 |
Классификация и принципиальные технологические схемы установок сепарации
|
|
|
|
В зависимости от требований, предъявляемым к отсепарированному газу по содержанию капельной жидкости и механических примесей, на установках сепарации пластовой смеси используют различные по конструкции и эффективности сепарационные устройства. По своему принципу действия эти сепарационные устройства делятся на гравитационные, инерционные (насадочные), центробежные и фильтрующие, а также комбинированные.
2. Типы и конструкции сепараторов
Гравитационные сепараторы
Осаждение дисперсных частиц в гравитационных сепараторах происходит под действием сил тяжести и описывается уравнением:
, (1)
где Wос - скорости осаждения частиц из газа, м/с;
dч - диаметр частиц, м;
rч, rг - плотности частиц и газа соответственно, кг/м3;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
j - коэффициент сопротивления газа.
При осаждении сравнительно крупных частиц в маловязкой среде наблюдается турбулентный режим (j = 0,44), для легких частиц или большой вязкости среды ее сопротивление проявляется в виде трения и наблюдается ламинарный режим (j = 24/Re - закон Стокса, Re - критерий Рейнольдса), имеется также переходный режим (j = 18,5/Re0,6).
Гравитационные сепараторы бывают горизонтальными, вертикальными и шарообразными. Общим для них является наличие отстойной (осадительной) зоны. Наиболее широко распространены на установках сепарации пластовой смеси горизонтальные трехфазные сепараторы, одна из упрощенных конструкций которых приведена на рис. 1. Трехфазным он называется потому, что продуктами сепаратора являются отсепарированный газ, углеводородный газовый конденсат и пластовая вода с механическими примесями. Кроме осадительной зоны, в гравитационных сепараторах имеются входная зона (отбойные пластины) и выходная (улавливающая) зона. В последней устанавливают каплеулавливающий сетчатый пакет или центробежные устройства для отделения унесенных капель жидкости от потока газа.
|
|
|
Из гравитационного сепаратора имеются выходы газового конденсата и загрязненной механическими примесями пластовой воды. Газовый конденсат затем направляют на обезвоживание и обессоливание и далее на переработку, а загрязненная пластовая вода подвергается очистке от механических примесей и углеводородов и затем обычно закачивается обратно в пласт.
Конкретная конструкция гравитационных сепараторов выбирается с учетом таких факторов, как производительность по газу, давление, количество в газе механических примесей, требуемая степень очистки и др. Процесс в гравитационных сепараторах обычно проводят при давлении и температуре пластовой смеси.
Инерционные сепараторы
Инерционные сепараторы представляют из себя аппараты, заполненные насадками с развитой удельной поверхностью контакта (от 10 до 500 м2/м3). Улавливание капель из потока газа происходит за счет их ударения о поверхность насадки и резких многократных поворотов потока газа в каналах самой насадки.
В качестве насадки применяют кольца Рашига, многослойные жалюзи из пластин или уголков, а также сетчатые пакеты из рукавной, чулочно-вязанной сетки, изготовленной из проволоки диаметром 0,25 мм. Степень улавливания капель такими сепараторами достигает 99%. Примером сетчатого инерционного сепаратора может служить сетчатый отбойный пакет 6 на рис. 1., а жалюзийного - отбойные пластины 2 на том же рисунке.
Жалюзийные сепараторы улавливают капли жидкости размером более 20 мкм, а сетчатые - от 5-10 мкм и выше. Поэтому сетчатые сепараторы обычно устанавливают на концевых участках ступени очистки газа.
|
|
|
Рис. 1. Горизонтальный трехфазный сепаратор: 1- вход пластовой смеси; 2- отбойные пластины; 3- выход газового конденсата; 4- выход отсепарированного газа; 5- выход загрязненной пластовой воды; сетчатый отбойный пакет; 7- встроенный сборник пластовой смеси.
Центробежные сепараторы
Центробежные сепараторы используют для отделения жидкости от газа центробежные силы, возникающие в предварительно закрученном потоке газа.
Существует два типа центробежных сепараторов, различающихся устройством, закручивающим поток, - циклонные и прямоточные (рис.2, а и б). В первом случае поток газа входит в корпус сепаратора тангенциально (по касательной к боковой стенке аппарата) и завихряется вокруг центральной трубы, через которую отводится отсепарированный газ. Во втором случае вращательное движение потоку газа придает специальный завихритель. В обоих сепараторах капли жидкости отбрасываются к стенкам аппарата и стекают в сборники уловленной жидкости.
Центробежные сепараторы имеют эффективность до 90-95% и поэтому используются на входных участках для предварительной очистки газа, особенно если газ содержит много механических примесей.
Фильтрующие сепараторы
Фильтрующие сепараторы используют для окончательной тонкой очистки газа от частиц жидкости диаметром 0,5-10 мкм, не уловленных другими типами сепараторов.
Одна из разновидностей такого сепаратора показана на рис. 3. Сепаратор включает три зоны сепарации - входную 1, фильтрующие элементы 2 и каплеуловитель 3.
Фильтрующие элементы представляют собой перфорированный патрубок - каркас 3, на котором уложен фильтрующий слой - тонкое стекловолокно, при прохождении через слой которого капли коалесцируют (сливаются), укрупняются и стекают в сборник.
Диаметр фильтрующих элементов обычно составляет от 50 до 100 мм, а отношение их длины к диаметру - 12-15. Число таких элементов рассчитывают по найденной расчетным путем потребной площади фильтрации для данного расхода газа, обычно оно составляет 30-50 штук.
|
|
|
