МОНТАЖНО-ТРАНСПОРТНЫЙ КОМПЛЕКС ГАЗОСЕПАРАТОРА ПРОМЕЖУТОЧНОГО
INTERMEDIATE MOBILE GAS SEPARATOR COMPLEX

Изобретение относится к технике тепловой обработки и сепарации газовых и газоконденсатных смесей от влаги и тяжелых углеводородов, а именно к установкам комплексной подготовки природного газа на газовых промыслах нефтегазоконденсатных месторождений.
Из уровня техники известен газосепаратор, выполненный в виде наклонной трубы. Патрубок ввода газожидкостной смеси расположен на верхнем конце наклонной трубы, а патрубки для отвода газа и жидкости - на нижнем ее конце, который находится выше уровня жидкости в отводящем патрубке (RU 2042376 C1, 26.02.1993).
Из уровня техники известен газосепаратор, содержащий цилиндрический корпус с защитной гильзой и вал. На нем последовательно по направлению потока расположены винтовой шнек, лопастное колесо и сепарирующий барабан с радиальными лопастями. Для добычи нефти с высоким содержанием твердых абразивных частиц на внутренней поверхности защитной гильзы, по крайней мере, вокруг шнека или вокруг шнека и лопастного колеса выполнена, как минимум, одна спиральная лопасть, скелетная линия которой закручена по отношению к лопастям шнека в ту же или противоположную сторону, и/или установлены, как минимум, две продольные лопасти. Эти лопасти параллельны оси вала и обеспечивают возможность создания вихревой дорожки потоком жидкости вдоль стенок защитной гильзы, препятствующей контакту твердых абразивных частиц с поверхностью гильзы (RU 2327866 C2, 22.06.2006).
Также известен циклонный газосепаратор, включающий циклон со входным патрубком в верхней части. Входной патрубок встроен касательно относительно стенки циклона под углом к образующей стенки циклона 40-50° и направлен вверх. Параллельно циклону смонтирована труба с обвязкой с циклоном в нижней и верхней части. В трубе размещен уровнемер. В верхней части циклон снабжен трубопроводом для газоотвода с обратным клапаном и электрозадвижкой. Внутри циклона перпендикулярно его оси установлена сетка. В нижней части циклон снабжен патрубком и трубопроводом с массамером (RU 78684 U1, 07.06.2008).
Из уровня техники известен газосепаратор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, две горизонтальные перегородки с пропущенными через них трубками с пористыми стенками, выполненными из двух секций, верхняя из которых выполнена из гидрофильного материала, а нижняя - из гидрофобного, средство для создания разряжения с наружной части трубок, завихрители, укрепленные в нижней части трубок, укрепленный в нижней части корпуса тангенциальный патрубок для подачи газа, выходной патрубок для газа, укрепленный над трубками и патрубки для отвода отсепарированной жидкости. Между перегородками на уровне стыка секций трубок размещена дополнительная перегородка с образованием полости для сбора воды и полости для сбора нефтепродуктов. В зоне размещения завихрителей укреплены коллекторы для подачи отсепарированной жидкости с верхней перегородки, а средство для создания разряжения выполнено в виде перевернутого стакана, соосно укрепленного в верхней части корпуса с образованием зазора со стенкой корпуса и патрубком, соосно размещенным в патрубке для отвода газа с образованием кольцевой эжекционной щели. Указанный зазор сообщен с полостями для сбора воды и нефтепродуктов (RU 8275 U1, 03.02.1998).
Также известен газовый сепаратор с вертикальным корпусом и кольцевой сетчатой насадкой внутри корпуса («Российская газовая энциклопедия», науч. изд. «Большая российская энциклопедия», - М. 2004, статья «Газовый сепаратор», с.93, рис. М).
Недостатками известных технических решений являются низкая производительность и недостаточная эффективность сепарации газовых и газожидкостных смесей, а также большие общие размеры заявленного технологического оборудования и опорных конструкций под них, требующие обустройства повышенных площадей, трудо- и материалозатрат на возведение фундамента под блок сепарации газа в составе установки комплексной подготовки газа в суровых климатических условиях субарктических и арктических регионов освоения месторождений углеводородов, сложность строительно-монтажных работ, производимых на газовых промыслах, что приводит к общему увеличению повышенным материало- и энергозатрат, удлиняет сроки строительства блоков сепарации газовых или газожидкостных смесей и ввода в эксплуатацию установок комплексной подготовки газа в целом.
