Сепаратор

Сепаратор

Реферат

Изобретение относится к устройствам для разделения газожидкостных смесей и может быть использовано для разделения продукции скважин в системе сбора и подготовки продукции скважин, а также для сепарации газов.

Известен сепаратор для отделения капельной жидкости от газового потока, содержащий цилиндрический корпус с коаксиально установленным внутри корпуса сепарационным стаканом (трубой), на стенке которого выполнены тангенциальные щели и кольцевая щель, образованная козырьком тороидального отсекателя и кромкой стакана, аксиальный многолопастной завихритель, газоотводящую трубку, один конец которой размещен в центре завихрителя, другой - выведен в кольцевую полость (межтрубное пространство сепаратора), патрубки ввода газожидкостной смеси (ГЖС), вывода газа и отвода жидкости из межтрубного пространства [Обзорная информация. Серия \Машины и нефтяное оборудование\, \Вихревые газожидкостные сепараторы\, Вып.1 (40), М., 1984 г., с.14-15, 18].

Недостатком сепаратора является то, что отсекатель создает дополнительное гидравлическое сопротивление движению газового потока, а незначительная длина завихрителя и большой угол расположения лопаток не обеспечивает эффективного закручивания скоростного потока, что приводит к снижению эффективности сепарации газожидкостной смеси. Соединение газоотводящей трубкой межтрубного пространства с осевой частью потока способствует попаданию капельной жидкости в газожидкостной поток. При появлении газожидкостных пробок при таком конструктивном исполнении сепаратора не будет обеспечена сепарация ГЖС.

Наиболее близким к заявляемому является сепаратор, включающий цилиндрический корпус с коаксиально установленной внутри корпуса трубой, на стенке которой выполнены тангенциальные щели и кольцевая щель, аксиальный завихритель, патрубки ввода газожидкостной смеси, вывода газа и отвода жидкости из межтрубного пространства, при этом завихритель выполнен в виде плоского винтового закручивающего устройства, винтовая поверхность которого выполнена с переменным шагом, уменьшающимся в осевом направлении потока газожидкостной смеси, и закреплена на втулке, снабженной торцевыми конусными обтекателями, при этом перед завихрителем размещен диспергатор жидкостных пробок, выполненный в виде пристенных спиральных пластин, а в концевой части трубы выполнены продольные щели [Решение о выдаче патента по заявке №2003110367/12 от 10.04.2003 г.].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, можно отнести недостаточно высокую эффективность сепарации и высокое гидравлическое сопротивление за счет быстрого прохождения потока ГЖС через сепаратор.

Задача изобретения - снижение гидравлического сопротивления при сепарации газожидкостной смеси.

Технический результат - повышение эффективности сепарации газожидкостной смеси.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном сепараторе, включающем цилиндрический корпус с коаксиально установленными внутри корпуса входной и выходной трубами, патрубок ввода газожидкостной смеси, патрубок отвода жидкости из межтрубного пространства, завихритель, размещенный во входной трубе, винтовая поверхность которого выполнена с перемененным шагом, уменьшающимся в осевом направлении потока газожидкостной смеси, и закреплена на втулке, размещенный на патрубке ввода газожидкостной смеси диспергатор жидкостных пробок, выполненный в виде пристенных спиральных пластин, особенность заключается в том, что диспергатор размещен в начале патрубка ввода газожидкостной смеси, переходящего в камеру расширения с диффузором и конфузором, начало и конец входной трубы выполнены коноидальными, а начало этой трубы размещено в конфузоре камеры расширения, между входной и выходной трубами установлена промежуточная труба, разделенная от входной трубы кольцевой щелью, на стенке которой выполнены последовательно расположенные тангенциальные, продольные и кольцевая щели, вокруг этих щелей размещены стабилизаторы, выполненные в виде коаксиальных труб, кроме того, камера внутреннего стабилизатора соединена трубкой, проходящей по межтрубному пространству, со входом втулки завихрителя, конец втулки выполнен в виде усеченного конуса, патрубки отвода жидкости установлены в камере расширения и за камерой расширения, причем конец патрубка отвода жидкости из камеры расширения направлен на торец емкости для сбора жидкости и установлен выше уровня жидкости в емкости, а другой патрубок погружен в жидкость.

