СЕПАРАЦИОННЫЙ БЛОК

Полезная модель относится к области очистки природного и попутного нефтяного газа от капельной жидкости и механических примесей, в частности, к сепарационным устройствам, и может быть использована для отделения жидкости и механических примесей из потока газа в газовой, нефтяной, химической промышленности, а также может быть использована в газораспределительных станциях, блоках подготовки топливного газа, блоках подготовки газа собственных нужд.
Известен газожидкостный сепаратор, содержащий корпус с патрубками входа газожидкостной смеси и выхода газа и жидкости, размещенный в корпусе коагулятор и установленный перед патрубком выхода газа каплеотбойник, и дренажные трубки, при этом между основанием коагулятора и стенкой корпуса установлен распределительный короб Г-образного профиля, горизонтальный элемент которого соединен со стенкой корпуса, а вертикальный элемент соединен с основанием коагулятора таким образом, что внутренняя полость, образованная корпусом и распределительным коробом, сообщена с полостью патрубка входа газожидкостной смеси [RU 2153915 C1, МПК 7 B01D 45/00, B01D 19/00, опубл. 10.08.2000].
Недостатками является недостаточная эффективность очистки газа от капельной жидкости и, как следствие, он может быть использован только для первичной очистки газа, значительные габариты, вследствие размещения сепарационных узлов и накопительной секции в одном корпусе, что затрудняет их размещение, например, в блок-боксах.
Известен вертикальный сепаратор, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого последовательно размещены сепарационные узлы, на входе в сепаратор установлен центробежный элемент, перпендикулярно оси корпуса установлены жалюзийная решетка и над ней тарелка, снабженная сепарирующими элементами, внутри корпуса вдоль образующей установлен патрубок слива жидкости с тарелки, на нижнем торце патрубка слива жидкости с тарелки коаксиально с зазорами по боковым поверхностям и торцу установлена емкость, выполненная в виде стакана, в дне стакана установлен патрубок слива жидкости, край стакана расположен выше максимально допустимого уровня жидкости, выделившейся из отсепарированного газа, в нижней части корпуса размещен патрубок слива жидкости из сепаратора, а в верхней части корпуса размещен патрубок выхода газа из сепаратора [RU 143170 U1, МПК B01D 45/12 (2006.01), опубл. 20.07.2014]. Обеспечивается уменьшение уноса жидкости из сепаратора при увеличении сопротивления сепарирующих элементов.
Недостатком является сложность обеспечения гидрозатвора в первоначальный момент работы или после обслуживания сепаратора в патрубке слива жидкости с тарелки сепарирующих элементах последней ступени сепарации для исключения попадания неочищенного газа на выход из сепаратора, значительные габаритные размеры по высоте вследствие размещения сепарационных узлов и накопительной секции в одном корпусе, что затрудняет их размещение, например, в блок-боксах, кроме того при техническом обслуживании сепаратора, например, замене сепарирующих элементов при их засорении, необходимо останавливать технологический процесс очистки газа или предусматривать установку дополнительного сепаратора.
Известен сепарационный блок, содержащий два вертикальных сепаратора, жестко закрепленных на общей накопительной емкости горизонтального типа, снабженных патрубками входа, выхода газа, патрубками слива конденсата в накопительную емкость. [RU №85359 U1, МПК B01D 45/00 (2006.01), опубл. 10.08.2009]. Каждый сепаратор состоит из цилиндрического корпуса, внутри которого последовательно расположены сепарационные узлы первой и второй ступеней очистки. Сепарационный узел первой ступени представляет собой центробежный элемент, снабженный отбойником и установленный на входном патрубке, размещенном в нижней части цилиндрического корпуса. Сепарационный узел второй ступени представляет собой тарелку, снабженную коалесцирующими элементами, установленными сверху ее. Патрубки входа, выхода газа соединены с аналогичными патрубками второго сепаратора. Патрубок выхода газа дегазации накопительной емкости соединен с выходным коллектором. Все патрубки снабжены отключающей арматурой.
