Аппарат для разделения газоводонефтяных эмульсий

 

Изобретение относится к устройствам для разделения двух-, трех- и четырехфазных эмульсий и может применяться в нефтяной промышленности. Сущность изобретения: аппарат содержит цилиндрический корпус со штуцерами, продольными перегородками и распределителем эмульсии с боковыми перфорированными отводами. Глухие поперечные перегородки делят корпус на секции, которые сообщаются между собой посредством нефтесливного и водосливного лотков. Под боковыми отводами распределителя установлены направляющие пластины. Между продольными и поперечными перегородками расположен многоканальный пакет пластин. 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для разделения трехфазных эмульсий и может применяться в нефтяной промышленности, а также для разделения эмульгированных жидкостей в других отраслях народного хозяйства.

Известен также аппарат для разделения жидкостей различной плотности, включающий корпус, в котором размещены устройства из труб для ввода и вывода жидкостей, две продольные перегородки, образующие канал для перетока воды и распределитель с боковыми перфорированным отводами [1] Существенным недостатком данного аппарата является отсутствие интенсифицирующих воздействий и малый объем отстойной зоны. Половина объема жидкости в аппарате подвержена турбулентным пульсациям от входного потока.

Цель изобретения повышение эффективности процесса разделения эмульсии и увеличение производительности аппарата.

Цель достигается тем, что в известном аппарате, включающем цилиндрический корпус со штуцерами, поперечными перегородками и многоканальными блоками, установлены безнапорные распределители эмульсии, под вырезами боковых перфорированных отводов которого установлены направляющие пластины, нижние и боковые продольные перегородки, соединенные со сплошными поперечными перегородками, делящими аппарат на буферные и отстойную секции, которые сообщаются между собой через нефтесливной и водосливной лотки, причем водосливной лоток расположен по высоте между распределителем эмульсии и нефтесливным лотком, боковые продольные перегородки расположены друг от друга на расстоянии 1,0-1,5 радиуса аппарата, а ширина направляющих пластин b составляет b 1,2(a + 0,1l), где а ширина выреза боковых отводов; 1,2 коэффициент надежности перекрытия; l расстояние между пластиной и кромками выреза; 0,1 коэффициент, учитывающий угол (12^о) расширения струи.

Распределитель эмульсии позволяет погасить энергию газоводонефтяного потока и равномерно распределить эмульсию и свободно выделившийся газ по длине аппарата, обеспечив выход их через верхние отверстия боковых отводов и выход выделившейся части. Направляющие пластины изменяют направление движения, равномерно ее распределяют по длине аппарата и предотвращают перемешивание нижележащих слоев воды, повышая тем самым ее качество на выходе из этой зоны. Данная ширина пластин является достаточной для изменения направления потока воды. Уменьшение указанной ширины пластин может привести к проскоку части потока мимо пластин и турбулизации водного слоя, находящегося в нижней части аппарата и ухудшению ее качества. Увеличение ширины направляющих пластин не улучшит гидродинамику потоков, но приведет к увеличению металлоемкости.

Зазор между пластинами и кромками выреза составляет 0,5-1,0 ширины выреза. Уменьшение зазора меньше 0,5 ширины выреза может привести к зарастанию щели механическими примесями. Увеличение зазора более ширины выреза нецелесообразно, так как существенно не изменит гидродинамику потоков, но увеличит металлоемкость.

Например, при расчете отстойника для предварительного обезвоживания нефти установлено два распределителя с боковыми отводами диаметром 219 мм и с шириной выреза 80 мм. Расстояние между пластинами и кромками выреза составляет 80 мм. Ширина пластин согласно формуле составляет b 1,2(80 + 0,1 80) 105,6 мм.

