СПОСОБ РЕГУЛИРУЕМОЙ СЕПАРАЦИИ ГАЗОЖИДКОСТНОГО ПОТОКА И СЕПАРАТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК B01D45/00 

Изобретение относится к способу регулируемой сепарации газожидкостных потоков, а также к вертикальным газожидкостным сепараторам, предназначенным для отделения жидкости от газа. При этом способ и сепаратор для его реализации могут быть использованы в газовой и нефтяной промышленности при подготовке газа к транспортировке, при удалении жидкости из потока газа на входе в газовые компрессоры, при улавливании технологических жидкостей для их повторного использования, например масла после компрессоров или раствора диэтиленгликоля, или тому подобных примеров.

Известны инерционные сепараторы с тангенциальным вводом газожидкостного потока, имеющие расположенный в центре вертикальный цилиндрический пакет жалюзийных пластин, дополненный кольцевой щелью, расположенной на выходе потока газа (RU №2244584, публ. 20.01.2005). Для осуществления способа сепарации, реализуемого на таком инерционном сепараторе, газожидкостная смесь поступает тангенциально в верхнюю часть корпуса сепаратора, жидкость отбрасывается под действием центробежных сил на внутреннюю стенку корпуса сепаратора. Основная часть жидкости стекает под действием силы тяжести вниз, поток газа, проходя через жалюзийный пакет, теряет еще часть жидкости, поднимаясь вверх, причем закрученный тангенциальным вводом поток газожидкостной смеси отбрасывает на стенку остаточную жидкость, которая улавливается кольцевой щелью.

Недостатком известных сепараторов является то, что толщина вращающейся и опускающейся вниз пленки жидкости на внутренней стенке его корпуса не может быть точно определена, так как зависит от многих, не явно определяемых и меняющихся во времени факторов. Например, толщина пленки жидкости, при которой не происходит волнового уноса с ее поверхности, зависит от удельного содержания жидкости в газе, от абсолютного расхода жидкости, от вязкости жидкости, от соотношения приведенных к реальным условиям сепарации плотностей жидкости и газа, величины поверхностного натяжения. При увеличении вышеперечисленных факторов толщина пленки увеличивается, что приводит к образованию волн на ее поверхности и, как следствие, к уносу жидкости потоком газа в жалюзийный сепарационный пакет, который по своей сути не может справляться с большим содержанием жидкости.

При установке сепаратора на газоконденсатном месторождении в начальный период разработки месторождения сепарируемая жидкость представлена углеводородным конденсатом и конденсационной водой, вязкость и содержание в газе которых известно и предсказуемо. В конце периода постоянных отборов в продукции краевых скважин часто наблюдается нефть из внедрившейся в залежь нефтяной оторочки. На завершающем этапе разработки сепарируемая жидкость представлена смесью конденсата, нефти, пластовой воды с непредсказуемыми значениями по вязкости, содержанию в газе, плотностью, поверхностным натяжением. В процессе эксплуатации месторождения меняется давление, температура, расход газа и жидкости. Также на производстве часто бывает необходимо по разным причинам поставить сепаратор, предназначенный для одного объекта, на другой объект с другими значениями характеристик и количества жидкости. Следует отметить опасность повышенного коррозионного и абразивного износа газожидкостным потоком, движущимся с большой скоростью по окружности внутри корпуса сепаратора, часто содержащим абразивные частицы и коррозионно-активные компоненты.

Известны также центробежные сепараторы, оборудованные внутренними цилиндрическими перфорированными обечайками, предназначенными для удаления находящейся на внутренней стенке жидкости, например (SU №397713, публ. 17.09.1973).

Недостатком таких сепараторов при их применении для отделения от природного газа жидкости является отсутствие каких-либо регулировок, компенсирующих изменение количества и свойств жидкости.

Целью настоящего изобретения является создание способа регулировки газожидкостных потоков и газожидкостного сепаратора, обеспечивающего оптимизацию эффективности сепарации газожидкостных потоков с различным содержанием и свойствами жидкости.

Техническим результатом настоящего изобретения стало создание способа регулируемой сепарации газожидкостного потока и сепаратора для осуществления такого способа посредством регулирования толщины пленки жидкости на внутренней стенке сепаратора, исключения образования волн жидкости и связанного с этим вторичного уноса, а также исключения вероятности разрушения корпуса сепаратора из-за абразивного и коррозионного износа.