Внутренний стабилизатор представляет полую трубу, охватывающую промежуточную и выходные трубы и заглушенную с обеих концов, а внешний стабилизатор представляет полую трубу, охватывающую часть поверхности внутреннего стабилизатора.

Размещение камеры расширения между диспергатором и завихрителем позволяет, используя одновременно действие центробежной силы на поток и силы тяжести капель, отделить жидкость от газа за счет резкого снижения скорости и увеличения времени прохождения потока ГЖС через сепаратор. Тем самым обеспечивается повышение эффективности сепарации и снижение гидравлического сопротивления.

Выполнение начала и конца входной трубы коноидальными и размещение начала этой трубы в конфузоре камеры расширения обеспечиват наибольшую пропускную способность потока, препятствует попаданию жидкости во входную трубу, тем самым обеспечивается очистка газа от жидкости.

Выполнение в стенке промежуточной трубы последовательно расположенных щелей способствует дальнейшему доотбору оставшейся жидкости, т.к. процесс оседания капель жидкости на стенку трубы сохраняется вследствие продолжающегося закручивающего действия потока.

Стабилизаторы, установленные вокруг последовательно расположенных тангенциальных, продольных и кольцевых щелей, способствуют снижению туманообразования и \вторичного\ уноса капель из пространства вокруг этих щелей, ламинарному стеканию их с внутренней поверхности стабилизатора.

Возврат отсепарированной жидкости из камеры внутреннего стабилизатора во входное отверстие втулки обеспечивает закручивание газожидкостного потока и отбрасывание его на внутреннюю поверхность входной трубы, т.е. поток подвергается дополнительной сепарации.

Сепаратор (фиг.) содержит цилиндрический корпус 1 с коаксиально установленными внутри корпуса 1 входной 2 и выходной 3 трубами, патрубок ввода газожидкостной смеси 4, завихритель 5, размещенный во входной трубе 2, винтовая поверхность которого выполнена с переменным шагом, уменьшающимся в осевом направлении потока газожидкостной смеси и закреплена на втулке 6. Диспергатор 7 жидкостных пробок, выполненный в виде пристенных спиральных пластин, размещен в начале входного патрубка 4, переходящего в камеру расширения 8 с диффузором 9 и конфузором 10. Начало и конец входной трубы 2 выполнены коноидальными, а начало этой трубы размещено в конфузоре 10 камеры расширения 8. Между входной 2 и выходной 3 трубами установлена промежуточная труба 11, разделенная от входной трубы 2 кольцевой щелью 12. В стенке промежуточной трубы 11 выполнены последовательно расположенные тангенциальные 13, продольные 14 и кольцевая 15 щели. Вокруг этих щелей размещены стабилизаторы 16 и 17, выполненные в виде коаксиальных труб. Камера внутреннего стабилизатора 16 соединена трубкой 18, проходящей по межтрубному пространству, со входом втулки 6 завихрителя 5, конец втулки 6 выполнен в виде усеченного конуса 19. В камере расширения 8 и за ней размещены патрубки отвода жидкости 20 и 21, причем конец патрубка отвода жидкости 20 из камеры расширения 8 направлен на торец емкости для сбора жидкости 22, а другой патрубок 21 погружен в жидкость. Внутренний стабилизатор 16 представляет полую трубу, охватывающую промежуточную 11 и выходную трубу 3 и заглушен с обеих концов, а внешний стабилизатор 17 представляет полую трубу, охватывающую часть поверхности внутреннего стабилизатора 16.

Емкость для сбора жидкости 22 снабжена люком-лазом 23, уровнемерами 24 и 25, патрубком для удаления мехпримесей 26 и патрубком для дренажа отобранной жидкости 27. Патрубок для пропарки межтрубного пространства 28 размещен на входной трубе 2 перед камерой расширения 8. Емкость 22 имеет также патрубок 29 для отвода газа.

Сепаратор работает следующим образом.