Задачей настоящего изобретения является повышение технико-экономических и экологических показателей заявленного монтажно-транспортного комплекса газосепаратора промежуточного в составе установки комплексной подготовки газа на наземных и шельфовых промыслах, а также сокращение материалоемкости оборудования, обвязки, основания (насыпного грунта) в районах с экстремальными климатическими условиями, трудоемкости и энергоемкости строительно-монтажных работ на месте возведения заявленного комплекса.
Задача решается за счет того, что в монтажно-транспортном комплексе газосепаратора промежуточного установки комплексной подготовки газа, сблокированного с опорной платформой, согласно изобретению, газосепаратор конструктивно выполнен в виде сосуда высокого давления с цилиндрическим корпусом и торцами двоякой кривизны, снабжен штуцером ввода рабочего тела - сырого газа или газожидкостной смеси, штуцером для выхода осушенного газа в верхней части корпуса и штуцером для отвода отсепарированной жидкой смеси - конденсационный воды и метанола в нижней его части и наделен внутренними агрегатами - распределительным устройством с антизавихрителем, сетчатым агломератором, блоком циклонов и кубовым объемом для сбора указанной отсепарированной жидкой смеси, при этом штуцер ввода сырого газа или газожидкостной смеси и внутреннее распределительное устройство с антизавихрителем размещены на участке высоты корпуса газосепаратора ниже сетчатого агломератора над максимальной верхней границей упомянутого кубового объема, а блок циклонов смонтирован на опорной конструкции с обеспечением пропуска всего потока рабочего тела через суммарное проходное сечение циклонов и состоит из блок-секций, каждая из которых содержит корпус, в который вмонтированы от одного до восьми трубчатых циклонов с круглоцилиндрическими стенками и внутренним прямоточным полым стволом, открытым для движения сепарируемого рабочего тела, причем ствол циклона выполнен с переменным внутренним проходным сечением и содержит три последовательных участка по ходу движения рабочего тела - конфузор, завихритель и диффузор, а также снабжен совмещенным с завихрителем заужающим проходное сечение ствола полым сердечником, сообщенным каналом с рециркуляционным устройством для подмешивания в циклон продувочного газа, и неподвижными спиральными лопастями для закрутки потока рабочего тела в циклоне с угловым градиентом по ходу движения рабочего тела на угол α, равный отношению угла закрутки к осевой длине лопасти, составляющем 200≤grad(α/h)≤720 (град/м), причем корпус каждой блок-секции циклонов снабжен внешними стенками, обеспечивающими возможность компактного размещения на опорной конструкции, в том числе с примыканием друг к другу ответных стенок блок-секций, кроме того, газосепаратор трансформируемо сблокирован с опорной платформой с возможностью горизонтального и/или параллельного основанию платформы размещения на ней газосепаратора в транспортном положении и последующего перевода и фиксации его в рабочем положении под углом к указанной платформе, т.е. практически совпадающим с направлением силовых линий поля гравитации, преимущественно, вертикально в составе смонтированной установки комплексной подготовки газа на промысле.
При этом газосепаратор может быть снабжен в нижней части опорным цилиндрическим подстаканником, смонтированным на газосепараторе в заводских условиях перед размещением последнего в транспортном положении на опорной платформе, при этом опорная платформа снабжена, по меньшей мере, двумя ложементами с цилиндрической конфигурацией опорной части, причем расстояние между внутренними гранями ложементов выполнено не менее внешнего диаметра нижней опорной части подстаканника.
Сетчатый агломератор может быть снабжен желобами для сбора отсепарированной жидкой смеси, выполненными в виде сети лотков для отекания, причем сборные желоба снабжены не менее чем одним сточным трубопроводом, нижний конец которого заведен в нижнюю придонную часть кубового объема газосепаратора.
Сетчатый агломератор может быть выполнен многослойным, состоящим из секций из аэропрозрачных элементов.
Аэропрозрачные элементы сетчатого агломератора могут быть размещены с послойным смещением шага отверстий относительно смежных по высоте аэропрозрачных элементов агломератора.
Аэропрозрачные элементы сетчатого агломератора могут быть выполнены с послойно-переменным шагом отверстий по высоте агломератора.
