СПОСОБ МОДЕРНИЗАЦИИ СЕПАРАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА ГАЗОВОГО И СЕПАРАТОР ГАЗОВЫЙ
MODERNIZATION METHOD OF GAS SEPARATION DEVICE AND GAS SEPARATOR

Изобретение относится к газовым вертикальным сепараторам, предназначенным для очистки газового потока от содержащих в нем твердых примесей и капельной жидкости. Изобретение может быть использовано в технологических операциях по очистки газа в различных отраслях промышленности - нефтяной, химической, энергетической, газовой и др.
Известно, что расчетный период времени эксплуатации корпуса сепаратора, как сосуда работающего под давлением, не менее двадцати лет. Однако, невысокий ресурс наработки на отказ сепарационных устройств, таких как: насадка, циклон, коалесцер, сетчатый каплеуловитель и др., обуславливает необходимость регулярного проведения профилактических и ремонтных работ по их обслуживанию. Работоспособность сепарационных устройств, как и организация процесса сепарации, в значительной степени влияют на качество очистки газа. Необходимо отметить, что существенное влияние на качество очистки газа, оказывает величина отклонения фактического расхода газа от величины расхода газа заложенной в проектное решение, которая используется как исходное значение при проектировании сепаратора. Динамика изменения расхода газа во время пуска аппарата в работу и во время остановки его работы, также влияет на качество очистки газа.
Снижение эффективности и надежности работы сепараторов обуславливает снижение долговечности и ресурса эксплуатации компрессорного оборудования. Не самая лучшая статистика по наработке на отказ компрессорного оборудования ставит задачу создания сепарационных устройств, с одной стороны - обладающих повышенной производительностью, технологической гибкостью, обеспечивающих высокое качество очистки газа даже на переходных режимах работы технологических процессов, с другой - с высоким показателем ремонтопригодности и надежности их работы.
Эти факторы обуславливают необходимость создания способов модернизации сепарационных устройств газовых, сепараторов газовых, направленных на повышение эффективности работы сепараторов при снижении эксплуатационных затрат на выполнение регламентных и ремонтных работ по их обслуживанию.
Известно, что центробежное осаждение, является одним из наиболее эффективных путей интенсификации процесса сепарации дисперсной фазы. Центробежные сепараторы, по сравнению с ударно - гравитационными, обладают большей пропускной способностью, менее металлоемки и имеют гораздо меньшие габаритные размеры. Очистка газового потока от жидкой и твердой фазы в центробежных сепараторах, осуществляется центробежными силами, которые образуются за счет организации вращательного движения газового потока.
Известен сепаратор для очистки газа от примесей, включающий корпус сепаратора с патрубками ввода и вывода газа, и расположенные в нем: газораспределительное устройство, фильтрующая секция, выполненная в виде тарелки с прямоточными центробежными сепарационными элементами, при этом каждый центробежный сепарационный элемент фильтрующей секции снабжен коалесцирующим патроном (патент РФ №2472570, B01D 45/12, 20.01.2013).
Недостатком указанного сепаратора для очистки газа является - сложность сборки конструкции сепарационных устройств внутри его корпуса, особенно с выполнением сварочных работ; низкий уровень ремонтопригодности; большие эксплуатационные затраты связанные с профилактическим обслуживанием сепаратора.
Известен сепаратор для очистки газов от механических примесей и жидкости, включающий цилиндрический корпус, и установленные в нем: поддон со сливной трубой и крышку, между которыми расположен пакет жалюзийных, радиальных, гофрированных пластин, с переменной высотой гофр, увеличивающейся в направлении движения газового потока (А.С СССР №1634300, B01D 45/06, 15.03.91 г). Крышка выполнена с центральным отверстием и имеет диаметр, равный диаметру корпуса сепаратора, а поддон выполнен диаметром меньшим диаметра корпуса, и образует с ним кольцевой канал для прохождения газового потока. Размер ширины оснований гофр выполнен с уменьшением от периферии к центру.
Недостатком данной конструкции является - сложность сборки гофрированных пластин, с переменной высотой гофр в кольцевой жалюзийный пакет; прикрепление пластин по торцу к крышке и поддону; низкий уровень ремонтопригодности конструкции в целом, поскольку в случае параметрического или функционального отказа работы пакета пластин, необходимо резать корпус сепаратора и заново монтировать в него вновь изготовленный кольцевой пакет.
