АППАРАТ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ И ДЕГАЗАЦИИ ЖИДКОСТИ
FLUID SEPARATION AND DEGASSING UNIT

Изобретение относится к газовому, нефтяному, нефтеперерабатывающему и химическому машиностроению, оно может быть использовано в процессах разделения несмешивающихся жидкостей разной плотности, например, углеводородных жидкостей и водных растворов метанола или гликолей, в том числе для дегазации (разгазирования) жидкостей при наличии в разделяемой смеси газа и примесей твердых частиц. Оно может быть использовано в установках подготовки природного и попутного нефтяного газа, переработки газового конденсата, например, в установках низкотемпературной сепарации и конденсации.
Известен отстойник для разделения несмешивающихся жидкостей разной плотности (Авторское свидетельство №1610614, МКИ: B01D 17/02, приоритет 05.01.1989), содержащий:
- корпус с зоной отстоя;
- отсеки для сбора тяжелой и легкой жидкостей;
- патрубки входа смеси с направленными лотками;
- патрубки вывода разделенных фаз;
- отбойник капельной жидкости.
Недостатками этого аппарата является низкая эффективность разделения фаз. Она вызвана неэффективным разделением смеси жидкостей в отстойной зоне. Тяжелая жидкость под действием инерционных сил от скорости поступления смеси по нисходящим лоткам и под действием силы тяжести осаждается вниз, увлекая за собой легкую жидкость, образуя донное течение вдоль нижней стенки образующей корпуса, откуда унесенная легкая фаза попадает в отсек сбора тяжелой фазы. Аналогично, легкая фаза при перетоке через ограниченную по длине переливную хордовую перегородку, в отсек сбора легкой фазы за счет эжектирования, увлекает и часть тяжелой фазы.
Другой недостаток - это унос капельной жидкости с отбираемым газовым потоком, который не сепарируется от жидкости.
Известен аппарат для разделения и дегазации жидкости по патенту РФ №2456051, МПК 8: B01D 17/02 (прототип), включающий:
- корпус;
- отсеки сбора разделенных фаз;
- патрубки входа смеси с лотком распределителем-дегазатором;
- патрубки выхода разделенных фаз;
- отстойную зону с тонкослойными модулями из листов в виде наклонных перегородок, установленных в направлении движения фаз, зафиксированных на определенном расстоянии друг к другу дистанционными элементами, например продольными уголками;
- сепарационную насадку, установленную перед тонкослойным модулем. В этом аппарате частично устранены вышеуказанные недостатки по А.с. .№1610614:
- уменьшены инерционные силы потока входа смеси, т.к. частично погашены на сепарационной насадке;
- снижен унос капельной жидкости с газом путем двойной сепарации газожидкостного потока на насадках.
Однако недостатки по эжектированию одной жидкой фазы другой при увеличении скоростей на переливных перегородках, переточных каналах и узле входа смеси сохраняются.
Технический результат заключается в повышении эффективности разделения смеси несмешивающихся жидких фаз с разной плотностью, расширении диапазона эффективной работы разделителя, повышении производительности разделителя, уменьшении длины корпуса разделителя, выравнивании потоков по поперечному сечению разделителя.
Технический результат достигается тем, что в аппарате для разделения и дегазации жидкости, включающем горизонтальный корпус с патрубком входа, снабженным лотком с направленной подачей смеси патрубками выхода и сбора разделенных фаз, отсек сбора тяжелой жидкой фазы с переливной трубой, отсек сбора легкой жидкой фазой, отстойную зону с тонкослойными модулями, установленную перед тонкослойным модулем сепарационную насадку, патрубок входа снабжен разнонаправленными лотками подачи смеси, ориентированными в поперечном направлении к боковым стенкам корпуса, а отсек сбора тяжелой жидкой фазы снабжен крышкой с установленной на ней переливной перегородкой, причем переливная перегородка выполнена в виде ломаной или волнистой планки.
Труба перелива тяжелой фазы выполнена в виде прямого отрезка трубы, установленного вертикально в отсеке сбора тяжелой жидкой фазы, и снабжена в верхней части, регулируемой по высоте муфтой, а ее нижняя часть расположена в патрубке сбора тяжелой фазы.
Крышка отсека сбора тяжелой жидкой фазы снабжена дыхательной трубкой, верх которой выведен в зону сбора газовой фазы.
Регулируемая по высоте муфта соединена тягой, проходящей через дыхательную трубку, со штурвалом, расположенным вне аппарата.
