Газосепараторы - это аппараты, предназначенные для отделения от газа твердых частиц и жидкости. Процесс отделения от газа твердых и жидких частиц называется сепарацией, а иногда очисткой газа (рис. 31).
Сепарация проходит под действием различных сил: гравитации (тяжести), центробежных, инерционных; при ударах и прилипании частиц к твердым поверхностям; при прохождении потока через отбойники, сетки, фильтры.
Газосепараторы - это аппараты, предназначенные для отделения от газа твердых частиц и жидкости. Процесс отделения от газа твердых и жидких частиц называется сепарацией, а иногда очисткой газа (рис. 31).
Сепарация проходит под действием различных сил: гравитации (тяжести), центробежных, инерционных; при ударах и прилипании частиц к твердым поверхностям; при прохождении потока через отбойники, сетки, фильтры.
В зависимости от основной действующей силы сепараторы подразделяются на гравитационные, центробежные, инерционные, с насадками и фильтроэлементами.
Как правило, в одном сепараторе стремятся использовать действие нескольких сил, т. е. конструируют многофункциональные аппараты (рис.32).
Сепараторы оснащены трубопроводной арматурой (задвижки, вентили, регулирующие и предохранительные клапаны и т. д.), контрольно-измерительными приборами и средствами автоматизации.
Основные элементы конструкции газосепараторов: входной патрубок
1, осадительная камера 2, отбойная секция 3, сборник жидкости и твердых частиц 6, выходные патрубки 4, 8.
Входной патрубок 1 предназначен для ввода потока продукции скважины в аппарат. Конструируют его таким образом, чтобы уже при входе потока в аппарат начинался процесс сепарации. Для этого используют тангенциальный ввод и завихрители потока.
Тангенциальный ввод направляет поток по образующей поверхности цилиндрического корпуса сепаратора. При таком вводе создается вращательное движение газа и на частицы начинают действовать центробежные и инерционные силы. Твердые частицы и жидкость отбрасываются к стенкам аппарата, прижимаются и прилипают к ним и стекают вниз в сборник жидкости.
Завихрители потока (вихревые насадки) при помощи неподвижных или вращающихся направляющих лопаток и поверхностей придают газу вращательное, вихревое движение, в зоне которого возникают значительные центробежные и инерционные силы, сепарирующие газ.
Осадительная камера 2 предназначена для гравитационного отделения твердых и жидких частиц от потока газа.
На частичку, движущуюся в осадительной камере, действуют две противоположно направленные силы: тяжести G и уноса потоком газа F. При равенстве этих сил частица находится во взвешенном состоянии (как бы в невесомости), такое состояние назы-
Рис. 31. Сепараторы гравитационные вертикальные
вают «витанием» частиц. Для осаждения частицы на днище сепаратора в сборник жидкости необходимо, чтобы OF.
Теоретически можно определить скорость газа в осадительной камере, при которой сепарируются частицы заданного диаметра. В промысловой практике принята скорость газа 0, 1 м/с, при которой осаждаются частички размером от 0, 3 мм и более.
Для осаждения более мелких частиц необходимо значительно уменьшить скорость газа, и, следовательно, пропускную способность газосепаратора. При этом увеличится потребное число сепараторов, установленных на промысле, что экономически, да и технологически нецелесообразно.
Отбойная секция 3
предназначена для отделения от газа чрезвычайно мелких частиц диаметром до 20—80 мкм и тумано-
Рис. 32. Схема газосепаратора.
I — жалюзи; II — сетчатый отбойник; III — фильтроэлемент;
1 — входной патрубок; 2 —
осадительная камера; 3 — отбойная секция; 4, 8—выходные патрубки; 5—корпус; 6 — сборник жидкости; 7—обогрев; Г—газ; Ж— жидкость (конденсат, вода. ингибиторы); Т — твердые частицы (механические примеси);
Ч —
частица; G — сила тяжести; F — сила уноса частицы потоком газа
образной взвеси. Основные элементы отбойной секции—жалюзи, сеточные насадки и фильтроэлементы.
Жалюзи—это набор пластин различной конфигурации I. Жалюзи изготовляют из нержавеющей стали, обычно в гофрированном виде. В криволинейных каналах жалюзийной секции многократно изменяется направление движения газа.
Капли жидкости и твердые частицы под действием сил инерции и молекулярного трения осаждаются на поверхности жалюзи и образуют тонкую, стекающую вниз пленку. Скорость газа должна быть такой, чтобы потоком газа не срывалась пленка, стекащая с поверхности жалюзи.