Способы модернизации и восстановительного ремонта сепарационного оборудования известны. Известен аппарат, для очистки газа от жидких и твердых примесей (патент РФ №2236282, B01D 45/06, 20.09.2004.), содержащий: корпус с входным и выходным штуцерами; верхнюю крышку, соединенную с выходным штуцером; нижнюю со сливной трубой; штатный люк-лаз для монтажа/демонтажа сепарационных элементов жалюзийного типа; сварной прямоугольный каркас с гнездами-нишами, в которых закреплены с возможностью замены, жалюзийные пакеты в прямоугольных рамах. Размер прямоугольной рамы сепарационного пакета унифицирован и определяется возможностью транспортировки сепарационного пакета внутрь корпуса аппарата для монтажа/демонтажа через штатный люк-лаз аппарата.
Недостатком данной конструкции аппарата являются - ограничения по выполнению реноваций, обусловленные в основном только заменой сепарационных элементов жалюзийного типа, поскольку ограниченные размеры штатного люка-лаза усложняют монтаж внутри корпуса высокоэффективных сепарационных устройств иного типа.
Наиболее близким к заявляемому способу модернизации сепарационного устройства, является способ модернизации (патент РФ №2310497, B01D 45/12, В04С 5/00 20.11.2007.), при котором: демонтируют конструктивные элементы, находящиеся внутри корпуса сепаратора; удаляют демонтированные конструктивные элементы из внутреннего пространства сепаратора через люк-лаз; помещают во внутреннее пространство сепаратора сепарационное устройство; с помощью крепежных балок жестко закрепляют сепарационное устройство, по крайней мере, к одному опорному элементу сепаратора.
Недостатком указанного способа является - принцип извлечения и помещения элементов конструкции сепарационных устройств через люк-лаз, размеры которого ограничивают как размеры удаляемых демонтированных элементов конструкции из внутреннего пространства сепаратора, так и помещаемые в его внутреннее пространство сепарационные устройства. Этот фактор усложняет технологию как демонтажа элементов конструкции не подлежащих ремонту сепарационных устройств, поскольку возникает необходимость применения технологических процессов газовой резки внутри корпуса аппарата этих элементов с целью подгонки их размеров под размеры люка-лаза, так и технологию сборки и ремонта элементов конструкции вновь созданных сепарационных устройств внутри корпуса аппарата.
Наиболее близким, по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому газовому сепаратору, является цилиндрический, вертикальный, газосепаратор тип, изготовленный ОАО «Волгограднефтемаш» по ТУ3683-015-00220575-2002, (Каталог сепарационного оборудования часть II Газосепараторы по ТУ 3683-015-00220575-2002), включающий: вертикально расположенный корпус; эллиптические днища; входной, выходной, сливной патрубки; штатный люк-лаз; сепарационное устройство. При этом, сепарационное устройство, выполнено в виде совокупности насадок смонтированных на горизонтальной пластине, расположенной в верхней части сепаратора и узла ввода не очищенного газа, закрепленного на горизонтальной пластине, установленной на опорных элементах сепаратора выше патрубка тангенциального ввода газа в корпус сепаратора.
Недостатком указанного сепаратора является - его низкая эффективность, обусловленная ухудшением качества очистки газа при уменьшении скорости его движения через сепарационные насадки. Скорость движения газа зависит от давления нагнетания, создаваемого компрессорными станциями и его расхода, зависящего от суточного дебита газового месторождения. Первую величину удается поддерживать постоянной, за исключением периода времени пуска и останова компрессорной станции. Вторая величина, зависит от периода времени эксплуатации месторождения, времени года и др., и может существенно отличаться от величины расхода газа, заложенной в проект. Значение величины расхода газа, заложенной в проект, используется в качестве исходных данных при расчете сепараторов. От разницы значения проектной величины расхода газа от реальной величины его расхода на данный момент времени, будет зависеть фактическая скорость движения газа через насадки, следовательно и качество очистки газа. Эти факторы обуславливают необходимость доработки, а в ряде случаев и модернизации сепарационных устройств, смонтированных внутри корпуса сепаратора.
