ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ СЕПАРАТОР

Полезная модель относится к оборудованию для разделения жидкости (нефти и воды), шлама и газа и может быть использована в нефтяной, газовой и других отраслях промышленности.
Известен центробежный газожидкостной сепаратор по патенту РФ №2311945, B01D 45/12, опубл.10.12.2007 г., содержащий вертикальный корпус, разделенный горизонтальной перегородкой, делящей корпус на камеры, тангенциальный ввод разделяемой смеси, расположенный под перегородкой, осевую трубу, осевой выходной патрубок, экранирующую пластину, расположенную под осевой трубой, рециркуляционную трубу, размещенную по оси корпуса ниже осевой трубы, корпус снизу дополнительно оснащен патрубком вывода отстоя, отстойной камерой со сливным патрубком, установленным снизу радиально, и концентрично установленным стаканом, внутренняя полость которого сообщена снизу с патрубком вывода отстоя, а верхние края оснащены экранирующей пластиной, выполненной с небольшим наклоном вниз от верхних краев стакана к стенкам корпуса, относительно которого экранирующая пластина установлена по периметру с зазором, при этом перегородка установлена в корпусе по периметру с зазором и герметично соединена с осевой трубой, сообщенной непосредственно с тангенциальным вводом и оборудованной снизу воронкой с рециркуляционной трубой, причем нижняя часть рециркуляционной трубы вставлена в стакан, а камера, расположенная ниже перегородки, сообщена с осевым выходным патрубком телескопически вставленной в него с зазором трубки.
Признаками, совпадающими с заявляемым решением, являются: наличие в центробежном сепараторе вертикального корпуса, разделенного горизонтальной перегородкой, делящей корпус на камеры, тангенциальный ввод разделяемой смеси, выходной патрубок, корпус снизу оснащен отстойной камерой со сливным патрубком.
Недостатком данного сепаратора является низкая эффективность сепарации газа, обусловленная рядом причин: отсутствием в сепараторе доочистки газа, т.к. циклон, каковым является данный центробежный сепаратор, не обеспечивает глубокую очистку газа; заявленная в сепараторе вторая ступень сепарации газа на самом деле является дополнительной ступенью разгазирования жидкости, ее влияние на сепарацию свободного газа мало; в данной конструкции будет происходить забивание узких проходных сечений шламом, затруднительна очистка от шлама.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели и принятым за прототип является центробежный газожидкостный сепаратор, по патенту РФ №80768, B01D 45/12, опубл.27.03.2009 г., содержащий вертикальный цилиндрический корпус с патрубком выхода газа в верхней части корпуса, ниже расположенные горизонтальная перегородка, тангенциальный патрубок ввода разделяемой смеси, цилиндрическая зона осаждения, переходящая в воронку, экранирующий усеченный конус, расширяющийся вниз к стенкам корпуса и установленный по периметру к корпусу с зазором, патрубок слива жидкости и патрубок вывода отстоя в самой нижней точке корпуса в зоне сбора жидкости и отстоя, горизонтальная перегородка снабжена каплеуловителем, например, струнного типа, под ней установлена концентрично с цилиндрическим корпусом перфорированная труба с герметичной перемычкой сверху, соединяющее перфорированную трубу с корпусом, образуя горообразную приемную камеру ввода смеси с цилиндрической зоной осаждения на внутреннюю поверхность корпуса, переходящую в воронку с зазором по периметру корпуса, кольцевую щель вывода первично разделенной смеси, ниже расположен зазор по периметру на входе экранирующего усеченного конуса, снабженного вверху отверстием с цилиндрической отбортовкой, внутри перфорированной осевой трубы вертикально установлены направляющие лопатки.
Признаками, совпадающими с заявляемым решением, являются следующие: вертикальный цилиндрический корпус с патрубком выхода газа, горизонтальная перегородка, тангенциальный патрубок ввода разделяемой смеси, цилиндрическая зона осаждения на внутреннюю поверхность корпуса, патрубок слива жидкости в нижней точке корпуса в зоне сбора жидкости и отстоя, горизонтальная перегородка снабжена каплеуловителем.
