Сепараторная ванна
Изобретение предназначено для сепарации. Сепараторная ванна содержит горизонтальные верхнюю и нижнюю стенки, ограничивающие находящееся между ними внутреннее пространство, и по меньшей мере одно устройство первичной сепарации, включающее вертикальный трубчатый канал, имеющий на нижнем конце вход для текучей среды, а на верхнем конце - выходной канал для первичного газа, в канале размещено закручивающее средство, обеспечивающее образование слоя содержащей вторичный газ и жидкость текучей среды в кольцевой области, примыкающей к внутренней поверхности канала ниже по потоку закручивающего средства. Ванна содержит также средство для удаления и последующей подачи содержащей жидкость текучей среды из устройства первичной сепарации к средству вторичной сепарации для удаления из вторичного газа захваченной жидкости. Средство вторичной сепарации образовано свободным внутренним пространством между верхней и нижней стенками, в нижней части которого имеется выход для жидкости, а в верхней части - выход для вторичного газа, простирающийся к расположенному в верхней стенке выходному отверстию вторичного газа, отделенному от выходного отверстия первичного газа, при этом средство для удаления и последующей подачи содержащей жидкость текучей среды предназначено для впуска содержащей жидкость текучей среды в свободное внутреннее пространство. Технический результат: улучшение сепарации, компактность. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к сепараторной ванне, которую можно устанавливать горизонтально в вертикальной колонне. Колонна может представлять собой колонну для сепарации смеси газ/жидкость. В описании и формуле изобретения термин газ включает также и пар.
Уровень техники
В описании Европейского патента №0083811 В1 раскрыта сепараторная ванна, содержащая горизонтальные верхнюю и нижнюю стенки, ограничивающие расположенное между ними внутреннее пространство; средство для удаления жидкости из внутреннего пространства; средство для удаления газа из внутреннего пространства; множество устройств первичной сепарации для сепарации текучей среды на первичный газ и содержащую жидкость текучую среду, при этом устройство первичной сепарации установлено во внутреннем пространстве и содержит:
- вертикальный канал, имеющий в нижнем конце вход для текучей среды, сообщающийся со средством для впуска текучей среды, а в верхнем конце - выход первичного газа, сообщающийся со средством для удаления газа;
- закручивающее средство, размещенное в канале между входом текучей среды и выходом газа, обеспечивающее в процессе работы образование слоя содержащей жидкость текучей среды в кольцевой области, примыкающей к внутренней поверхности канала ниже по потоку от закручивающего средства; и
- средство для удаления и последующей подачи по меньшей мере части содержащей жидкость текучей среды от устройства первичной сепарации к средству вторичной сепарации для удаления из вторичного газа захваченной жидкости.
В процессе работы установленной в колонне известной сепараторной ванны содержащая жидкость и газ текучая среда перед входом в средство первичной сепарации, называемое также закручивающей трубой, проходит через отверстия в нижней части ванны.
Закручивающие трубы осуществляют первичную сепарацию смеси газ/жидкость. Для этого обеспечивающее закручивание средство в виде группы лопаток придает смеси газ/жидкость вращательное движение, в результате которого из смеси газ/жидкость выбрасываются капли, сталкиваются, коалесцируются и стекают по внутренним стенкам трубы.
Основная часть подаваемого в каждую закручивающую трубу газового компонента смеси газ/жидкость выводится через коаксиальную выходную трубу первичного газа выше верхней стенки.
В кольцевой области у внутренней стенки закручивающей трубы из жидкости и небольшой части газового компонента, так называемого вторичного газа, образуется текущий слой содержащей жидкость текучей среды. В частности на внутренней поверхности стенки трубы может образовываться слой жидкости. Жидкость вместе со вторичным газом проходит частично в поперечном или слегка направленном вверх направлении через выводные отверстия в стенке трубы и частично через проход для текучей среды в верхнем конце закручивающей трубы. В свободном внутреннем пространстве основная часть жидкости образуется и накапливается наверху нижней стенки ванны, откуда она выводится через отверстие в боковой стенке колонны. Выражение свободное внутреннее пространство используется в данном описании для обозначения части внутреннего пространства между нижней и верхней стенками вне любых устройств первичной сепарации, закручивающих труб и, в особенности, вне средства для удаления и последующей подачи содержащей жидкость текучей среды из устройств(а) первичной сепарации к устройствам(у) вторичной сепарации. Вторичный газ выходит из свободного внутреннего пространства через выходы в верхней стенке.
