УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЖЕКЦИИ С КОНТУРОМ РЕЦИРКУЛЯЦИИ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к установкам для эжекции газа в поток жидкости в нефтесборных трубопроводах и системах поддержания пластового давления.
Высокие требования к рациональному использованию природных ресурсов, а также современные экологические нормы и стандарты требуют создания устройств для утилизации попутного нефтяного газа (ПНГ) без сжигания его на факельных установках. Одним из способов утилизации низконапорного ПНГ является закачка его в пласт через систему поддержания пластового давления с помощью эжектирующих устройств.
Известны эжекторы, предназначенные для смешения двух разнофазных сред, в которых рабочая жидкость, обладая высоким статическим давлением, проходит через сужающийся участок, теряет давление до значений давления эжектируемого газа, воздействует на него и увлекает в коническую приемную камеру. Далее смешанный поток поступает в цилиндрическую камеру смешения, затем в диффузор, в результате чего образуется равномерная смесь двух сред, первоначально находившихся в разных фазах (Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. - 3-e изд. перераб. - М.: Энергоатоиздат, 1989 г. - с. 36).
Недостатком данного устройства является высокий уровень гидравлических потерь напора (около 50%) при прохождении потоком цилиндрической камеры смешения.
Известно устройство для эжекции низконапорного газа в поток жидкости (RU 2508477, С1), выполненное в виде конфузорно-диффузорного перехода, имеющего профиль Вентури со щелью эжекции в области сужения, и содержащее конфузор, диффузор, входной патрубок для подачи газа, расположенный в области сужения и сообщающийся со щелью эжекции с созданием зоны смешения в потоке жидкости, а щель эжекции образована внешней конусной поверхностью сопла конфузора и внутренней криволинейной поверхностью входного отверстия диффузора.
Недостатком данного устройства является высокая чувствительность конструкции к изменениям входных параметров, таких как расход рабочей среды через эжектор и давление на его входе.
Наиболее близким техническим решением является устройство для эжекции низконапорного газа с механизмом стабилизации технологического режима впрыска газа в поток жидкости, находящейся под давлением (RU 2587816 С1), выполненное в виде конфузорно-диффузорного перехода, имеющего профиль Вентури со щелью эжекции в области сужения, и содержащее конфузор, диффузор, входной патрубок для подачи газа, расположенный в области сужения и сообщающийся со щелью эжекции с созданием зоны смешения в потоке жидкости. Устройство содержит механизм стабилизации технологического режима впрыска газа в поток жидкости, включающий узел дренирования жидкости в области щели эжекции для снижения давления до атмосферного, выходной сепаратор газожидкостной смеси с клапаном регулирования для частичного отбора газа высокого давления, соединенный контуром рециркуляции со щелью инжекции для подвода газа в область промежуточного давления в сечении конфузора, расположенной на его образующей, причем входной патрубок оборудован задвижкой.
Недостатком данного технического решения является его сложное конструктивное выполнение, так как для достижения стабильной работы эжектора необходимо производить сепарацию газожидкостной смеси (ГЖС) на выходе диффузора для подачи сепарированного газа по линии рециркуляции в зону инжекции.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности устройства для эжекции за счет упрощения конструкции контура рециркуляции.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для эжекции с контуром рециркуляции выполнено в виде конфузорно-диффузорного перехода, имеющего профиль Вентури со щелью эжекции в области сужения, и содержащее конфузор, диффузор, входной патрубок для подачи газа, расположенный в области сужения, сообщающийся со щелью эжекции с созданием зоны смешения в потоке жидкости, и контур рециркуляции для стабилизации технологического режима подачи газа, причем входной патрубок оборудован задвижкой.
В отличие от прототипа контур рециркуляции выполнен в виде трубопроводной линии отвода ГЖС, установленной одним концом на выходе диффузора, соединенной другим концом с отверстиями инжекции для подвода ГЖС в область промежуточного давления конфузора, расположенными на его образующей.
Согласно полезной модели контур рециркуляции подведен снизу или сверху диффузора.
Согласно полезной модели количество отверстий инжекции в конфузоре для ввода ГЖС подбирается в зависимости от диаметра конфузора и величины расхода ГЖС.
