ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ СЕПАРАТОР

Полезная модель относится к оборудованию для низкотемпературной обработки газов, например, многокомпонентных природных и нефтяных углеводородных газов. Она может быть использована для низкотемпературной подготовки, переработки, осушки, отбензинивания многокомпонентных углеводородных газов.
Известен термогазодинамический сепаратор (Бекиров Т.М., Ланчаков Г.А. Технология обработки газа и конденсата, М., ООО «Недра - Бизнесцентр», 1999, с.336). Сепаратор включает сопло, завихритель потока перед ним и расширитель потока за ним - для расширения, охлаждения и повышения давления газового потока, каналы отбора сконденсированной жидкости в зону пониженного давления.
К недостаткам описанного термогазодинамического сепаратора относится невозможность регулирования (изменения) его производительности по обрабатываемому газу.
Известен газодинамический сепаратор по заявке №2007129123/20(0317119) от 17.09.2007, включающий корпус, патрубок ввода исходного многокомпонентного углеводородного газа, завихритель газа, сопло Лаваля, сепарационную камеру отделения сконденсированных компонентов от расширенного и охлажденного вращающегося потока газа, пленко-съемник конденсата, сборник конденсата, эжекционная камера с патрубком
приема газа, патрубки в сборнике конденсата для отбора газовой фазы и конденсата, диффузор повышения давления очищенного газового потока, поперечные перегородки.
Однако в данном термогазодинамическом сепараторе также не предусмотрено регулирование его производительности.
Предлагаемой полезной моделью решается задача по обеспечению регулирования производительностью термогазодинамического сепаратора.
Для достижения указанного технического результата в термогазодинамическом сепараторе, включающем корпус, патрубок ввода исходного многокомпонентного углеводородного газа, завихритель газа, сопло Лаваля, сепарационную камеру с отверстием вывода конденсата, сборник конденсата, эжекционную камеру с патрубком приема газа, патрубки для отвода газовой фазы и конденсата из сборника конденсата, диффузор очищенного газового потока, поперечные перегородки, каждая из поперечных перегородок выполнена из двух частей, первая из которых жестко соединена с корпусом, вторая расположена внутри первой и выполнена съемной, а сопло, сепарационная камера и диффузор установлены последовательно внутри вторых частей поперечных перегородок.
Поперечная перегородка в сборнике конденсата перфорирована, ее вторая внутренняя часть выполнена с возможностью продольного перемещения, а патрубки отвода конденсата и газа в сборнике конденсата расположены по разные стороны поперечной перегородки.
Между первой и второй частями поперечных перегородок, установлены калиброванные по длине кольца.
Патрубки отвода газа из сборника конденсата и приема газа в эжекционной камере соединены трубопроводом с регулируемым клапаном.
Выполнение каждой из поперечных перегородок из двух частей, соединение первой части поперечной перегородки жестко с корпусом, расположение второй части перегородки внутри первой, выполнение второй части перегородки съемной, установление сопла, сепарационной камеры и диффузора последовательно внутри вторых частей поперечных перегородок; выполнение поперечной перегородки в сборнике конденсата перфорированной, выполнение ее второй внутренней части с возможностью продольного перемещения, расположение патрубков отвода конденсата и газа сборника конденсата по разные стороны поперечной перегородки; установление между первой и второй частями поперечных перегородок, калиброванных по длине колец; соединение патрубков отвода газа из сборника конденсата и приема газа в эжекционной камере трубопроводом с регулируемым клапаном позволило обеспечить регулирование производительностью термогазодинамического сепаратора.
Заявителям не известны из существующего уровня техники термогазодинамических сепараторов, в которых бы подобным образом обеспечивалось регулирование производительностью термогазодинамического сепаратора.
На фигуре представлен общий вид термогазодинамического сепаратора.