При нормальных условиях работы, когда в закручивающей трубе оказывается смесь с большим содержанием жидкости или скорости прохождения смеси достаточно велики, вторичный газ, выходя из свободного внутреннего пространства, захватывает и жидкость. Поэтому вторичный газ часто бывает более увлажненным, чем первичный газ, и отсюда возникает необходимость подсушивания вторичного газа в средствах вторичной сепарации. В известных сепараторных ваннах уходящий из свободного внутреннего пространства вверх газ направляется по каналу в средство вторичной сепарации для отделения захваченной жидкости.
В одном из вариантов выполнения известной сепараторной ванны средство вторичной сепарации для отделения захваченной жидкости от вторичного газа образовано средством фильтрации, размещенным над верхней стенкой. Отделенная средством фильтрации жидкость выводится через боковой выход сепарации в стенке колонны. Поток подсушенного вторичного газа затем объединяется с потоком первичного газа над средством вторичной сепарации.
В другом варианте выполнения в известной сепараторной ванне средство вторичной сепарации выполнено в виде специальной закручивающей трубы. Вторичный газ собирается над верхней стенкой в пространстве сбора вторичного газа и направляется через канал вниз к нижней стенке для впуска сверху в специальную закручивающую трубу.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание более компактной и простой в производстве сепараторной ванны.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается сепараторная ванна, устанавливаемая горизонтально в вертикальной колонне, содержащая горизонтальные верхнюю и нижнюю стенки, ограничивающие находящееся между ними внутреннее пространство; средство для впуска текучей среды во внутреннее пространство; средство для удаления жидкости из внутреннего пространства; средство для удаления газа из внутреннего пространства; находящееся во внутреннем пространстве по меньшей мере одно устройство первичной сепарации для сепарации текучей среды на первичный газ и содержащую жидкость текучую среду, при этом устройство первичной сепарации содержит:
- вертикальный трубчатый канал, на нижнем конце которого расположен вход для текучей среды, сообщающийся со средством впуска текучей среды, а на верхнем конце которого расположен выход первичного газа, выходной канал которого проходит к выходному отверстию первичного газа в верхней стенке, при этом это выходное отверстие первичного газа является частью средства для удаления газа;
- закручивающее средство, размещенное в канале между входом текучей среды и выходом первичного газа так, чтобы в процессе работы обеспечить формирование слоя содержащей жидкость текучей среды в кольцевой области, примыкающей к внутреннему пространству канала ниже по потоку закручивающего средства, при этом содержащая жидкость текучая среда включает вторичный газ;
сепараторная ванна содержит также средство для удаления и последующей подачи содержащей жидкость текучей среды из устройства первичной сепарации в средство вторичной сепарации для удаления из вторичного газа захваченной жидкости,
при этом средство вторичной сепарации для удаления захваченной жидкости из вторичного газа образовано свободным внутренним пространством между верхней и нижней стенками, имеющим в нижней части выход для жидкости, сообщающийся со средством для удаления жидкости, а в верхней части - выход вторичного газа, проходящий к расположенному в верхней стенке выходному отверстию вторичного газа, при этом выходное отверстие вторичного газа отделено от выходного отверстия первичного газа и является частью средства для удаления газа, и средство для удаления и последующей подачи содержащей жидкость текучей среды имеет вход в верхней части внутреннего пространства и размещено с возможностью впуска ниже по потоку в свободное внутреннее пространство всей содержащей жидкость текучей среды.
Настоящее изобретение основывается на идее, что свободное внутреннее пространство между устройствами первичной сепарации может использоваться для более эффективной сепарации содержащей жидкость текучей среды, выходящей из первичных сепараторов(ра). Если в известных технических решениях свободное внутреннее пространство используется только для образования крупных капель из содержащейся в текучей среде жидкости для получения относительно влажного вторичного газа, то ванна в соответствии с настоящим изобретением сконструирована так, что свободное внутреннее пространство используется также для удаления из вторичного газа захваченной жидкости. Это достигается благодаря применению средства для удаления и последующей подачи содержащей жидкость текучей среды, впускающего текучую среду внизу в свободное внутреннее пространство. Было обнаружено, что в результате при обычных условиях работы получается вторичный газ, по существу не содержащий захваченной жидкости. Поэтому отпадает необходимость направления вторичного газа поверх верхней стенки в пространство сбора вторичного газа или в средство вторичной сепарации, благодаря чему получается более компактная и простая конструкция по сравнению с уже известными. Содержание жидкости в первичном газе обычно является достаточно низким, поэтому первичный газ не направляется в свободное внутреннее пространство, а выводится непосредственно через сепараторные выходы в верхней стенке.