Газожидкостная смесь (ГЖС) поступает в патрубок ввода ГЖС 4, где частично закручивается направляющими пристенными спиральными пластинами диспергатора 7. При этом часть жидкости (в основном в виде крупных капель) отбрасывается к стенке патрубка ввода ГЖС 4. При наличии в газовом потоке жидкостных пробок последние, проходя через диспергатор, диспергируются и за счет действия центробежных сил пробка жидкости разбивается. При этом газ прорывается через образовавшееся в приосевой области отверстие в жидкости и вновь смешивается с жидкостью, образуя гомогенную газожидкостную смесь.

В камере расширения 8 жидкость за счет резкого снижения скорости и действия центробежных сил сепарируется на ее стенке, т.е. происходит предварительная гидродинамическая стабилизация потока. Далее поток ГЖС, двигаясь вдоль винтовой поверхности завихрителя 5, по мере уменьшения шага винтовой поверхности в осевом направлении потока, постепенно закручивается. Капли жидкости под действием центробежных сил вращающегося потока сепарируются на стенке входной трубы 2. После достижения пленкой жидкости максимальной толщины жидкость сбрасывается в кольцевую щель 12. Для последующего и окончательного отделения жидкости от газового потока очищаемый газ направляется в промежуточную трубу 11, при прохождении которой остатки жидкости отделяются через тангенциальные 13, продольные 14 и кольцевую 15 щели и попадают в камеру внутреннего стабилизатора 16. Отсепарированная жидкость из этой камеры через трубку 18 отводится во входное отверстие втулки 6 завихрителя 5. Здесь жидкость, истекая из отверстия втулки 5, закручивается потоком ГЖС и отбрасывается на внутреннюю поверхность входной трубы 2.

Стабилизаторы 16 и 17, установленные вокруг щелей 13, 14 и 15, выполненных в стенке промежуточной трубы 11, предотвращают вторичный унос капель в выходную трубу 3.

Очищенный газ удаляется через выходную трубу 3. По мере накопления в межтрубном пространстве асфальтосмолистых веществ, парафиновых углеводородов и мехпримесей. их удаляют паром, подаваемым через патрубок 28. Отобранная жидкость из камеры расширения 8 и межтрубного пространства входной трубы 2 отводится через патрубки 20 и 21 в емкость для сбора жидкости 22. Газ из емкости 22 отводится через патрубок 29.

Сепаратор промышленно применим, т.к. все узлы и детали его выпускаются промышленностью.

1. Сепаратор, включающий цилиндрический корпус с коаксиально установленными внутри корпуса входной и выходной трубами, патрубок ввода газожидкостной смеси, патрубок отвода жидкости из межтрубного пространства, завихритель, размещенный во входной трубе, винтовая поверхность которого выполнена с переменным шагом, уменьшающимся в осевом направлении потока газожидкостной смеси, и закреплена на втулке, размещенный на патрубке ввода газожидкостной смеси диспергатор жидкостных пробок, выполненный в виде пристенных спиральных пластин, отличающийся тем, что диспергатор размещен в начале патрубка ввода газожидкостной смеси, переходящего в камеру расширения с диффузором и конфузором, начало и конец входной трубы выполнены коноидальными, при этом начало трубы размещено в конфузоре камеры расширения, между входной и выходной трубами установлена промежуточная труба, разделенная от входной трубы кольцевой щелью, в стенке которой выполнены последовательно расположенные тангенциальные, продольные и кольцевая щели, вокруг этих щелей размещены стабилизаторы, выполненные в виде коаксиальных труб, кроме того, камера внутреннего стабилизатора соединена трубкой, проходящей по межтрубному пространству, со входом втулки завихрителя, конец втулки выполнен в виде усеченного конуса, патрубки отвода жидкости установлены в камере расширения и за камерой расширения, причем конец патрубка отвода жидкости из камеры расширения направлен на торец емкости для сбора жидкости и установлен выше уровня жидкости в емкости, а другой патрубок погружен в жидкость.

2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что внутренний стабилизатор представляет полую трубу, охватывающую промежуточную и выходную трубы и заглушенную с обеих концов, а внешний стабилизатор представляет полую трубу, охватывающую часть поверхности внутреннего стабилизатора.