Опорная конструкция, на которой установлен блок циклонов, может быть снабжена с нижней стороны коллектором для сбора отсепарированной жидкой смеси и не менее, чем одним сточным трубопроводом, нижний конец которого заведен в нижнюю придонную часть кубового объема газосепаратора.
По крайней мере, часть циклонов может быть выполнена с левосторонней закруткой потока газа.
По крайней мере, часть циклонов может быть выполнена с правосторонней закруткой потока газа.
Сердечник циклона может быть сообщен с каналом рециркуляционного устройства в нижней его части на участке конфузора.
Каждый циклон, по меньшей мере, в верхней части диффузора или разгонного участка может быть снабжен выпускными щелями для удаления отсепарированной жидкой смеси, преимущественно, влажного тумана из циклона.
Выпускные щели могут быть ориентированы параллельно средней продольной оси корпуса циклона.
Выпускные щели по внешней стенке корпуса циклона могут быть выполнены спиралевидными.
Внутреннее распределительное устройство может быть снабжено набором неподвижных газораспределяющих пластин, расстояние между которыми и угол к вектору газового потока, поступающего через штуцер ввода газовой или газожидкостной смеси, приняты обеспечивающими возможность равномерного послойного распределения входящего потока по обе стороны от средней вертикальной диаметральной плоскости распределительного устройства в газосепараторе.
Газораспределяющие пластины могут быть выполнены переменной ширины, изменяющейся по направлению вектора поступающего потока рабочего тела.
Газораспределяющие пластины могут быть выполнены криволинейными в плане, в том числе с вогнутостью кривизны, обращенной под углом к вектору распределяемого потока рабочего тела.
Сердечник циклона может быть выполнен в виде тела вращения переменного сечения по длине и конструктивно наделен функцией заужения сечения цилиндрического канала ствола циклона между конфузором и диффузором, а завихритель расположен между ними.
Завихритель, по меньшей мере, в нижней зоне частично может быть совмещен с конфузором.
Завихритель, по меньшей мере, в верхней зоне частично может быть совмещен с диффузором.
Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, состоит в повышении технико-экономических и экологических показателей заявленного монтажно-транспортного комплекса газосепаратора промежуточного в составе установки комплексной подготовки газа на наземных и шельфовых промыслах за счет повышения производительности и эффективности сепарации газа при совместной работе принятых в изобретении совокупности водоотбойных и влагоотделительных агрегатов, а также технологических параметров циклонов, широко адаптированных к диапазону давлений добываемого газа при длительной эксплуатации углеводородного месторождения с широким спектром фракций. Кроме того, совокупное повышение технико-экономической эффективности усиливается за счет компактной объемной компоновки и достигаемых при этом сокращении материалоемкости оборудования, обвязки, основания (насыпного грунта) в районах с суровыми климатическими условиями субарктических и арктических регионов освоения месторождений углеводородов, трудоемкости и энергоемкости монтажа за счет применения в изобретении полной заводской сборки и сокращения строительно-монтажных работ на месте возведения заявленного комплекса.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображен монтажно-транспортный комплекс газосепаратора промежуточного, а именно транспортировочное положение газосепаратора промежуточного сблокированного с монтажно-транспортной опорной платформой, в аксонометрии;
на фиг.2 - газосепаратор промежуточный, установленный в вертикальное рабочее положение, вид сбоку;
на фиг.3 - газосепаратор промежуточный, вид сверху;
на фиг.4 - циклон, продольный разрез.
Монтажно-транспортный комплекс газосепаратора промежуточного 1 установки комплексной подготовки газа выполнен сблокированным с опорной платформой 2. Газосепаратор 1 конструктивно выполнен в виде сосуда высокого давления с цилиндрическим корпусом 3 и торцами 4 двоякой кривизны, снабжен штуцером 5 ввода рабочего тела - сырого газа или газожидкостной смеси, штуцером 6 для выхода осушенного газа в верхней части корпуса 3 и штуцером (на чертежах не показано) для отвода отсепарированной жидкой смеси - конденсационный воды и метанола в нижней его части и наделен внутренними агрегатами распределительным устройством с антизавихрителем и сетчатым агломератором (на чертежах не показаны), блоком циклонов 7 и кубовым объемом для сбора указанной отсепарированной жидкой смеси.
Штуцер 5 ввода рабочего тела и внутреннее распределительное устройство с антизавихрителем размещены на участке высоты корпуса 3 газосепаратора 1 ниже сетчатого агломератора над максимальной верхней границей упомянутого кубового объема.