Впуск снизу положительно сказывается на эффективности сепарации в свободном внутреннем пространстве. С другой стороны, вторичный газ, который в конце концов поднимется в свободное внутреннее пространство, принуждается нисходящим потоком двигаться по искривленной траектории, тем самым максимально увеличивая длину кратчайшего пути, который должен преодолеть вторичный газ в свободном внутреннем пространстве. При этом жидкость не может попасть по прямой траектории на выходы вторичного газа в верхней части свободного внутреннего пространства. С предотвращением возможности прохождения жидкости и вторичного газа к выходам вторичного газа обеспечивается максимальное использование доступно свободного внутреннего пространства так, что вся содержащая жидкость текучая среда может попасть в область в свободном внутреннем пространстве, где общая скорость потока относительно низка, при этом эта область располагается внизу свободного внутреннего пространства. В этом случае время сепарации захваченной вторичным газом жидкости увеличивается, из нее осаждаются капли, которые гораздо меньше, чем капли основной жидкости содержащей жидкость текучей среды. Предпочтительно, чтобы получаемый вторичный газ имел такое же низкое содержание жидкости, как и первичный газ.
Соответственно, предпочтительно, чтобы средство для удаления и последующей подачи содержащей жидкость текучей среды в свободное внутреннее пространство имело выход в пределах 50%, предпочтительно 30%, расстояния между верхней и нижней стенками, считая от нижней стенки. В этом случае получают достаточно длинный путь прохождения всего вторично газа к выходам верхней области свободного внутреннего пространства, поэтому время присутствия газа в свободном внутреннем пространстве превышает определенный минимум, при котором обеспечивается осаждение капель захваченной жидкости.
В публикации Европейского патента ЕР 0048508 А на фиг.6 и 7 показана ванна с равномерным расположением закручивающих труб. Между соседними закручивающими трубами расположены юбки, прикрепленные к верхней стенке ванны. Таким образом, закручивающие трубы в центре ванны окружены четырьмя юбками. В образуемых такими четырьмя юбками частях верхней стенке размещены выходы вторичного газа. В этой ванне отсутствуют средства вторичной сепарации для удаления из вторичного газа захваченной жидкости. Юбки нужны для того, чтобы выводимые из соседних закручивающих труб жидкости не мешали друг другу. В процессе работы содержащая жидкость текучая среда выходит из закручивающих труб через тангенциальные отверстия и попадает в свободное внутреннее пространство в основном сбоку. Вторичный газ вместе с захваченной жидкостью может затем выходить из свободного внутреннего пространства вверх через ближайшую выходную трубу вторичного газа. У закручивающих труб, расположенных по периферии ванны, юбки имеются не со всех сторон, из-за чего возникает боковое проникновение текучей среды в свободное внутреннее пространство, граничащее с периферией ванны.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет более подробно описано со ссылкой на чертежи, на которых:
фиг.1 - схема сечения первого варианта выполнения изобретения;
фиг.2 - схема сечения второго варианта выполнения изобретения;
фиг.3 - схема первого примера размещения закручивающих труб в сепараторной ванне в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.4 - схема второго примера размещения закручивающих труб в сепараторной ванне в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.5 - вид сверху закручивающих средств, пригодных для использования в настоящем изобретении; и
фиг.6 - вид в перспективе сбоку закручивающих средств по фиг.5.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показана колонна 1, в которой установлена сепараторная ванна 2 по настоящему изобретению. Сепараторная ванна 2 показана ориентированной горизонтально в вертикальной колонне 1, такое положение является нормальным при работе колонны.
Верхняя тарелка 4 и нижняя тарелка 6 образуют верхнюю и нижнюю стенки сепараторной ванны и ограничивают расположенное между ними внутреннее пространство 8. Для прохождения текучей среды во внутреннее пространство 8 в нижней тарелке 6 предусмотрены средства пропускания текучей среды в виде отверстий 10 а, b, с, а также средства для отвода жидкости из нижней области 12 пространства 8 в виде дренажного канала 15. В верхней тарелке 4 имеются средства для удаления газа из верхней области 18 внутреннего пространства 8 в виде выходов 20 а, b, с; 21 а, b, с и 22.
На фиг.1 показаны также находящиеся во внутреннем пространстве 8 три первичных сепараторных устройства в виде закручивающих труб 25 а, b, с для разделения текучей среды на первичный газ и содержащую жидкость текучую среду. Закручивающие трубы размешены во внутреннем пространстве 8. В зависимости от назначения сепараторная ванна в соответствии с настоящим изобретением может иметь только одну закручивающую трубу, однако возможно размещение множества закручивающих труб, например, сотен или даже нескольких тысяч. Понятно, что входная часть закручивающей трубы может быть размещена ниже нижней тарелки 6.
