RU2236888C1

RU2236888C1 - Separator

Info

Publication number: RU2236888C1
Application number: RU2003110367/15A
Authority: RU
Inventors: В.А. Крюков (RU); В.А. Крюков; А.В. Крюков (RU); А.В. Крюков; В.А. Слесарев (RU); В.А. Слесарев; В.А. Симаков (RU); В.А. Симаков; М.М. Муслимов (RU); М.М. Муслимов; С.З. Сабитов (RU); С.З. Сабитов
Original assignee: ЗАО НТК "МодульНефтеГазКомплект"
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2004-09-27

Abstract

FIELD: oil industry; separation of oil and gas in well product gathering and preparation systems.

SUBSTANCE: proposed separator includes housing with coaxial tube having tangential slots and circular slot in its wall, axial swirler, gas-and-liquid mixture supply branch pipe and gas and liquid discharge branch pipes. Swirler is made in form of flat helical twisting unit whose helical surface is made at varying pitch reducing in axial direction of flow of gas-and-liquid mixture and is secured on bush provided with end taper fairings. Located before swirler is disperser of liquid plugs in form of spiral plates mounted near walls; end section of tube is provided with longitudinal slots.

EFFECT: reduction of hydraulic losses; enhanced efficiency of separation.

1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для разделения газожидкостных смесей и может быть использовано для разделения продукции скважин в системе сбора и подготовки продукции скважин, для сепарации газов, направляемых на сжигание.The invention relates to a device for separating gas-liquid mixtures and can be used for separating well products in a system for collecting and preparing well products, for separating gases for combustion.

Известен также влагоотделитель, содержащий входной патрубок, корпус аппарата, аксиальный завихритель, на лопастях которого установлены пластины под углом 30...60°, входной патрубок [Обзорная информация “Вихревые газожидкостные сепараторы”, серия “Машины и нефтяное оборудование”, выпуск 1(40), М., 1984 г., с14-15].A moisture separator is also known, which contains an inlet pipe, an apparatus casing, an axial swirl, on the blades of which plates are installed at an angle of 30 ... 60 °, an inlet pipe [Overview “Vortex gas-liquid separators”, series “Machines and oil equipment”, issue 1 ( 40), M., 1984, s14-15].

Недостатком устройства является то, что установка пластин на лопастях завихрителя создает дополнительное гидравлическое сопротивление, а образовавшаяся при этом жидкость будет захватываться и дробиться основным газовым потоком, что приводит к снижению эффективности сепарации.The disadvantage of this device is that the installation of plates on the blades of the swirl creates additional hydraulic resistance, and the resulting liquid will be captured and crushed by the main gas stream, which leads to a decrease in the separation efficiency.

Известен также сепаратор АЗГАЗ, включающий горизонтальный цилиндрический корпус с конической входной и выходной частями, патрубками ввода газожидкостной смеси и вывода газа. В корпусе размещен ряд диффузоров, а перед последним диффузором установлен завихритель с 2-стадийной системой лопастей. Отвод жидкости из корпуса осуществляется через дренажные каналы (патрубки), размещенные под диффузорами и завихрителем [Рекламный проспект фирмы “MERPRO” AZGAZ].A gas separator AZGAZ is also known, including a horizontal cylindrical body with a conical inlet and outlet parts, nozzles for introducing a gas-liquid mixture and a gas outlet. A number of diffusers are placed in the housing, and a swirl with a 2-stage blade system is installed in front of the last diffuser. Fluid is drained from the housing through drainage channels (nozzles) located under diffusers and swirl [MERPRO AZGAZ company brochure].

Недостатком этого устройства является то, что при попадании газа из меньшего сечения в большее резко снижается давление газа, а это приводит к испарению части капельной жидкости. Установленные по длине сепаратора диффузоры, при их числе не менее 3-х, создают дополнительные гидравлические сопротивления, что способствует образованию дополнительных вихревых потоков перед каждым диффузором. Эти потоки способствуют испарению капельной жидкости и смешению газа с этой жидкостью перед вводом в очередной диффузор или завихритель, что приводит к повышению гидравлического сопротивления и тем самым к снижению эффективности сепарации газожидкостной смеси.The disadvantage of this device is that when a gas enters from a smaller section into a larger one, the gas pressure sharply decreases, and this leads to the evaporation of part of the droplet liquid. The diffusers installed along the length of the separator, with at least 3 of them, create additional hydraulic drags, which contributes to the formation of additional vortex flows in front of each diffuser. These flows contribute to the evaporation of the droplet liquid and gas mixing with this liquid before entering the next diffuser or swirl, which leads to an increase in hydraulic resistance and thereby to a decrease in the separation efficiency of the gas-liquid mixture.

