Устройство для сепарации жидкостных пробок
DEVICE FOR SEPARATION OF LIQUID PLUGS

Изобретение относится к области очистки газа от жидкости и конденсата в газовой, нефтяной, химической отраслях промышленности и энергетике и может быть использовано для улавливания из потока газа пробок жидкости и конденсата, идущих по участку трубопровода как сплошным, так и расслоенным потоками
В зависимости от соотношения расходов жидкости и газа, двигающихся по трубопроводу, возможно образование различных режимов течения: пробковый, кольцеобразный и расслоенный.
Пробковый режим течения устанавливается, когда жидкость занимает все сплошное сечение и представляет наибольшую опасность, так как обладает наибольшей кинетической энергией, способной выводить из строя запорную арматуру, заливать входные блоки фильтров, рассчитанные на отлавливание взвешенных частиц малой конструкции, а также полностью блокировать проточные части регуляторов регулирующей арматуры, что приводит к аварийному состоянию объектов газотранспортной инфраструктуры.
Опасность образования жидкостных пробок является проблемой для автоматизированных газораспределительных станций, газорегуляторных пунктов и другого оборудования, использующего газ с линейной части газопровода. Штатные входные очистные устройства предназначены для улавливания капельной влаги и взвешенных частиц и не способны отводить жидкостные пробки. Также следует отметить, что проход жидкостной пробки представляет собой аварийную ситуацию, так как слабо диагностируется и выводит из строя технологическое оборудование, рассчитанное для работы на газе.
В настоящее время широкое применение нашли сепараторы, использующие силы инерции в поле центробежных сил, организованных вихревым движением среды. В таком движении более плотная среда откидывается к стенкам, а менее плотная устремляется к оси вихревого движения, увлекаемая расходным воздействием поступающего в аппарат газа.
Из уровня техники известен сепаратор газовый вихревого типа (патент РФ №2454266, МПК B01D 45/12, опубликовано 27.06.2012 г.), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор с отражательной пластиной, сепарационный пакет, состоящий из плоских изогнутых сепарационных пластин, антизавихритель, содержащий нижний осевой диск и верхний осевой диск, соединенные между собой пластинами антизавихрителя, ложное днище, при этом пластины антизавихрителя выполнены перфорированными и изогнутыми по направлению движения вихревого потока вокруг сепарационного пакета.
Недостатком данного технического решения является сложность конструкции и недостаточно эффективное разделение газожидкостного потока на газ и жидкость в случае входа в сепаратор газа с большим относительным содержанием жидкости, при котором сепарационные пластины и пластины антизавихрителя будут заполняться газожидкостной эмульсией и дополнительно генерировать мелкодисперсные смеси жидкости и газа, которые будут уноситься потоком газа на выход сепаратора.
Известен сепаратор для разделения газожидкостных смесей (патент РФ №2260467, МПК B01D 19/00, опубликовано 20.09.2005 г.), содержащий цилиндрический корпус с коаксиально установленными внутри корпуса входной и выходной трубами, завихритель, диспергатор жидкостных пробок в виде пристенных спиральных пластин. Патрубок ввода смеси переходит в камеру расширения с диффузором и конфузором, начало и конец входной трубы выполнены коноидальными, а начало трубы размещено в конфузоре камеры расширения. Между входной и выходной трубами установлена промежуточная труба, в стенке которой выполнены последовательно расположенные тангенциальные, продольные и кольцевая щели. Вокруг этих щелей размещены стабилизаторы в виде коаксиальных труб. Патрубки отвода жидкости установлены в камере расширения и за камерой расширения.
Недостатком данного сепаратора является сложность его конструкции и недостаточно эффективное разделение газожидкостного потока на газ и жидкость ввиду того, что при подаче на вход в сепаратор жидкостной пробки последняя проходит через входной диспергатор, образует устойчивую эмульсию, которая плохо сепарируется, также при приходе жидкостных пробок объемом большим, чем объем камеры расширения сепаратор быстро теряет эффективность и передает жидкость на выход.
Известен внутритрубный сепаратор (патент РФ №19658, МПК Е21В 43/34, опубликовано 20.09.2001 г.), имеющий корпус с входным и выходным патрубками, соединенный с конденсатосборником, причем корпус сепаратора разделен на три отсека поперечными перегородками, в центре которых выполнены отверстия, первый и второй отсеки выполнены в виде расширительных камер, а третий отсек в виде центробежного сепаратора, при этом в первом отсеке между входным патрубком и перегородкой установлен отражатель, а сепаратор снабжен установленным на перегородке перед входным отверстием в третий отсек завихрителем и дополнительными патрубками, соединяющими каждый из отсеков с конденсатосборником.
Недостатком данного сепаратора является невозможность сепарации жидкостных пробок и отвода газожидкостных потоков, приходящих в снарядном режиме, также наличие завихрителя ограничивает диапазон эффективной работы сепаратора и увеличивает гидравлическое сопротивление проточной части, так как требует достаточного перепада давления для обеспечения необходимой окружной скорости вихревого движения, при котором происходит эффективное отделение жидкости от газа, кроме того наличие большого колличества патрубков для стекания жидкости в конденсатосборник способствует организации байпасных потоков, которые обходят основные сепарирующие конструкции и уносят мелкодисперную жидкость на выход сепаратора.
Задачей изобретения является упрощение конструкции устройства сепарации жидкостных пробок и обеспечение непрерывного процесса подачи газа на технологическое оборудование.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей за счет отлавливания как жидкостных пробок, так и мелкодисперсного газо-жидкостного потока, а также повышение эффективности очистки газа от жидкости и конденсата.