Целью изобретения «Способ модернизации сепарационного устройства газового» является:
- снижение затрат на выполнение работ по модернизации сепарационного устройства. Эти работы включают: демонтаж конструктивных элементов, находящихся внутри корпуса сепаратора; их извлечения из внутреннего пространства корпуса сепаратора; работы по переносу из вне во внутреннее пространство сепаратора вновь созданного сепарационного устройства; монтажу этого устройства во внутреннем пространстве сепаратора;
- обеспечение удобства осуществления этих работ;
- повышение в целом уровня технологичности выполнения вышеупомянутых работ.
Целью изобретения устройства «Сепаратор газовый» является:
- повышение эффективности сепарации, что обеспечивает высокое качество очистки газа;
- повышение показателя технологичности обслуживания сепаратора и надежности его работы при эксплуатации в период всего жизненного цикла корпуса сепаратора (не менее 20 лет).
Цель, поставленная на способ модернизации сепарационного устройства газового, имеет решение суть которого состоит в том, что демонтируют конструктивные элементы, находящиеся внутри корпуса сепаратора; удаляют демонтированные конструктивные элементы из внутреннего пространства сепаратора через люк-лаз; помещают во внутреннее пространство сепаратора сепарационное устройство; жестко закрепляют сепарационное устройство, по крайней мере, к одному опорному элементу сепаратора; согласно изобретению, демонтируют днище корпуса сепаратора; удаляют из внутреннего пространства сепаратора, через образовавшийся проем, демонтированные конструктивные элементы находящиеся внутри корпуса сепаратора; помещают во внутреннее пространство сепаратора сепарационное устройство, в виде собранного технологического модуля-картриджа, закрепляют его с помощью несущей плиты, расположив ее над входным патрубком; и монтируют днище на корпус сепаратора. Важно отметить, что размер площади проема в корпусе сепаратора, образовавшегося после демонтажа днища, превосходит размер площади штатного люк-лаза в корпусе сепаратора, и только этот фактор позволяет поместить во внутреннее пространство сепаратора - сепарационное устройство, выполненное в виде собранного технологического модуля-картриджа. При этом, соединение несущей плиты собранного технологического модуля картриджа с опорным элементом сепаратора, может быть выполнено как разъемным, так и неразъемным.
Цель, поставленная на создание сепаратора газового, решается с помощью модернизированного сепарационного устройства газового. Суть сепаратора газового состоит в том, что он содержит вертикально расположенный корпус; эллиптические днища; входной, выходной, сливной патрубки; штатный люк-лаз; опорные элементы сепаратора; сепарационное устройство; согласно изобретению, сепарационное устройство выполнено в виде собранного технологического модуля-картриджа, содержащего внешнею и внутреннею обечайки, ориентированные вертикально и расположенные соосно, герметично скрепленные между собой по нижней и верхней кромкам внутренней обечайки с помощью кольцевых пластин, при этом к нижней кольцевой пластине прикреплена, съемная фильтрующая насадка (например - сетчатый пакет), диаметр которой равен диаметру внутренней обечайки, а в верхней кольцевой пластине выполнены отверстия, в которых герметично закреплены цилиндры центробежных сепарационных элементов (например - циклонов), выхлопные трубы которых, герметично закреплены в отверстиях, выполненных в несущей плите, диаметр которой равен внутреннему диаметру корпуса сепаратора, несущая плита содержит: люк-лаз, базируется соосно с внешней обечайкой и крепится герметично к ее верхней кромке, а хвостовые участки выхлопных труб герметично скреплены с газораспределительными устройствами, на концевых патрубках которых, с помощью разъемного соединения герметично смонтированы насадки сепарационные, например - центробежные прямоточные сепарационные насадки.
Суть заявляемого изобретения поясняется чертежом (фиг. 1), на котором изображена 3D модель сепарационного устройства - собранного технологического модуля-картриджа.
Способ модернизации сепарационного устройства газового заключается в следующем: демонтируют днище (поз. 1) с корпуса сепаратора (поз. 2); удаляют из внутреннего пространства сепаратора, через образовавшийся проем, демонтированные конструктивные элементы (совокупность насадок смонтированных на горизонтальной пластине и узел ввода неочищенного газа); помещают во внутреннее пространство сепаратора сепарационное устройство, выполненное в виде собранного технологического модуля-картриджа; скрепляют его несущую плиту (поз. 3) с помощью разъемного (неразъемного) соединения с опорным элементом сепаратора (поз. 4), расположенного выше патрубка ввода газа в корпус сепаратора (поз. 5).
