из потока газа, гарантирует очистку потока газа от повышенного содержания жидкости в устройствах высокого давления.

Установка завихрителя в верхней части второго по ходу газа фильтрующего элемента на перфорированном каркасе обеспечивает повышение скорости разгона газового потока и обеспечения гарантированного эффекта сепарации.

Окна в нижней части кожуха второго фильтрующего элемента на перфорированном каркасе гарантируют сброс жидкости с внутренней поверхности первого фильтрующего элемента на перфорированном каркасе.

Установка расширенного кольца и щели между кожухом и кольцом обеспечивает сброс повышенного содержания воды из газового потока на тарелки и разгрузку поверхности фильтрующего элемента.

Установка перегородки в нижней части аппарата обеспечивает разделение сбора жидкости с первого фильтрующего элемента на перфорированном каркасе и со второго фильтрующего элемента на перфорированном каркасе.

Конструкция устройства поясняется чертежом, на котором показан общий вид устройства для очистки природного газа от жидкости.

Устройство содержит корпус 1, верхнюю крышку 2. В корпусе 1 на перегородке 3 установлены сепарационные блоки, состоящие из кожуха 4, который образует в верхней части фильтропакета с завихрителем 5 и расширенным кольцом 6 щель для слива жидкости. Коаксиально кожуху 4 установлен цилиндрический фильтрующий элемент 7 на перфорированном каркасе 8. Фильтрующий элемент 7 и перфорированный каркас 8 образуют первый фильтропакет. В нижней части перфорированного каркаса 8 установлено кольцо 9. На уровне кольца 9 в кожухе 10 второго контура расположены окна 11. В верхней части кожуха 10 расположен завихритель 12, который формирует закрученный газовый поток вокруг фильтрующего элемента 13 на перфорированном каркасе 14. Перфорированный каркас 14 и фильтрующий элемент 13 образуют второй фильтропакет. Кожух 10 в нижней части по периметру герметично закреплен на перегородке 15, обеспечивая раздельный сбор жидкости с первого контура сепарации с фильтрующего элемента 7 (полость 16), где собирается жидкость 17 и автоматически сбрасывается через сливной патрубок 18. Жидкость 19, собранная с поверхности второго фильтрующего элемента 13, собирается в полости 20 и через сливной патрубок 21 сбрасывается в емкость. Твердые осадки сбрасываются в нижней части устройства через дренажный патрубок 22. Природный газ через патрубок 23 попадает в полость 24, которая образована перегородками 3 и 25. Природный газ, который прошел двухступенчатую очистку через патрубок 26 в полость 27 и через патрубок выхода газа 28 подается очищенный в газопровод.

Устройство работает следующим образом.

Газ из скважины, содержащий углеводородный конденсат, пластовую минерализованную воду и твердые механические частицы, через штуцер 23 поступает в полость 24, в верхнюю часть корпуса 1. В полости 24 газ распределяется на фильтропакеты, расположенные на перегородке 3, и через кольцо 6 поступает на завихритель 5. Выпавшая на перегородку 3 жидкость из газа через щель между кожухом 4 и кольцом 6 будет стекать по внутренней поверхности кожуха 4 на перегородку 15.

Природный газ, содержащий мелкодисперсную жидкость и механические примеси, на завихрителе 5 приобретает вращательное движение в полости 16, в кольцевой полости между кожухом 4 и наружной поверхностью фильтрующего элемента 7. За счет центробежных сил крупнодисперсные частицы (капли) размером около 100 микрон собираются на внутренней поверхности кожуха 4, а частицы менее 100 микрон током газа притягиваются на поверхность фильтрующего элемента 7, формируют пленку жидкости, и за счет вертикальной составляющей скорости вращающегося газового потока сбрасываются в нижнюю часть аппарата, в полость 16.

