Сепаратор для відокремлення газу від рідини

1. Сепаратор для відокремлення газу від рідини, що містить корпус у вигляді вертикальної колони, вхідний патрубок газонасиченої рідини з роздавальним колектором, вихідний патрубок дегазованої рідини з поплавковим клапаном, вихідний патрубок відокремленого газу, а також сепараторну секцію колони, що складається з сепараторних пластин, розміщених всередині корпуса колони, який відрізняється тим, що вхідний патрубок газонасиченої рідини підведений в корпус тангенціально до його внутрішньої поверхні, роздавальний колектор доповнений гідродинамічним пристроєм, виконаним з роздавальним колектором як єдиний вузол, колона на її верхньому фланці доповнена охолоджувально-конденсуючим пристроєм, верхній - ви хідний, отвір якого оснащений прохідним витяжним пневматичним насосом, нижній - вхідний, отвір оснащений аварійним поплавковим клапаном, а в сепараторній секції колони по її вертикальній осі встановлений автоматичний поплавково-клапанний регулятор рівня рідини в колоні. 2. Сепаратор за п. 1, який відрізняється тим, що роздавальний колектор і гідродинамічний пристрій, виконані як єдиний вузол, складаються з верхнього горизонтального кільцевого фланця, вертикальної, прикріпленої співвісно до фланця, труби діаметром, меншим за внутрішній діаметр корпуса колони на дві ширини робочого каналу колектора, що рівна діаметру вхідного патрубка колони, з дугоподібних рівношироких по радіусу і нерівнодовгих по дузі похилих пластин безпосередньо колектора, які своїми нижніми крайками переходять у верхні крайки спірально-низхідних пластин безпосередньо гідродинамічного пристрою, навитих на вертикальну трубу, в кількості, рівній кількості пластин сепараторної секції, у ви гляді вертикального 2 (19) 1 3 82692 4 ється, всі порожнини обох типів посудин з'єднані дугоподібні клапанні отвори рідинного каналу в послідовно між собою патрубками, до найнижчої і кількості і орієнтації, відповідних кількості і орієннайвищої з них підведені підвідна і відвідна труби тації пластин сепараторної секції та кількості повсистеми водяного охолодження, а зовнішнім корзунів клапана, в середній зоні дисків виконані пусом пристрою є частина корпуса колони в межах отвори газового каналу, а за допомогою нижньої пристрою та верхній фланець колони, обладнані ковзаючої втулки увесь кулісний механізм з'єднапластинами радіаторів повітряного охолодження. ний з верхнім кінцем штока поплавково8. Сепаратор за п. 1, який відрізняється тим, що клапанного регулятора рівня рідини в колоні. поплавково-клапанний регулятор рівня рідини в 10. Сепаратор за п. 1, який відрізняється тим, що колоні складається з рухомого штока, встановлеаварійний поплавковий клапан виконаний у вигляного вертикально по осі колони у кільцевих напряді круглої двоопуклої порожнистої пробкимних, прикріпленої до його нижнього кінця конуспоплавка з пружним, нерозчинним, термостійким ної пробки вихідного патрубка дегазованої рідини, покриттям, вільно підвішеної через отвори свого поплавка, встановленого на штоку безпосередньо периферійного фланця на вертикальних стрижнях, над пробкою, і важільно-повзункового вхідного закріплених верхніми кінцями до охолоджувальноклапана рідини з кулісним приводом типу конденсуючого пристрою навколо його вхідного ″пантограф", встановленого на верхній частині отвору, а нижні кінці яких обладнані стопорами, що штока. в штатному режимі роботи сепаратора фіксують 9. Сепаратор за п. 8, який відрізняється тим, що аварійний клапан відкритим. важільно-повзунковий клапан виконаний з двох 11. Сепаратор за п. 1 або 8, або 9, який відрізняідентичних дисків, скріплених між собою через ється тим, що нижня частина сепаратора, признатретій, проміжний, диск і разом жорстко закріплечена для накопичення в ній заданого рівня рідини, них у корпусі колони між фланцями гідродинамічі в межах якої функціонує поплавок автоматичного ного пристрою і сепараторної секції, а також із регулятора рівня рідини в колоні, виконана діаместрижня, перпендикулярно і жорстко закріпленого тром, який перевищує діаметр решти колони не по центру дисків з посадженими на нього рухомо менше, ніж на дві величини її діаметра, днище і верхньою і нижньою ковзаючими втулками, які за верхня зона цієї частини виконані конічними за допомогою своїх вушок і кулісних важелів з'єднані формою, а центральна частина днища обладнана з вушками повзунів клапана, встановлених між отвором і пристроєм