Технологический процесс модернизации сепарационного устройства газового газосепаратора, производства ОАО «Волгограднефтемаш» по ТУ3683-015-00220575-2002, будет состоять из следующих операций:
- демонтируют верхнее днище корпуса сепаратора;
- демонтируют конструктивные элементы, находящиеся внутри корпуса сепаратора, а именно отсоединяют от опорного элемента сепаратора первую сборочную единицу - горизонтальную пластину с насадками; отсоединяют от опорных элементов сепаратора вторую сборочную единицу - узел ввода не очищенного газа, смонтированный на горизонтальной пластине, установленной на опорном элементе сепаратора расположенным над патрубком ввода газа в корпус сепаратора;
- удаляют из внутреннего пространства сепаратора, через образовавшийся проем, демонтированные конструктивные элементы, находящиеся внутри корпуса сепаратора;
- помещают во внутреннее пространство сепаратора, через образовавшийся проем сепарационное устройство, выполненное в виде собранного технологического модуля-картриджа;
- монтируют сепарационное устройство, выполненное в виде собранного технологического модуля - картридж во внутреннем пространстве сепаратора путем соединения его несущей плиты (поз. 3) с опорными элементами сепаратора (поз. 4), расположенный над патрубком ввода газа в корпус сепаратора.
Технический результат, от реализации способа модернизации сепарационного устройства газового позволит:
- минимизировать затраты на выполнение демонтажа конструктивных элементов, находящихся внутри корпуса сепаратора, поскольку объем работ по газовой резке элементов конструкции внутри корпуса сепаратора должен сократиться, за счет того, что удаляют демонтированные конструктивные элементы из внутреннего пространства сепаратора через проем, образованный после демонтажа днища корпуса сепаратора, площадь которого превосходит площадь штатного люка-лаза;
- исключить сварочные работы по сборке сепарационного устройства внутри корпуса сепаратора, поскольку сепарационное устройство выполнено в виде собранного технологического модуля-картриджа, который через проем, образованный после демонтажа днища корпуса сепаратора, помещают во внутреннее пространство сепаратора;
- минимизировать затраты на выполнение монтажных работ (сварочные работы внутри корпуса сепаратора) по установке сепарационного устройства внутри корпуса сепаратора к опорному элементу сепаратора, поскольку сепарационное устройство выполнено в виде собранного технологического модуля-картриджа.
Из выше изложенного следует, что заявляемый способ модернизации сепарационного устройства газового, обеспечит достижение следующего технического результата: значительное снижение затрат на выполнение работ по модернизации сепарационного устройства; обеспечение удобства осуществления этих работ; повышение уровня технологичности операции демонтажа конструктивных элементов, находящихся внутри корпуса сепаратора и монтажа во внутреннем пространстве сепаратора вновь созданного сепарационного устройства. Это достигается благодаря тому, что демонтируют днище с корпуса сепаратора, удаляют из внутреннего пространства сепаратора, через образовавшийся проем, демонтированные конструктивные элементы находящиеся внутри корпуса сепаратора, помещают во внутреннее пространство сепаратора сепарационное устройство, выполненное в виде собранного технологического модуля - картриджа, закрепляют его с помощью несущей плиты, расположив ее над входным патрубком, и монтируют днище на корпус сепаратора.
