Результат интеллектуальной деятельности: ФАЗНЫЙ РАЗДЕЛИТЕЛЬ

Изобретение предназначено для разделения газожидкостных смесей, отделения газового потока от жидкости и мехпримесей и может быть использовано на объектах газовой, нефтяной и нефтехимической промышленности.

Известен сепаратор для отделения газового потока от жидкости и мехпримесей по патенту РФ №2321442 (MHK 7 B01D 45/12, опубл. 10.04.2008), содержащий вертикальный корпус с патрубками входа и выхода газа и дренажа, верхнюю и нижнюю решетки, между которыми монтируются сепарационные (циклонные) элементы. Под нижней решеткой размещена тарелка с проходом в осевой зоне, кромки которой герметично соединены обечайкой с кромками прохода нижней решетки, а полость между нижней решеткой и тарелкой соединена с патрубком выхода примесей. У патрубка входа газа установлено устройство для предварительной очистки газа. Над сборником примесей в нижней части аппарата смонтирован защитный лист, образуя полость для дополнительной очистки газа.

Общими признаками известного сепаратора с предлагаемой конструкцией фазного разделителя являются следующие:

- вертикальный корпус с патрубками входа и выхода газа и дренажа;

- сепарационные элементы;

- полость для дополнительной очистки газа.

Недостатком известной конструкции является невозможность разделения трех фаз, в связи с чем устройство не применимо для разделения смесей газ-жидкость-жидкость (например, газ-конденсат-вода).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой конструкции фазного разделителя является газожидкостный сепаратор по патенту РФ на полезную модель №87100 (MПK⁸ В01D 5/12, В01D 19/00, опубл. 27.09.2009), содержащий вертикальный корпус с патрубками входа газожидкостной смеси и выхода газа и жидкости, перед входным патрубком соосно с корпусом установлен распределительный короб, в верхней части корпуса размещен каплеотбойник, состоящий из двух центробежных ступеней, включающих полотно, на которых установлены центробежные сепарационные элементы. В нижней части корпуса установлен гаситель кинетической энергии, выполненный в виде перфорированного конуса, обращенного вершиной к нижнему днищу, кроме того, нижняя часть корпуса снабжена измерителем уровня жидкости.

Общими признаками известного сепаратора с предлагаемым являются следующие:

- вертикальный корпус с патрубками входа газожидкостной смеси и выхода газа и жидкости;

- распределительный короб, установленный перед входным патрубком;

- центробежные ступени;

- измеритель уровня жидкости.

Известное устройство не обеспечивает разделение трехфазной газожидкостной смеси (газ-жидкость-жидкость), что снижает диапазон его применения.

Техническим результатом является расширение диапазона применения фазного разделителя путем обеспечения эффективного разделения трехфазной газожидкостной смеси.

Этот результат достигается тем, что в известном фазном разделителе, содержащем вертикальный корпус с патрубками входа газожидкостной смеси и выхода газа в верхней его части и выхода жидкости в нижней его части, распределительный короб, установленный перед входным патрубком, центробежные ступени, измеритель уровня жидкости, новым является то, что нижняя часть корпуса имеет отсек для отвода легкой жидкости и отсек для отвода тяжелой жидкости, разделенные перегородкой, над отсеками установлено полотно, выполненное в виде сегмента окружности, примыкающего по кривой к корпусу, свободная часть сегмента имеет отбортовку, отогнутую вниз над отсеком для отвода тяжелой жидкости. Полотно имеет патрубок для отвода газа, над которым установлен каплеотбойник. Между торцом перегородки и торцом отбортовки полотна установлен пакет тонкослойных элементов в виде пластин, образующих каналы, причем нижняя часть каналов размещена в отсеке для отвода тяжелой жидкости, а верхняя их часть размещена под полотном, при этом каждый отсек имеет патрубок выхода жидкости и измеритель уровня жидкости.

Кроме того, с противоположной стороны от патрубка ввода газожидкостной смеси между распределительным коробом и корпусом установлена прямоугольная перегородка, заглубленная в отсек для отвода тяжелой жидкости.

Кроме того, тонкослойный элемент выполнен в виде пакета наклоненных в сторону отсека для отвода легкой жидкости пластин, причем одна крайняя пластина примыкает нижним торцом к торцу перегородки, а ее верхний торец расположен в отсеке для легкой жидкости, при этом другая крайняя пластина примыкает верхним торцом к торцу отбортовки, а ее нижний торец расположен в отсеке для отвода тяжелой жидкости.

