СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГАЗОЖИДКОСТНОГО ПОТОКА В ОТВОДЕ ТРУБОПРОВОДА Российский патент 2024 года по МПК F15D1/02 

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта газожидкостных потоков и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности для повышения эффективности эксплуатации технологических линий подготовки газа, газового конденсата и нефти.

Расположение отводов под прямым углом по отношению к трубопроводу широко используется при реализации технологических схем в нефтяной, газовой, химической промышленности и теплоэнергетике. При транспортировке газожидкостных потоков это приводит к тому, что соотношение газа и жидкости в трубопроводе и его отводах значительно различаются. Скопления жидкости, обладающие большей плотностью и инерцией, преимущественно сохраняют свое направления вдоль оси трубопровода, в то время как газовая часть потока направляется в отвод. Возникающее при этом изменение соотношения газа и жидкости в отводе по отношению к трубопроводу приводит к неравномерной загрузке технологического оборудования жидкостью и, как следствие, нарушению его работы. При прохождении жидкостной пробки в местах врезки отводов также возникают гидравлические удары, негативно сказывающиеся на работе оборудования.

Известен осевой завихритель потока (патент SU №1756667 A1, F15L 1/04, опубл. 23.08.1992), содержащий закрепленные на внутренней поверхности трубопровода профилированные лопатки, входные кромки которых размещены на поверхности кругового конуса, с диаметром основания, равным внутреннему диаметру трубопровода. С целью упрощения конструкции, лопатки выполнены в виде секторов боковой поверхности кругового конуса с угловой протяженностью со, равной не более 0,44 π. Крайние точки выходных кромок лопаток размещены на окружности диаметром, равным 2/3 внутреннего диаметра трубопровода.

Известен завихритель для двухфазного потока (патент SU №1756724 A1, F16L 55/02, опубл. 23.08.1992), содержащий многозаходный шнек с безударным входом и переменным по длине шагом, установленный в цилиндрическом канале перед местным гидравлическим сопротивлением. С целью минимизации гидравлических потерь и вибрации канала при стабилизации расхода и снижении пульсаций потока, кромки шнека в пересечении с поверхностью канала образуют плавные кривые с одним перегибом, а длина l₁ шнека выбрана равной где D - внутренний диаметр канала, K - число заходов, α - угол на выходе шнека.

Известен канал для двухфазного потока (патент SU №1756725 А1А1, F16L 55/02, опубл. 23.08.1992), содержащий местное гидравлическое сопротивление на выходе и завихритель, выполненный в виде многозаходного шнека с безударным входом и переменным по длине шагом, установленный перед местным сопротивлением. С целью повышения надежности работы канала путем стабилизации закрутки потока, завихритель дополнительно снабжен послевключенным участком с постоянным шагом, плавно сопрягаемым с участком переменного шага, а длина l₂ участка постоянного шага выбрана равной где D - внутренний диаметр канала, K - число заходов шнека, α - угол на выходе шнека.

Известные устройства создают в трубопроводе дисперсный либо дисперсно-кольцевой режимы течения, способствуя тем самым перемешиванию газа и жидкости, разрушению жидкостных пробок и уменьшению ударных нагрузок. Недостаток известных решений заключается в том, что, несмотря на активное перемешивание, они не позволяют выделить и направить требуемую часть газожидкостного потока в отвод.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемому изобретению является способ трансформации потоков (патент РФ №2270374 C1, F15D 1/04, опубл. 20.02.2006), при котором поток подают на завихритель, закручивают его и направляют закрученный поток в систему. Перед направлением закрученного потока в систему его разделяют минимум на два самостоятельных закрученных потока.

Недостатком известного способа для решаемой задачи является то, что указанный способ позволяет изменить структуру потока и выделить его часть, но не позволяет направить выделенную часть потока в необходимом направлении (в отвод трубопровода). Также следует отметить, что использование двух раздельных частей (завихрителя и разделителя) в составе устройства, применяемого для реализации способа, снижает его эксплуатационную надежность.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание способа направления газожидкостного потока в отвод трубопровода, позволяющего выделить и направить требуемую часть упомянутого потока в отвод.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение эксплуатационной надежности технологических линий подготовки газа, газового конденсата и нефти путем распределения газожидкостного потока между трубопроводом и его отводом с сохранением соотношения газовой и жидкой фаз упомянутого потока за счет установки шнекового завихрителя непосредственно в месте врезки отвода и выбора конфигурации его лопаток.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе направления газожидкостного потока в отвод трубопровода газожидкостный поток направляют на лопаточный шнековый завихритель, установленный в полости трубопровода, транспортирующего газожидкостный поток, таким образом, что вход шнекового завихрителя находится перед местом врезки отвода трубопровода, а выход - за местом врезки отвода трубопровода. Один из участков между лопатками шнекового завихрителя совмещен с отводом трубопровода в месте его врезки в трубопровод. Угол (α) между лопатками шнекового завихрителя потока выбирают таким образом, чтобы сектор поперечного сечения трубопровода, ограничивающийся лопатками, обеспечивал отделение необходимой части газожидкостного потока, направляемой в отвод трубопровода, и рассчитывают по формуле

где Q_тр - расход газожидкостного потока в трубопроводе (м³/сут),

Q_отв - планируемый расход газожидкостного потока в отводе (м³/сут). Угол (β) закрутки шнекового завихрителя выбирают таким образом, чтобы расстояние между его лопатками, ограничивающими направляемую в отвод трубопровода часть газожидкостного потока, было равно диаметру отвода трубопровода и для расчета используют формулу

где D_тр - диаметр трубопровода (мм),

D_отв - диаметр отвода (мм),

при этом соблюдают условия, что

На фиг. 1 изображено сечение трубопровода с установленным шнековым завихрителем (вид в направлении оси трубопровода):

1 - стенка трубопровода;

2 - лопатки шнекового завихрителя.