Закручивающая труба 25а имеет вертикальный цилиндрический трубчатый канал 28а с осью 29а. Канал 28а в верхнем по потоку конце (т.е. при нормальном положении нижнем конце) имеет вход 30а для текучей среды, связанный с отверстием 10а, а в нижнем по потоку конце (при нормальном положении верхнем конце) - выход 32а первичного газа, сообщающийся с выходом 20а через выходной канал 34а первичного газа, предпочтительно расположенный коаксиально с трубчатым каналом 28а. Канал 34а частично входит в канал 28а.
В нижней области канала 28а расположено закручивающее средство 36а. Закручивающее средство обычно выполнено в виде ряда лопаток, предпочтительная форма которых будет описана позже со ссылкой на фиг.5 чертежей. Слой содержащей жидкость текучей среды проходит в кольцевую область 37а, находящуюся ниже по потоку относительно средств закручивания 36а.
Далее будут описаны средства для вывода из первичного сепаратора и последующей подачи содержащей жидкость текучей среды. В стенке трубчатого канала 30а имеются выходные отверстия 40а, выполненные в виде вертикальных или наклонных прорезей. Эти отверстия образуют входы средства для удаления и последующей подачи содержащей жидкость текучей среды.
Над верхней частью канала 28а концентрично расположена выполненная в виде колпака и имеющая больший диаметр возвратная юбка 45а. Выходной канал 34а для выхода первичного газа проходит через верхний конец возвратной юбки 45а, при этом канал 34а плотно соединен с возвратной юбкой 45а так, что текучая среда не может выйти из закручивающей трубы 25а, проникнуть вверх из кольцевой области между нижним концом канала 34а для выхода первичного газа и верхним концом канала 28а. Кольцевое отверстие 48а образует еще один вход средства для вывода и последующей подачи содержащей жидкость текучей среды и обеспечивает протекание текучей среды из кольцевой области 46а во внешнюю кольцевую область 30а между каналом 28а и возвратной юбкой 45а. Нижний конец возвратной юбки охватывает выходы 40а и образует с каналом 28а кольцевой выход 52а в свободное внутреннее пространство 55 сепараторной ванны 2. Свободное внутреннее пространство 55 является частью внутреннего пространства между тарелками 4 и 6 и находится ниже по потоку относительно выходов 52а и соответствующих кольцевых выходов других закручивающих труб.
Другие закручивающие трубы 25b и 25с имеют, по существу, ту же форму, что и закручивающая труба 25а.
В процессе нормальной работы сепараторной ванны 2 смесь газ/жидкая текучая среда поступает снизу от нижней тарелки 6 к первичным сепарационным устройствам, закручивающим трубам 25а, b и с. Средство закручивания 36а придает вращательное движение смеси газ/жидкость, и в результате этого вращательного движения капли жидкости разлетаются в стороны. Относительно освобожденный от жидкости газ продолжает поступать вверх в кольцевую область, т.е. ниже по потоку средства закручивания, и в качестве первичного газа выходит из закручивающей трубы через коаксиальный канал 34а поверх сепараторной ванны.
Ниже по потоку от средства закручивания 36а в кольцевой области 37а образуется слой содержащей жидкость текучей среды. Жидкие капли ударяются о внутренние стенки канала 28а и образуют ручейки жидкости. В этой кольцевой области вторичный газ поднимается вверх, и вместе с газом может захватываться и жидкость. Содержащая жидкость текучая среда выводится из кольцевой области 37а через выходы 40а и 48а и направляется вниз возвратной юбкой 45а через кольцевой выход 52а в свободное внутреннее пространство 55.
В нижней части свободного внутреннего пространства осаждаются крупные капли жидкости и поверх нижней тарелки образуют слой жидкости. Жидкость из этого слоя удаляется через дренажный канал 15. Выходящий из выхода 52а вторичный газ поступает непосредственно в нижнюю область свободного внутреннего пространства, где расстояние между закручивающими трубами является наибольшим. Поэтому скорость потока здесь небольшая, и захваченная газом жидкость коалесцируется и попадает в слой жидкости. Кроме того, пока вторичный газ поступает вверх в свободное внутреннее пространство 55, происходит дальнейшее осаждение жидкости. Относительно освободившийся от жидкости вторичный газ выходит из свободного внутреннего пространства через выходы в верхней тарелке 4, которые могут быть образованы, например, между закручивающими трубами и обозначены ссылочными номерами 21 а, b, с и d. Иным образом выходы для вторичного газа могут быть образованы вокруг выходных каналов первичного газа, как показано ссылочным номером 22.