Кроме того, верхний торец пакета тонкослойный элементов выполнен скошенным в сторону отсека для отвода легкой жидкости.

Кроме того, пакет тонкослойных элементов выполнен в виде наклоненных относительно горизонтальной плоскости пластин, установленных перпендикулярно по отношению к перегородке, при этом боковые торцы пакета со стороны отсека для отвода легкой жидкости и отсека для отвода тяжелой жидкости заглушены полосами, причем нижний торец полосы со стороны отсека для отвода легкой жидкости примыкает к торцу перегородки, а верхний торец полосы со стороны отсека для отвода тяжелой жидкости примыкает к торцу отбортовки, причем полоса со стороны отсека для отвода легкой жидкости или обе полосы могут быть наклонены в сторону отсека для отвода легкой жидкости, при этом соответствующие заглушенные этими полосами торцы пакета тонкослойных элементов имеют соответствующий профиль, обеспечивая примыкание к пластинам.

Выполнение в нижней части корпуса отсека для отвода легкой жидкости и отсека для отвода тяжелой жидкости, разделенных перегородкой, с установлением над ними полотна заявленной конструкции с отбортовкой позволяет организовать разделение, сбор и отвод жидкостей различной плотности из фазного разделителя, при этом установленный пакет тонкослойных элементов в виде пластин, образующих каналы, нижняя часть которых размещена в отсеке для отвода тяжелой жидкости, а верхняя их часть размещена под полотном, позволяет обеспечить эффективное отделение легкой жидкости в тонком слое от капель унесенной тяжелой жидкости. Измерители уровня жидкости обеспечивают устойчивую и эффективную работу устройства по качеству разделяемых жидкостей.

Установленная с противоположной стороны от патрубка ввода газожидкостной смеси между распределительным коробами корпусом прямоугольная перегородка, заглубленная в отсек для отвода тяжелой жидкости, позволяет за счет инерционных сил собрать основную массу жидкости с обеих сторон прямоугольной перегородки и целенаправленно подать разделяемую жидкостную смесь в отсек для тяжелой жидкости, обеспечивая эффективный режим расслоения жидкостей.

Выполнение пакета тонкослойных элементов в различных вариантах позволяет обеспечить эффективный режим отделения легкой жидкости от тяжелой при различном соотношении легкой и тяжелой жидкости, используя различные технологии изготовления, что также расширяет возможности применения фазного разделителя.

Таким образом, заявляемая совокупность признаков позволяет обеспечить эффективное разделение трехфазной смеси, расширив диапазон применения фазного разделителя.

На фигуре 1 представлен фазный разделитель и сечение по А-А, на фиг.2 - вариант выполнения пакета тонкослойных элементов по п.3 формулы изобретения, на фиг.3 - вариант выполнения пакета тонкослойных элементов по п.4 формулы изобретения, на фиг.4 - вариант выполнения пакета тонкослойных элементов по п.5 формулы изобретения.

Фазный разделитель состоит из вертикального корпуса 1, который снабжен патрубком входа газожидкостной смеси 2, и патрубком выхода газа 3 в верхней его части, а также патрубком выхода тяжелой жидкости 4 и патрубком выхода легкой жидкости 5 в нижней его части. Напротив патрубка для входа газожидкостной смеси 2 соосно с вертикальным корпусом 1 установлен распределительный короб 6, прикрепленный к центробежной ступени 7. С противоположной стороны входного патрубка 2 установлена прямоугольная перегородка 8 (см.также сечение по А-А фиг.1) и сливной патрубок 9. Нижняя часть корпуса 1 имеет отсек 10 для отвода легкой жидкости и отсек 11 для отвода тяжелой жидкости, разделенные перегородкой 12. Над отсеками 10 и 11 установлено полотно 13, выполненное в виде сегмента окружности, примыкающего по кривой к корпусу 1, свободная часть сегмента имеет отбортовку 14, отогнутую вниз над отсеком 11 для отвода тяжелой жидкости, при этом полотно 13 имеет патрубок для отвода газа 15, над которым установлен каплеотбойник 16. Между торцом перегородки 12 и торцом отбортовки 14 установлен пакет тонкослойных элементов 17 в виде пластин, образующих каналы, причем нижняя часть каналов размещена в отсеке 11 для отвода тяжелой жидкости, а верхняя их часть размещена под полотном 13. Отсеки 10 и 11 снабжены патрубками для измерения уровня жидкости 18 и 19 соответственно, а также патрубками для дренажа 20.