Эту скорость рассчитывают или устанавливают экспериментально. От нее зависит пропускная способность жалюзийных насадок и всего сепаратора.
Сетчатые отбойники // изготовляют из сетчатого рукава обычно диаметром 90 мм (ТУ-138-58), изготовленного из проволоки
Рис.. 33. Газосепаратор центробежный регулируемый.
1—входной патрубок; 2 — центробежный регулятор; 3 — выход газа; 4 — дренаж воды; 5—дренаж конденсата; 6—змеевиковый подогреватель.
(легированная сталь) диаметром 0, 2—0, 3 мм с ячейками 4—ι 5 мм, поверхность 1 м3 сетки достигает 380 м2. Твердые и жидкие частицы задерживаются в ячейках сетки, на поверхности проволоки.
Фильтроэлементы III
изготовляют из фильтрующих материалов (фторопластов, пластмассы, металлокерамики и керамики). Газ свободно проходит через поры фильтра, а жидкость и твердые частицы размером больше пор задерживаются, а меньшего размера удерживаются на поверхности пор молекулярными силами.
Фильтроэлементы в виде фторопластовых фильтропакетов способны отделить от газа частицы размером от 40 до 5 мкм и даже до 1 мкм. Фторопластовые фильтры имеют небольшое гидравлическое сопротивление, эластичны, с гладкой цилиндрической поверхностью, при необходимости многократно и эффективно регенерируются. Поэтому используются преимущественно эти фильтры.
Механические отбойники относятся к насадкам отбойной секции простейшего типа. Конструктивно выполнены в виде металлических конусов, козырьков, пластин. Несмотря на простоту конструкции повышают эффективность сепарации.
Используются в основном инерционные силы, газ изменяет направление движения, а частицы, продолжая двигаться по инерции, ударяются о поверхность отбойников и остаются в сепараторе, не уносятся потоком газа.
Сборник жидкости и тверды χ частиц 6 расположен в нижней части газосепаратора. С поверхности жидкость не должна срываться и уноситься вверх потоком газа.
Для этого уровень поддерживается значительно ниже входного патрубка, иногда отделяется перегородками. Сборники выполняются также в виде отдельной емкости, соединенной с корпусом патрубком, через которую жидкость поступает в сборник.
Выходные патрубки для газа сверху 4, а для конденсата снизу 8 обеспечивают выход продукции скважины после сепарации. Они должны быть достаточными по размерам для непрерывного опорожнения газосепаратора и иметь небольшие гидравлические сопротивления. Для газа выходной патрубок имеет диаметр не меньше входного, а часто больше, для конденсата может иметь диаметр и меньше входного.
Рис. 34. Газосепаратор низкотемпературный с сетчатым отбойником. 1 — входной патрубок; 2— отбойная секция; 3 — выход газа: 4—смотровой люк; В—штуцер манометра; 6 — отводы к регулятору уровня; 7—выход жидкости; 8— змеевиковый подогреватель |
В зависимости от формы и расположения корпуса различают газосепараторы: цилиндрические и шаровые, вертикальные и горизонтальные. Основные размеры газосепараторов: высота от 2 до 12 м, диаметры от 100 до 2500 см, масса от 3—4 до 40—60 т. Пропускная способность газосепараторов, установленных на действующих промыслах, изменяется от 50 тыс. м3/сут до 5 млн. м3/сут, а самый мощный газосепаратор на Крестищенском промысле имеет пропускную способность 20 млн. м3/сут.
Новые промыслы оснащаются блочно-комплектным оборудованием со стандартизованными газосепараторами. По технологическому назначению выделены газосепараторы первичные и низкотемпературные. -
Газосепараторы первичные воспринимают основную нагрузку по первичной сепарации продукции скважины в любом технологическом процессе подготовки газа. Сепаратор центробежный, регулируемый (рис. 33).
Разработаны сепараторы двух модификаций: со сборником жидкости и совмещенного с разделительной емкостью пропускной способностью 1, 3 и 5 млн. м3/сут. Эффективность сепарации достигает 98%.
Газосепаратор низкотемпературный представляет собой вертикальный сосуд, в котором в качестве основного сепарационного элемента предусмотрен сетчатый отбойник, выполненный из вязаной рукавной сетки (рис. 34). Эффективность сепарации достигает 99, 5%.