для періодичного видалення верхнім і нижнім дисками у прямокутних вирізах з колони бруду і твердих домішок відстою. проміжного диска, усі диски мають по периферії Винахід відноситься до геотермальної енергетики і може знайти застосування в нафтогазовидобуванні, в нафтопереробній та в хімічній промисловостях і у водопостачанні з метою очищення рідини від супутнього чи розчиненого в ній газу, а також для подальшого використання відокремленого газу в якості енергоносія або в якості промислової сировини. Відомі сепаратори геотермальної води і нафти від газу, які містять горизонтальний або вертикальний корпус у вигляді колони і змонтовані у ньому вхідний патрубок насиченої газом геотермальної води або нафти (далі - рідини) систему пласких поверхонь у вигляді похилих або горизонтальних суцільних або перфорованих пластин, що каскадно встановлені одна під одною в колоні, а також вихідні патрубки дегазованої рідини і відокремленого газу. Найбільш близьким аналогом пристрою, що заявляється, вибраний як прототип вертикальний сепаратор нафти від газу, що містить корпус у вигляді колони і змонтовані в ньому вхідний патрубок насиченої газом рідини з роздавальним колектором у вигляді тр уби, перпендикулярно прикріпленої до вхідного патрубка, з щільовим отвором у ній, систему пласких похилих сепараторних пластин, послідовно одна під одною каскадно розміщених по висоті колони, вихідний патрубок дегазованої рідини з поплавковим пристроєм для перекриття вихідного отвору, ви хідний патрубок газу з встановленими перед ним решітчастою перегородкою та жалюзним краплевловлювачем ["Справочная книга по добыче нефти" под ред. Ш.К. Гиматудинова, Москва, Недра, 1974]. Суттєвими недоліками відомого сепаратора є: 1. Недостатній ступінь відокремлення (сепарації) газу з рідини через недостатню довжину траєкторії, по якій одним суцільним потоком з пластини на пластину стікає рідина. Так, при 7-ми пластинах у прототипу довжина траєкторії не може перевищувати довжини 6-7 діаметрів колони. 2. Недостатній ступінь очистки відокремленого газу від парів і дрібних крапель рідини, що існують всередині колони у вигляді паро-газової суміші, через високу температур у поступаючої у колону рідини, для конденсації яких необхідне відсутнє у відомому сепараторі охолодження, а наявний жалюзний краплевловлювач відбиває тільки значні за розміром краплини. 3. Наявність шкідливого явища взаємного захва ту і виносу частинок рідини газом і частинок газу рідиною зустрічними потоками рідини і газу, тісно контактуючими у вузьких проходах між пластинами і корпусом колони. 4. Наявна можливість аварійного проникнення рідини, яка піддається сепарації, у ви хідний газовий тракт або підняття рідини в колоні до рівня, який занурює декілька сепараторних пластин і порушує режим сепарації, через відсутність пристроїв для регулювання заданого рівня рідини в 5 82692 6 колоні, оскільки наявний поплавковий механізм щення цього пристрою. Пластини сепараторної регулює тільки відтік рідини і не регулює її притоку, секції виконані таким чином, що їх ширина від найа недостатній діаметр корпуса колони в зоні регувищої крайки, де вона рівна ширині пластин гідролюючих переміщень поплавкового приводу не задинамічного пристрою, до найнижчої рівномірно безпечує плавності, стабільності і надійності робозбільшується до величини внутрішнього радіуса ти механізму при частих коливаннях кількості і корпуса колони за відрахуванням величини радіушвидкості поступаючої у колону рідини. са штока поплавкового регулятора рівня рідини в 5. Наявність перешкоди виділенню з рідини колоні, встановленого по вертикальній вісі колони. окремих за розміром і фізичним станом фракцій Пластини сепараторної секції по усій довжині їх бульбашок газу через надлишковий тиск, створювнутрішніх крайок обладнані буртиками висотою ваний поступаючою в колону рідиною і вміщеним у не вище 1/3 відстані між сусідніми пластинами по ній газом. висоті. Пластини сепараторної секції від верхньої 6. Відсутність у колоні зони відстою, а також крайки до двох третин по довжині виконані гладпристроїв для збору та періодичного видалення з кими і суцільними, а від двох третин до нижньої колони бруду і твердих домішок рідини, яка прохокрайки - перфоровані отворами з виїмками перед дить через колону. кожним отвором з його більш високо розташованоВ основу винаходу поставлена задача вдоского краю. Сепаратор додатково оснащений охолоналення сепаратора, в якому