Известен центробежный сепаратор, включающий вертикальный цилиндрический корпус с коаксиально установленной трубой, патрубки ввода газожидкостной смеси, вывода газа и отвода жидкости из межтрубного пространства, завихритель [Мильштейн Л.М. и др. “Нефтегазопромысловая сепарационная техника”, Справочное пособие, М.: Недра, 1991 г., с. 69-70, рис. 22 в].A centrifugal separator is known, including a vertical cylindrical body with a coaxially mounted pipe, nozzles for introducing a gas-liquid mixture, gas outlet and liquid outlet from the annulus, swirler [Milstein L.M. and others. "Oil and gas separation technology", Reference manual, M .: Nedra, 1991, p. 69-70, fig. 22 in].

Недостатком конструкции является то, что поток газожидкостной смеси при входе в сепаратор сразу меняет направление, что приводит к дополнительным гидравлическим потерям, к нарушению осесимметричного распределения скоростей при входе в завихритель, что снижает эффективность закручивания потока и ведет к росту гидравлических потерь, увеличению турбулентности потока и дополнительному диспергированию жидкой фазы, что затрудняет ее удаление. В конечном итоге это приводит к снижению эффективности сепарации.The design flaw is that the flow of the gas-liquid mixture at the inlet to the separator immediately changes direction, which leads to additional hydraulic losses, to a violation of the axisymmetric velocity distribution at the entrance to the swirl, which reduces the efficiency of swirling the flow and leads to an increase in hydraulic losses, increased turbulence of the flow and additional dispersion of the liquid phase, which makes it difficult to remove. Ultimately, this leads to a decrease in separation efficiency.

Наиболее близким к заявленному является сепаратор для отделения капельной жидкости от газового пока, содержащий цилиндрический корпус с коаксиально установленным внутри корпуса сепарационным стаканом (трубой), в стенке которого выполнены тангенциальные щели и кольцевая щель, образованная козырьком тороидального отсекателя и кромкой стакана, аксиальный многолопастной завихритель, газоотводящую трубку, один конец которой размещен в центре завихрителя, другой - выведен в кольцевую полость (межтрубное пространство) сепаратора, патрубки ввода газожидкостной смеси, вывода газа и отвода жидкости из межтрубного пространства [Обзорная информация, серия “Машины и нефтяное оборудование”, “Вихревые газожидкостные сепараторы”. Вып. 1(40), М., 1984 г., с.14-15, 18].Closest to the claimed one is a separator for separating droplet liquid from the gas so far, containing a cylindrical body with a separation cup (pipe) coaxially mounted inside the body, in the wall of which there are tangential slots and an annular gap formed by the peak of the toroidal cutter and the edge of the glass, an axial multiblade swirler, a gas outlet tube, one end of which is located in the center of the swirl, the other is brought into the annular cavity (annulus) of the separator, nozzles introducing a gas-liquid mixture, withdrawing gas and draining liquid from the annulus [Overview, Series “Machines and Petroleum Equipment”, “Vortex Gas-Liquid Separators”. Vol. 1 (40), M., 1984, pp. 14-15, 18].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании сепаратора, относится то, что отсекатель создает дополнительное гидравлическое сопротивление движению газового потока, а незначительная длина завихрителя и большой угол расположения лопаток не обеспечивают эффективного закручивания скоростного потока, что приводит к снижению эффективности сепарации газожидкостной смеси. Соединение газоотводящей трубкой межтрубного пространства с осевой частью потока способствует попаданию капельной жидкости в газожидкостной поток. При появлении газожидкостных пробок при таком конструктивном исполнении сепаратора не будет обеспечена сепарация ГЖС.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a separator include the fact that the cutter creates additional hydraulic resistance to the movement of the gas stream, and the insignificant length of the swirler and the large angle of the blades do not provide effective swirling of the high-speed flow, which reduces the efficiency of separation of the gas-liquid mixture . The connection of the annulus of the annulus with the axial part of the flow contributes to the drip fluid entering the gas-liquid flow. If gas-liquid plugs appear with such a design of the separator, GHS separation will not be ensured.

Задача изобретения - снижение гидравлических потерь при сепарации газожидкостной смеси.The objective of the invention is the reduction of hydraulic losses during the separation of the gas-liquid mixture.