Снабжение патрубка входа разнонаправленными лотками подачи смеси, ориентированными в поперечном направлении к боковым стенкам корпуса, обеспечивает встречное движение стекающих по стенкам корпуса потоков и их столкновение, при этом гасятся инерционные силы от скорости потоков в патрубках подачи смеси, а после этого смесь самотеком направляется вдоль корпуса со скоростью (0,002÷0,005) м/с, что практически исключает скоростное течение жидкой фазы, а также и взаимный унос одной фазы другой.
Снабжение отсека сбора тяжелой жидкой фазы крышкой с установленной на ней переливной перегородкой, а также выполнение переливной перегородки в виде ломаной или волнистой планки позволило обеспечить снижение градиента уровня жидкости и скорость перед переливной перегородкой, а следовательно, уменьшить эффект эжектирования легкой жидкой фазы тяжелой на переливной перегородке и вынести отсек сбора отделенной легкой жидкой фазы в сторону днища с использованием его объема, и уменьшить габариты аппарата: длину и диаметр, за счет расположения патрубка сбора тяжелой фазы в отстойной зоне непосредственно под отсеком ее сбора.
Установление в отсеке сбора тяжелой жидкой фазы вертикальной трубы перелива тяжелой фазы и выполнение ее в виде прямого отрезка, снабженного в верхней части регулируемой по высоте муфтой, и расположение ее нижней части в патрубке сбора тяжелой жидкой фазы, позволило обеспечить уменьшение габаритов аппарата, а также снижение гидравлического сопротивления перетока тяжелой жидкой фазы в ее отсек за счет прямого наикратчайшего соединения патрубка сбора тяжелой жидкой фазы с отсеком ее сбора.
Снабжение крышки отсека сбора тяжелой жидкой фазы дыхательной трубкой, верх которой выведен в зону сбора газовой фазы, позволило осуществить переток легкой жидкой фазы через отсек сбора разделенной жидкой фазы, увеличить длину перелива легкой жидкой фазы и расположить отсек сбора легкой жидкой фазы за отсеком сбора тяжелой жидкой фазы с использованием объема днища, объем легкой жидкой фазы в котором обычно превышает объем тяжелой жидкой фазы.
Снабжение крышки отсека сбора тяжелой жидкой фазы дыхательной трубкой, верх которой выведен в зону сбора газовой фазы позволило обеспечить одинаковое давление в отсеке сбора тяжелой жидкой фазы и аппарате, а также равномерный переток тяжелой жидкой фазы в отсек.
Соединение регулируемой по высоте муфты тягой, проходящей через дыхательную трубку, со штурвалом, расположенным вне аппарата, позволило изменять высоту уровня перелива тяжелой жидкой фазы в отсек ее сбора, что необходимо при изменении плотностей разделяемых жидких фаз.
Заявителям и авторам из существующего уровня техники не известны аппараты для разделения и дегазации жидкости, в которых повышение эффективности процесса разделения, достигался бы предложенным образом.
На фиг. 1 изображен, продольный разрез аппарата:
на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1,
на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1,
на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1,
на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 1,
на а фиг. 6 - вид Д на фиг. 1,
на фиг. 7 - вид Е на фиг. 4.
Аппарат для разделения несмешивающихся жидкостей с различной плотностью и (или) дегазации из жидкости газа (фиг. 1) содержит: корпус 1 с патрубком ввода смеси 2, соединенным с распределителем-дегазатором 3, выполненным в виде разнонаправленных лотков подачи смеси 4 (фиг. 1, 2), ориентированных в поперечном направлении к боковым стенкам корпуса 1; сепарационную насадку 5 (фиг. 1); отстойную зону 6 с тонкослойными модулями 7 (фиг. 1 и 4), состоящими из наклонных перегородок 8 (фиг. 4), зафиксированных на определенном расстоянии друг к другу дистанционными элементами 9 (фиг. 7) с фиксаторами 10. Корпус 1 снабжен патрубком 11 (фиг. 1) для выхода легкой жидкой фазы и патрубком 12 для выхода тяжелой жидкой фазы, расположенными в его нижней части. В верхней части корпуса 1 расположен патрубок выхода газа 13 (фиг. 1, 3), соединенный с коробом 14, в котором установлена насадка окончательной сепарации газа 15, при этом короб 14 снабжен трубопроводом отвода отсепарированной жидкости 16. В нижней части корпуса 1 расположен патрубок сбора тяжелой жидкой фазы 17 (фиг. 1, 5), соединенный с отсеком сбора тяжелой жидкой фазы 18 и переливной трубой тяжелой жидкой фазы 19, снабженной регулируемой по высоте муфтой 20, которая соединена тягой 21 через дыхательную трубку 22 и, например, штуцер с уплотнением 23 со штурвалом 24. Переливная перегородка 25 (фиг. 1, 5, 6), установленная на крышке 26 отсека сбора тяжелой жидкой фазы 18, выполнена в виде ломаной или волнистой планки и соединена с отсеком для сбора легкой жидкой фазы 27 (фиг. 1, 6).