Боковые продольные перегородки позволяют организовать поперечное движение потоков с малыми скоростями, благоприятными для процесса разделения фаз. Расположение их на расстоянии друг от друга 1,0-1,5 радиуса аппарата создает достаточно большой объем спокойной отстойной зоны, огражденной от каких-либо турбулентных воздействий. Уменьшение расстояния между перегородками менее радиуса аппарата (R) приведет к уменьшению объема зоны отстаивания и, соответственно, к уменьшению времени пребывания эмульсии в отстойной зоне и снижению производительности аппарата. Увеличение расстояния между перегородками более 1,5 радиуса аппарата уменьшит объемы входной и выходной зон и приведет к сложности размещения распределительных устройств и гашения энергии входного (выходного) потока. В результате этого возрастут скорости на входе (выходе) в отстойную зону и снизят эффективность процесса разделения фаз.

Нижняя продольная перегородка препятствует прохождению воды через нижнюю часть аппарата, направляя потоки в каналы блока.

Поперечные сплошные перегородки позволяют совместить технологические функции аппарата с накопительными, что приводит к упрощению технологической схемы разделения аппарата, установки и снижению металлоемкости. Обычно буферные емкости входят в состав технологической схемы и поставляются отдельно. Свободное, безнапорное сообщение отстойной секции с буферной через нефтесливной лоток позволяет отобрать верхние, наиболее отстоявшиеся слои нефти и автоматически поддерживать уровень раздела фаз газ-жидкость, что стабилизирует процесс разделения фаз.

Расположение водосливного лотка между распределителем эмульсии и нефтесливным лотком обеспечивает автоматическое расположение распределителя эмульсии в водной фазе, что при указанной конструкции распределителя обеспечивает капельный ввод, создающий оптимальные условия для эффективной работы промежуточного слоя. При этом уровень раздела фаз нефть-вода поддерживается автоматически без применения датчиков раздела фаз, эксплуатация которых связана с большими трудностями.

В предлагаемом аппарате глухие поперечные перегородки выполняют разделительные функции, а их взаимосвязь с продольными перегородками, распределителем эмульсии и водо- и нефтесливными лотками позволяет обеспечить капельный ввод эмульсии в аппарат и автоматическое поддержание уровня раздела фаз вода-нефть и нефть-газ, уменьшить турбулентность в аппарате и повысить стабильность протекающего процесса разделения.

На фиг. 1 изображен аппарат; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 узел I на фиг. 2.

Аппарат содержит цилиндрическую емкость 1 со штуцерами для ввода эмульсии 2, для вывода нефти 3, воды 4, газа 5 и механических примесей 6. В емкости расположены нижняя 7 и боковые 8 и 9 продольные перегородки, соединенные с глухими поперечными перегородками 10 и 11, которые делят аппарат на секции: отстойную 12, буферные нефти 13 и воды 14. Продольные перегородки 8 и 9 предназначены для организации поперечного и раздельного движения предварительно отделенных фаз. Распределитель эмульсии, расположенный в отстойной секции 12, состоит из раздаточной трубы 15 с боковыми трубчатыми отводами 16, которые выше оси имеют отверстия 17, а снизу продольные вырезы 18, под которыми установлены направляющие пластины 19. Он предназначен для гашения энергии входного потока эмульсии, деления ее на фазы (воду, газ и эмульсию) и раздельного равномерного распределения их по площади сечения аппарата.

Между продольными 7, 8 и 9 и поперечными 10 и 11 перегородками расположены пакеты 20 из наклонных пластин 21, между которыми образованы каналы, интенсифицирующие процесс разделения за счет снижения высоты отстаивания. Пластины могут быть различной формы. Нефтесливной 22 и водосливной 23 лотки служат для перетока нефти и воды соответственно из отстойной секции 12 в буферные секции 13 и 14.

Аппарат работает следующим образом.