Данный технический результат достигается за счет создания способа регулируемой сепарации газожидкостного потока в вертикальном газожидкостном сепараторе, при котором подают газожидкостной поток, подлежащий сепарации, в корпус сепаратора через входной патрубок для газожидкостного потока, направляют газожидкостной поток, подлежащий сепарации, с помощью дефлектора на перфорированную обечайку для осаждения на ней капельной жидкости, содержащейся в потоке, и для пропускания осажденной жидкости через перфорации обечайки в пространство между обечайкой и корпусом сепаратора для обеспечения под действием сил гравитации стекания осажденной жидкости по обечайке в сборник жидкости, пропускают газожидкостной поток, от которого отделена капельная жидкость и который содержит только мелкодисперсную жидкость, внутрь пакета жалюзийных пластин для обеспечения осаждения мелкодисперсной жидкости на жалюзийных пластинах пакета и, таким образом, отделения оставшейся жидкости от газа, выводят разделенные газ и жидкость из корпуса сепаратора через соответствующие выходные патрубки для газа и жидкости, и при котором согласно изобретению газожидкостный поток направляют на обечайку, суммарную площадь перфораций которой регулируют в зависимости от количества и свойств жидкости газожидкостного потока, подлежащего сепарации.

Предпочтительно регулирование площади перфораций обечайки осуществляют посредством смещения подвижной части обечайки относительно неподвижной ее части с помощью приводов.

Предпочтительно дополнительно предотвращают попадание газа в сборник жидкости посредством поддержания постоянным уровня жидкости, стекающей по обечайке в пространство между обечайкой и корпусом сепаратора, за счет регулирования потока жидкости в сборник жидкости.

Предпочтительно для поддержания постоянного уровня жидкости используют трубопровод, в котором установлен клапан, управляемый датчиком уровня.

Предпочтительно при выведении разделенных газа и жидкости дополнительно удаляют газ из пространства между обечайкой и корпусом сепаратора.

Предпочтительно удаление газа осуществляют регулируемым образом в зависимости от содержания в нем жидкости.

Предпочтительно удаление газа из пространства между обечайкой и корпусом сепаратора осуществляют через трубопровод, соединяющий верхнюю часть пространства между обечайкой и корпусом сепаратора и патрубок для выхода газа, и поток удаляемого газа регулируют с помощью регулирующего клапана, установленного в трубопроводе.

Кроме того, указанный технический результат достигается за счет создания вертикального газожидкостного сепаратора с регулируемой сепарацией для осуществления описанного способа, имеющего по существу цилиндрический корпус, пакет жалюзийных пластин, установленный в корпусе параллельно его оси, входной патрубок для газожидкостного потока, выходные патрубки для выхода по отдельности газа и жидкости, разделенных в сепараторе, перфорированную по существу цилиндрическую обечайку, установленную между корпусом и пакетом жалюзийных пластин, сборник жидкости, расположенный в нижней части корпуса сепаратора, отделенный от основного пространства сепаратора перегородкой и сообщающийся с ним посредством сливного трубопровода, в котором согласно изобретению обечайка выполнена состоящей по меньшей мере из двух перфорированных цилиндрических частей, одна из которых жестко закреплена на корпусе сепаратора и является неподвижной, а другая установлена на корпусе с возможностью перемещения относительно неподвижной части, при этом перфорированные части обечайки расположены одна внутри другой и выполнены с возможностью регулирования открытой площади перфораций посредством перемещения частей обечайки друг относительно друга.

Сепаратор предпочтительно дополнительно содержит датчик уровня, выполненный с возможностью определения уровня жидкости между обечайкой и корпусом над перегородкой, а также клапан, установленный в сливном трубопроводе и управляемый сигналом датчика уровня, для регулирования потока жидкости, сливаемой в сборник жидкости через сливной трубопровод.

Сепаратор предпочтительно дополнительно содержит трубопровод для газа, соединяющий верхнюю часть пространства между обечайкой и корпусом сепаратора и выходной патрубок для газа, в котором установлен клапан для регулирования потока газа, перепускаемого в выходной патрубок для газа.

Сепаратор предпочтительно дополнительно содержит датчик для определения количества жидкости в газе, перепускаемом по трубопроводу, и для выработки управляющего воздействия на клапан для регулирования потока газа, перепускаемого в выходной патрубок для газа.

