SU1757703A1 - Барботер - Google Patents

Abstract

Использование барботаж газа через жидкость в сепарационных процессах, Сущность изобретени  барботер содержит распределительную трубу с отверсти ми Отверсти  в трубе расположены горизонтальными продольными р дами в ее нижней части в зонах, симметричных отно сительно вертикальной оси поперечного сечени  трубы между центральными углами 130°и20 °. Проекции отверстий смежных р дов на вертикальную плоскость, проход щую через ось трубы, смещены друг относи- тельно друга, а рассто ние между соседними проекци ми отверстий составл ет не менее 15 диаметров отверстий 3 ил

Description

Изобретение относитс  к области интенсификации и повышени  эффективности сепарационных процессов посредством барботажа газа через жидкость и может быть использовано в нефт ной промышленности на концевых сепарационных установках , а также в других отрасл х промышленности.

Известен струйный смеситель, предназначенный дл  повышени  степени однородности смеси путем обеспечени  равномерности распределени  добавочного компонента по всему поперечному нию корпуса контактного аппарата. Однако при изменении объемов подачи добавочного газового компонента в случае заполнений аппарата жидкостью не удаетс  обеспечить требуемой однородности смеси и заданной дисперсности газовых пузырьков. При увеличении объемов подачи добавочного продукта в аппарат давление в распределительных трубах возрастает и измен етс  структура подачи добавочного

продукта (газа) в жидкую среду При этом (./) мен ютс  услови  распределени  дисперс- л- ной фазы и взаимного контактировани  на границе раздела газ -жидкость. Возрастает В удельный расход газа.

Известно также устройство дл  диспергировани , в котором дл  повышени  эффективности работы путем обеспечени  xj равномерного распределени  диспергируе- СЛ мой среды по длине перфорированной тру- xj бы перфораци  перекрыта эластичным элементом, выполненным в виде ленты, при этом каждый последующий виток ленты пе- рекрывает предыдущий. Равномерность распределени  диспергируемой среды по длине устройства обеспечиваетс  тем, что эластичный элемент имеет одно и то же нат жение по всей длине устройства. Это позвол ет использовать устройство дл  диспергировани  большой длины, снизить расход диспергируемой среды и повысить эффективность работы аппарата, в котором это устройство примен етс . В устройстве

диспергируема  среда подаетс  в перфорированную трубу под давлением и поступает под эластичный бинт в том случае, когда давление среды в трубе превышает усилие нат жени  эластичного элемента, последний раст гиваетс  и диспергируема  среда выходит из устройства через образующуюс  щеть.

Необходимость создани  дополнительного избыточного давлени  в перфорированной трубе отражает один из недостатков устройства, так как это влечет за собой необходимость наличи  источника повышенного давлени . В то же врем  подача газа в качестве диспергируемой среды под давлением приводит к увеличению размера газовых пузырьков при выходе их в среду с низким давлением. При увеличении количества подачи диспергируемого вещества в аппарат равномерность его удельного распределени , в св зи с посто нным числом источников выхода газа, ухудшаетс  и степень диспергировани  снижаетс . Существенным недостатком  вл етс  также наличие эластичного элемента, упругие свойства которого со временем мен ютс , что требует его периодической замены,

Целью изобретени   вл етс  повышение равномерности распределени  пузырьков газа заданной дисперсности по объему жидкости.

Указанна  цель достигаетс  тем, что отверсти  в распределительной трубе расположены горизонтальными продольными р дами в ее нижней части в зонах, симметричных относительно вертикальной оси по- перечного сечени  трубы между центральными углами 130° и 20°, при этом проекции отверстий смежных р дов на вертикальную плоскость, проход щую через ось трубы, смещены друг относительно друга , а рассто ние между соседними проекци ми отверстий составл ет не менее 15 диаметров отверстий.

На фиг. 1 схематически изображен предложенный барботер, общий вид; на фиг. 2 - схема оснащени  концевого нефтегазового сепаратора барботером; на фиг 3 - разрез А-А на фиг. 2.

Барботер имеет подвод щую трубу 1 и распределительную трубу 2, в нижней части которой горизонтальными продольными р дами 1, II, III и IV выполнены отверсти  3. Отверсти  расположены в симметричных относительно вертикальной оси поперечного сечени  трубы зонах секторов а и б между центральными углами 130° и 20°. Рассто ние I между проекци ми отверстий 3 смежных р дов составл ют по горизонтали не менее 15 диаметров отверстий. Предпочтительно , чтобы отверсти  в р дах были расположены друг от друга на одинаковом рассто нии, а продольное смещение отверстий нижних р дов по отношению к отверсти м верхнего р да было выполнено так, чтобы нижележащие отверсти  находились посередине между вышележащими, т.е. образовывали равномерную сетку. Суммарна  площадь отверстий 3 в распределительной

0 трубе 2 предпочтительно должна быть меньше площади сечени  распределительной трубы по крайней мере на пор док. Это позволит избежать в ней повышенных гидравлических сопротивлений. Увеличение этой

5 разницы не ограничиваетс . Барботер может иметь несколько распределительных труб, объединенных в систему, например, в виде параллельных р дов, торов или других приемлемых дл  конкретных случаев гео0 метрических св зей, определ емых технико-технологическими характеристиками аппарата. Поперечное сечение распределительной трубы в отдельных случа х может иметь и другую геометрическую форму, от5 личающуюс  от окружности, например треугольник с основанием в верхней части

Барботер работает следующим образом .