Недостатками данного сепаратора являются следующие: малый эффект центробежного разделения гетерогенной смеси в связи с недостаточно ограниченным растеканием свободной закрученной струи смеси после тангенциального патрубка; протекание части газа в щель между цилиндрическим корпусом и воронкой и протекание части газа в щель между цилиндрическим корпусом и экранирующим усеченным конусом; малый эффект удаления газа в перфорации перфорированной трубы; центробежная тонкая очистка газа при движении потока снизу вверх ограничена узким диапазоном по скорости газа, вследствие противотока разделенных газа и жидкости: газа вверх, а жидкости вниз, что приводит к нестабильности стекащей пленки жидкости в центробежных элементах тонкой очистки газа и уносу капель жидкости с газом.
Технической задачей полезной модели является повышение эффективности разделения потока газа и жидкости (со шламом) путем ограничения струи смеси, выходящей из тангенциального патрубка, что способствует сохранению высокой скорости потока и постоянной центробежной перегрузки тяжелых частиц жидкости (со шламом) и интенсивному разделению смеси с дальнейшим направлением газа вниз к комплекту центробежных элементов для тонкой очистки газа, повышение, таким образом, эффективности тонкой очистки газа путем организации прямотока вниз газа и жидкости, что приводит к стабильности потока жидкости в центробежных элементах.
Поставленная техническая задача решается тем, что в центробежном нефтегазовом сепараторе, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, тангенциальный патрубок ввода разделяемой смеси, тарелку с установленном на ней каплеуловителем тонкой очистки газа, сборник жидкости (воды и нефти) и шлама, на выходе из сепаратора патрубок выхода газа и патрубок слива жидкости, тангенциальный патрубок герметично соединен с горизонтальной направляющей трубой первичного разделения смеси, расположенной по внутренней окружности поперечного сечения корпуса и имеющую форму тела вращения, примыкающего к корпусу, по высоте не меньше диаметра тангенциального патрубка, имеет в поперечном сечении форму, например, треугольника с острым углом внизу, снабжена на конечной части окружности, 15°…60°, вырезом вверху для выхода газа и щелью внизу, на стыке тела вращения с корпусом, для слива пленочной жидкости, тарелка находится под направляющей трубой, между ней и корпусом имеется кольцеобразная щель, каплеуловитель выполнен в виде комплекта центробежных прямоточных элементов с направлением потока сверху вниз, каждый элемент снабжен завихрителем, установленном на цилиндрическом патрубке осаждения жидкости, ниже и внутри цилиндрического патрубка осаждения жидкости установлен через пилоны патрубок выхода газа из центробежного элемента, патрубки выхода газа из элементов соединены с герметичным коллектором сбора очищенного газа, вверху ограниченного тарелкой, а внизу воронкообразной поверхностью, коллектор крепится к корпусу перемычками, герметично соединен с патрубком выхода газа из сепаратора и снабжен в нижней точке дренажной трубкой, соединенной через гидрозатвор со сборником жидкости и шлама, в нижней части корпуса предусмотрен люк разгрузки шлама. В центробежном нефтегазовом сепараторе завихрители комплекта центробежных элементов имеют то же направление закрутки, что и тангенциальный патрубок ввода разделяемой смеси.
На Фиг.1 дан продольный разрез центробежного нефтегазового сепаратора, на Фиг.2 - вид сверху.