Сепаратор предпочтительно дополнительно содержит расположенный над жалюзийными пластинами и примыкающий к их верхним концам карман-ловушку для жидкости, выполненный с возможностью сбора жидкости, поднимающейся по жалюзийным пластинам под действием газового потока.

Далее изобретение будет пояснено более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых

Фиг.1 - вид осевого сечения газожидкостного сепаратора согласно изобретению,

Фиг.2 - вид области Б с Фиг.1 в увеличенном масштабе,

Фиг.3 - поперечное сечение газожидкостного сепаратора согласно изобретению по линии А-А на Фиг.1.

Как видно на Фиг.1 и 2, газожидкостной сепаратор согласно изобретению имеет по существу цилиндрический корпус 1 с осью, проходящей по вертикали, внутри которого и по существу соосно с ним установлен сепарационный пакет 2, выполненный в виде пакета жалюзийных пластин. Внутри корпуса 1, между ним и сепарационным пакетом 2 жалюзийных пластин размещена перфорированная обечайка, включающая в себя две части: перфорированную неподвижную часть 3 обечайки и перфорированную подвижную часть 4 обечайки. Обе части 3 и 4 обечайки прикреплены к корпусу 1 сепаратора, причем неподвижная часть 3 обечайки закреплена жестко, а подвижная часть 4 закреплена с возможностью перемещения относительно корпуса 1 сепаратора и, следовательно, неподвижной части 3. Такое перемещение подвижной части 4 относительно неподвижной части 3 обечайки позволяет изменять площадь перекрытия выполненных на них перфораций, представляющих собой отверстия любой формы и размера. Предпочтительной и наиболее технологичной формой является круглая форма перфораций. Суммарная площадь перфорации предпочтительно составляет не менее утроенной площади входного патрубка. При этом перемещение подвижной части 4 обечайки относительно неподвижной части 3 осуществляется с помощью по меньшей мере двух исполнительных механизмов или приводов 5. Привод не является предметом настоящего изобретения и его описание опущено, поскольку может использоваться любой его тип, например простой винтовой механизм.

Для подачи в газожидкостный сепаратор газожидкостной смеси на корпусе 1 выполнен входной патрубок 6, а для отвода разделенных газа и жидкости - выходной патрубок 7 для газа и выходной патрубок 8 для жидкости.

Для накопления отделенной жидкости в нижней части сепаратора выполнен сборник 9 жидкости, который отделен от основного рабочего пространства внутри корпуса перегородкой 10 с периферийными отверстиями. При этом жидкость, отделенная от газожидкостного потока, стекающая вниз под действием сил гравитации и скапливающаяся выше перегородки, поступает в сборник жидкости 9 по сливному трубопроводу 11, который выполнен в нижней части корпуса 1 сепаратора.

Для контроля уровня жидкости, скапливающейся в пространстве между неподвижной частью 3 обечайки и корпусом 1 над перегородкой 10, в сепараторе имеется датчик 12 уровня, выполненный с возможностью определения уровня жидкости между обечайкой и корпусом, а в сливном трубопроводе имеется регулировочный клапан 13, работающий по сигналу от датчика 12 уровня. В результате в сепараторе предусмотрена возможность поддерживать уровень жидкости, скопившейся над перегородкой, по существу постоянным, что позволяет предотвратить попадание газа через сливной трубопровод 11 в накопитель 9 жидкости.

В верхней части сепаратора, предпочтительно снаружи корпуса 1 сепаратора, установлен трубопровод 14 для газа, проходящий от верхней части основного рабочего пространства внутри корпуса 1 сепаратора к выходному патрубку 7 для газа и обеспечивающий перепускание газа, скапливающегося в пространстве между обечайкой и корпусом сепаратора, в выходной патрубок 7 для газа.

При этом перепускание газа по трубопроводу 14 осуществляется регулируемым образом, для чего в трубопроводе 14 имеется регулировочный клапан 15. Управляющий сигнал для клапана 15 подается с датчика 16, который определяет количество жидкости в газе, перепускаемом по трубопроводу 14. Датчик 16 может быть любого типа, известного в данной отрасти техники, и, в частности, может определять количество жидкости, содержащейся в газе, с помощью забора проб изокинетическим зондом 17 и их последующего анализа.

Жидкость из сборника 9 жидкости удаляется из сепаратора через патрубок 8.