К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата, относится то, что соединение патрубка выхода газа дегазации накопительной емкости с выходным коллектором не позволяет определить действительную степень загрязненности коалесцирующих элементов второй ступени очистки газа, для чего необходимо периодически его отключать для определения точного перепада давления на коалесцирующих элементах. Кроме того, неочищенный газ дегазации выходит в чистый «осушенный» газ. К недостаткам можно отнести и необходимость значительных объемов затворной жидкости для обеспечения гидрозатвора в первоначальный момент работы или после обслуживания сепарационного блока в патрубках слива жидкости с тарелок сепарирующих элементов последней ступени сепарации для исключения попадания неочищенного газа на выход из сепаратора, а также отсутствие специального устройства для ее залива.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка конструкции сепарационного блока, отвечающей современным требованиям к работоспособности, безотказности, ремонтопригодности, а также обеспечивающей удобство обслуживания.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении качества очистки газа при уменьшении габаритов сепарационного блока.
Указанный технический результат достигается тем, что сепарационный блок характеризуется тем, что содержит два вертикальных сепаратора, расположенных и жестко закрепленных на общей накопительной емкости горизонтального типа, и образующих с ней единую конструкцию, при этом каждый из указанных сепараторов состоит из цилиндрического корпуса и снабжен патрубком входа газа, внутри корпуса расположены сепарационные узлы первой, второй и третьей ступеней, в нижней части корпуса размещены патрубки слива жидкости с первой ступени сепарации, соединенные с накопительной емкостью, а в верхней части каждого сепаратора размещены патрубки выхода газа, соединенные между собой с образованием выходного коллектора. Сепарационный узел первой ступени содержит центробежный элемент, встроенный в начале патрубка входа газа с кольцевой ловушкой на его конце, и расположенный в центральной части корпуса сепаратора Г-образный отбойник, горизонтальный и вертикальный элементы которого соединены со стенкой корпуса, образуя внутреннюю полость между корпусом и Г-образным отбойником, сообщенную с полостью патрубка входа газа. Сепарационный узел второй ступени представляет собой жалюзийную решетку, установленную перпендикулярно оси корпуса сепаратора. Сепарационный узел третьей - последней ступени представляет собой тарелку, установленную над жалюзийной решеткой и снабженную сепарирующими элементами, установленными сверху тарелки, над которой установлены патрубки слива жидкости с последней ступени сепарации, соединенные с накопительной емкостью. Жалюзийная решетка и тарелка установлены с примыканием к вертикальному элементу Г-образного отбойника. Между жалюзийной решеткой и тарелкой установлен патрубок приема газа дегазации. Накопительная емкость снабжена приемной камерой и патрубками сброса конденсата, дренажа, выхода газа дегазации конденсата, который соединен с патрубками приема газа дегазации, патрубком приема жидкости с последней ступени сепарации, который коаксиально с зазорами входит в приемную камеру и выполнен с возможностью залива затворной жидкости. Нижняя часть приемной камеры оснащена патрубком дренажа. Высота и объем указанной приемной камеры приняты из расчета обеспечения гидрозатвора при максимально допустимом перепаде давления на сепарирующих элементах последней ступени, а максимально допустимый уровень жидкости равен или ниже верхнего края приемной камеры. В качестве средства, обеспечивающего возможность залива затворной жидкости, может быть использована резьбовая пробка. В качестве сепарационных элементов могут быть использованы коалесцирующие элементы или элементы центробежного типа.
Между существенными признаками заявляемого технического решения и техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
Наличие приемной камеры в накопительной емкости, высота и объем которой приняты из расчета обеспечения гидрозатвора при максимально допустимом перепаде давления на сепарирующих элементах последней ступени, обеспечение возможности залива затворной жидкости в начальный период для создания гидрозатвора позволит значительно уменьшить необходимый в первоначальный период объем затворной жидкости и способствует удобству ее заправки. Соотношение высоты приемной камеры и максимально допустимого перепада давления на сепарирующих элементах последней ступени и то, что верхний край приемной камеры равен или ниже максимально допустимого, позволяет минимизировать унос жидкости при нештатной (аварийной) ситуации, когда перепад давления на сепарирующих элемента последней ступени превысит допустимый.