Блок циклонов 7 смонтирован на опорной конструкции с обеспечением пропуска всего потока рабочего тела через суммарное проходное сечение циклонов 7 и состоит из блок-секций. Каждая блок-секция содержит корпус, в который вмонтированы от одного до восьми трубчатых циклонов 7 с круглоцилиндрическими стенками 8 и внутренним прямоточным полым стволом 9, открытым для движения сепарируемого рабочего тела. Ствол 9 циклона 7 выполнен с переменным внутренним проходным сечением и содержит три последовательных участка по ходу движения рабочего тела - конфузор 10, завихритель 11 и диффузор 12. Ствол 9 циклона 7 также снабжен совмещенным с завихрителем 11 заужающим проходное сечение ствола 9 полым сердечником 13, сообщенным каналом 14 с рециркуляционным устройством для подмешивания в циклон 7 продувочного газа, и неподвижными спиральными лопастями 15 для закрутки потока рабочего тела в циклоне с угловым градиентом по ходу движения рабочего тела на угол α, равный отношению угла закрутки к осевой длине лопасти, составляющем 200≤grad(α/h)≤720 (град/м).
Корпус каждой блок-секции циклонов 7 снабжен внешними стенками, обеспечивающими возможность компактного размещения на опорной конструкции, в том числе с примыканием друг к другу ответных стенок блок-секций.
Газосепаратор 1 трансформируемо сблокирован с опорной платформой 2 с возможностью горизонтального и/или параллельного основанию платформы 2 размещения на ней в транспортном положении и последующего перевода и фиксации в рабочем положении под углом к указанной платформе 2, т.е. практически совпадающим с направлением силовых линий поля гравитации, преимущественно вертикально, в составе смонтированной установки комплексной подготовки газа на промысле.
Газосепаратор 1 снабжен в нижней части опорным цилиндрическим подстаканником 16, смонтированным на газосепараторе 1 в заводских условиях перед размещением последнего в транспортном положении на опорной платформе 2. Опорная платформа 2 снабжена, по меньшей мере, двумя ложементами 17 с цилиндрической конфигурацией опорной части. Расстояние между внутренними гранями ложементов 17 выполнено не менее внешнего диаметра нижней опорной части подстаканника 16.
Сетчатый агломератор снабжен желобами для сбора отсепарированной жидкой смеси, выполненными в виде сети лотков для отекания. Сборные желоба снабжены не менее чем одним сточным трубопроводом, нижний конец которого заведен в нижнюю придонную часть кубового объема газосепаратора 1.
Сетчатый агломератор выполнен многослойным, состоящим из секций из аэропрозрачных элементов (на чертежах не показаны).
Аэропрозрачные элементы сетчатого агломератора размещены с послойным смещением шага отверстий относительно смежных по высоте аэропрозрачных элементов агломератора.
Аэропрозрачные элементы сетчатого агломератора выполнены с послойно-переменным шагом отверстий по высоте агломератора.
Опорная конструкция, на которой установлен блок циклонов 7, снабжена с нижней стороны коллектором для сбора отсепарированной жидкой смеси и не менее чем одним сточным трубопроводом, нижний конец которого заведен в нижнюю придонную часть кубового объема газосепаратора 1.
По крайней мере, часть циклонов 7 выполнена с левосторонней закруткой потока газа.
По крайней мере, часть циклонов 7 выполнена с правосторонней закруткой потока газа.
Сердечник 13 циклона 7 сообщен с каналом 14 рециркуляционного устройства в нижней его части на участке конфузора 10.
Каждый циклон 7, по меньшей мере, в верхней части диффузора 12 или разгонного участка снабжен выпускными щелями 18 для удаления отсепарированной жидкой смеси, преимущественно, влажного тумана из циклона 7.
Выпускные щели 18 ориентированы параллельно средней продольной оси корпуса циклона 7.
Выпускные щели 18 по внешней стенке корпуса циклона 7 могут быть выполнены спиралевидными.
Внутреннее распределительное устройство снабжено набором неподвижных газораспределяющих пластин (на чертежах не показаны), расстояние между которыми и угол к вектору газового потока, поступающего через штуцер 5 ввода газовой или газожидкостной смеси, приняты обеспечивающими возможность равномерного послойного распределения входящего потока по обе стороны от средней вертикальной диаметральной плоскости распределительного устройства в газосепараторе 1.