Большая часть жидкости выходит из канала 28а закручивающей трубы через нижние части прорезей 40а, и концентрация газа в содержащей жидкость текучей среде, выходящей из канала вниз через верхние части прорезей и через кольцевые отверстия 48а, будет выше. При больших скоростях потока может случиться, что выведенная через нижние части прорезей 40а и попавшая на внутренние стенки возвратной юбки 45а жидкость частично будет захватываться вторичным газом, поступающим вниз в кольцевую область 50а. Однако было обнаружено, что при нормальных рабочих условиях повышенная эффективность сепарации в свободном внутреннем пространстве компенсирует это явление так, что результирующий эффект оказывается положительным и вторичный газ получается достаточно сухим.
Обратимся теперь к фиг.2, на которой показана схема второго варианта выполнения сепараторной ванны 102 в соответствии с настоящим изобретением. Те элементы конструкции, которые аналогичны уже рассмотренной ванне 2 по фиг.1 обозначены теми же самыми ссылочными номерами.
Устройства первичной сепарации показаны в виде закручивающих труб 105а, b, с. Для примера закручивающая труба 105а будет описана более подробно. Другие закручивающие трубы ей аналогичны. В цилиндрическом вертикальном трубчатом канале 108а отверстий в стенках нет. Над верхним концом 107а канала 108а размещена коаксиально с закручивающей трубой 105а кольцевая U-образной формы возвратная юбка 109а. Радиальная внутренняя часть возвратной юбки 109а образует в данном варианте воплощения выходной канал 134а для первичного газа, проходящий от выхода 32а первичного газа закручивающей трубы 105а до выхода 20а. Таким образом, первичный газ не попадает в свободное внутреннее пространство 55 ванны 102. Возвратная юбка в этом примере выполнения связана с верхней тарелкой 110 и образует верхнюю стенку 112. Выход для текучей среды из кольцевой области 115а между нижним концом выходного канала 134а первичного газа и верхним концом 107а канала 108а образован кольцевым отверстием 118а между верхним концом канала 108а и возвратной юбкой 109а (верхней стенкой 112). Кольцевое отверстие 118а образует вход средства для удаления и последующей подачи содержащей жидкость текучей среды от первого сепараторного устройства, а внешнее кольцевое отверстие 119а между верхним концом канала 108а и возвратной юбкой 109а образует выход данного средства. Свободное внутреннее пространство 55 образовано между стенками 112 и 116 ниже по потоку от выходов 119a, b, с.
Желательно, чтобы нижний по потоку конец возвратной юбки проходил от верхнего конца канала 108а вниз к положению, которое по меньшей мере на 10% длины трубчатого канала 108а ближе к нижней тарелке. Длина трубчатого канала может рассматриваться как мера расстояния между верхней стенкой 112 и нижней стенкой 116. Если есть необходимость предотвратить просачивание вторичного газа на выходы вторичного газа, возвратную юбку можно опустить ниже во внутреннее пространство 8, как показано ссылочным номером 120с для закручивающей трубы 105с, поэтому выход 119с пропускает содержащую жидкость текучую среду вниз в свободное внутреннее пространство 55. В этом случае верхний конец 107 с канала 108с закручивающей трубы 105с может быть, примерно, в плоскости верхней тарелки 110.
Входной конец возвратной юбки может быть установлен таким образом, что ее входное отверстие для содержащей жидкость текучей среды размещено выше ее выходного отверстия, а, в частности, выходное отверстие может быть размещено на уровне верхнего конца или выше закручивающей трубы. Такая возможность показана для закручивающей трубы 105b, где возвратная юбка, образованная верхней стенкой 112, проходит как раз над верхним концом закручивающей трубы 105, так что кольцевое входное отверстие 118b образовано выше, чем показано для закручивающей трубы 118а, с.
Закручивающее средство 36а в данном варианте воплощения показано связанным с нижней стенкой 116. Этот вариант воплощения по фиг.2 обеспечивает особо компактную конструкцию и незатратное производство.