Для обеспечения более полного сбора жидкости, как показано на Фиг.2, над пакетом 2 жалюзийных пластин предусмотрен карман-ловушка 19, предназначенный для сбора жидкости, осаждаемой в результате центробежных сил на внешней поверхности вращающегося газожидкостного потока, подлежащего сепарации, с жалюзийными пластинами и поднимаемой потоком газа по восходящей спирали.

Описанный газожидкостной сепаратор служит для осуществления способа регулируемой сепарации жидкости и газа потока и работает следующим образом.

Поступающий газожидкостной поток, подлежащий сепарации, подают через входной патрубок 6 внутрь корпуса 1 сепаратора. При этом с помощью дефлектора 18, установленного в корпусе 1, направляют поток газа, подлежащего сепарации, на перфорированную обечайку, состоящую по меньшей мере из двух частей, подвижной 4 и неподвижной 3 относительно корпуса 1 сепаратора, для осаждения на ней капельной жидкости, содержащейся в потоке. При этом осажденная на обечайке капельная жидкость под действием сил гравитации стекает по обечайке вниз, а газовый поток с оставшейся в нем мелкодисперсной жидкостью поступает внутрь пакета 2 жалюзийных пластин. При контакте потока с пластинами пакета 2 мелкодисперсная жидкость осаждается на них. Капли жидкости, выпавшие на жалюзийные пластины пакета 2, транспортируются потоком газа по восходящей спирали и попадают в карман-ловушку 19 или стекают вниз под действием сил гравитации. Газ, от которого отделена капельная и мелкодисперсная жидкость подается в выходной патрубок 7 для газа и удаляется из корпуса 1 сепаратора.

При этом перфорации на подвижной и неподвижной частях обечайки выполняют таким образом, что суммарную площадь таких перфораций можно менять, перемещая подвижную часть 4 обечайки относительно корпуса 1, а следовательно, неподвижной части 3 обечайки: максимальную суммарную открытую площадь получают при совмещении перфораций подвижной 4 и неподвижной 3 частей обечайки и минимальную - при смещении перфораций друг относительно друга, когда они перекрываются сплошными участками тел частей 3 и 4 обечайки.

При увеличении расхода жидкости, ее вязкости, соотношения плотностей жидкости и газа, обратной величины поверхностного натяжения подвижная часть 4 обечайки с помощью приводов 5 перемещается предпочтительно в вертикальном направлении для увеличения суммарной открытой площади перфораций. Часть жидкости вступает в контакт с обечайкой и под действием сил гравитации стекает по ней вниз, а часть жидкости с некоторым количеством газа под действием центробежных сил поступает в пространство между подвижной обечайкой и внутренней поверхностью корпуса 1. При этом, как уже отмечалось, под действием сил гравитации жидкость стекает вниз, в пространство между неподвижной частью 3 обечайки и корпусом 1 над перегородкой 10, а газ поднимается наверх, в верхнюю часть пространства между обечайкой 3 и корпусом 1 сепаратора. Скопившиеся жидкость и газ удаляются из корпуса 1 сепаратора.

Часть жидкости, которая осела на жалюзийных пластинах пакета 2 и была транспортирована восходящим по восходящей спирали потоком газа, собирается в кармане-ловушке 19 для последующей передачи в пространство над перегородкой 10.

Из пространства между неподвижной частью 3 обечайки и корпусом 1 над перегородкой 10 жидкость через периферийные отверстия и по сливному трубопроводу 11 подают в сборник 9 жидкости. Причем подачу жидкости по сливному трубопроводу 11 регулируют с помощью клапана 13, установленного в сливном трубопроводе 11. В качестве управляющего сигнала для клапана используют сигнал датчика 12 уровня. Регулируемый перепуск жидкости из пространства над перегородкой 10 в сборник 9 жидкости позволяет поддерживать по существу постоянный уровень жидкости в пространстве между неподвижной частью 3 обечайки и корпусом 1 над перегородкой 10 между обечайкой и корпусом 1 сепаратора. При этом уровень жидкости не должен превышать уровня нижних отверстий в перфорированной обечайке и быть ниже места соединения верхней части трубопровода 11 с корпусом 1 сепаратора. Такое регулирование позволяет по существу исключить попадание газа в сборник 9 жидкости. Увеличение открытой площади перфораций на обечайке осуществляют до прекращения роста количества жидкости, проходящей по сливному трубопроводу 11. Увеличение количества жидкости в потоке определяется датчиком 12 уровня по росту уровня жидкости в пространстве над перегородкой 10 при неизменном положении клапана 13.