Задача решается и технический результат достигается устройством для сепарации жидкостных пробок, содержащим горизонтально ориентированные приемную обечайку и цилиндрическую емкость-ловушку, которые сообщаются с расположенной под ними накопительной емкостью, причем в приемной обечайке, оборудованной входным штуцером расположен разделяющий конус, полость которого в его нижней части сообщена с накопительной емкостью посредством соединительного патрубка, а сверху разделяющего конуса между его фронтальной поверхностью и потолочной частью приемной обечайки расположен клин, при этом на выходе приемной обечайки внутри цилиндрической емкости-ловушки расположена газоприемная труба, оборудованная выходным штуцером, а емкость-ловушка соединена посредством сливных колодцев с накопительной емкостью, в нижней части которой размещен сливной патрубок.
Согласно изобретению цилиндрическая емкость-ловушка может быть оборудована как минимум одним рядом радиальных стоек.
Технический результат обеспечивается за счет использования инерции движения потока более плотной среды - жидкости (воды, газового конденсата, водно-метанольного раствора и т.п.) по отношению к менее плотной - газа (природный газ, попутный нефтяной газ) и заключается в формировании С-образного сечения потока более плотной среды из сплошного круглого сечения потока для отвода ее в полость емкости-ловушки и последующем удалении в накопительную емкость. Заявляемый технический результат достигается тем, что в отличие от известных сепарационных устройств разделение более плотной (жидкости) от менее плотной (газа) сред происходит не в вихревом потоке, а с помощью клиновидного рассекателя. Данное отличие позволяет реализовать широкий диапазон расходов через устройство для сепарации, что означает стабильную работу на любых скоростях входящего потока. Также данное устройство для сепарации содержит в своей конструкции емкость для отвода жидкостных пробок и замещения их объема объемом газа, подаваемым потребителю, что обеспечивает непрерывную подачу газа без провалов по расходу и давлению.
Устройство для сепарации полностью изолирует динамическое влияние отвода жидкостной пробки на оборудование (регулирующие клапаны, колонны и т.п.) за ним. В ходе расчетов внутренней гидродинамики предложенного устройства для сепарации было установлено, что его конструкция способна отводить не только жидкостные пробки сплошного сечения, но и крупнокапельные аэрозоли. Данный факт расширяет применимость разработки в качестве первой ступени очистки перед фильтрами тонкой очистки газа.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез устройства для сепарации, на фиг. 2 показан с увеличением вид на конус с рассекающим клином по ходу движения газожидкостного потока.
Устройство для сепарации содержит горизонтально ориентированные приемную обечайку 1 и цилиндрическую емкость-ловушку 2, которые сообщаются с расположенной под ними накопительной емкостью 3. В приемной обечайке 1, оборудованной входным штуцером 4 расположен разделяющий конус 5, полость которого в его нижней части сообщена с накопительной емкостью 3 посредством соединительного патрубка 6, а сверху разделяющего конуса 5 между его фронтальной поверхностью и потолочной частью приемной обечайки 1 расположен клин 7. На выходе приемной обечайки 1 внутри цилиндрической емкости-ловушки 2 расположена газоприемная труба 8, оборудованная выходным штуцером 9, а емкость-ловушка 2 соединена посредством сливных колодцев 10 с накопительной емкостью 3, в нижней части которой размещен сливной патрубок 11.
Цилиндрическая емкость-ловушка 3 может быть оборудована как минимум одним рядом радиальных стоек 12.
Устройство для сепарации работает следующим образом.
Газожидкостной поток поступает через входной штуцер 4, и попадает на разделяющий конус 5, который своей фронтальной поверхностью рассекает входящую жидкостную пробку и формирует за конусом кольцеобразный поток. Полость разделяющего конуса 5 в своей нижней части сообщена с накопительной емкостью 3 посредством патрубка 6. Благодаря этому кольцеобразный поток за разделяющим конусом 5 не замыкается, а распределяется по стенкам приемной обечайки 1. В верхней части разделяющего конуса 5 между фронтальной поверхностью и потолочной частью внутренней поверхности приемной обечайки 1 установлен клин 7, предназначенный для разделения кольцеобразного потока в его верхней части. Это необходимо для того, чтобы поток, двигающийся по потолочной части приемной обечайки 1 под действием гравитационных сил не попадал на вход газоприемной трубы 8. После прохождения разделяющего конуса 5 с клином 7 поток приобретает форму С-образного сечения с разрывом кольца в верхней части. Двигаясь вдоль приемной обечайки 1 под действием сил инерции, поток растекается по стенкам приемной обечайки и попадает в полость емкости-ловушки 2 для гашения энергии потока. Попадая в полость емкости-ловушки 2 поток замедляется, проходя сквозь ряды радиальных стоек 12, и через сливные колодцы 10 увеличенного сечения под действием гидростатического давления стекает в накопительную емкость 3, откуда удаляется через сливной патрубок 11 в нижней части накопительной емкости 3. Замещаемый жидкостью объем газа в накопительной емкости выходит через сообщающийся с разделяющим конусом 5 патрубок 6 и отводится в газосборную трубу 8, где через выходной штуцер 9 подается на технологическое оборудование.
Таким образом устройство для сепарации жидкостных пробок обеспечивает эффективное отлавливание как жидкостных пробок, так и мелкодисперсного газо-жидкостного потока и сохраняет непрерывный процесс подачи газа на газопотребляющее оборудование без пульсаций и изменения расхода, что исключает поступление жидкостных пробок на технологическое оборудование, тем самым обеспечивая соблюдение технологического режим.