шляхом доповнення джувально-конденсуючим пристроєм, змонтовайого вузлами гідродинамічного пристрою, автоманим усередині колони на її верхньому фланці, і тичного регулятора рівня рідини, охолодження і який складається з почергової комбінації двох тиконденсації крапель, витяжним пневмонасосом та пів порожнистих посудин - двовігнути х і двоопукмодифікації конструкції роздавального колектора і лих з зазором між ними, котрий являє собою об'сепараторної секції забезпечується круговий рух ємний лабіринт, який почергово звужується і рідини і дія на неї відцентрових сил, а відокремлерозширюється, всі порожнини обох типів посудин ний газ транспортується назовні витяжним насоз'єднані послідовно між собою патрубками, до сом. За рахунок цього збільшується продуктивнайнижчої і найвищої з них підведені підвідна і ність сепаратора, його к.к.д. і стабільність та відвідна труби системи водяного охолодження, а надійність в роботі. зовнішнім корпусом пристрою є частина корпуса Поставлена задача вирішується тим, що в секолони в межах пристрою та верхній фланець копараторі для відокремлення газу від рідини, що лони, обладнані пластинами радіаторів повітряномістить корпус у вигляді вертикальної колони, вхіго охолодження. Між вихідним патрубком газу і дний патрубок газонасиченої рідини з роздавальотвором у центрі верхнього фланця корпуса колоним колектором, вихідний патрубок дегазованої ни встановлений прохідний витяжний пневматичрідини з поплавковим клапаном, вихідний патруний насос. Сепаратор оснащений автоматичним бок відокремленого газу, а також сепараторну секпоплавково-клапанним регулятором рівня рідини в цію колони, що складається з сепараторних пласколоні, котрий складається з рухомого штока, вертин, розміщених всередині корпуса колони, згідно тикально встановленого по вісі колони у кільцевих з винаходом вхідний патрубок газонасиченої рідни направляючих, прикріпленої до його нижнього кінпідведений в корпус тангенціально до його внутця конусної пробки випускного патрубка рідини, рішньої поверхні, роздавальний колектор, розміпоплавка, встановленого на штоці безпосередньо щений за вхідним патрубком, виконаний кільцевим над пробкою, а до верхнього кінця штока приєднаі розділеним на канали і похилими дугоподібними, ного важільно-повзункового вхідного клапана рідирозміщеними одна під одною роздавальними плани з кулісним приводом типу "пантограф". Важільстинами, виконаними по ширині, рівними ширині но-повзунковий клапан виконаний з двох робочого каналу колектора, а сепараторні пластиідентичних дисків, скріплених між собою через ни виконані у вигляді спірально-низхідних доріжок, третій, проміжний, диск і разом жорстко закріплезовнішніми крайками прикріплених до внутрішньої них у корпусі колони між фланцями гідродинамічповерхні корпуса колони в межах сепараторної ного пристрою і сепараторної секції, а також із секції, які утворюють собою вертикальний багатострижня, перпендикулярно і жорстко закріпленого заходний шнек з каналами між пластинами у кільпо центру дисків з посадженими на нього рухомо кості, яка співпадає з кількістю каналів роздавальверхньою і нижньою ковзаючими втулками, які за ного колектора. Роздавальний колектор допомогою своїх провушин і кулісних важелів з'єддоповнений гідродинамічним пристроєм, виконанані з провушинами повзунів клапана, встановленим як єдиний з колектором вузол, що складається них між верхнім і нижнім дисками у прямокутних з верхнього горизонтального кільцевого фланця і вирізах проміжного диску, усі диски мають по певертикальної, прикріпленої до фланця, труби діариферії дугоподібні клапанні отвори рідинного каметром, меншим за внутрішній діаметр корпуса налу в кількості і орієнтації, відповідних кількості і колони на дві ширини робочого каналу колектора, орієнтації пластин сепараторної секції та кількості рівношироких спірально-низхідних пластин у кільповзунів клапана, в середній зоні дисків виконані кості, рівній кількості пластин сепараторної секції, отвори газового каналу, а за допомогою нижньої навитих на трубу у вигляді вертикального багатоковзаючої втулки увесь кулісний механізм з'єдназаходного шнека з зовнішнім діаметром, рівним ний з верхнім кінцем штока поплавкововнутрішньому діаметру корпуса колони з допуском клапанного регулятора рівня рідини в колоні. Вхідна вільну посадку пристрою в її корпус, який одноний отвір охолоджувально-конденсуючого причасно є зовнішнім корпусом гідродинамічного пристрою