Расположение патрубка приема газа дегазации между жалюзийной решеткой и тарелкой позволяет исключить попадание неочищенного газа дегазации на выход из сепараторов и позволяет определять действительную степень загрязненности сепарирующих элементов последней ступени очистки газа.
Применение Г-образного отбойника, расположенного в центральной части корпуса сепаратора, к вертикальному элементу которого примыкают жалюзийная решетка и тарелка, позволяют повысить качество очистки и снизить габарит сепарационного блока по высоте.
На фиг. 1 схематично изображен сепарационный блок, на фиг. 2 - вид А по фиг. 1.
Сепарационный блок представляет собой два вертикальных сепаратора 1, установленных и жестко закрепленных на общей накопительной емкости 2 горизонтального типа, и образующих с ней единую конструкцию.
Каждый сепаратор 1 состоит из цилиндрического корпуса 3 и снабжен входным патрубком 4 (патрубок входа газа). Внутри каждого сепаратора расположены сепарационные узлы: первой ступени, второй ступени, третьей (последней) ступени.
Сепарационный узел первой ступени содержит центробежный элемент 5, встроенный в начале входного патрубка 4 с кольцевой ловушкой 6 на его конце и Г-образный отбойник 7, расположенный в центральной части цилиндрического корпуса 3 перед входным патрубком 4. Горизонтальный и вертикальный элементы Г-образного отбойника 7 соединены со стенкой цилиндрического корпуса 3 таким образом, что образуется внутренняя полость между корпусом 3 и Г-образным отбойником 7, сообщенная с полостью входного патрубка 4.
Сепарационный узел второй (следующей) ступени содержит жалюзийную решетку 8, установленную перпендикулярно оси корпуса 3 и служащую для дополнительного отделения капельной жидкости, а также для равномерного распределения потока газа по сечению сепаратора 1.
Сепарационный узел третьей (последней) ступени содержит тарелку 9, установленную перпендикулярно оси корпуса 3 с установленными сверху тарелки сепарационными элементами 10, например, коалесцирующими или центробежного типа. Жалюзийная решетка 8 и тарелка 9 установлены с примыканием к вертикальному элементу Г-образного отбойника 7.
В нижней части корпуса 3 расположен патрубок слива жидкости 11, отделившейся от газа на первой ступени сепарации, соединенный с накопительной емкостью 2. Над тарелкой 9 расположен патрубок слива жидкости 12, отделившейся от газа на последней ступени сепарации, соединенный с накопительной емкостью 2.
Между жалюзийной решеткой 8 и тарелкой 9 установлен патрубок приема газа дегазации 13, соединенный с патрубком выхода газа дегазации 14 конденсата из накопительной емкости 2.
В верхней части корпуса 3 каждого сепаратора 1 расположен патрубок выхода газа 15.
Патрубки слива жидкости 11 сепараторов с первых ступеней сепарации, с последних ступеней сепарации 12 объединены между собой после отключающей (запорно-исполнительной) арматуры. Патрубки выхода газа 15 сепараторов соединены между собой с образованием выходного коллектора 16.
Накопительная емкость 2 горизонтального типа состоит из цилиндрического корпуса 17, патрубка выхода газа дегазации конденсата 14, патрубка приема жидкости 18 с последней ступени сепарации, который коаксиально с зазорами входит в приемную камеру 19, расположенную в накопительной емкости 2. Высота и объем приемной камеры 19 принимаются из условия обеспечения гидрозатвора при максимальном допустимом перепаде на сепарирующих элементах 10. При этом максимально допустимый уровень жидкости в накопительной емкости равен или ниже верхнего края приемной камеры. Нижняя часть приемной камеры 19 оснащена патрубком дренажа 20. Патрубок приема жидкости 18 с последней ступени сепарации в верхней его части снабжен средством, обеспечивающим возможность залива затворной жидкости в начальный период, для чего может быть оснащен заливным средством 21, например, резьбовой пробкой. Накопительная емкость 2 оснащена патрубком дренажа 22, патрубком сброса конденсата 23 из емкости.
