СЕПАРАТОР ГАЗА
GAS SEPARATOR

Изобретение относится к области нефтегазового и химического машиностроения, в частности к сепарационным и фильтрационным устройствам. Оно может быть использовано в процессах отделения жидкости и механических примесей от газового потока, преимущественно в установках:
- подготовки природного и попутного газа;
- низкотемпературной сепарации газа;
- переработки газового конденсата;
- компремирования газа, в том числе для очистки воздуха газотурбинных агрегатов;
- абсорберах осушки и очистки газа от примесей и других процессах.
Известны инерционные сепараторы и фильтры для отделения механических примесей и жидкости от газового потока, например инерционный фильтр (Авторское свидетельство №330876, МКИ B01D 45/04, приоритет 22.05.1970), включающий клинообразный корпус с противоположно расположенными отверстиями для входа газа и выхода твердых частиц, боковые стенки которого, сходящиеся к выходу твердых частиц, выполнены в виде жалюзи и разделительной перегородки. Недостатком этого устройства является низкая эффективность сепарации (фильтрации), для повышения эффективности приходится усложнять конструкцию устройства вводом регулируемых перегородок для уменьшения угла набегания газового потока на жалюзи или путем отбора (откачки) части газового потока с примесями.
Известен газожидкостный сепаратор (Авторское свидетельство №1634300, МКИ B01D 45/06, приоритет 16.03.89), предназначенный для отделения жидкости от газового потока путем сил инерции, в котором сужающие пластины гофрированы с переменной высотой гофр и расположены по кольцу на поддоне с центральным отверстием для отбора жидкости. В верхней части пластины закрыты крышкой, примыкающей к корпусу и выполненной с центральным отверстием. Такое техническое решение позволяет увеличить эффективность процесса сепарации на пластинах, однако требует увеличения высоты корпуса аппарата из-за необходимости размещения штуцера входа газа ниже поддона для нормального распределения входного газового потока на сепарационное устройство. Другим недостатком сепаратора является увеличенный вторичный унос жидкости с газовым потоком, т.к. газ и жидкость отбираются на выходе из пластин в прямотоке по цилиндру ограниченного диаметра, а также увеличенное гидравлическое сопротивление устройства из-за многократного изменения направления сепарируемого газового потока, что выводит разделяемые потоки из фазового равновесия.
Известно газораспределительное устройство (Патент РФ №1643030, МПК B01D 3/20, приоритет 31.03.1989) - (прототип), предназначенное для сепараторов газа и массообменных аппаратов и включающее корпус аппарата с размещенной в нем с зазором обечайкой, установленной против патрубка входа газа и выполненной с каналами для прохода газа, сечение которых уменьшается к патрубку входа. Устройство позволяет уменьшить высоту корпуса аппарата, т.к. распределение сепарируемого потока происходит непосредственно против патрубка входа, а сепарация производится непосредственно в обечайке, например, на сетчатом отбойнике, расположенном выше патрубка входа.
Недостатком этого устройства является
- недостаточная эффективность сепарации, т.к. устройство окончательной сепарации установлено на обечайке, площадь которой меньше площади корпуса аппарата, а сепарация распределительного узла низкая, т.к. вход всей газовой смеси выполнен непосредственно на стенку обечайки распределительного узла, что ведет к дополнительному дроблению жидкости;
- рабочим элементом для сепарации является внутренняя стенка корпуса аппарата, которая при наличии механических примесей подвержена эрозии (утоньшению), например, частицами песка, поступающими с газом из скважины;
- значительное гидравлическое сопротивление распределительного устройства от удара входящего потока о стенки обечайки.
Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности процесса сепарации, снижения гидравлического сопротивления сепаратора, повышения его надежности и срока службы.
Технический результат достигается тем, что в сепараторе газа, включающем корпус с патрубками входа смеси, выхода разделенных фаз и расположенных внутри корпуса сепарационной насадки и объемного газораспределительного устройства с каналами для прохода смеси, очищенного газа и отбора отделенных примесей, установленного с зазором к корпусу напротив патрубка входа смеси, объемное газораспределительное устройство выполнено в виде открытого перфорированного клинообразного корпуса, открытое основание которого образует канал входа смеси, а открытая вершина - канал отбора примесей, при этом патрубок входа смеси сепаратора расположен в канале входа смеси объемного газораспределительного устройства, а канал отбора примесей объемного газораспределительного устройства расположен в дренажном желобе или сборнике жидкости сепаратора.
Объемное газораспределительное устройство в вертикальном сепараторе расположено горизонтально, а в горизонтальном сепараторе - вертикально, причем при горизонтальном исполнении его нижняя стенка наклонена в сторону канала отбора примесей.
Патрубок входа смеси расположен во входных каналах нескольких объемных газораспределительных устройств.
Техническое решение позволяет
- повысить эффективность сепарации жидкости и примесей от газового потока за счет двухступенчатой высокоэффективной сепарации смеси на объемном газораспределительном устройстве и сепарационной насадке, установленной за ним по всему поперечному сечению корпуса сепаратора, и рециркуляции части очищенного газового потока эжектированием в проход между патрубком входа смеси корпуса аппарата и каналом входа смеси объемного газораспределительного устройства, а также за счет увеличения площади сепарационного устройства до площади поперечного сечения корпуса аппарата;
- снизить гидравлическое сопротивление объемного газораспределительного устройства за счет направления потока газовой смеси под острым углом к боковой стенке объемного газораспределительного устройства, исключающее дробление жидкости;
- повысить надежность и срок службы сепаратора газа за счет исключения скоростного течения газовой смеси с механическими примесями вдоль корпуса аппарата, т.е. исключения эрозии стенки корпуса.
