ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ФАКЕЛЬНЫЙ СЕПАРАТОР

Полезная модель относится к нефтегазовой промышленности, в частности к вертикальным факельным сепараторам, предназначенным для предотвращения попадания содержащихся в газе капельной жидкости и твердых частиц в факельные системы.
В ряде случаев факельные (сбросные) системы оборудуются вертикальными сепараторами, совмещенными с факельным стволом либо сбросной трубой, т.е. встроенными в нижнюю часть факельного ствола, либо сбросной трубы [Руководство по безопасности факельных систем, утвержденное приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 26 декабря 2012 г. №779].
Конструкцию и размеры этих сепараторов рекомендуется рассчитывать на максимально возможный аварийный сброс.
Известен широкий ряд конструкций вертикальных сепараторов, содержащих входное устройство газа, выполненное в виде штуцера, штуцер выхода газа, штуцер выхода жидкости и сетчатые отбойные устройства для отделения жидкости от газа [Газосепараторы сетчатые, ЗАО «Нефтьспецконструкция», http://www.nsk-oil.com/catalog/gazoseparatory-setchatye-gs.php], которые могут быть использованы в качестве сепараторов, совмещенных с факельными стволами. Недостатком сепараторов данной конструкции является низкая критическая скорость набегания газа на сетчатую насадку сепаратора. Кроме того, при проектировании такого аппарата на высокие значения расхода сбрасываемого газа диаметр аппарата может превышать значения, удовлетворяющие техническим требованиям проектирования вертикальных аппаратов данного типа.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является вертикальный газовый сепаратор, содержащий цилиндрический корпус с расположенными в нем сепарационными центробежными элементами, устройство входа газа в виде входного штуцера, штуцер выхода газа и штуцер выхода жидкости [Альбом разработок ДОАО ЦКБН, Подольск, 2005, 33 с.; Газосепараторы с центробежными элементами, ЗАО «Нефтьспецконструкция», http://www.nsk-oil.com/catalog/gazoseparatorv-s-centrobezhnymi-elementami.phpl. В данном сепараторе скорость набегания газа на сепарационные центробежные элементы позволяет при приемлемом диаметре аппарата обеспечить очистку  газа при высоких расходах и, соответственно, скоростях течения газа по факельным стволам и сбросным трубам.
Недостатком данного сепаратора является то, что для всех вертикальных конструкций газосепараторов оптимальная (допускаемая) скорость газа в штуцере входа газа составляет не более 30 м/с [РД 0352-151-94 Газосепараторы на базе прямоточных центробежных элементов. Методика технологического расчета. ДОАО ЦКБН, 1994]. Ограничение скорости в штуцере входа газа не позволяет обеспечить проектную скорость в факельных стволах и сбросных трубах (в факельном сепараторе критическая скорость выходного штуцера значительно выше допускаемой скорости в штуцере входа газа).
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является создание конструкции вертикального факельного сепаратора, совмещенного с факельным стволом, обеспечивающей проектную скорость газа в факельном стволе.
Технический результат заключается в обеспечении оптимальной (допустимой) скорости в устройстве входа газа сепаратора при одновременном обеспечении проектной скорости газа в факельном стволе.
гвх
с
гвх
c
Технический результат достигается тем, что в вертикальном факельном сепараторе, содержащем цилиндрический корпус с расположенными в нем сепарационными центробежными элементами, соединенное с факельным коллектором входное устройство газа, штуцер выхода газа и штуцер выхода жидкости, причем входное устройство газа содержит два штуцера входа газа, соединенные через входные патрубки с факельным коллектором, где максимальный диаметр штуцера входа газа соответствует формуле: D≤0,5⋅D, где D - диаметр штуцера входа газа; D - диаметр аппарата, м.
Полезная модель поясняется графически, где на фиг. 1 изображен общий вид вертикального факельного сепаратора, на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1.
гвх
c
гвх
c
Вертикальный факельный сепаратор содержит цилиндрический корпус 1, входное устройство газа, содержащее штуцеры 2 ввода газа, штуцер 3 выхода газа, а также штуцер 4 вывода жидкости, при этом максимальный диаметр штуцера 2 входа газа D не превышает половины диаметра цилиндрического корпуса 1 - D: D≤0,5·D.
В корпусе 1 расположены внутренние устройства 5 для приема газа, состоящие из отклоняющей пластины 6 и сетчатой насадки 7, тарелка 8 с прямоточными центробежными элементами 9 и сливной трубой 10, соединенной со сборником 11 конденсата. Штуцеры 2 входа газа соединены входными патрубками 12 с факельным коллектором 13, а штуцер 3 выхода газа соединен с факельным стволом 14.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Газ, направляемый с высокой скоростью по факельному коллектору 13 на факельную систему и содержащий жидкие примеси (конденсат), разделяется во входных патрубках 12 для подачи газа через штуцеры 2, в результате чего снижается скорость поступления газа в штуцеры 2 до допустимого значения. Газ через входные штуцеры 2 поступает на устройства 5 для приема газа 5, в которых происходит частичное отделение от него конденсата, сбрасываемого в сборник 11. Далее газ очищается от оставшегося в нем конденсата в прямоточных центробежных элементах 9 и направляется через патрубок 3 выхода газа в факельный ствол 14. Отделяемый конденсат по сливной трубе 10 направляется в сборник 11 конденсата и затем через штуцер 4 вывода жидкости выводится из сепаратора.
Данный сепаратор также может быть использован при совмещении со сбросными трубами.
Количество штуцеров 2 входа газа для вертикального факельного сепаратора, совмещенного с факельным стволом, рассчитано следующим образом:
г
3
Зная расход газа поступающего в сепаратор, Q (м/с) можно определить требуемую площадь сечения штуцеров входа:
ГВХ
2
Количество штуцеров входа при этом может быть определено как:  где: S - площадь сечения одного входного штуцера, м.
гвх
гвх
c
При выводе формулы принято, что максимальный диаметр штуцера входа газа  D не может быть больше половины диаметра аппарата, т.е. корпуса 1: D≤0,5⋅D.
гвх
c
Поскольку  а максимальное значение D=0,5⋅D, максимальную площадь сечения штуцера можно выразить через диаметр сепаратора
Таким образом, количество штуцеров входа газа сепаратора определяется по следующей формуле:
Пример 1.
3
3
г
Часовой расход газа в рабочих условиях Qгч=100000 м/ч, диаметр сепаратора - 2,0 м. Расход газа Q=100000/3600=27,78 м/с;
гвх
Принимаем n=2; D=1,0 м
3
Таким образом, для расхода - 100000 м/ч при диаметре сепаратора - 2 м входное устройство газа сепаратора должно содержать 2 штуцера входа газа.
Пример 2:
3
3
Часовой расход газа в рабочих условиях Qгч=200000 м/ч, диаметр сепаратора - 2,4 м. Расход газа равен 200000/3600=55,56 м/с,
гвх
Принимаем n=2; d=1,2 м
3
Таким образом, для расхода - 200000 м/ч при диаметре сепаратора - 2,4 м входное устройство газа сепаратора должно содержать 2 штуцера входа газа.
Пример 3.
3
3
Часовой расход газа в рабочих условиях Qгч=300000 м/ч, диаметр сепаратора - 2,4 м. Расход газа равен 300000/3600=83,33 м/с
гвх
Принимаем n=3; d=1,2 м
3
Таким образом, для расхода - 300000 м/ч при диаметре сепаратора - 2,4 м входное устройство газа сепаратора должно содержать 2 штуцера входа газа.