Центробежный нефтегазовый сепаратор, содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, тангенциальный патрубок 2 ввода разделяемой смеси, тарелку 3 с установленном на ней каплеуловителем 4 тонкой очистки газа, сборник 5 жидкости (воды и нефти) и шлама, на выходе из сепаратора патрубок 6 выхода газа и патрубок 7 слива жидкости, тангенциальный патрубок 2 герметично соединен с горизонтальной направляющей трубой 8 первичного разделения смеси, расположенной по внутренней окружности поперечного сечения корпуса и имеющую форму тела вращения 9, примыкающего к корпусу 1, по высоте не меньше диаметра тангенциального патрубка 2, имеет в поперечном сечении форму, например, треугольника (9) с острым углом внизу, снабжена на конечной части окружности, 15°…60°, вырезом 10 вверху для выхода газа и щелью 11 внизу, на стыке тела вращения 9 с корпусом 1, для слива пленочной жидкости, тарелка 3 находится под направляющей трубой 8, между ней и корпусом 1 имеется кольцеобразная щель 12, каплеуловитель 4 выполнен в виде комплекта центробежных прямоточных элементов с направлением потока сверху вниз, каждый элемент снабжен завихрителем 13, установленном цилиндрическом патрубке 14 осаждения жидкости, ниже и внутри цилиндрического патрубка 14 осаждения жидкости установлен через пилоны 15 патрубок 16 выхода газа из центробежного элемента, патрубки 16 выхода газа из элементов соединены с герметичным коллектором 17 сбора очищенного газа, вверху ограниченного тарелкой 3, а внизу воронкообразной поверхностью 18, коллектор 17 крепится к корпусу 1 перемычками 19, герметично соединен с патрубком 6 выхода газа из сепаратора и снабжен в нижней точке дренажной трубкой 20, соединенной через гидрозатвор со сборником 5 жидкости и шлама, в нижней части корпуса предусмотрен люк 21 разгрузки шлама. Кроме того завихрители 13 комплекта центробежных элементов имеют то же направление закрутки, что и тангенциальный патрубок 2 ввода разделяемой смеси.
Центробежный нефтегазовый сепаратор работает следующим образом. Смесь газа, жидкости и шлама поступает в сепаратор через тангенциальный патрубок 2 ввода разделяемой смеси попадает в направляющую трубу 8, в ней закручивается, капельная жидкость со шламом постепенно осаждается под действием центробежной силы в направляющей трубе 8, газ выходит через вырез 10 вверх в конце направляющей трубы 3 (15…60°), и пленочная жидкость стекает вниз через щель 11, расположенную на стыке тела вращения 9 в конце направляющей трубы 8 (15…60°), далее пленочная осажденная жидкость стекает по внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1, и через кольцеобразную щель 12 поступает в сборник 5 жидкости и шлама, разделяясь там на жидкость и шлам, газ направляется в каплеуловитель 4, размещенный на тарелке 3, где дочищается от жидкости и шлама, закручиваясь в завихрителях 13, жидкость осаждается в цилиндрических патрубках 14, а очищенный от жидкости газ направляется через цилиндрические патрубки 16 в коллектор 17, а из него в патрубок 6 выхода газа из сепаратора, осевшая коллекторе 17 жидкость со шламом стекает через дренажную трубку 20 в сборник 5 жидкости со шламом, жидкость постоянно выводится через патрубок 7 слива жидкости из сепаратора, шлам периодически выгружается через люк 21. На перемычках 19 крепится коллектор 17 к цилиндрическому корпусу 1, на пилонах 15 установлены патрубки 16 выхода газа в патрубках 14 осаждения жидкости.
В зависимости от формы углов наклона стенок треугольника 9 изменяется площадь поперечного сечения направляющей трубы 8. Таким образом, можно реализовать необходимую скорость смеси и осуществить центробежное первичное осаждение жидкости со шламом в направляющей трубе 8. Этим в заявляемом решении достигается высокая эффективность первичного разделения смеси. В связи с направлением потока сверху вниз (а не снизу вверх) в центробежных элементах каплеуловителя 4 тонкой очистки газа в 2-3 раза увеличивается диапазон эффективной работы разделения смеси по производительности элементов по газу при окончательной очистке газа.