Технический результат - повышение эффективности сепарации газожидкостной смеси.EFFECT: increased efficiency of gas-liquid mixture separation.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном сепараторе, включающем корпус с коаксиально установленной внутри корпуса трубой, в стенке которой выполнены тангенциальные щели и кольцевая щель, аксиальный завихритель, патрубки ввода газожидкостной смеси, вывода газа и отвода жидкости из межтрубного пространства, особенность заключается в том, что завихритель выполнен в виде плоского винтового закручивающего устройства, винтовая поверхность которого выполнена с переменным шагом, уменьшающимся в осевом направлении потока газожидкостной смеси, и закреплен на втулке, снабженной торцевым конусными обтекателями, при этом перед завихрителем размещен диспергатор жидкостных пробок, выполненный в виде пристенных спиральных пластин, а в концевой части трубы выполнены продольные щели.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in a known separator comprising a housing with a pipe coaxially mounted inside the housing, in the wall of which there are tangential slots and an annular gap, an axial swirler, nozzles for introducing a gas-liquid mixture, gas outlet and liquid outlet from the annulus, the peculiarity lies in the fact that the swirl is made in the form of a flat screw twisting device, the screw surface of which is made with a variable pitch, reducing yuschimsya axially flow gas-liquid mixture, and is fixed to the hub provided with mechanical cone fairing, with a swirler disposed before the dispersant liquid slugs formed as a spiral of wall plates, and in the end portion of the pipe are made longitudinal slots.

Выполнение винтовой поверхности завихрителя с переменным шагом, уменьшающимся в осевом направлении потока газожидкостной смеси, и закрепление его на втулке с торцевыми конусными обтекателями обеспечивает снижение гидравлических потерь, возникающих вследствие вихреобразования и отрыва потока на винтовой поверхности завихрителя. Поток входит в завихритель со степенью закрутки, близкой к нулю, и постепенно закручивается в межвинтовом канале завихрителя до требуемой степени. За счет постоянного закручивающего воздействия винтовой поверхности завихрителя на поток предотвращается образование зон с отрывом потока от поверхности трубы и вихреобразование, что приводит к повышению эффективности сепарации газожидкостного потока.The implementation of the screw surface of the swirl with a variable pitch, decreasing in the axial direction of the gas-liquid mixture flow, and fixing it on the sleeve with end conical fairings provides a reduction in hydraulic losses resulting from vortex formation and flow separation on the swirl surface of the swirl. The flow enters the swirl with a degree of swirl close to zero, and gradually swirls in the inter-screw channel of the swirl to the required degree. Due to the constant twisting effect of the screw surface of the swirler on the flow, the formation of zones with separation of the flow from the pipe surface and vortex formation is prevented, which leads to an increase in the efficiency of gas-liquid flow separation.

Размещение диспергатора жидкостных пробок, выполненного в виде пристенных спиральных пластин, перед завихрителем способствует при появлении жидкостных пробок в потоке их диспергированию и создает при этом гомогенный газожидкостной поток. За счет действия центробежных сил пробка жидкости разбивается, при этом поток газа, идущий за пробкой жидкости, пробивается по середине образовавшегося жидкостного потока и затем вновь смешивается с жидкостью, образуя гомогенную газожидкостную смесь. Это способствует повышению эффективности сепарации.The placement of the disperser of the liquid plugs, made in the form of wall spiral plates, in front of the swirler contributes to the dispersion of the liquid plugs in the flow, and creates a homogeneous gas-liquid flow. Due to the action of centrifugal forces, the liquid plug breaks, while the gas flow following the liquid plug breaks through the middle of the formed liquid flow and then mixes with the liquid again, forming a homogeneous gas-liquid mixture. This improves separation efficiency.

Выполнение продольных прорезей в концевой части трубы способствует дальнейшему отбору оставшейся жидкости, т.к. процесс оседания капель жидкости на стенку труб сохраняется вследствие продолжающегося закручивающего действия потока за счет действия центробежных сил потока.The implementation of longitudinal slots in the end of the pipe contributes to the further selection of the remaining fluid, because the process of sedimentation of liquid droplets on the pipe wall is maintained due to the ongoing twisting action of the flow due to the action of centrifugal flow forces.

На чертеже показан сепаратор, общий вид.The drawing shows a separator, General view.

Сепаратор содержит цилиндрический корпус 1, патрубки ввода газожидкостной смеси 2, вывода газа 3 и отвода жидкости 4 из межтрубного пространства. В корпусе 1 коаксиально установлена труба 5, в которой размещен аксиальный завихритель 6. Завихритель 6 закреплен на втулке 7, последняя снабжена торцевыми конусными обтекателями 8.The separator comprises a cylindrical body 1, nozzles for introducing a gas-liquid mixture 2, a gas outlet 3 and a liquid outlet 4 from the annulus. In the housing 1, a pipe 5 is coaxially installed, in which an axial swirler is placed 6. The swirl 6 is mounted on the sleeve 7, the latter is equipped with end conical fairings 8.