Термогазодинамический сепаратор содержит: корпус 1, патрубок ввода исходного многокомпонентного углеводородного газа 2, завихритель газа 3,
сопло Лаваля 4, сепарационную камеру 5 с отверстием 6 вывода конденсата, сборник конденсата 7, эжекционную камеру 8 с патрубком 9 приема газа, патрубки для отвода газовой фазы 10 и конденсата 11 из сборника конденсата 7, диффузор 12 очищенного газового потока, поперечные перегородки 13, 14, 15. Поперечные перегородки 13, 14, 15 выполнены из двух частей. Первые части поперечных перегородок 16, 17, 18 жестко соединены (например, сваркой) с корпусом 1. Вторые части поперечных перегородок 19, 20, 21, 22 расположены внутри первых и выполнены съемными, для обеспечения возможности их замены. Сопло 4, сепарационная камера 5 и диффузор 12 установлены последовательно внутри вторых частей 19, 20, 21, 22 поперечных перегородок 13, 14, 15.
Поперечная перегородка 14 в сборнике конденсата 7 перфорирована, ее вторая внутренняя часть 21 имеет возможность продольного перемещения, а патрубки отвода газа 10 и конденсата 11 сборника конденсата 7 расположены по разные стороны поперечной перегородки 14.
В поперечных перегородках 13, 15 между первыми частями 16, 18 и вторыми частями 19, 20, 22, установлены калиброванные по длине кольца 23, 24, 25.
Патрубки отвода газа 10 из сборника конденсата 7 и приема газа 9 в эжекционной камере 8 соединены трубопроводом 26 с регулируемым клапаном 27.
Выполнение каждой из поперечных перегородок 13, 14, 15 из двух частей первые 16, 17, 18 из которых жестко соединены (например, сваркой)
с корпусом 1, а вторые 19, 20, 21, 22 расположены внутри первых и выполнены съемными, для обеспечения возможности их замены; установление сопла 4, сепарационной камеры 5 и диффузора 12 последовательно внутри вторых частей 19, 20, 21, 22 поперечных перегородок 13, 14, 15 позволяет для различных производительностей:
- во-первых, изготавливать проточную часть термогазодинамического сепаратора, которая состоит из сопла 4, сепарационной камеры 5 и диффузора 12, с геометрическими размерами, соответствующими каждой конкретной производительности;
- во-вторых, производить установку соответствующей проточной части под требуемую производительность.
Выполнение поперечной перегородки 14 в сборнике конденсата 7 перфорированной и с возможностью продольного перемещения внутренней второй части перегородки 21, позволяет:
- во-первых, устанавливать оптимальную величину отверстия 6 вывода конденсата из сепарационной камеры 5 при изменении производительности;
- во-вторых, компенсировать величину термического изменения длины сепарационной камеры при различных режимах работы сепаратора.
Расположение в сборнике конденсата 7 патрубков отвода газа 10 и конденсата 11 по разные стороны поперечной перегородки 14 позволяет эффективно отделять жидкую фазу от газовой при изменении производительности сепаратора.
Установка между первыми частями 16, 18 и вторыми частями 19, 20, 22 неподвижных перегородок 13, 15 калиброванных по длине колец 23, 24, 25 позволяет устанавливать оптимальные продольные размеры отверстия между соплом 4 и сепарационной камерой 5 и отверстия 6 между сепарационной камерой 5 и диффузором 12 при изменениях производительности сепаратора.
Соединение патрубков отвода газа 10 из сборника конденсата 7 и приема газа 9 в эжекционной камере 8 трубопроводом 26 с регулируемым клапаном 27 позволяет устанавливать оптимальный расход эжектируемого газа из сборника конденсата 7 при изменении производительности сепаратора.
Предлагаемый термогазодинамический сепаратор, при постоянных геометрических размерах корпуса 1 для различных производительностей имеет различные сменные проточные части, а именно: сопла 5, сепарационные камеры 7, диффузоры 12, установка которых возможна при замене съемных вторых частей 19, 20, 21, 22 в поперечных перегородках 13, 14, 15.
Предлагаемый термодинамический сепаратор работает следующим образом.
4
2
6
3
8
4
10
5
12
6+выше
Через патрубок 2 подается исходный многокомпонентный углеводородный газ. Компонентный состав исходного газа в массовых долях: CH - 0,778819; CH - 0,06861; CH - 0,041102; CH - 0,026154; CH - 0,01383; C - 0,071485. Исходный газ имеет термодинамические параметры, которые представлены в таблице 1.