Пакет тонкослойных элементов 17 (см. фиг.2) может быть выполнен в виде пакета наклоненных в сторону отсека 10 для отвода легкой жидкости пластин, причем одна крайняя пластина 21 примыкает нижним торцом к торцу перегородки 12, а ее верхний торец расположен в отсеке 10 для отвода легкой жидкости, при этом другая крайняя пластина 22 примыкает верхним торцом к торцу отбортовки 14, а ее нижний торец расположен в отсеке 11 для отвода тяжелой жидкости.

Верхний торец пакета тонкослойный элементов 17 может быть выполнен скошенным в сторону отсека 10 для отвода легкой жидкости (см. фиг.3), при этом торец пластины 21 расположен ниже, чем торец пластины 22, а торцы пластин, расположенных между пластинами 21 и 22, снижаются равномерно от пластины 22 к пластине 21.

Пакет тонкослойных элементов 17 может быть выполнен в виде наклоненных относительно горизонтальной плоскости пластин, установленных перпендикулярно по отношению к перегородке 12 (см. фиг.4), при этом боковые торцы пакета со стороны отсека 10 для отвода легкой жидкости и отсека 11 для отвода тяжелой жидкости заглушены полосами 23 и 24 соответственно, причем нижний торец полосы 23 примыкает к торцу перегородки 12, а верхний торец полосы 24 примыкает к торцу отбортовки 14. Полоса 23 или обе полосы 23 и 24 могут быть наклонены в сторону отсека 10 для отвода легкой жидкости, при этом соответствующие заглушенные этими полосами торцы пакета тонкослойных элементов имеют соответствующий профиль, обеспечивая примыкание к пластинам 23 и 24 (на фиг. не показано).

Фазный разделитель работает следующим образом. Сырье - газожидкостная смесь, через патрубок для ввода газожидкостной смеси 2 поступает в корпус 1 фазного разделителя, огибает по внешней стороне распределительный короб 6, разделяясь на газ и жидкость. Газ поступает на центробежную ступень 7 для его очистки от капельной жидкости и механических примесей, а затем отводится из аппарата через патрубок выхода газа 3. Капельная жидкость, улавливаемая центробежной ступенью 7, стекает по сливному патрубку 9 в отсек для отвода тяжелой жидкости 11.

Жидкость, состоящая из двух несмешивающихся фаз (легкой и тяжелой), пройдя по внешней стенке распределительного короба 6, попадает на прямоугольную перегородку 8 и по ней стекает в отсек для отвода тяжелой жидкости 11. Так как отсек для отвода тяжелой жидкости 11 ограничен с одной стороны цилиндрическим корпусом, а с другой - перегородкой 12, жидкость, попадающая в него, поднимается вверх и поступает в пакет тонкослойных элементов 17, где в ламинарном тонком слое под действием гравитационной силы происходит разделение. Легкая фаза поднимается по нижней пластинчатой поверхности тонкослойных элементов 17 вверх, перетекает через крайнюю пластину 21 (см. фиг.2) и попадает в отсек 10 для отвода легкой жидкости, из которого выводится через патрубок выхода легкой жидкости 5. Тяжелая фаза осаждается на верхнюю поверхность пластин пакета тонкослойных элементов 17, по которой сползает вниз и далее, не смешиваясь с основным потоком, опускается на дно отсека 11 для отвода тяжелой жидкости, из которого выводится через патрубок выхода тяжелой жидкости 4. Небольшое количество газа, скапливающееся под полотном 13, отводится через патрубок 15. Каплеотбойник 16 предотвращает попадание неразделенной жидкости, поступающей с сырьем в отсек 10 для отвода легкой жидкости, минуя пакет тонкослойных элементов 17.

При работе фазного разделителя с пакетом тонкослойных элементов 17, представленных на фиг.3, увеличивается отток дисперсной фаз из дальних каналов, по отношению к отсеку 10 для отвода легкой жидкости за счет плавного уменьшения высоты пластин, что позволяет упорядочить гидравлическое сопротивление по всему сечению тонкослойных элементов 17 при поддержании уровня неразделенной жидкости выше крайней верхней точки тонкослойных элементов 17.

При работе фазного разделителя с пакетом тонкослойных элементов 17, представленных на фиг.4, жидкость, выходящая с верха одного из каналов, не будет препятствовать выходу жидкости из другого канала, что снизит сопротивление тонкослойного элемента 17, при этом практически отсутствует перемешивание потоков жидкости по каналам, что обеспечивает эффективное разделение жидкостей.