Одновременно с отводом газа через выходной патрубок 7 для газа осуществляют и отвод газа из пространства между неподвижной частью 3 обечайки и корпусом 1 сепаратора, подавая газ из пространства между неподвижной частью 3 обечайки и корпусом 1 сепаратора по трубопроводу 14 для газа в основной поток газа, выходящий через выходной патрубок 7 для газа. При этом удаление газа по трубопроводу 14 также выполняют регулируемым образом, используя установленный на трубопроводе 14 управляемый клапан 15. Количество газа, поступающего в выходной патрубок 7 по трубопроводу 14, регулируется в зависимости от содержания жидкости в потоке удаляемого газа. Содержание жидкости в потоке газа может быть определено с помощью любого известного типа датчика 16, используемого в данной отрасли техники, с использованием, например, изокинетического зонда 17. Количество газа, перепускаемого через трубопровод 14, уменьшается клапаном 15 до тех пор, пока содержание жидкости в исследуемом газе не будет соответствовать заданной величине, составляющей, как правило, 15-25 мг/м³.

Таким образом, предложенные способ и сепаратор обеспечивают сепарацию газожидкостного потока, регулируемую в зависимости от качества и количества сепарируемой жидкости для обеспечения оптимизации эффективности такой сепарации.

Предложенное изобретение не ограничено представленными вариантами его воплощения и его существенные признаки могут быть модифицированы в объеме прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение предназначено для сепарации. Способ включает подачу газожидкостного потока в корпус сепаратора через входной патрубок, направление потока с помощью дефлектора на перфорированную обечайку для осаждения на ней капельной жидкости и для пропускания осажденной жидкости через перфорации обечайки в пространство между обечайкой и корпусом сепаратора для стекания осажденной жидкости по обечайке в сборник жидкости, пропускание потока, от которого отделена капельная жидкость и который содержит только мелкодисперсную жидкость, внутрь пакета жалюзийных пластин для осаждения мелкодисперсной жидкости на жалюзийных пластинах пакета, и отделения оставшейся жидкости от газа, выведение разделенных газа и жидкости. Суммарную площадь перфораций обечайки регулируют в зависимости от количества и свойств жидкости газожидкостного потока, подлежащего сепарации. Вертикальный сепаратор имеет по существу цилиндрический корпус, пакет жалюзийных пластин, установленный в корпусе параллельно его оси, входной патрубок для газожидкостного потока, выходные патрубки для газа и жидкости, перфорированную по существу цилиндрическую обечайку, установленную между корпусом и пакетом жалюзийных пластин, сборник жидкости, расположенный в нижней части корпуса сепаратора, отделенный от основного пространства сепаратора перегородкой и сообщающийся с ним посредством сливного трубопровода. Обечайка выполнена по меньшей мере из двух перфорированных цилиндрических частей, одна из которых жестко закреплена на корпусе сепаратора и является неподвижной, а другая установлена на корпусе с возможностью перемещения относительно неподвижной части. Перфорированные части обечайки расположены одна внутри другой и выполнены с возможностью регулирования открытой площади перфораций посредством перемещения частей обечайки друг относительно друга. Технический результат: обеспечение оптимизации эффективности сепарации. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ регулируемой сепарации газожидкостного потока в вертикальном газожидкостном сепараторе, при котором

подают газожидкостной поток, подлежащий сепарации, в корпус сепаратора через входной патрубок для газожидкостного потока,

направляют газожидкостной поток, подлежащий сепарации, с помощью дефлектора на перфорированную обечайку для осаждения на ней капельной жидкости, содержащейся в потоке, и для пропускания осажденной жидкости через перфорации обечайки в пространство между обечайкой и корпусом сепаратора для обеспечения под действием сил гравитации стекания осажденной жидкости по обечайке в сборник жидкости,

пропускают газожидкостной поток, от которого отделена капельная жидкость и который содержит только мелкодисперсную жидкость, внутрь пакета жалюзийных пластин для обеспечения осаждения мелкодисперсной жидкости на жалюзийных пластинах пакета, и таким образом отделения оставшейся жидкости от газа,

выводят разделенные газ и жидкость из корпуса сепаратора через соответствующие выходные патрубки для газа и жидкости,

отличающийся тем, что газожидкостный поток направляют на обечайку, суммарную площадь перфораций которой регулируют в зависимости от количества и свойств жидкости газожидкостного потока, подлежащего сепарации.