Таблица 1
Начальные параметры исходного газа
№П.п
Наименование параметра
Размерность
Газовая фаза
Жидкая фаза
1
2
3
4
5
1
Давление, P<sub>0</sub>
МПа
16,0
16,0
2
Температура, Т<sub>0</sub>
°С
40
40
3
Молекулярная масса
18,71
65,46
4
Плотность
кг/нм<sup>3</sup>
8,038
643.0
5
Доля фазы, масс.
0.9951
0.0049
6
Вязкость
Па с
1.91·10<sup>-5</sup>
9.28·10<sup>-2</sup>
7
С<sub>p</sub>/С<sub>v</sub>
1.816
8
Удельная теплоемкость
кДж/(кмоль·град)
62.22
145.90
9
Фактор сжимаемости
0.7694
Исходный многокомпонентный углеводородный газ закручивается в завихрителе 3, после чего истекает из сопла Лаваля 4 в сепарационную камеру 5. Газ при истечении из сопла 9 имеет начальные параметры, которые представлены в таблице 2.
Таблица 2
Начальные параметры потока на выходе из сопла Лаваля 4
№П.п
Наименование параметра
Размерность
Газовая фаза
Жидкая фаза
1
2
3
4
5
1
Режим истечения,
число Маха
1.5
2
Статическое давление, P<sub>2</sub>
МПа
4.51
3
Статическая температура,T<sub>2</sub>
°С
минус 88
4
Массовая доля
0.9877
0,0123
5
Молекулярная масса фаз
16.0
30,98
6
Плотность фаз
Кг/м<sup>3</sup>
74.66
434
7
Удельная теплоемкость фаз
кДж/кмоль гр.
75.07
78,66
8
Фактор сжимаемости
0.6041
9
C<sub>p</sub>/C<sub>v</sub>
1.125
10
Вязкость
Па с
1.049·10<sup>-5</sup>
1,28·10<sup>-4</sup>
Во время охлаждения из газа углеводородные компоненты конденсируются и отделяются в сепарационной камере от газовой фазы за счет центробежной силы.
Этот конденсат вместе с частью газа отводится через отверстие 6 в сборник конденсата 7. Из сборника конденсата 7 газовая фаза отбирается в эжекторную камеру 8 через патрубки 9 и 10. Ее отбор регулируется клапаном 27.
В диффузоре 12 очищенный газовый поток затормаживается и восстанавливает давление. Параметры очищенного потока после диффузора представлены в таблице 3.
Таблица 3
Параметры потока очищенного газа на выходе диффузора 12
№П.п
Наименование параметра
Размерность
Газовая фаза
Жидкая фаза
1
2
3
4
5
1
Режим истечения
число Маха
М≪1
2
Скорость
м/с
20
2
Статическое давление, P<sub>4</sub>
МПа
13,34
3
Статическая температура,T<sub>4</sub>
°С
плюс 30,1
4
Массовая доля
0.999999
0,000001
5
Молекулярная масса фаз
16.2
19,87
6
Плотность фаз
Кг/м<sup>3</sup>
90.66
237
7
Удельная теплоемкость фаз
кДж/кмоль гр.
75.62
78,67
8
Фактор сжимаемости
0.75
9
С<sub>p</sub>/C<sub>v</sub>
1.125
10
Вязкость
Па с
1.049·10<sup>-5</sup>
1,28·10<sup>-4</sup>
4
2
6
4
10
5
12
6+выше
3
8
4
10
5
12
Очищенный газ в предложенном газодинамическом сепараторе практически не содержит жидкой фазы и имеет следующий компонентный состав: CH - 0,9969766; CH - 0,00301; - 0,000012; CH - 0,000011; CH - 0,0000003. Он не содержит компонентов C, и из него практически удалены CH, CH, CH.
3
Расход исходного газа устанавливается равным 0,5; 1; 2; 3 млн. нм/сут. путем смены проточной части (сопла 4, сепарационной камеры 5 и диффузора 12).
Таким образом, в предлагаемом термогазодинамическом сепараторе обеспечивается регулирование производительностью.