Газожидкостный сепаратор
GAS-LIQUID SEPARATOR

Изобретение относится к области разделения текучих сред, а именно к устройствам, в частности к газожидкостным сепараторам, и может быть использовано на нефтеперерабатывающих предприятиях при подготовке нефти к переработке.
Известен нефтегазовый сепаратор (патент на ПМ RU № 54526, МПК B01D 19/00, опубл. 10.07.2006. Бюл. № 19), включающий в себя емкость, штуцер ввода нефтегазовой смеси, штуцер вывода газа, штуцер вывода нефти, распределительное устройство, сливные полки, вертикальный и горизонтальный каплеотбойники, отличающийся тем, что днища сливных полок изготовлены из перфорированного стального или пластмассового листа или металлической сетки с определенными шагом и размерами отверстий и диаметра проволоки, причем отверстия на днище полок отбортованы вниз, при этом на тыльной стороне днищ предусмотрены поперечные перегородки, нижняя кромка которых имеет треугольно-зубчатый профиль, а по длине аппарата предусмотрена труба-перемычка, соединяющая зоны, разделенные секцией сливных полок.
Известное устройство обладает рядом недостатков, среди которых необходимость контроля уровня сепарируемой жидкости, так как повышение уровня жидкой фазы до уровня сливных полок может привести к нарушению режима работы аппарата, а расположение самой нижней секции сливных полок приводит к низкой пропускной способности.
Известен газожидкостный сепаратор (патент на ПМ RU № 198348, МПК E21B 43/34, B01D 17/00, опубл. 02.07.2020), содержащий цилиндрический корпус с поперечными перегородками и отсеком для обезвоживания нефти, патрубок с задвижкой для подвода водонефтяной смеси с одного конца корпуса и патрубки с задвижками для отвода газа, воды и нефти, регуляторы уровней нефти и воды, поперечные перегородки, размещенные в средней части корпуса, верхний и нижний края каждой из которых в направлении от подводящего водонефтяную смесь патрубка к отводящим патрубкам смещены вниз относительно предыдущей перегородки, причем величина смещения и количество перегородок определены из соотношения плотностей для нефти и воды, отличающийся тем, что дополнительно имеет установленные внутри первой секции, между стенкой аппарата и первой со стороны подвода водонефтяной смеси поперечной перегородкой, не менее двух вибронаконечников, соединенных посредством силовых гибких бронированных валов с электродвигателями, причем вибронаконечники жестко закреплены в верхней части корпуса, установлены вертикально на расстоянии не более 20 см от стенок корпуса и 20 см между собственными осями.
Недостатком данного технического решения является воздействие кавитации на перегородки и вибронаконечники, постоянно находящиеся в жидкости под воздействием механических вибраций, что понижает надежность и эксплуатационные затраты на обслуживание для поддержания эффективности сепарации.
Наиболее близким является устройство для разделения текучих сред (патент RU № 2375564, МПК E21B 43/34, B08B 9/057 опубл. 10.12.2009. Бюл. № 9), содержащее резервуар или корпус сепаратора, имеющий вход и, по меньшей мере, один выход, устройство также содержит транспортный трубопровод, соединенный с входом для подачи текучих сред, разделяемых в резервуаре или корпусе сепаратора, причем транспортный трубопровод проходит от входа полностью через весь резервуар или корпус сепаратора, а участок транспортного трубопровода, который расположен внутри резервуара или корпуса сепаратора, выполнен с перфорационными отверстиями или щелями, выполненными так, что текучая среда, поступающая в транспортный трубопровод, втекает в резервуар или корпус сепаратора через указанные перфорационные отверстия или щели.
Недостатком данного устройства является недостаточно высокая эффективность сепарации, поскольку ни корпус сепаратора, ни транспортный трубопровод не имеют точки выхода отделившегося газа, который будет скапливаться либо в верхней части трубопровода, либо в верхней части корпуса сепаратора. Приток и отток текучий среды контролируется за счет дополнительных автоматических средств, которые не будут функционировать без периодического мониторинга и обслуживания, а избыточное давление, создаваемое выделившимся и скопившимся газом, может негативно повлиять на показания установленного внутри корпуса уровнемера, что делает устройство ненадежным.
Технической задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности сепарации газожидкостной среды путем создания надежной и автономной конструкции.
Техническая задача решается газожидкостным сепаратором, который состоит из корпуса, имеющего вход с как минимум одним горизонтальным перфорированным патрубком внутри корпуса с как минимум двумя выходами, причем как минимум один верхний для отбора легких фракций, как минимум один нижний - для отбора тяжелых фракций - жидкости.
Новым является то, что каждый перфорированный патрубок заглушен со стороны, противоположной входу, и имеет сверху патрубок с газовым клапаном для сброса газа в верхний выход, при этом корпус выполнен наклонным с сообщением в верхней точке с верхним выходом, а в нижней - с нижним выходом, также корпус оснащен горизонтальной вибропластиной, установленной под перфорированным патрубком.
Также новым является то, что корпус изготовлен с наклоном 5-20° от горизонтали.