Нормальная работа сепараторной ванны 102 в соответствии с данным вариантом выполнения в целом аналогична работе ванны 2 по фиг.1. Смесь газ/жидкость поступает снизу в устройство первичной сепарации, например, закручивающую трубу 105а. С помощью закручивающего средства в кольцевой области 37а образуется слой содержащей жидкость текучей среды, как это описывалось применительно к фиг.1. Первичный газ, относительно свободный от жидкости, выходит из сепараторной ванны 102 через предпочтительно коаксиальные выходные каналы 20 a, b, c первичного газа. Содержащая жидкость текучая среда, включающая жидкость и вторичный газ, удаляется из канала 108а через отверстие 118а и направляется с помощью возвратной юбки вниз в свободное внутреннее пространство 55 в направлении вниз. Масса жидкости осаждается и образует на тарелке 116 слой жидкости, удаляемый через выход 15. Вторичный газ из-за его кинетического момента также будет продолжать поступать вниз, занимая большую часть свободного внутреннего пространства 55, таким образом, вторичный газ остается в свободном внутреннем пространстве достаточно долго, чтобы захваченная им жидкость могла осесть. Выходы 21a, b, c, d отсепарированного вторичного газа размещены предпочтительно как можно дальше от возвратной юбки, смотри описание фиг.3 и 4 ниже. В другом случае кольцевые выходы вторичного газа для закручивающей трубы 105с могут быть размещены как показано ссылочным номером 22.
Обратимся теперь к фиг.3 и 4, где показан вид сверху двух различных компоновок закручивающих труб и выходные отверстия отсепарированного вторичного газа в сепараторной ванне. Здесь показаны только внешние окружности возвратных юбок 210, выходы 220 первичного газа и выходы 220 вторичного газа, при этом для ясности картины номера позиций показаны только у одного из компонентов. При компоновке, как показано на фиг.3, каждая закручивающая труба размещена в узле воображаемой правильной решетки с квадратными гнездами. Когда выходы вторичного газа расположены симметрично между четырьмя соседними закручивающими трубами, то они оказываются дальше всего от возвратных юбок. При таком размещении также свободное внутреннее пространство под выходами вторичного газа будет достаточно большим. В примере по фиг.4 каждая закручивающая труба расположена в узлах воображаемой правильной решетки с гнездами в виде равносторонних треугольников, так что каждая закручивающая труба находится по соседству с шестью такими же трубами. Закручивающие трубы могут быть расположены ближе друг к другу, чем это показано на фиг.3, однако в таком случае выходы вторичного газа окажутся ближе к возвратным юбкам, а свободное внутреннее пространство под выходами вторичного газа будет меньше.
На фиг.5 и 6 показан вид сверху и в перспективе на закручивающее средство 300, пригодное для использования в настоящем изобретении. Закручивающее средство образовано лопатками 305, выполненными за одно целое с металлической пластиной 310. Каждая из восьми лопаток 305 показанного варианта имеет по существу форму кругового сегмента. Такие лопатки легко изготовляются с помощью образования соответствующим образом расположенных радиальных разрезов 307 и круговых дуговых разрезов 308 вокруг центра 312, как показано на фиг.5, с последующим сгибанием каждого частично вырезанного сегмента вокруг радиуса 309 с выходом из плоскости металлической пластины.
Для ясности позиции показаны только для одного из сегментов.
Под термином разрезы понимаются результаты любых операций, с помощью которых можно выполнить в плите прорези и образовать сегменты, которые можно будет согнуть. С производственной точки зрения наиболее пригодными являются операция пробивки или вырубки с помощью штампа, однако наиболее предпочтительным будет резание лазером.
Как показано на фиг.5, после сгибания лопаток закручивающее средство оптически при виде сверху не закрыто. Было обнаружено, что хорошие результаты закручивания и, следовательно, сепарации получаются, если поместить закручивающее устройство в закручивающей трубе. Количество лопаток может быть от 4 до 12. Предпочтительно, чтобы лопатки были выгнуты из плоскости пластины в одном направлении движения потока текучей среды в нормальном режиме работы. Угол отгиба лопатки от плоскости пластины может быть от 10 до 60 градусов и выбирается в зависимости от конкретного варианта применения. Хорошие результаты получаются при угле отгиба между 25 и 40 градусами.
Металлическая пластина, из которой изготовляют закручивающее средство, может представлять собой круглую пластину 310, как показано на фиг.5 и 6. Внешний обод прикрепляется, например, точечной сваркой, изнутри к закручивающей трубе, например в канале 28а на фиг.1. В другом случае внешний обод может быть непосредственно закреплен на нижней стенке сепараторной ванны. Еще одной возможностью является выполнение закручивающего средства интегрально с нижней стенкой. Нижняя тарелка 116 на фиг.2 показывает закручивающее устройство 36 a, b, с, выполненное посредством вырезания и сгибания лопаток непосредственно из нижней пластины 116. Последний пример обеспечивает особо эффективную производительность сепараторной ванны в соответствии с настоящим изобретением, поскольку в процессе участвует меньшее количество компонентов.