Сепаратор газовый состоит из следующих основных элементов: вертикально расположенный корпус (поз. 2), эллиптические днища (поз. 1), входной тангенциально расположенный патрубок (поз.5), выходной (поз. 6), сливной патрубки, опорный элемент сепаратора (поз. 4), штатный люк-лаз (поз. 7), сепарационное устройство в виде собранного технологического модуля-картриджа, изображенного на фиг. 1. Сепарационное устройство, содержит внешнею (поз. 8) и внутреннею (поз. 9) обечайки, ориентированные вертикально и расположенные соосно, герметично скрепленные между собой по нижней и верхней кромкам внутренней обечайки с помощью кольцевых пластин (поз. 10, 11), при этом к нижней кольцевой пластине (поз. 10) прикреплена съемная фильтрующая насадка (поз. 12), (например - сетчатый пакет), диаметр которой равен диаметру внутренней обечайки (поз. 9), а в верхней кольцевой пластине (поз. 11) выполнены отверстия, в которых герметично закреплены цилиндры (поз. 13) центробежных сепарационных элементов (например - циклонов), выхлопные трубы (поз. 14) которых, герметично закреплены в отверстиях, выполненных в несущей плите (поз. 3), диаметр которой равен внутреннему диаметру корпуса сепаратора (поз. 2). Несущая плита содержит: люк-лаз (поз. 15), базируется соосно с внешней обечайкой и крепится герметично к ее верхней кромке, а хвостовые участки выхлопных труб герметично скреплены с газораспределительными устройствами (поз.16), на концевых патрубках которых, с помощью разъемного соединения герметично смонтированы сепарационные (фильтрующие) насадки (поз. 17).
Заявляемый технический результат сепаратора газового - повышение качества очистки газа, достигается за счет того, что сепарационный элемент, выполненный в виде собранного технологического модуля картриджа, обеспечивает высокую организацию процесса очистки газа. На начальном этапе, большое значение на процесс очистки газа, оказывает съемная фильтрующая насадка (поз. 12.), основное назначение которой - удаление из потока газа крупных частиц в виде гелей углеводородного происхождения. Это техническое решение позволит увеличить межрегламентный период времени эксплуатации сепарационных насадок, ответственных за финишную очистку газа. Затем очистка газа осуществляется с помощью центробежных сепарационных элементов (поз. 13) (например, циклонов), далее на заключительном этапе сепарационными или фильтрующими насадками (поз. 17). При этом газораспределительные устройства (поз. 16), обеспечивают расчетные соотношения значений скоростей движения газа через центробежные сепарационные элементы и сепарационные фильтрующие насадки, осуществляющие финишную очистку газа. Это позволяет повысить эффективность очистки газа в отдельности, как центробежными сепарационными элементами, так и сепарационными (фильтрующими) насадками осуществляющими финишную очистку газа.
Заявляемый технический результат - удобство обслуживания собранного технологического модуля-картриджа, достигается за счет наличия люка - лаза (поз.15), расположенного в несущей плите и за счет разъемного соединения газораспределительного устройства (поз. 16) с сепарационными насадками (поз. 17). Это упрощает процедуру контроля состояние сепарационных насадок и их замену.
Газовый сепаратор работает следующим образом. Поток газа, подлежащий очистки, подается в корпус сепаратора (поз. 2) тангенциально направленным через входной патрубок (поз. 5). При этом, в случае залпового выброса жидкости, она сразу оседает в донной части сепаратора минуя картридж. Далее, газ поступает через съемную сепарационную насадку (поз. 12) во внутреннюю полость внутренней обечайки картриджа (поз. 9) и затем, направляется в цилиндры центробежных сепарационных элементов (поз. 13). Высокое качество очистки газа обеспечивается за счет действия на механические частицы и капельную жидкость центробежных и гравитационных сил с учетом изменения направления движения газа на противоположное. Затем, газ поступает на газораспределительное устройство (поз. 16), которое уменьшает скорость движения газа через отдельно взятый сепарационную насадку, за счет распределения потока газа между ними. При этом, скорость движения газа через сепарационные насадки резко уменьшается, это обуславливает высокое качество очистки газа и длительный ресурс эксплуатации сепарационных насадок.
Итак, заявляемое изобретение - «способ модернизации сепарационного устройства газового» позволяет снизить затраты на выполнение работ модернизации устройств сепарационных газовых; эксплуатационные затраты по выполнению профилактических работ по обслуживанию сепаратора; повысить уровень технологичности исполнения вышеупомянутых работ. Технический результат, обеспечиваемый сепаратором газовым, в котором сепарационное устройство выполнено в виде завершенного технологического модуля-картриджа, - повышение эффективности сепарации - обуславливает высокое качество очистки газа, удобство обслуживания, и высокий показатель надежности работы сепаратора при эксплуатации в период всего жизненного цикла корпуса сепаратора (не менее 20 лет).