Результат интеллектуальной деятельности: СЕПАРАТОР ГАЗА

Изобретение относится к области нефтехимического и газового машиностроения, в частности к сепарационным и контактным устройствам, и может быть использовано для отделения жидкости и механических примесей от газового потока в установках подготовки природного и попутного нефтяного газа, установках переработки и дегазации газового конденсата, в установках низкотемпературной сепарации газа.

Известен сепаратор горизонтальный (патент РФ №2334542, МПК 6 B01J 19/32, B01D 45/08), состоящий из пакетов с многослойными контактно-сепарационными элементами, ориентированными в корпусе к вертикали, в котором на входе газа установлены пакеты из листов с наклонными гофрами, на выходе газа установлены пакеты листов с наклонными пористыми выступами, причем смежные пакеты повернуты вокруг горизонтальной оси аппарата в разные стороны, а угол между листами и вертикалью в пакете выполнен равным 25-35 градусов, а гофры и (или) выступы смежных листов в пакетах со стороны направления движения газового потока пересечены друг с другом под острым углом.

Недостатками этого сепаратора являются:

- ограничение производительности аппарата при увеличении массового отношения жидкости к газу, характерное для насадочных аппаратов;

- значительная металлоемкость горизонтального корпуса;

- затрудненный сток жидкости из-за необходимости поворота пакетов вокруг горизонтальной оси, особенно на входе пакетов, когда присутствует максимальное количество жидкости, что ухудшает эффективность сепарации и требует увеличения диаметра аппарата;

- неэффективная работа гравитационной зоны сепарации перед насадками из-за выноса на нее жидкости с сетчатого коагулятора, особенно при пробковом режиме поступления жидкости;

- необходимость наличия сборника жидкости;

- значительное гидравлическое сопротивление из-за ограничения поперечным сечением свободной площади пакетов.

Известен сепаратор газа (патент РФ №2385756, МПК B01D 45/06, B01D 45/04, B01D 3/20, выбранный заявителями в качестве прототипа), состоящий из корпуса с патрубками входа смеси, выхода разделенных фаз, внутри которого расположены сепарационная насадка и объемное газораспределительное устройство, которое выполнено в виде перфорированного клинообразного корпуса с каналами для прохода сепарируемой смеси, очищенного газа и отбора отделенных примесей. Газораспределительное устройство установлено с зазором к корпусу напротив патрубка входа сепарируемой смеси. Перфорированный клинообразный корпус объемного газораспределительного устройства имеет открытые основание и вершину, при этом открытое основание клинообразного корпуса образует с патрубком входа сепарируемой смеси проходы для газов рециркуляции, а открытая вершина клинообразного корпуса закреплена в дренажном желобе или расположена непосредственно в сборнике жидкости.

В этом устройстве частично устранены недостатки аналога за счет применения инерционного узла предварительного отделения жидкости от газа, работающего при более высоких скоростях и обеспечивающего предварительное отделение капель жидкости диаметром более 10-20 микрон до подачи на сепарационные насадки, что обеспечивает снижение массового отношения жидкости к газу и повышение производительности.

Однако газораспределительное устройство - инерционный узел сепарации - не обеспечивает эффективное отделение капель жидкости диаметром менее 10-20 микрон.

Остальные недостатки аналога также сохраняются.

Технический результат заключается в повышении эффективности процесса сепарации газа, производительности сепаратора, снижении гидравлического сопротивления и металлоемкости аппарата.

Технический результат достигается тем, что сепаратор газа, состоящий из корпуса с патрубками входа газожидкостной смеси, выходами разделенных фаз и последовательно размещенными внутри корпуса: узлом инерционной сепарации с каналами прохода газа и отбора жидкости с примесями; гравитационной зоной отделения капель жидкости и примесей; насадочным узлом сепарации в виде пакетов из листов с наклонными гофрами или пористыми выступами, выполнен со сферическим или цилиндрическим корпусом, между узлами инерционной и насадочной сепарации дополнительно введен узел коалесценции из пористого материала, размещенного на перфорированных распределительных решетках, ориентированных к вертикали, причем в сферическом корпусе насадочные и коалесцирующие узлы выполнены в виде кругов, а в цилиндрическом - в виде прямоугольников, расположенных вдоль его оси.

Узел коалесценции выполнен из жгутов, размещенных друг относительно друга с зазором, перекрывающих живое сечение по газу и выполненных из вязаного сетчатого рукава, расположенного на решетке из просечно-вытяжных листов.

Узел коалесценции выполнен из плоских пористых элементов, ориентированных по направлению движения потока газожидкостной смеси.

Суммарная поверхность сепарационной насадки выполнена превышающей поперечное сечение аппарата.

Выполнение корпуса сепаратора сферическим или цилиндрическим, введение между узлами инерционной и насадочной сепарации, дополнительно узла коалесценции из пористого материала, размещенного на перфорированных распределительных решетках, ориентированных к вертикали, выполнение в сферическом корпусе насадочных и коалесцирующих узлов в виде кругов, а в цилиндрическом - в виде прямоугольников, расположенных вдоль его оси, позволили повысить эффективность сепарации, увеличить производительность сепаратора при минимальной его материалоемкости, укрупнить капли жидкости и повысить эффективность насадочного узла сепарации при одновременном улучшении распределения газожидкостного потока по поверхности сепарационных насадок при снижении гидравлического сопротивления.