Сепараторная ванна в соответствии с настоящим изобретением, например, может быть применена в компактной высокоэффективной сепараторной колонне, имеющей в качестве основного внутреннего компонента входное устройство для текучей среды, установленное так, чтобы обеспечить поступление содержащей газ и жидкость текучей среды в первое вертикальное положение или промежуток, при этом сепараторная ванна размещена выше первого положения или промежутка. Выходы для газа и жидкости могут быть расположены в верхней и нижней частях колонны, соответственно. Такое входное устройство для текучей среды описано, например, в патенте GB 1119699.
В некоторых случаях может оказаться желательным размещение нескольких ванн, расположенных в колонне вертикально на расстоянии друг от друга.
Сепараторная ванна в соответствии с настоящим изобретением может с успехом применяться для осуществления сепарации газ/жидкость при высоких давлениях (например, 50 бар и выше). Например, при производстве природного газа из получаемых из скважин подземных газовых резервуаров настоящее изобретение может применяться для сепарации газ/конденсат или газ/вода. Настоящее изобретение представляет собой компактную и эффективную сепараторную ванну, позволяющую уменьшить размеры и высоту колоны, в которую она устанавливается.
Были проведены эксперименты с использованием сепаратора, включающего одну закручивающую трубу, в общем-то, такую, как показана и описана под номером 25а на фиг.1. Закручивающая труба была размещена коаксиально в вертикальной круглой цилиндрической камере с диаметром 300 мм и высотой 500 мм, снабженной верхней и нижней тарелками. Закручивающая труба была образована цилиндрическим закручивающим трубчатым каналом с диаметром 110 мм и длиной 400 мм, простирающимся от его входа в нижней тарелке камеры до его верхнего конца в камере. На входе было установлено закручивающее средство, такое, как показано на фиг.5 и 6. В канале имелось четыре продольных прорези длиной 260 мм и шириной 2 мм, расположенных симметрично по окружности канала закручивающей трубы. Верхний конец прорезей отстоял на 40 мм от верхнего конца канала закручивающей трубы. Над верхним концом канала была размещена коаксиальная возвратная юбка в форме колпака, образованная цилиндрическим каналом с диаметром 140 мм возвратной юбки, закрытым сверху горизонтальной пластиной. Горизонтальная тарелка была установлена на 2 мм выше верхнего конца канала закручивающей трубы, благодаря чему образовалось кольцевое отверстие. Канал коаксиального выхода первичного газа диаметром 50 мм выступал между верхним концом продольных прорезей и верхним концом канала закручивающей трубы вверх сквозь горизонтальную пластину возвратной юбки и верхнюю тарелку камеры. В верхней тарелке камеры были образованы четыре выхода вторичного газа из свободного пространства камеры вне закручивающей трубы и возвратной юбки. Количество производимого вторичного газа могло меняться в зависимости от размера выходов вторичного газа. В нижней тарелке камеры были образованы два выходных канала из свободного внутреннего пространства камеры.
Эксперименты проводились с различными текучими средами, например смесью триэтиленгликоля (жидкого) и воздуха, при комнатной температуре. На входе в закручивающую трубу смесь содержала 0-400 кг/час жидкости и 250-800 куб.м/час газа. При расходе 550 куб.м/час газа без жидкости было замерено падение сухого давления 10 мбар. Было обнаружено, что первичный захват был на 1% или больше выше по всему диапазону скоростей потока газа и жидкости, когда выходы вторичного газа были отрегулированы так, что около 20% или более всего газа уходило из сепаратора в качестве вторичного газа. Под первичным захватом понимают часть общего потока жидкости, которая выходит из сепаратора через выходной канал первичного газа вместе с первичным газом в качестве захваченной жидкости.