В стенке трубы 5 выполнены тангенциальные щели 9 и кольцевая щель 10, перед завихрителем 6 размещен диспергатор жидкостных пробок 11. В концевой части трубы 5 выполнены продольные щели 12. Труба 5 закреплена с корпусом 1 рядом ребер жидкости 13, обеспечивающих восприятие осевых нагрузок, и упругих ребер 14, компенсирующих температурные напряжения, возникающие в корпусе 1 и трубе 5. Патрубок 15 предназначен для отпарки межтрубного пространства с целью удаления асфальтосмолистых веществ, парафиновых углеводородов и мехпримесей.Tangential slots 9 and an annular slit 10 are made in the wall of the pipe 5, a disperser of liquid plugs 11 is placed in front of the swirl 6. Longitudinal slots 12 are made in the end part of the pipe 5. The pipe 5 is fixed to the housing 1 by a number of liquid ribs 13, which provide axial loads and elastic ribs 14, compensating for temperature stresses arising in the housing 1 and the pipe 5. The pipe 15 is designed for stripping of the annular space in order to remove asphalt-resinous substances, paraffin hydrocarbons and solids.

Сепаратор работает следующим образом.The separator works as follows.

Газожидкостная смесь (ГЖС) от нефтяных скважин через патрубок 2 поступает в трубу 5, проходит через диспергатор жидкостных пробок 11, и при наличии жидкостных пробок последние диспергируются, и за счет действия центробежных сил пробка жидкости разбивается. При этом на участке трубы от входа ГЖС до диспергатора и от диспергатора до завихрителя происходит предварительная гидродинамическая стабилизация ГЖС. Затем, двигаясь вдоль винтовой поверхности завихрителя 6, по мере уменьшая шага винтовой поверхности завихрителя в осевом направлении потока последний постепенно закручивается. Капли жидкости под действием центробежных сил вращающегося потока сепарируются на стенке трубы 5. Для повышения эффективности сепарации и уменьшения гидравлического сопротивления поток направляется через тангенциальные щели 9 в кольцевую щель 10, где предотвращается “вторичный” унос капель жидкости. Отсепарированная жидкость стекает в межтрубное пространство и далее отводится через патрубок 4. Для окончательного отделения жидкости от газового потока очищаемый газ попадает на конечный участок трубы 5 с продольными щелями 12, через которые жидкость отводится в межтрубное пространство. Очищенный газ удаляется из трубы 5 через патрубок 3.The gas-liquid mixture (GHS) from oil wells through the pipe 2 enters the pipe 5, passes through the disperser of the fluid plugs 11, and in the presence of fluid plugs, the latter are dispersed, and due to the action of centrifugal forces, the fluid plug breaks. At the same time, preliminary hydrodynamic stabilization of the GHS occurs in the pipe section from the entrance of the GHS to the dispersant and from the dispersant to the swirl. Then, moving along the helical surface of the swirler 6, with decreasing pitch of the helical surface of the swirl in the axial direction of the flow, the latter is gradually twisted. Liquid droplets under the action of centrifugal forces of a rotating flow are separated on the pipe wall 5. To increase the separation efficiency and reduce hydraulic resistance, the flow is directed through the tangential slots 9 into the annular gap 10, where the “secondary” entrainment of liquid droplets is prevented. The separated liquid flows into the annulus and then is discharged through the nozzle 4. For the final separation of the liquid from the gas stream, the gas to be purified enters the final section of the pipe 5 with longitudinal slots 12, through which the liquid is discharged into the annulus. The purified gas is removed from the pipe 5 through the pipe 3.

По мере накопления в межтрубном пространстве асфальтосмолистых веществ, парафиновых углеводородов и мехпримесей их удаляют отпаркой паром, подаваемым через патрубок 15.As accumulation in the annulus of asphalt-resinous substances, paraffin hydrocarbons and impurities, they are removed by stripping with steam supplied through the pipe 15.

Таким образом, за счет размещения перед завихрителем диспергатора жидкостных пробок, выполненных в виде пристенных спиральных пластин, и выполнения винтовой поверхности завихрителя с переменным шагом, уменьшающимся в осевом направлении потока газожидкостной смеси, обеспечивается снижение гидравлических потерь и эффектная сепарация газожидкостной смеси. Сепаратор промышленно применим, т.к. все узлы и детали выпускаются промышленностью.Thus, by arranging liquid plugs in the form of wall spiral plates in front of the swirling disperser and making the screw surface of the swirl with a variable pitch decreasing in the axial direction of the gas-liquid mixture flow, hydraulic losses are reduced and effective separation of the gas-liquid mixture is provided. The separator is industrially applicable since all components and parts are manufactured by industry.

Claims

A separator comprising a cylindrical body with a pipe coaxially mounted inside the body, in the wall of which there are tangential slots and an annular gap, an axial swirler, nozzles for introducing a gas-liquid mixture, gas outlet and liquid outlet from the annulus, characterized in that the swirl is made in the form of a flat screw screw device, the helical surface of which is made with a variable pitch, decreasing in the axial direction of the gas-liquid mixture flow, and mounted on a sleeve equipped with a torus central conical fairings, while in front of the swirl is placed a disperser of liquid plugs made in the form of wall spiral plates, and longitudinal slots are made in the end part of the pipe.