Также новым является то, что корпус оснащен механизмом сброса жидкости, сообщенным с нижним выходом и поддерживающим уровень жидкости в корпусе ниже вибропластины, причем механизм сброса жидкости может быть выполнен в виде патрубка, имеющего вход внутри корпуса на уровне ниже вибропластины.
На фиг. 1 изображен общий вид газожидкостного сепаратора.
На фиг. 2 изображено сечение А-А на фиг.1.
На фиг. 3 изображено сечение Б-Б на фиг.1.
Газожидкостный сепаратор состоит из корпуса 1 (фиг. 1), выполненного в виде цилиндрической емкости, имеющего вход 2 с горизонтальным перфорированным патрубком 3 (фиг. 2) внутри корпуса 1, верхний выход 4 (фиг. 1) для отбора легких фракций, нижний выход 5 для отбора тяжелых фракций - жидкости. Перфорированный патрубок имеет заглушку 6 (фиг. 2) со стороны, противоположной входу 2, и имеет сверху патрубок 7 с газовым клапаном (не показано) для сброса газа в (не показано) верхний выход 4. Корпус 1 выполнен наклонным с сообщением в верхней точке с верхним выходом 4, а в нижней - с нижним выходом 5 благодаря установке на опоры 8. Рекомендуемый оптимальный наклон составляет α = 5°-20° от горизонтали, так как меньше 5° трудно выполнить при установке корпуса 1 в полевых условиях, а больше 20° - значительно увеличивает высоту корпуса 1 и затрудняет установку корпуса 1 в закрытых помещениях (не показаны) и/или при обслуживании верхнего выхода 4. Корпус 1 оснащен горизонтальной вибропластиной 9, установленной под перфорированным патрубком 3 и выполненной, например, в виде металлического перфорированного листа с жестко закрепленным на ней вибронаконечником 10 (на конструкцию вибропластины и ее привода авторы не претендуют). Для обеспечения эффективной работы устройства необходимо обеспечить поддержание уровня жидкости в корпусе 1 ниже уровня вибропластины 9, поэтому корпус 1 оснащен механизмом сброса жидкости 11 (фиг. 2-3), сообщенным с нижним выходом 5. Механизм сброса жидкости 11 может быть выполнен в виде патрубка, имеющего вход внутри (не показано) корпуса 1 на уровне ниже вибропластины 9.
Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность устройства, на чертежах (фиг. 1-3) не показаны или показаны условно.
Устройство работает следующим образом.
Газожидкостная среда поступает в корпус 1 (фиг. 1) через вход 2 с равно уровневыми горизонтальными перфорированными патрубками 3 (фиг. 2), которые, благодаря соответствующим заглушкам 6, установленным со стороны, противоположной входу 2, равномерно заполняются до уровня перфорации, после чего жидкая фаза начинает стекать по стенкам перфорированных патрубков 3 на вибропластину 9. Выделившийся в каждом горизонтальном перфорированном патрубке 3 газ уходит в патрубок для сброса газа 7 с газовым клапаном (не показано), а затем через восходящий соединительный парубок (не показано) в верхний выход 4. Жидкая фаза, стекающая на вибропластину 9, подвергается дополнительной сепарации за счет удара о металлический перфорированный лист, находящийся под вибрационным воздействием при помощи, например, вибронаконечника 10 (фиг. 3). Отделившийся при этом газа уходит в верхний выход 4 (фиг. 2) для отбора легких фракций - газа, а жидкая фаза самотеком выводится через нижний выход 5 для отбора тяжелых фракций - жидкости. В случае необходимости глубокой сепарации газожидкостной среды методом гравитационного отстоя, нижний выход 5 имеет запорный клапан 12, который может открываться только по мере необходимости подачи жидкой фазы в технологический процесс. В случае заполнения жидкой фазы до уровня вибропластины 9, она начинается сливаться через механизм сброса жидкости 11 или другого механизма сброса (авторы на них не претендуют). Благодаря установке на опоры 8 (фиг. 1), имеющих разную высоту, корпус 1 установлен под углом α, облегчая правильное размещение верхнего 4 и нижнего 5 выходов корпуса 1 без дополнительных установок по уровнемеру для определения верхней и нижней точек корпуса 1.
Предлагаемое техническое решение обеспечивает эффективную сепарацию поступающей газожидкостной среды с отбором легких фракций - газа и тяжелых фракций - жидкости благодаря предусмотренным выходам 4 и 5, расположенным соответственно в верхней и нижней точках корпуса 1, что позволяет избежать избыточной нагрузки на стенки корпуса 1 после сепарации, а наличие выбропластины 9 значительно увеличивает процент выделения газа из газожидкостной смеси (на 10-14 %), обеспечивая тем самым надежность и эффективность газожидкостного сепаратора. При этом простой и надежный механизм сброса жидкости 11 освобождает от необходимости постоянного контроля уровня жидкости ниже вибропластины 9 и принудительного сброса в случае перезаполнения корпуса 1, что делает устройство полностью автономным.
Предлагаемый газожидкостный сепаратор позволяет эффективно разделять газожидкостную среду на газ и жидкость без дополнительных регулируемых элементов и блоков управления, что делает его конструкцию надежной и автономной.