ВЕРТИКАЛЬНЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ СЕПАРАТОР

Полезная модель относится к оборудованию для разделения жидкости (нефти и воды), шлама и газа и может быть использована в нефтяной, газовой и других отраслях промышленности.
Известен центробежный газожидкостной сепаратор по патенту РФ №2311945, B01D 45/12, опубл.10.12.2007 г., содержащий вертикальный корпус, разделенный горизонтальной перегородкой, делящей корпус на камеры, тангенциальный ввод разделяемой смеси, расположенный под перегородкой, осевую трубу, осевой выходной патрубок, экранирующую пластину, расположенную под осевой трубой, рециркуляционную трубу, размещенную по оси корпуса ниже осевой трубы, корпус снизу дополнительно оснащен патрубком вывода отстоя, отстойной камерой со сливным патрубком, установленным снизу радиально, и концентрично установленным стаканом, внутренняя полость которого сообщена снизу с патрубком вывода отстоя, а верхние края оснащены экранирующей пластиной, выполненной с небольшим наклоном вниз от верхних краев стакана к стенкам корпуса, относительно которого экранирующая пластина установлена по периметру с зазором, при этом перегородка установлена в корпусе по периметру с зазором и герметично соединена с осевой трубой, сообщенной непосредственно с тангенциальным вводом и оборудованной снизу воронкой с рециркуляционной трубой, причем нижняя часть рециркуляционной трубы вставлена в стакан, а камера, расположенная ниже перегородки, сообщена с осевым выходным патрубком телескопически вставленной в него с зазором трубки.
Признаками, совпадающими с заявляемым решением, являются: наличие в центробежном сепараторе вертикального корпуса, разделенного горизонтальной перегородкой, делящей корпус на камеры, тангенциальный ввод разделяемой смеси, расположенный под перегородкой, осевой выходной патрубок, корпус снизу дополнительно оснащен отстойной камерой со сливным патрубком.
Недостатком данного сепаратора является низкая эффективность сепарации газа, обусловленная рядом причин:
- отсутствие в сепараторе доочистки газа, т.к. циклон, каковым является данный центробежный сепаратор, не обеспечивает глубокую очистку газа, особенно, при большом содержании жидкости в потоке;
- заявленная в сепараторе вторая ступень сепарации газа на самом деле является дополнительной ступенью разгазирования жидкости, не значительной по сравнению с сепарацией свободного газа;
- в данной конструкции будет происходить забивание узких проходных сечений механическими примесями перед патрубками слива жидкости и отстоя, затруднительна очистка от скоплений механических примесей.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели и принятым за прототип является Центробежный газожидкостный сепаратор, по патенту РФ №80768, ВО ID 45/12, опубл.27.03.2009 г., содержащий вертикальный цилиндрический корпус с патрубком выхода газа в верхней части корпуса, ниже расположенные горизонтальная перегородка, тангенциальный патрубок ввода разделяемой смеси, цилиндрическая зона осаждения, переходящая в воронку, экранирующий усеченный конус, расширяющийся вниз к стенкам корпуса и установленный по периметру к корпусу с зазором, патрубок слива жидкости и патрубок вывода отстоя в самой нижней точке корпуса в зоне сбора жидкости и отстоя, горизонтальная перегородка снабжена каплеуловителем, например, струнного типа, под ней установлена концентрично с цилиндрическим корпусом перфорированная труба с герметичной перемычкой сверху, соединяющее перфорированную трубу с корпусом, образуя торообразную приемную камеру ввода смеси с цилиндрической зоной осаждения на внутреннюю поверхность корпуса, переходящую в воронку с зазором по периметру корпуса, кольцевую щель вывода первично разделенной смеси, ниже расположен зазор по периметру на входе экранирующего усеченного конуса, снабженного вверху отверстием с цилиндрической отбортовкой, внутри перфорированной осевой трубы вертикально установлены направляющие лопатки.