На фиг. 2 - положение лопаток шнекового завихрителя относительно отвода трубопровода (вид сверху):

3 - отвод трубопровода.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

В полости трубопровода, транспортирующего газожидкостный поток, устанавливают лопаточный шнековый завихритель потока и фиксируют его, например, при помощи сварки. Шнековый завихритель располагают таким образом, чтобы вход шнекового завихрителя находился перед местом врезки отвода трубопровода, а выход - за местом врезки отвода трубопровода, т.е. длина шнекового завихрителя L_шн должна быть больше диаметра отвода D_отв.

Угол α между лопатками шнекового завихрителя выбирают таким образом, чтобы сектор поперечного сечения трубопровода, ограничивающийся лопатками, обеспечивал отделение требуемой части газожидкостного потока, направляемой в отвод трубопровода. Для расчета угла а, в радианах, используют формулу:

где Q_тр - расход газожидкостного потока в трубопроводе (м³/сут),

Q_отв - планируемый расход газожидкостного потока в отводе (м³/сут).

Угол закрутки лопаток шнекового завихрителя β выбирают таким образом, чтобы расстояние между его лопатками, ограничивающими направляемую в отвод трубопровода часть газожидкостного потока, было равно диаметру отвода D_отв, а участок между упомянутыми лопатками шнекового завихрителя совмещают с отводом в месте его врезки в трубопровод.

Для расчета угла закрутки лопаток шнекового завихрителя β, в радианах, используют формулу:

где D_тр - диаметр трубопровода (мм),

D_отв - диаметр отвода (мм),

При соблюдении следующих условий:

Газожидкостный поток, движущийся по трубопроводу, направляют на вход шнекового завихрителя и разделяют на части в соответствии с конфигурацией его лопаток. Двигаясь вдоль витков шнекового завихрителя части газожидкостного потока закручиваются относительно оси трубопровода и активно перемешиваются. Результатом этого становится более однородная структура газожидкостного потока и возникновение центробежных сил, действующих на газожидкостный поток в радиальном направлении. При достижении места врезки отвода в трубопровод жидкостная часть газожидкостного потока, ограниченная лопатками шнекового завихрителя, направляется в отвод, увлекаемая потоком газа и действием центробежной силы.

Пример осуществления предлагаемого способа.

По технологическому трубопроводу транспортируют газожидкостный поток, расход которого по трубопроводу составляет 4000 н.м³/сут. Часть транспортируемого газожидкостного потока направляют в отвод, диаметр которого D_отв равен 200 мм, с использованием шнекового завихрителя, установленного в трубопроводе. При необходимом расходе газожидкостного потока в отводе трубопровлда 1000 н.м³/сут угол между лопатками шнекового завихрителя согласно формуле (1) составляет:

Угол закрутки лопаток шнекового завихрителя согласно формуле (2) составляет:

Объединение функций завихрителя и разделителя в одном устройстве (шнековом завихрителе) позволяет выделить и направить требуемую часть газожидкостного потока в отвод с сохранением соотношения газовой и жидкой фаз, что обеспечивает повышение эксплуатационной надежности технологических линий подготовки газа, газового конденсата и нефти.

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта газожидкостных потоков. Согласно предлагаемому изобретению газожидкостный поток направляют на лопаточный шнековый завихритель, установленный в полости трубопровода, транспортирующего газожидкостный поток, таким образом, что вход шнекового завихрителя находится перед местом врезки отвода трубопровода, а выход - за местом врезки отвода трубопровода. Один из участков между лопатками шнекового завихрителя совмещен с отводом трубопровода в месте его врезки в трубопровод. Угол между лопатками шнекового завихрителя потока выбирают таким образом, чтобы сектор поперечного сечения трубопровода, ограничивающийся лопатками, обеспечивал отделение необходимой части газожидкостного потока, направляемой в отвод трубопровода, а угол закрутки шнекового завихрителя - таким образом, чтобы расстояние между его лопатками, ограничивающими направляемую в отвод трубопровода часть газожидкостного потока, было равно диаметру отвода трубопровода. Изобретение обеспечивает повышение эксплуатационной надежности технологических линий подготовки газа, газового конденсата и нефти путем распределения газожидкостного потока между трубопроводом и его отводом с сохранением соотношения газовой и жидкой фаз потока. 2 ил.

Способ направления газожидкостного потока в отвод трубопровода, характеризующийся тем, что газожидкостный поток направляют на лопаточный шнековый завихритель, установленный в полости трубопровода, транспортирующего газожидкостный поток, таким образом, что вход шнекового завихрителя находится перед местом врезки отвода трубопровода, а выход - за местом врезки отвода трубопровода, один из участков между лопатками шнекового завихрителя совмещен с отводом трубопровода в месте его врезки в трубопровод, при этом угол (α) между лопатками шнекового завихрителя потока выбирают таким образом, чтобы сектор поперечного сечения трубопровода, ограничивающийся лопатками, обеспечивал отделение необходимой части газожидкостного потока, направляемой в отвод трубопровода, и рассчитывают по формуле

где Q_тр - расход газожидкостного потока в трубопроводе (м³/сут),

Q_отв - планируемый расход газожидкостного потока в отводе (м³/сут), а угол (β) закрутки шнекового завихрителя выбирают таким образом, чтобы расстояние между его лопатками, ограничивающими направляемую в отвод трубопровода часть газожидкостного потока, было равно диаметру отвода трубопровода, и для расчета используют формулу

где D_тр - диаметр трубопровода (мм),

D_отв - диаметр отвода (мм),

при этом соблюдают условия, что