Все патрубки: входа газа 4, для слива жидкости 11 и 12 с первых и последней ступеней сепарации, приема газа дегазации 13, выхода газа 15, дренажа 20, 22, сброса конденсата 23 из накопительной емкости 2 снабжены отключающей арматурой.
Для замены или обслуживания сепарирующих элементов 10 каждый из сепараторов 1 оснащен люком 24.
Сепарационный блок работает следующим образом.
Перед запуском в работу сепарационного блока через заливное устройство 21, патрубок приема жидкости 18 в приемную камеру 19 заливают жидкость, близкую по плотности к предполагаемым продуктам очистки газа, для создания первоначального гидрозатвора на сепарирующих элементах 10 последней ступени, с целью исключения попадания неочищенного газа в выходной коллектор 16 в первоначальный момент работы.
Сырой газ поступает по входному патрубку 4 на сепарационный узел первой ступени, где происходит первичная очистка газа от капельной жидкости и механических примесей. Сырой газ, выходя после центробежного элемента 5, получает наряду с осевым движением вращательное движение, вследствие центробежных сил капельная жидкость и механические примеси концентрируются на периферийной поверхности входного патрубка 4, а затем отводятся из него кольцевой ловушкой 6 и далее по стенке корпуса 3 стекают вниз. Далее частично отсепарированный газ попадает на вертикальный элемент Г-образного отбойника 7, где под воздействием инерционных и гравитационных сил происходит очередное отделение капельной жидкости и механических примесей от газа, которые осаждаются на вертикальном элементе Г-образного отбойника 7 и стекают по нему в нижнюю часть сепаратора 1. Далее газ, проходя через жалюзийную решетку 8, кроме дополнительной очистки от капельной жидкости, равномерно распределяется по сечению сепаратора 1. Отделившаяся жидкость и механические примеси на сепарационных узлах первых ступеней через патрубок слива жидкости 11 стекают в накопительную емкость 2. Далее газ, равномерно распределенный по сечению сепаратора 1 и прошедший первичную очистку, проходит через сепарационные узлы последней ступени с сепарирующими элементами 10, где происходит окончательная очистка газа от мелкодисперсных капель жидкости. Отделившаяся жидкость на сепарирующих элементах 10 стекает на тарелку 9 и далее через патрубок слива жидкости 12 стекает в патрубок приема жидкости 18 с последней ступени сепарации и далее, переливаясь через верхний край приемной камеры 19, в накопительную емкость 2. При этом максимально допустимый уровень жидкости в накопительной емкости 2 равен или ниже верхнего края приемной камеры 19. Очищенный газ выходит через патрубки выхода газа 15 в выходной коллектор 16. Выделяющийся газ при дегазации конденсата через патрубок выхода газа дегазации 14, патрубок приема газа дегазации 13 поступает в сепаратор 1, где смешивается с предварительно очищенным газом, и вместе с ним поступает на сепарирующие элементы 10 для окончательной очистки. Периодически, при достижении максимально допустимого уровня, конденсат через патрубок сброса конденсата 23 удаляют из накопительной емкости 2. После проведения периодических гидроиспытаний или при проведении планового технического обслуживания, опорожнение сепарационного блока и полости приемной камеры от жидкости производят через патрубки дренажа 20, 22.
Замену сепарирующих элементов 10 при их засорении производят через люк 24. Для чего сначала вводят в работу сепаратор, находящийся в состоянии «резерва», а затем отключают от технологического процесса очистки газа сепаратор, находящийся в работе, при этом отключающую арматуру, соединяющую этот сепаратор с технологическим процессом, переводят в положение «закрыто», причем другой сепаратор находится в работе.
Сепарационный блок может работать в следующих режимах: первый - один из сепараторов находится в работе, другой в состоянии «резерва», второй - оба сепаратора одновременно находятся в работе.