Газораспределяющие пластины выполнены переменной ширины, изменяющейся по направлению вектора поступающего потока газа. Газораспределяющие пластины могут быть выполнены криволинейными в плане, в том числе с вогнутостью кривизны, обращенной под углом к вектору распределяемого потока газа.
Сердечник 13 циклона 7 выполнен в виде тела вращения переменного сечения по длине и конструктивно наделен функцией заужения сечения цилиндрического канала ствола 9 циклона 7 между конфузором 10 и диффузором 12, а завихритель 11 расположен между ними.
Завихритель 11, по меньшей мере, в нижней зоне частично совмещен с конфузором 10 и в верхней зоне частично совмещен с диффузором 12.
Предлагаемый комплекс работает следующим образом.
Газосепаратор поставляют на монтажную площадку уложенным в транспортном положении на ложементы 20. В процессе монтажа переводят в вертикальное рабочее положение, размещая опорный подстаканник 18 газосепаратора между ложементами 20, и подключают трубопровод подачи сырого газа к штуцеру 5 газосепаратора 1.
Сырой газ через штуцер 5 ввода сырого газа или газожидкостной смеси поступает в распределительное устройство равномерного распределения потока с антизавихрителем, предназначенное для уменьшения кинетической энергии входного потока и для максимального гравитационного разделения фаз.
Газ, выходящий из распределительного устройства, поступает в сетчатый агломератор, рассчитанный на улавливание конденсационной воды, метанола и механических примесей, а также для отделения части капельной жидкости до попадания в основное каплеотбойное устройство - блок циклонов 7.
Конструкция сетчатого агломератора учитывает требования аэродинамики, поэтому сборные желоба расположены заподлицо с боковой поверхностью стенок для крепления сетчатых секций. Эти желоба обладают высокой производительностью по удалению жидкости и обеспечивают вывод отделившейся жидкости в расположенную ниже секцию.
Газы, насыщенные жидкостью, проходят через секции, вынуждены несколько раз менять направление движения, причем при каждом изменении возникают центробежные силы. Более тяжелые капли жидкости при этом отбрасываются на смоченную поверхность секций, превращаясь из капель в тонкое поверхностное течение. Собирающаяся жидкость затем движется к сборным желобам, которые установлены перпендикулярно потоку газа и имеют сток в сборник жидкости. Из сборных желобов жидкость стекает в кубовый объем газосепаратора для сбора отсепариванной жидкой смеси по сточному трубопроводу, конец которого расположен ниже аварийно низкого уровня отсепарированной жидкой смеси в газосепараторе 1, равном 100 мм.
После сетчатого агломератора газ направляется в блок циклонов 7 для очистки газа от влажного тумана и капель жидкости размером более 10 мкм.
Вначале газ поступает в нижнюю часть циклона 7 - конфузор 10. Затем газ проходит мимо канала 14 рециркуляции в верхнюю часть циклона 7 - диффузор 12. При прохождении через завихритель 11 возникают центробежные силы, отбрасывающие унесенные капли жидкости на стенки циклона 7. Отделенная жидкость в виде капель и тумана удаляется через выпускные щели 18 вместе с 10-15% входящего продувочного газа, так как для устранения опасности засорения выпускных щелей 18 и канала 14 рециркуляции 10-15% потока газа используют в качестве продувочного газа.
Продувочный газ возвращается в циклон 7, после его прохождения через трубу рециркуляции очищается от унесенной жидкости и покидает циклон 7. Из блок-секций блока циклонов 7 жидкость самотеком по сточному трубопроводу поступает в нижнюю придонную часть газосепаратора 1.
Таким образом, за счет повышения производительности и эффективности сепарации газа при совместной работе принятых в изобретении совокупности водоотбойных и влагоотделительных агрегатов, а также технологических параметров циклонов, широко адаптированных к диапазону давлений добываемого газа при длительной эксплуатации углеводородного месторождения с широким спектром фракций, повышаются технико-экономические и экологические показатели заявленного монтажно-транспортного комплекса газосепаратора промежуточного в составе установки комплексной подготовки газа на наземных и шельфовых промыслах, а за счет применения в изобретении полной заводской сборки комплекса и транформируемого сблокирования с опорной платформой достигается сокращение строительно-монтажных работ на месте возведения заявленного комплекса и, как следствие, снижение материалоемкости и трудоемкости монтажа.