Каждая наклонная перегородка 8 (фиг. 4, 7) для жесткости и отвода разделенных жидких фаз может быть снабжена группами желобов, расположенных по направлению ее наклона (на фигурах не показаны).
Для уменьшения длины тонкослойного модуля 7 (фиг. 1) и возможности монтажа и демонтажа через люк-лаз он может быть выполнен из нескольких секций.
Устройство работает следующим образом.
Смесь - газожидкостной поток - подают через патрубок 2 (фиг. 1, 2) на распределитель-дегазатор 3, на котором происходит снижение скорости смеси, уменьшение высоты жидкостного слоя и выветривание газа. На распределителе-дегазаторе 3 смесь распределяется в поперечном направлении к боковым стенкам цилиндрического корпуса 1 в двух противоположных направлениях, стекая с которых разделенные разнонаправленные потоки смеси, встречаясь, производят взаимное гашение инерционных сил вышеуказанных потоков. Далее смесь самотеком направляется вдоль корпуса аппарата через сепарационную насадку 5 (фиг. 1), расположенную перед тонкослойными модулями 7, установленными в отстойной зоне 6. Тонкослойный модуль 7, состоящий из наклонных перегородок 8 (фиг. 4), установленных под углом (30÷60) градусов к горизонтали, делит общий разделяемый поток жидкой смеси на множество тонкослойных потоков между наклонными перегородками 8, которые снабжены группами желобов (выпуклыми и вогнутыми). Наклонные перегородки 8 установлены в направлении движения фаз и зафиксированы на определенном расстоянии друг к другу дистанционными элементами 9 (фиг. 7) и фиксаторами 10. Под действием силы тяжести тяжелая жидкая фаза, проходя между наклонными перегородками 8 (фиг. 4), оседает, смачивая верхнюю гидрофильную часть, и собирается в группе желобов, вогнутых вниз, по которым стекает в нижнюю часть корпуса 1, после чего попадает через патрубок сбора тяжелой жидкой фазы 17 (фиг. 1, 5), трубу перелива 19 и регулируемую по высоте муфту 20 в отсек сбора тяжелой жидкой фазы 18, откуда тяжелая жидкая фаза отводится через патрубок 12 (фиг. 1). Для эффективного разделения смеси при изменении технологических параметров, например, плотностей разделяемых жидких фаз, регулируют уровень их раздела, изменяя положение высоты муфты 20 (фиг. 1, 5) вращением тяги 21, проходящей через дыхательную трубку 22 и штуцер с уплотнением 23 с помощью штурвала 24. Легкая жидкая фаза всплывает между наклонными перегородками 8 (фиг. 4) и поднимается вверх, смачивает нижнюю часть наклонных перегородок 8, собирается в группе желобов выгнутых вверх, по которым поднимается в верхнюю часть отстойной зоны 6, проходит над отсеком сбора тяжелой жидкой фазы 18 (фиг. 1), снабженным крышкой 26, и перетекает через увеличенную длину переливной перегородки 25 для снижения градиента уровня жидкости над ней. На виде сверху переливная перегородка представляет ломаную или волнистую линию (фиг. 6), которая всегда имеет большую длину по сравнению с известной хордовой перегородкой в виде отрезка. Далее поток легкой жидкой фазы направляется в отсек сбора легкой жидкой фазы 27, из которого она удаляется через патрубок выхода легкой жидкой фазы 11 (фиг. 1). Газ, выделившийся в результате дегазации на распределителе-дегазаторе 3, сепарируется от жидкой фазы на сепарационной насадке 5 и насадке окончательной сепарации газа 15 (фиг. 1, 3) и удаляется через патрубок выхода газа 13. Отсепарированная жидкость на насадке окончательной сепарации газа 15 собирается в коробе 14 и направляется в начало отстойной зоны 6 перед сепарационной насадкой 5 (фиг. 1) по трубопроводу отвода отсепарированной жидкости 16.
Таким образом, достигается технический результат, заключающийся в повышении эффективности разделения смеси несмешивающихся жидких фаз с разной плотностью, расширении диапазона эффективной работы разделителя, повышении производительности разделителя, уменьшении длины корпуса разделителя, выравнивании потоков по поперечному сечению разделителя.