Технический результат полезной модели достигается благодаря расчетно-экспериментальной процедуре регулирования подачи оптимального объема ГЖС во входной поток жидкости. Впрыск ГЖС во входной поток жидкости осуществляется через отверстия инжекции, которые находятся в области промежуточного давления на образующей конфузора, величина которого несколько ниже давления впрыска ГЖС.
Данная конструкция позволяет использовать для впрыска ГЖС, увлекаемую потоком жидкости в область высокого давления на выходе из устройства эжекции, который перенаправлен на вход устройства согласно предложенной схемы.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для эжекции с контуром рециркуляции, на фиг. 2 - увеличенное место А фиг. 1.
Устройство для эжекции с контуром рециркуляции выполнено в виде конфузорно-диффузорного перехода, имеющего профиль Вентури, и содержит конфузор 1, диффузор 2, расположенный в области сужения входной патрубок 3, оборудованный задвижкой 4 для подачи газа и сообщающийся со щелью эжекции 5, которая образована внешней конусной поверхностью конфузора 1 и внутренней криволинейной поверхностью входного отверстия диффузора 2, и создает зоны смешения в потоке жидкости. Устройство содержит контур рециркуляции для стабилизации технологического режима подачи газа, который выполнен в виде трубопроводной линии 6 отвода ГЖС, установленной одним концом на выходе диффузора 2, соединенной другим концом с отверстиями инжекции 7 для подвода ГЖС в область промежуточного давления в конфузоре 1, расположенными на его образующей.
Устройство работает следующим образом. В конфузор 1, представляющий собой переход от большего сечения к меньшему сечению, через плавно сужающийся участок подается рабочий поток жидкости. За счет постепенного сужения в конфузоре 1 на выходе из него происходит увеличение скорости рабочего потока жидкости до 100 м/с и выше с одновременным снижением статического давления потока ниже давления газа за счет перехода потенциальной энергии в кинетическую энергию потока в соответствии с законом Бернулли. Далее поток рабочей жидкости проходит через щель эжекции 5, в которую также поступает поток газа через входной патрубок 3. Контактируя в щели эжекции 5, рабочий поток жидкости и поток газа смешиваются и поступают в диффузор 2, где происходит дальнейшее смешение потоков и восстановление статического давления за счет снижения скорости потока. С выхода диффузора 2 часть потока ГЖС поступает на линию отвода 6 и через отверстия инжекции 7 обратно в область сужения конфузора 1, где смешивается с основным рабочим потоком жидкости и обеспечивает увеличение суммарного расхода рабочего потока через конфузор 1, что в свою очередь позволяет добиться требуемого давления в зоне щели эжекции 5 ниже давления газа с меньшими гидравлическими потерями, а также увеличения расхода эжектируемого газа при стабильном коэффициенте эжекции. Диаметр D1 конфузора 1 в области ввода ГЖС в конфузор 1 с линии отвода 6 рассчитывается по известной формуле Бернулли, исходя из давления на выходе эжектора. Давление в месте ввода ГЖС с линии отвода должно быть меньше на 20-30% от выходного давления эжектора.
За счет механизма рециркуляции устройство для эжекции поддерживает оптимальный режим работы. Снижение или увеличение входного потока жидкости компенсируется пропорциональным увеличением или снижением объемной доли впрыскиваемой ГЖС, гарантируя тем самым равноскоростной режим движения жидкости с поддержанием оптимального статического давления потока жидкости в области впрыска ГЖС. Подвод ГЖС к отверстиям инжекции, также как и подвод газа в щель эжекции 5 позволяет получить требуемое давление (ниже давления газа) в щели эжекции 5, за счет увеличения или уменьшения объемного расхода потока ГЖС по линии отвода. В частности, если при работе устройства без линии отвода давление в области щели эжекции 5 выше чем давление в газовой линии, то в случае наличия линии отвода расход жидкости через конфузор суммируется с расходом ГЖС через линию рециркуляции и данный суммарный расход позволяет, согласно закону Бернулли, снизить давление в области щели эжекции 5 до значений давления газа.
Таким образом, использование контура рециркуляции для подвода ГЖС к отверстиям инжекции 7 с более простым конструктивным решением позволяет повысить надежность и стабилизировать работу устройства для эжекции.