В пусковой период или при возобновле0 нии технологического процесса с применением барботажа аппарат, например газонефт ной сепаратор концевой ступени сепарации, заполнен жидкостью, в которую погружен барботер. Распределитель барбо5 тера также заполнен жидкостью. При осуществлении барботажа газ подаетс  через подвод щую трубу 1 в распределительную трубу 2. По мере поступлени  газа жидкость из распределительной трубы посте0 пенно оттесн етс  к уровню отверстий первого р да I. Граница раздела газ - жидкость устанавливаетс  в одной плоскости против всех отверстий одновременно, поэтому выход газа из распределительной тру5 бы в жидкую среду начинаетс  также одновременно по всей длине При этом преодолеваютс  давление столба жидкости над первым р дом отверстий распределительной трубы, местные гидравлические сопро0 тивлени  в отверсти х и гидравлические сопротивлени  в распределительной трубе При увеличении объема подачи газа через барботер уровень жидкости в распределительной трубе оттесн етс  ниже в парал5 лельную плоскость ко второму р ду отверстий II и противодавление столба жидкости возрастает на величину давлени  столба между р дами I и II. Если отнести это рассто ние дл  условий концевого газонеф- т ного сепаратора к высоте столба жидкости , то оно составит всего 0,5-1,0%. Поэтому практически при том же давлении в газовой зоне распределительной трубы производительность по газу возрастает вдвое, причем пузырьки дополнительного газа будут распредел тьс  в промежуточных объемах жидкости, ранее не охватывавшихс  барботажным газом. Така  же ситуаци  будет наблюдатьс  и при переходе к третьему (III) и четвертому (IV) р дам от- верстий распределительной трубы. При этом противодавление столба жидкости , составл ющее дл  реальных условий основную величину в числе слагаемых давлени  в подвод щей трубе бар- ботера, изменитс  очень незначительно. Следовательно, давление в распределительной трубе возрастает также на несущественную величину, что обеспечит выход пузырьков газа одинаковой дисперсности в широком диапазоне производительности барботера. Таким образом, предлагаема  схема размещени  отверстий в распределительной трубе позвол ет осуществл ть равномерное распределение пузырьков газа одинаковой дисперсности по всей длине распределительной трубы с задаваемым изменением промежуточных рассто ний выхода пузырьков в широком диапазоне производительности и барботера. Неравно- мерность выхода объемов газа через отверсти  в жидкую среду по длине распределительной трубы может быть св зано с вли нием изменени  давлени  по длине трубы за счет гидравлических сопро- тивлений и снижени  расхода газа в св зи с его оттоком через последовательно расположенные отверсти . Расчеты показали, что при осуществлении барботажа в реальных услови х такое вли ние практически отсут- ствует. Дл  барботера, установленного в промысловом нефтегазовом сепараторе, перепад давлени  составит лишь сотые доли миллиметра столба жидкости, что реально обеспечивает функционирование отверстий каждого р да в одинаковых услови х при горизонтальном расположении распределительной трубы.

Необходимость изменени  расхода газа , подаваемого через барботер, например, концевого нефтегазового сепаратора, обусловлена изменением объемов нефти, прохо- д щей через аппарат, ее состава, требований, предъ вл емых к качеству сепарации , изменением состава газа. Така  же потребность может возникать и в других сферах применени  барботера.

Зоны расположени  отверстий в распределительной трубе определены оптимальными услови ми работы барботера.

Центральный угол 130о отсекает круговой сегмент с высотой h, увеличение которой привело бы к резкому возрастанию заполненного жидкостью объема распределительной трубы при работе первого р да отверстий барботера, а следовательно, к прогрессирующему уменьшению проходного сечени  дл  газа. Это св зано со снижением пропускной способности распределительной трубы или увеличением ее диаметра. Центральный угол 20о ограничивает зону расположени  отверстий в распределительной трубе снизу, так как при меньших углах газ будет выходить через отверсти  почти вертикально вниз, а поэтому последовательно выход щие пузырьки будут иметь тенденцию объедин тьс  между собой и укрупн тьс , что приведет к уменьшению количества пузырьков и общей их поверхности и, в итоге, к снижению равномерности распределени  диспергированного газа по объему жидкости с соответствующим ухудшением качества барботажа.