обладнаний аварійним поплавковим клапастрою і роздавального колектора в межах розміном, виконаним у вигляді круглої двоопуклої, 7 82692 8 порожнистої пробки-поплавка з пружним, нерозНа Фіг.7 - схема взаємного розташування плачинним, термостійким покриттям, вільно підвішестин 2-х виткового варіанта сепараторної секції ної через отвори свого периферійного фланця на для 4-х канального варіанта сепаратора; вертикальних стрижнях, прикріплених верхніми На Фіг.8 - загальний вигляд пристрою автомакінцями до охолоджувально-конденсуючого притичного регулятора рівня рідини в корпусі сепарастрою навколо його вхідного отвору, а нижні кінці тора; яких обладнані стопорами, що фіксують аварійний На Фіг.9-12 - форма деталей безпосередньо клапан в штатному режимі роботи сепаратора відклапана, що входить до складу автоматичного критим. Нижня частина сепаратора, призначена регулятора рівня рідини в сепараторі для 4-х кадля накопичення в ній заданого рівня рідини і в нального варіанта сепаратора; межах якої функціонує поплавок автоматичного На Фіг.13 і 14 - охолоджувально-конденсуючий регулятора рівня рідини в колоні, виконана діамепристрій сепаратора в зовнішньому корпусі і внуттром, який перевищує діаметр решти колони не рішній блок пристрою відповідно. менше ніж на дві величини її діаметра, днище і Сепаратор (Фіг.1 і 2), містить корпус у вигляді верхня зона цієї частини виконані конічними за колони, який складається із окремих секцій: нижформою, а центральна частина днища обладнана ньої секції 1, призначеної для накопичення в ній і отвором і пристроєм для періодичного видалення підтримання необхідного рівня рідини (геотермаз колони бруду і твердих домішок відстою. льної води, нафти або іншої), сепараторної секції Таким чином досягається очікуваний технічний 2, середньої секції 3 для розміщення в ній роздарезультат, а саме: забезпечується підвищення вального колектора і гідродинамічного пристрою ступеня вилучення газу з геотермальної води або та верхньої секції 4 колони, призначеної для рознафти, насичених природним газом, за рахунок міщення в ній охолоджувально-конденсуючого механічного розділення вхідного потоку рідини на пристрою і верхнього фланця 5. Завершенням декілька окремих потоків і сепарація кожного з них колони є встановлений на його верхньому фланці окремо від інших при меншій товщині рухомого витяжний пневматичний насос 6 з вихідним патрушару рідини порівняно з суцільним потоком, за бком газу. Крім того сепаратор містить вхідний рахунок використання гідродинамічного впливу і патрубок рідини 7, вихідний патрубок дегазованої відцентрових сил на попереднє масспектральне рідини 8, підвідну 9 і відвідну 10 труби водяного розшарування рідини і газу - перед їx викидом у охолодження. Усередині колони розміщені роздасепараторну секцію, за рахунок значного подоввальний колектор 11, гідродинамічний пристрій 12, ження траєкторії руху рідини в сепараторі, яка набір спірально-низхідних сепараторних пластин складається із суми траєкторій по кожній гвинтовій 13, пристрій автоматичного регулювання рівня доріжці. Так, при наявності, наприклад, 4-х доріжок рідини 14 і аварійний клапан 15. Пристрій автомапо 2 витка в кожній, сумарна довжина траєкторії тичного регулювання рівня рідини в колоні (Фіг.7) становить не менше ніж складається із пробки вихідного патрубка 16, центрального штока 17, поплавка 18, з'єднувальної L=pD·2витка·4доріжки=3,14·D·8»25D, де D - діамуфти 19, кулісного механізму 20, стрижня 21 кламетр колони. Застосування охолоджувально-конденсуючого панного механізму 22. Клапанний механізм для варіанта 4-х канального сепаратора (Фіг.8) склапристрою дозволяє максимально відокремити падається з верхнього і нижнього ідентичних між рову і краплинну складові від парогазової суміші собою дисків 23 з фланцем діаметром, рівним діаперед її випуском із сепаратора в газову магістметру решти ідентичних між собою фланців корпураль системи утилізації газу за межами колони, тобто підвищити товарну якість відокремленого са колони, проміжного між ними диска 24 того ж діаметра і повзунів-клапанів 25, встановлених у газу, а застосування витяжного пневмонасоса пази проміжного диска 24 між дисками 23 і приєдсприяє максимально високому рівню сепарації наних до важелів 26 кулісного механізму 20. Диски геотермальної води або нафти. 