Признаками, совпадающими с заявляемым решением, являются следующие: вертикальный цилиндрический корпус с патрубком выхода газа в верхней части корпуса, ниже расположенные горизонтальная перегородка, тангенциальный патрубок ввода разделяемой смеси, цилиндрическая зона осаждения, патрубок слива жидкости в нижней точке корпуса в зоне сбора жидкости и отстоя, горизонтальная перегородка снабжена каплеуловителем, цилиндрической зоной осаждения на внутреннюю поверхность корпуса.
Недостатком данного сепаратора является низкая эффективность сепарации газа и жидкости со шламом, обусловленная рядом причин:
- малый эффект центробежного разделения гетерогенной смеси в связи с недостаточно ограниченным растеканием свободной закрученной струи смеси после тангенциального патрубка ввода разделяемой смеси;
- протекание части газа в щель между цилиндрическим корпусом и воронкой и протекание части газа в щель между цилиндрическим корпусом и экранирующим усеченным конусом;
- малый эффект удаления газа в перфорации перфорированной трубы.
Технической задачей полезной модели является повышение эффективности разделения потока газа и жидкости (со шламом) путем ограничения струи смеси, выходящей из тангенциального патрубка, что способствует сохранению высокой скорости потока и постоянной центробежной перегрузки тяжелых частиц жидкости (со шламом) и интенсивному разделению смеси с дальнейшим направлением газа вверх, через газоход с коалесцирующим устройством к каплеуловителю, а затем к патрубку выхода газа, а жидкости (со шламом) вниз, к патрубку слива жидкости и люку разгрузки шлама.
Техническая задача решается тем, что вертикальный нефтегазовый сепаратор, содержащий цилиндрический корпус с патрубком выхода газа в верхней части корпуса, ниже расположенные поперечная перегородка, тангенциальный патрубок ввода разделяемой смеси, цилиндрическая зона осаждения жидкости (нефти и воды) со шламом, сборник жидкости и шлама, размещенный в нем патрубок слива жидкости из сепаратора, поперечная перегородка снабжена каплеуловителем тонкой очистки газа, например, сетчатого типа, и дренажной трубкой, соединенной через гидрозатвор с ниже размещенной второй поперечной перегородкой, снабженной второй дренажной трубкой, соединенной через гидрозатвор со сборником жидкости и шлама, вторая поперечная перегородка снабжена газоходом, тангенциальный патрубок ввода разделяемой смеси переходит в горизонтальную, расположенную по окружности до 300° направляющую трубу первичного разделения смеси, имеющую в поперечном сечении снаружи прямую, образованную цилиндрическим корпусом, а внутри поверхность вращения, направляющая труба первичного разделения смеси герметично соединена с тангенциальным патрубком ввода разделяемой смеси и заканчивается открытым концом выхода первично разделенных газа и пленочной жидкости со шламом, в нижней части сепаратора установлен люк разгрузки шлама. Газоход снабжен коалесцирующим устройством, например, сетчатого типа. Вдоль направляющей трубы первичного разделения смеси снизу установлены дренажные трубки, соединенные через гидрозатвор со сборником жидкости и шлама. Направляющая труба имеет поперечное сечение, образованное цилиндрическим корпусом с внешней стороны и поверхностью вращения с внутренней стороны, имеющую разные альтернативные формы:
- сегмента окружности (или овала), примыкающего основанием к цилиндрическому корпусу;
- треугольную, образованную перевернутым усеченным конусом, расположенным сверху и усеченным конусом, расположенным снизу, пересекающимися по большим основаниям с цилиндрическим корпусом и по меньшим основаниям между собой;
- прямоугольную, образованную вертикальной стенкой цилиндра, размещенного коаксиально внутри корпуса, и двух горизонтальных кольцеобразных стенок, расположенных сверху и снизу и пересекающихся с двумя цилиндрическими поверхностями: цилиндрическим корпусом и размещенным коаксиально корпусу цилиндром;
- четырехугольную, образованную перевернутым усеченным конусом, расположенным вверху, и усеченным конусом, расположенным внизу, пересекающимися по большим основаниям с корпусом и по меньшим основаниям с коаксиально расположенным внутри корпуса цилиндром;
- четырехугольную, образованную вертикальной стенкой цилиндра, размещенного коаксиально внутри корпуса, горизонтальной кольцеобразной стенкой, расположенной вверху, и усеченного конуса по меньшему основанию вверху пересекающегося с коаксиальным цилиндром и по большему основанию внизу пересекающегося с корпусом;
- пятиугольную, образованную вертикальной стенкой цилиндра, размещенного коаксиально внутри корпуса, горизонтальной кольцеобразной стенкой, расположенной вверху, усеченного конуса, по меньшему основанию вверху пересекающегося с коаксиальным цилиндром, по большему основанию пересекающегося с горизонтальной кольцеобразной стенкой, расположенной внизу и с другой стороны пересекающейся с корпусом.