Водогазонефтяная эмульсия поступает в емкость 1, в ее отстойную секцию 12 через распределитель эмульсии, состоящий из раздаточной трубы 15 и боковых отводов 16, которые в верхней части имеют отверстия 17, а снизу продольный вырез 18. Под вырезами 18 установлены направляющие пластины 19. Поскольку распределитель эмульсии расположен ниже водосливного лотка 23, то он при работе аппарата всегда погружен в водный слой. Поэтому в боковых отводах распределителя свободно сообщающихся через вырез с водным слоем устанавливается граница раздела фаз воды-нефть и создаются условия для капельного истечения легкой фазы (эмульсии и свободно выделившегося газа) через отверстия отводов. Выделившаяся вода и механические примеси из отводов 16 "проваливаются" вниз через продольные вырезы 18, встречая на своем пути направляющие пластины 19, которые изменяют направления движения и способствуют более равномерному их распределению по длине отводов и уменьшению турбулизации воды, находящейся в нижней части аппарата. Двигаясь вниз, вода огибает боковую продольную перегородку 8, принимает горизонтальное направление движения и попадает в каналы, образованные наклонными (в вертикальной плоскости) пластинами 21. В каналах разделение фаз, т.е. отделение захваченных капель нефти, газа от воды, происходит более ускоренно за счет уменьшения высоты отстаивания (всплытия) и ламиниризации движущихся потоков. Отстоявшаяся вода при выходе из каналов огибает снизу боковую продольную перегородку 9 и движется в направлении водосливного лотка 23. Через водосливной лоток вода затем перетекает в буферную емкость 14, откуда через штуцер 4 выводится из аппарата. Свободный переток воды в буферную емкость позволяет автомодельно поддерживать уровень раздела фаз "вода-нефть" в отстойной секции аппарата и стабилизировать процесс отстаивания.

Осевшие механические примеси выводятся из аппарата через штуцер 6.

Капли нефти, газа, всплывая, соприкасаются со стенками каналов и по ним поднимаются вверх в нефтяную фазу.

Эмульсия, частично освобожденная от воды и крупных механических примесей, из отверстий отводов 16 всплывает за счет разности плотностей разделяемых фаз, проходит условную границу раздела фаз "вода-нефть" и попадает в промежуточный высококонцентрированный эмульсионный слой, выполняющий функции жидкостного фильтра. Он формируется над границей раздела нефть-вода за счет капель воды осаждающихся и зависающих в восходящем потоке нефти и газа. В промежуточном слое происходит слияние и укрупнение основной массы капель воды. Укрупнившись, капли воды осаждаются и переходят в водный слой. Одновременно и происходит разгазирование эмульсии. Таким образом, еще более обезвоженная и частично разгазированная эмульсия поднимается вверх, огибает боковую продольную перегородку 8 и, принимая горизонтальное направление движения, поступает в каналы, образованные параллельными наклонными пластинами 21, скомпонованными в пакеты 20. При движении по каналам происходит процесс дальнейшего разгазирования и обезвоживания нефти. Выделившийся газ отводится из аппарата через патрубок 5, капли воды по поверхностям каналов стекают вниз в водную фазу, а обезвоженная нефть через нефтесливной лоток 22 перетекает в буферную секцию нефти 13, откуда через патрубок 3 выводится из аппарата. В отстойной части аппарата поддерживается постоянный режим за счет автомодельного поддержания уровня раздела фаз "нефть-газ" и безнапорного перетока нефти.

Технические и технологические преимущества предлагаемого аппарата заключаются в надежной и стабильной работе в качестве трехфазного сепаратора и обеспечении более высокого качества разделения фаз, особенно при обезвоживании высокообводненных нефтей (свыше 60%). Совмещение процессов обезвоживания нефти и очистки воды в одном моноблоке и автомодельность процесса позволяет сократить количество технологических аппаратов на установке и дорогостоящих контрольно-измерительных приборов и регулирующих устройств.

Формула изобретения

Аппарат для разделения газоводонефтяных эмульсий, включающий цилиндрический корпус со штуцерами, продольными перегородками и распределителем эмульсий с боковыми перфорированными отводами, отличающийся тем, что он снабжен глухими поперечными перегородками, делящими аппарат на отстойную и буферные секции, нефтесливным и водосливным лотками, сообщающими отстойную и буферные секции, направляющими пластинами, установленными под боковыми отводами распределителя, и многоканальным пакетом пластин, установленным между продольными и поперечными перегородками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3