1. Сепараторная ванна, устанавливаемая горизонтально в вертикальной колонне, содержащая горизонтальные верхнюю и нижнюю стенки, ограничивающие находящееся между ними внутреннее пространство; средство для впуска текучей среды во внутреннее пространство; средство для удаления жидкости из внутреннего пространства; средство для удаления газа из внутреннего пространства; находящееся во внутреннем пространстве по меньшей мере одно устройство первичной сепарации для сепарации текучей среды на первичный газ и содержащую жидкость текучую среду, при этом устройство первичной сепарации содержит вертикальный трубчатый канал, на нижнем конце которого расположен вход для текучей среды, сообщающийся со средством впуска текучей среды, а на верхнем конце которого расположен выход первичного газа, выходной канал которого проходит к выходному отверстию первичного газа в верхней стенке, при этом это выходное отверстие первичного газа является частью средства для удаления газа; закручивающее средство, размещенное в канале между входом текучей среды и выходом первичного газа так, чтобы в процессе работы обеспечить формирование слоя содержащей жидкость текучей среды в кольцевой области, примыкающей к внутреннему пространству канала ниже по потоку закручивающего средства, при этом содержащая жидкость текучая среда включает вторичный газ; сепараторная ванна содержит средства для удаления и последующей подачи содержащей жидкость текучей среды из устройства первичной сепарации в средство вторичной сепарации для удаления из вторичного газа захваченной жидкости, при этом средство вторичной сепарации для удаления захваченной жидкости из вторичного газа образовано свободным внутренним пространством между верхней и нижней стенками, имеющим в нижней части выход для жидкости, сообщающийся со средством для удаления жидкости, а в верхней части - выход вторичного газа, проходящий к расположенному в верхней стенке выходному отверстию вторичного газа, при этом выходное отверстие вторичного газа отделено от выходного отверстия первичного газа и является частью средства для удаления газа, а средство для удаления и последующей подачи содержащей жидкость текучей среды имеет вход в верхней части внутреннего пространства и предназначено для впуска ниже по потоку в свободное внутреннее пространство всей содержащей жидкость текучей среды.
2. Сепараторная ванна по п.1, в которой средство для удаления и последующей подачи содержащей жидкость текучей среды предназначено для впуска всей содержащей жидкость текучей среды в свободное внутреннее пространство в пределах 50%, предпочтительно 30%, расстояния между верхней и нижней стенками, считая от нижней стенки.
3. Сепараторная ванна по п.1 или 2, в которой вход средства для удаления и последующей подачи содержащей жидкость текучей среды образован по меньшей мере одним отверстием в стенке трубчатого канала устройства первичной сепарации ниже по потоку от закручивающего средства, и в которой средство для удаления и последующей подачи содержащей жидкость текучей среды содержит возвратную юбку, охватывающую сбоку и сверху верхнюю часть канала.
4. Сепараторная ванна по п.3, в которой еще один вход средства для удаления и последующей подачи содержащей жидкость текучей среды образован кольцевым отверстием между верхним концом трубчатого канала и возвратной юбкой.
5. Сепараторная ванна по п.1 или 2, в которой средство для удаления и последующей подачи содержащей жидкость текучей среды имеет вход на верхнем конце канала устройства первичной сепарации и предназначено для впуска содержащей жидкость текучей среды в свободное внутреннее пространство в месте, которое находится от нижней стенки на расстоянии, составляющем по меньшей мере 10% длины канала, считая от входа верхнего конца канала.
6. Сепараторная ванна по п.5, в которой средство для удаления и последующей подачи содержащей жидкость текучей среды образовано возвратной юбкой, выполненной за одно целое с верхней стенкой.
7. Сепараторная ванна по п.1 или 2, в которой сепараторные выходы первичного и вторичного газов расположены в верхней стенке.
8. Сепараторное средство по любому из пп.1 или 2, имеющее возвратную юбку кольцевой U-образной формы.
9. Сепараторная ванна по п.1, в которой закручивающее средство образовано из металлической пластины посредством нанесения на нее разрезов, образующих сегменты, и последующего выгибания сегментов из плоскости металлической пластины.
10. Сепараторная ванна по п.9, в которой каждый сегмент имеет форму кругового сектора и выгнут вокруг радиуса наружу из плоскости металлической пластины.
11. Сепараторная ванна по п.9 или 10, в которой разрезы нанесены с помощью лазерного резания.
12. Сепараторная ванна по п.9 или 10, в которой закручивающее средство выполнено за одно целое с нижней стенкой.
13. Сепараторная ванна по любому из пп.1, 9 или 10, в которой множество устройств первичной сепарации размещено в узлах правильной решетки, в частности, с гнездами в форме квадрата или равностороннего треугольника.
14. Сепараторная ванна по любому из пп.1, 9 или 10, которая установлена в колонне.
15. Сепараторная ванна по п.1, в которой размещены кольцевые выходы вторичного газа.
16. Сепараторная ванна по любому из пп.1, 9 или 10, в которой средство для удаления и последующей подачи содержащей жидкость текучей среды имеет вход на верхнем конце вертикального канала.
17. Применение сепараторной ванны по любому из пп.1-16 для сепарации содержащей газ текучей среды в колонне.
18. Применение по п.17, осуществляемое при давлении 50 бар и выше.
19. Применение по п.17 или 18, осуществляемое при производстве природного газа из подземных газовых резервуаров для сепарации газ/конденсат или газ/вода.