23 мають дугоподібні отвори 27 для пропуску рідиВ цілому запропонована конструкція має вищі за прототип показники KKД, надійності і стабільнони і фігурні отвори 28 для пропуску газу. Охолоджувально-конденсуючий пристрій 29 (Фіг.2 Фіг.9) сті в роботі. складається з набору кільцевих двовігнути х і двоСуть запропонованого винаходу пояснюється опуклих герметичних посудин, з'єднаних між сокресленнями, на яких зображені: бою патрубками і разом приєднаних до вхідної 9 і На Фіг.1 - загальний вигляд сепаратора в зборі; вихідної 10 тр уб водяного охолодження. Сепаратор працює таким чином. На Фіг.2 - загальний повузловий вигляд сепаПри подачі під тиском через вхідний патрубок ратора; 7 геотермальної води, нафти або іншої рідини, На Фіг.3, 4 - будова роздавального колектора насичених природним або технологічним газом, та схема взаємного розташування його пластин для 4-х канального варіанта сепаратора відповідрідина потрапляє на роздавальний колектор 11, через отвір, розділений роздавальними пластинано; ми (Фіг.3) на канали, по яким рідина далі направНа Фіг.5 - блок гідродинамічного пристрою з ляється на верхні крайки пластин гідродинамічного роздавальним колектором; пристрою 12 і, відповідно, у канали гідродинамічНа Фіг.6 - геометрична модель сепараторної пластини для 2-х виткового варіанта сепараторної ного пристрою, по яким завдяки тиску і гравітації вона з відповідною тиску і гравітації швидкістю секції сепаратора; стікає вниз. При цьому, рідина примусово, в кожному каналі окремо піддається обертовому руху і, 9 82692 10 відповідно, дії на неї відцентрових сил. Під дією має найбільший діаметр у верхній частині секції, цих сил рідина і газ, що насичує рідину, піддаютьде потік газу найінтенсивніший, а зустрічний потік ся попередньому розшаруванню по густинним порідини відсутній. Це запобігає їх взаємному контаказникам. Більш густа рідина притискується відцекту і, відповідно, взаємозахвату. Рідина, що стікає нтровими силами до зовнішньої стінки пристрою, а у нижню частину колони і рівень якої завдяки авзначно менш густий газ у вигляді бульбашок, які томатичному регулятор у підтримується постійним, інтенсивно об'єднуються між собою, витісняється відбирається через вихідний патрубок. Парогазова до внутрішньої зони потоку. При цьому, усі канали суміш, що піднімається угору як завдяки своїм фіпристрою відокремлені один від одного стінками зичним параметрам, так і завдяки дії витяжного корпусних труб і спіральних пластин. Через декільпневмонасоса, проходить через просторовий лабіка обертів (на рисунках представлена конструкція ринт охолоджувально-конденсуючого пристрою, на два оберти) рідина із повністю замкнути х канамаксимально відділяється від парів рідини і подалів гідродинамічного пристрою викидається у анається назовні для утилізації і використання в якості логічні, але відкриті із внутрішнього боку канали готової продукції - енергоносія чи промислової сепараторної секції. З цього місця газ починає висировини. В залежності від умов конкретного роділятися із каналів сепараторної секції назовні і довища, те хнологічного процесу і параметрів рідипереходити у центральну зону колони, вільну від ни та газу, усередині центральної труби гідродибудь яких конструктивних елементів за винятком намічного пристрою, вільній від конструктивних штока регулятора рівня рідини. Для недопущення елементів, як варіант сепаратора, встановлюється спонтанного стікання рідини у цей простір, крайки лабіринтний, жалюзний або іншої конструкції крапсепараторних пластин оснащені буртики висотою леуловлювач. За умови, коли температура рідини, не більше 1/3 відстані по висоті між сусідніми плаяка піддається сепарації, за геологічними або техстинами. По мірі просування рідини униз її швиднологічними умовами знаходиться в межах, ви щих кість через тертя знижується, потік менш енергійно за +50°C, для живлення охолоджувальнопритискується до зовнішньої стінки і, відповідно, конденсуючого пристрою може використовуватись товщина його шару збільшується. Для компенсації промислова мережна вода без застосування спецього, ширина пластин по мірі просування вниз ціальних холодильних установок, а для охолозбільшуються, що дозволяє залишатися незміндження в осінньо-весінній період до дії охолоджуною товщині потоку рідини. Завдяки такій конструвальної води додається дія радіаторів повітряного кції пластин, вільний простір сепараторної секції охолодження, наявних у сепараторі. 11 82692 12 13 Комп’ютерна в ерстка О. Гапоненко 82692 Підписне 14 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601