Оптимальная скорость фильтрации выбирается таким образом, чтобы не было вторичного уноса жидкости, продавливания ее в полость "а". После отделения основной массы жидкости и механических примесей на первом контуре сепарации природный газ с небольшим количеством аэрозолей в полости "а" поднимается в верхнюю часть и через завихритель 12 попадает со скоростью, например, в два раза большей, чем в первом контуре, в полость "б" между кожухом 10 и фильтрующим элементом 13 второго контура очистки газа. За счет инерционных и центробежных сил укрупненная аэрозоль собирается на внутреннюю поверхность кожуха 10 и наружную поверхность фильтрующего элемента 13. (В связи с уменьшением диаметра кожуха второй ступени рассчитывается проходное сечение в завихрителе 12 таким образом, чтобы скорость потока газа была в 2 раза выше, чем на первой ступени.)
В кольцевой полости "б" происходит вращательное движение по спирали двухфазного потока (газ + жидкость), в результате которого мелкодисперсная взвесь, увлекаемая потоком газа, по касательной подходит к динамически гладкой с минимальной адгезией поверхности, например, фторопластового, фильтрующего элемента. За счет коагуляции и конденсации мелкодисперсной взвеси жидкости образуется по всей боковой поверхности вращающаяся жидкостная пленка с постоянной для данной вязкости жидкости толщиной пленки. Эта пленка вращается за счет сил трения с газовым потоком на поверхности фторопластового фильтроэлемента, обеспечивая улавливание всех механических примесей мелкодисперсной жидкости и аэрозолей.

Природный газ, полностью очищенный от капельной жидкости и аэрозолей более 1 микрона, проходит через фильтрующий элемент 13, перфорированный каркас 14 и через патрубок 26 поступает в полость чистого природного газа 27 в верхней части корпуса 1. Собранная в нижней части корпуса 1 жидкость через сливной патрубок 22 сливается в специальную емкость.

В процессе работы в поровой структуре толстослойного фильтра первой ступени происходят частично конденсация, укрупнение капель жидкости, которые за счет гравитационных сил стекают в нижнюю часть полости "а" и через окна 11 стекают по кожуху 10 вниз аппарата в полость 20.

Такая конструкция обеспечивает высокое качество очистки природного газа от жидкости и технических примесей.

Изобретение предназначено для очистки природного газа от жидкости в аэрозольном виде и механических примесей на промыслах на жидкости в аэрозольном виде и механических примесей на промыслах на установках комплексной подготовки газа, на газораспределительных станциях и компрессорных станциях. Устройство для очистки природного газа от жидкости включает фильтрующий элемент на перфорированном каркасе, установленный внутри коаксиального кожуха, открытого в нижней части, а в верхней части имеющий завихритель, при этом установлено не менее двух указанных кожухов и полость для сбора жидкости. Внутри фильтрующего элемента дополнительно коаксиально установлены кожух с завихрителем в верхней части и второй фильтрующий элемент на перфорированном каркасе, в верхней части которого установлен патрубок очищенного газа, при этом кольцевая полость в нижней части между каркасом первого и кожухом второго фильтрующих элементов заглушена кольцом. Завихритель первого кожуха снабжен кольцом, образующим щель в верхней части. Устройство обеспечивает высокое качество очистки природного газа. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для очистки природного газа от жидкости, включающее фильтрующий элемент на перфорированном каркасе, образующий фильтропакет, установленный внутри коаксиального кожуха, открытого в нижней части, а в верхней части имеющий завихритель, при этом установлено, по крайней мере, не меньше двух указанных кожухов и полость для сбора жидкости, отличающееся тем, что внутри фильтрующего элемента дополнительно коаксиально установлены кожух с завихрителем в верхней части и второй фильтрующий элемент на перфорированном каркасе, образующий второй фильтропакет, в верхней части которого расположен патрубок очищенного газа, при этом кольцевая полость в нижней части между перфорированным каркасом первого фильтрующего элемента и кожухом второго фильтрующего элемента заглушена кольцом. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что завихритель первого кожуха снабжен кольцом, образующим щель в верхней части кожуха. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что в нижней части его установлена перегородка.