После выхода газовых пузырьков из отверстий первоначально они обтекают поверхность распределительной трубы Отрыв всех пузырьков от поверхности трубы происходит лишь на уровне горизонтальной оси поперечного сечени  трубы и дальнейшее их перемещение (всплывание) происходит по вертикали. При этом, если траектории движени  пузырьков проход т близко одна к другой, может наблюдатьс  их сли ние Наличие этого  влени  засит от рассто ни  между траектори ми и диаметра пузырьков или отверстий. Экспериментально установлено , что дл  раздельного всплывани  пузырьков рассто ние между траектори ми должно составл ть не менее п тнадцати диаметров отверстий, из которых они выход т. Это значит, что рассто ние между соседними проекци ми отверстий на вертикальную плоскость, проход щую через ось трубы, должно составл ть по горизонтали не менее п тнадцати диаметров отверстий.

Схема, представленна  на фиг 2, 3, включает нефтегазовый сепаратор А, оснащенный приемным патрубком 5, патрубками дл  отбора нефти 6, воды 7, газа 8 и барботер, состо щий из системы подвод щих труб 1 и распределительных труб 2,

Установка работает следующим образом .

Продукци  скважин в виде газожидкостной смеси поступает в сепаратор А через приемный патрубок 5. В сепараторе происходит гравитационное разделение смеси на жидкость и газ, а жидкости, в свою очередь, на нефть и воду, после чего нефть отбирают

через патрубок б, воду - через патрубок 7, и газ - через патрубок 8. В сепараторе обычно поддерживают избыточное давление 5-10 кПа. Одним из основных показателей эффективности работы сепараторов  вл етс  количество газа, уносимого потоком нефти, так как этот газ в дальнейшем может выделитьс  из нефти в резервуарах низкого давлени  и через дыхательную арматуру попасть в атмосферу, Поскольку емкость се- паратора невилика, то сепарируема  система в нем практически никогда не происходит в равновесное состо ние. Поэтому с потоком нефти унос тс  невыделившиес  окклюдированные пузырьки газа и газ, наход щийс  в метастабильном состо нии . В дальнейшем наличие этого газа приводит к ухудшению качества подготовки нефти, потер м легких углеводородов нефти и загр знению воздушного бассейна вред- ными выбросами. Барботаж газа через нефть по- звол ет интенсифицировать переход системы Ё равновесное состо ние и принудительно выделить из нефти окклюдирован- ный газ и газ, наход щийс  в метастабильном состо нии. Барботер может быть использован и дл  более глубокой стабилизации нефти в сепараторе. Дл  этого через него в нефть нужно подать сухой углеводородный газ. При этом происходит холодна  отгонка (отдувка) уже более т желых углеводородов и у нефти снижаетс  давление насыщенных паров (ДНП). Уровень стабилизации можно регулировать составом и количеством подаваемого через бар- ботер газа. Эффективность барботажа всецело зависит от равномерности распределени  пузырьков газа по объему нефти, подаваемой в сепаратор.

В некоторых случа х барботаж нефти можно проводить непосредственно в трубе. В этом случае распределительную трубу или систему параллельно расположенных труб помещают в нефт ную трубу на горизонтальном участке. Длина барботера может быть достаточно больших размеров Возможны и другие варианты использовани  барботера.

Особенности конструкции барботера выгодно отличают его от указанного прототипа . Барботер может работать в широком диапазоне производительности при одинаковой дисперсности газовых пузырьков без создани  избыточного давлени  в газовой зоне барботера при высокой однородности распределени  газовых пузырьков в объеме жидкости. Заданный уровень диспергировани  газа приводит к существенному увеличению поверхности контакта газ - нефть, в результате чего происходит интенсивное выделение газа и нефти. Процесс поддаетс  четкому регулированию, при этом эффект наращиваетс  пр мо пропорционально наращиванию производительности подачи газа .

Барботер позвол ет эффективно осуществл ть массообменные процессы и в некоторых случа х может успешно замен ть громоздкие дорогосто щие массообменные аппараты.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Барботер, содержащий распределительную трубу с отверсти ми, отличающийс  тем, что, с целью повышени  равномерности распределени  пузырьков газа заданной дисперсности по объему жидкости , отверсти  в распределительной трубе расположены горизонтальными продольными р дами в ее нижней части в зонах, симметричных относительно вертикальной оси поперечного сечени  трубы между центральными углами 130° и 20°, при этом проекции отверстий смежных р дов на вертикальную плоскость, проход щую через ось трубы, смещены друг относительно друга, а рассто ние между соседними проекци ми отверстий составл ет не менее 15 диаметров отверстий.

   Е-ЭА

   Т

   У

   Тл

   СЕЕЈ

   фиг. 2

   Фиь.З