Заявителю и авторам не известны сепараторы газа, в которых бы повышение эффективности сепарации, снижение гидравлического сопротивления, повышение срока службы и надежности аппарата достигались предложенными авторами техническими решениями.
На фиг.1 изображен общий вид вертикального сепаратора.
На фиг.2 изображен разрез по А-А на фиг.1.
На фиг.3 изображен разрез по Б-Б на фиг.2.
На фиг.4 изображен разрез по В-В на фиг.2.
На фиг.5 изображен общий вид горизонтального сепаратора.
На фиг.6 изображен разрез по Г-Г на фиг.5.
На фиг.7 изображено расположение нескольких объемных газораспределительных устройств на одном патрубке входа смеси сепаратора.
Сепараторы газа, вертикальный и горизонтальный (фиг.1, 5 соответственно), состоят из корпуса 1, патрубков входа смеси 2, выхода очищенного газа 3, выхода жидкости с примесями 4, сепарационной насадки 5, сборника жидкости 6, объемного газораспределительного устройства 7, которое выполнено в виде открытого перфорированного клинообразного корпуса, представляющего собой открытый полый клин, две противоположные стенки 8 которого перфорированы, например, жалюзи (фиг.2, 4, 5), а две другие 9 (фиг.1, 4, 5) стенки выполнены глухими. Открытое основание 10 (фиг.3) клинообразного корпуса объемного газораспределительного устройства 7 образует канал входа смеси, а открытая вершина 11 (фиг.4) - канал отбора примесей, при этом патрубок входа смеси 2 корпуса сепаратора расположен в канале входа смеси 10 объемного газораспределительного устройства 7 (фиг.3), а канал отбора примесей 11 (фиг.4) объемного газораспределительного устройства 7 расположен в дренажном желобе 12 вертикального сепаратора (фиг.1) или сборнике жидкости 6 горизонтального сепаратора (фиг.5). Нижняя глухая стенка 9 (фиг.1) объемного газораспределительного устройства 7, установленного в вертикальном сепараторе, может быть выполнена с наклоном в сторону его открытой вершины - канала отбора примесей 11 (фиг.4). Канал отбора примесей 11 (фиг.4) закреплен пластинами 13 (фиг.4) в дренажном желобе 12 (фиг.1, 4). Открытое основание объемного газораспределительного устройства 7, являющееся каналом входа смеси 10 (фиг.3), образует с патрубком входа смеси 2 корпуса сепаратора проходы для газов рециркуляции 14. В горизонтальном сепараторе (фиг.5) объемное газораспределительное устройство 7, устанавливается таким образом, что его глухие стенки 9 направлены в сторону патрубков выхода очищенного газа 3. Патрубок входа смеси 2 корпуса сепаратора (фиг.1, 5) для уменьшения угла набегания очищаемого потока на перфорированные стенки 8 может быть расположен во входных каналах 10 (фиг.3) нескольких объемных газораспределительных устройств 7 (фиг.7).
Сепаратор газа для отделения жидкости и примесей работает следующим образом.
Поток газа (фиг.1), содержащий капельную жидкость и примеси, подают через патрубок входа смеси 2 корпуса сепаратора в канал входа смеси 10 (фиг.3) объемного газораспределительного устройства 7. Часть газа с жидкостью и примесями направляют за счет сил инерции через канал отбора примесей 11 в дренажный открытый желоб 12 (фиг.1), с которого жидкость и примеси поступают в сборник жидкости 6.
В горизонтальном сепараторе (фиг.5, 6) газожидкостную смесь подают через патрубок входа смеси 2 корпуса сепаратора в канал входа смеси 10 (фиг.3) вертикально расположенного объемного газораспределительного устройства 7, канал выхода смеси 11 которого расположен непосредственно в сборнике жидкости 6.
Основной газовый поток первично сепарируют от жидкости и примесей на инерционном объемном газораспределительном устройстве 7 путем подачи потока газовой смеси под острым углом (7÷10 градусов) к боковой стенке 8 объемного газораспределительного устройства 7, что позволяет частицы механических примесей и капли жидкости, имеющие значительную массу, по сравнению с газом, направить за счет сил инерции в канал отбора примесей 11, а газовый поток отбирать через перфорацию в боковых стенках 8 объемного газораспределительного устройства 7.
После первичной сепарации и распределения газ подают на вторую ступень сепарации - сепарационную насадку 5, где проводят сепарацию мелкодисперсных частиц газового потока.
Для повышения эффективности сепарации часть газового потока после первой ступени сепарации рециркулируют путем эжектирования через проходы для газов рециркуляции 14 (фиг.3).
Очищенный на сепарационной насадке газ, через патрубок выхода газа 3 (фиг.1, 5), направляют потребителю. Отсепарированные жидкость и примеси через патрубок 4 удаляют из сепаратора.
Расположение патрубка входа смеси 2 сепаратора (фиг.1, 5) во входных каналах 10 (фиг.3) нескольких объемных газораспределительных устройств 7 (фиг.7) позволяет уменьшить угол набегания смеси на перфорированные стенки 8 объемного газораспределительного устройства 7 и исключить повторное дробление отделяемых капель жидкости, что особенно важно для аппаратов малого диаметра, в которых отношение диаметра входного патрубка к диаметру аппарата значительно.
Предложенное техническое решение позволило создать высокоэффективный сепаратор газа с улучшенными характеристиками:
- по уменьшению уноса примесей с очищенным газом;
- по снижению гидравлического сопротивления;
- по увеличению срока службы и надежности.