Выполнение узла коалесценции из жгутов, размещенных друг относительно друга с зазором, перекрывающих живое сечение по газу и выполненных из вязаного сетчатого рукава, расположенного на решетке из просечно-вытяжных листов, позволило одновременно с коалесценцией и укрупнением капель жидкости осуществить и отделение ее по жгутам и решетке, то есть предать узлу коалесценции и функции сепаратора.

Выполнение узла коалесценции из плоских пористых элементов, ориентированных по направлению движения потока газожидкостной смеси, позволило снизить гидравлическое сопротивление.

Выполнение суммарной поверхности сепарационной насадки превышающей поперечное сечение аппарата позволило увеличить производительность аппарата.

Заявителю из существующего уровня техники не известны сепараторы газа, в которых бы повышение эффективности процесса сепарации газа, производительности сепаратора и снижение гидравлического сопротивления и металлоемкости аппарата достигались бы подобным образом.

На фигуре 1 изображен сепаратор газа со сферическим корпусом - вертикальный разрез.

На фигуре 2 изображен разрез А-А на фигуре 1.

На фигуре 3 изображен сепаратор газа с цилиндрическим корпусом - вертикальный разрез.

На фигуре 4 изображен разрез Б-Б на фигуре 3.

На фигурах 5, 6 изображен узел коалесценции.

Сепаратор газа (фиг.1, 3) состоит из сферического корпуса 1 (фиг.1, 2) или цилиндрического корпуса 2 (фиг.3, 4) со штуцерами входа газожидкостной смеси 3, выходами разделенных фаз: очищенного газа 4 и примесей 5, люка лаза 6. Корпусы сепараторов газа 1, 2 установлены на опорах 7, 8. Внутри корпусов 1, 2 (фиг.1-4) последовательно размещены: узел инерционной сепарации 9 с каналами прохода газа 10 и отбора жидкости с примесями 11; гравитационной зоной отделения капель жидкости и примесей 12; насадочным узлом сепарации 13 в виде пакетов из листов с наклонными гофрами или пористыми выступами. Между узлами инерционной 9 и насадочной сепарации 13 размещен узел коалесценции 14, выполненный из пористого материала, размещенного на перфорированных распределительных решетках 15 (фиг.5), ориентированных к вертикали, причем в сферическом корпусе 1 (фиг.1, 2) насадочные 13 и коалесцирующие 14 узлы выполнены в виде кругов 16 с диаметром D, а в цилиндрическом корпусе 2 (фиг.3, 4) - в виде прямоугольников 17 размером А×Б, расположенных вертикально. Узел коалесценции 14 выполнен из жгутов 18 (фиг.5), размещенных друг относительно друга с зазором, перекрывающих живое сечение по газу и выполненных, например, из вязаного сетчатого рукава, расположенного на решетке из просечно-вытяжных листов. Узел коалесценции 14 может быть выполнен из плоских пористых элементов 19 (фиг.6), ориентированных по направлению движения потока газожидкостной смеси. Суммарная поверхность узла сепарационной насадки 13 выполнена превышающей поперечное сечение аппарата.

Сепаратор газа работает следующим образом.

Газожидкостная смесь через штуцер 3 подается в корпус 1 или 2 сепаратора на узел инерционной сепарации 9, на котором за счет сил инерции от скорости нисходящего потока и ускорения земного притяжения через каналы 11 отделяются свободная жидкость, ее капли диаметром более 10-20 мкм и примеси. Далее отделившаяся жидкость с примесями отводится из корпуса аппарата через штуцер 5. Газ с меньшей плотностью, изменяя направление движения и распределившись, отбирается через каналы 10 на узел коалесценции 14, где на пористой структуре жгутов 18 или пористых элементах 19 капли жидкости менее 10-20 мкм укрупняются, при этом часть крупных капель отводится в нижнюю часть корпуса 1 или 2, а оставшаяся часть с менее крупными каплями подается с газовым потоком на узел насадочной сепарации 13, где капли жидкости отделяются, отводятся вниз корпуса аппарата 1, 2, после чего вместе с основной отделившейся жидкостью на инерционном узле сепарации 9 отводятся через штуцер 5.

Для снижения удельной металлоемкости аппарата наиболее предпочтительным является вариант сепаратора со сферическим корпусом, имеющим меньшие толщину стенки корпуса и габариты.

Таким образом, выполнение корпуса сепаратора сферическим или цилиндрическим, введение между узлами инерционной и насадочной сепарации узла коалесценции из пористого материала, размещенного на перфорированных распределительных решетках, ориентированных к вертикали, и выполнение в сферическом корпусе насадочных и коалесцирующих узлов в виде кругов, а в цилиндрическом - в виде прямоугольников, расположенных вдоль вертикальной оси корпуса, позволили повысить эффективность процесса сепарации газа, а также повысить производительность сепаратора и снизить металлоемкость аппарата.