На фигуре 1 дан продольный разрез вертикального нефтегазового сепаратора, на фигуре 2 - поперечное сечение по А-А, на фигурах 3…8 - поперечного сечение тела вращения направляющей трубы по Б-Б: 1 - сечение сегмента окружности или овала, 2 - сечение треугольного, 3 - сечение прямоугольного, 4 - сечение четырехугольного, 1-ый вариант, 5 - сечение четырехугольного, 2-ой вариант, 6 - сечение пятиугольного тела вращения.
Вертикальный нефтегазовый сепаратор содержит цилиндрический корпус 1 с патрубком 2 выхода газа в верхней части корпуса, ниже расположенные поперечная перегородка 3, тангенциальный патрубок 4 ввода разделяемой смеси, цилиндрическая поверхность 5 осаждения жидкости (нефти и воды) со шламом, сборник 6 жидкости и шлама и патрубок 7 слива жидкости из сепаратора, поперечная перегородка 3 снабжена каплеуловителем 8, например, сетчатого типа, и дренажной трубкой 9, соединенной через гидрозатвор с ниже размещенной второй поперечной перегородкой 10, снабженной второй дренажной трубкой 11, соединенной через гидрозатвор со сборником 6 жидкости и шлама, вторая поперечная перегородка 10 снабжена газоходом 12, тангенциальный патрубок 4 ввода разделяемой смеси переходит в горизонтальную, расположенную по окружности до 300° направляющую трубу 13 первичного разделения смеси, имеющую в поперечном сечении снаружи прямую, образованную цилиндрическим корпусом 1, а внутри поверхность вращения 14, они герметично соединены с тангенциальным патрубком 4 ввода разделяемой смеси, направляющая труба 13 первичного разделения смеси заканчивается открытым концом 15 выхода первично разделенных газа и пленочной жидкости со шламом, в нижней части сепаратора установлен люк 16 разгрузки шлама. Кроме того, газоход 12 снабжен коалесцирующим устройством 17, например, сетчатого типа; вдоль направляющей трубы 13 первичного разделения смеси снизу установлены дренажные трубки 18, соединенные через гидрозатвор со сборником 6 жидкости и шлама. Направляющая труба имеет поперечное сечение, образованное цилиндрическим корпусом 1 с внешней стороны и поверхностью вращения 14 с внутренней стороны, имеющую разные альтернативные формы:
- сегмента окружности (или овала) 19, примыкающего основанием к цилиндрическому корпусу 1;
- треугольную, образованную перевернутым усеченным конусом 20, расположенным сверху и усеченным конусом 21, расположенным снизу, пересекающимися по большим основаниям с цилиндрическим корпусом 1 и по меньшим основаниям между собой;
- прямоугольную, образованную вертикальной стенкой цилиндра 22, размещенного коаксиально внутри корпуса 1, и двух горизонтальных кольцеобразных стенок, расположенных сверху 23 и снизу 24 и пересекающихся с двумя цилиндрическими поверхностями: цилиндрическим корпусом 1 и размещенным коаксиально корпусу цилиндром 22;
- четырехугольную, образованную перевернутым усеченным конусом 20, расположенным вверху, усеченным конусом 21, расположенным внизу, пересекающимися по большим основаниям с корпусом 1 и по меньшим основаниям с коаксиально расположенным внутри корпуса цилиндром 22;
- четырехугольную, образованную вертикальной стенкой цилиндра 22, размещенного коаксиально внутри корпуса 1, горизонтальной кольцеобразной стенкой 23, расположенной вверху, и усеченного конуса 21 по меньшему основанию вверху пересекающегося с коаксиальным цилиндром 22 и по большему основанию внизу пересекающегося с корпусом 1;
- пятиугольную, образованную вертикальной стенкой цилиндра 22, размещенного коаксиально внутри корпуса, горизонтальной кольцеобразной стенкой 23, расположенной вверху, усеченного конуса 21, по меньшему основанию вверху пересекающегося с коаксиальным цилиндром 22, по большему основанию пересекающегося с горизонтальной кольцеобразной стенкой 24, расположенной внизу и с другой стороны пересекающейся с корпусом 1.
Вертикальный нефтегазовый сепаратор работает следующим образом. Нефтегазовая смесь поступает в сепаратор через тангенциальный патрубок 4 ввода разделяемой смеси попадает в направляющую трубу 13, в ней закручивается по окружности до 300°, в направляющей трубе 13 жидкость со шламом постепенно осаждается под действием центробежной силы и стекает по дренажными трубкам 18 в сборник 6 жидкости и шлама, через открытый конец 15 направляющей трубы 13 первично разделенная нефтегазовая смесь истекает, разделяясь на пленочную жидкость со шламом и газ, жидкость и шлам поступают на цилиндрическую поверхность 5 осаждения и стекает внутри цилиндрического корпуса 1 в сборник 6 жидкости и шлама, газ направляется через газоход 12 второй поперечной перегородки 10 и коалесци-рующее устройство 17, например, сетчатого типа, что способствует их более эффективному улавливанию в капеуловителе 8, например, сетчатого типа, размещенный на поперечной перегородке 3, где газ дочищается от жидкости и шлама и выходит через патрубок 2 выхода газа, жидкость со шламом скапливается на поперечной перегородке 3, через дренажную трубку 9 переливается на вторую поперечную перегородку 10 и через дренажную трубку 11 сливается в сборник 6 жидкости и шлама, жидкость выводится из сепаратора через патрубок 7 слива жидкости из сепаратора, а шлам - через люк 16, через который периодически производится разгрузка шлама. Смесь течет через направляющую трубу 13 представляющую из себя в поперечном сечении снаружи окружность, образованную цилиндрическим корпусом 1 и внутри поверхность вращения 14 разной альтернативной формы, образованной:
- сегмента окружности (или овала) 19, представляющей из себя наиболее целесообразную, с точки зрения газодинамики, но наименее технологичную с точки зрения изготовления конструкцию;
- треугольную, состоящую из двух усеченных конусов: прямого 20 и перевернутого 21, достаточно удобную с точки зрения изготовления, но имеющую минимальную площадь проходного сечения потока;
- прямоугольную, состоящую из двух цилиндров 1, 22 и двух плоских стенок 23, 24, имеют максимальную площадь проходного сечения, но обладают труднодоступным местом сварки нижней кромки плоской стенки 24 вблизи стенки корпуса 1;
- четырехугольные, состоящие из деталей: 1, 20, 21, 22 и 1, 21, 22, 23 или пятиугольная, состоящая из деталей 1, 21, 22, 23, 24, представляют из себя технологичные конструкции при относительно большой площади поперечного сечения направляющей трубы.
В зависимости от формы поверхности вращения можно реализовать необходимая скорость смеси (при разной технологичности изготовления сепаратора) и осуществить центробежное первичное осаждение жидкости со шламом в направляющей трубе. Таким образом, в заявляемом решении достигается высокая эффективность разделения нефтегазовой смеси.