сверхзвуковая труба для подготовки газа к дальнему транспорту

Формула изобретения

Сверхзвуковая труба для подготовки газа к дальнему транспорту, содержащая сопло Лаваля, циклонный сепаратор с лопастью, диффузор для отвода осушенного газа и диффузор для отвода сконденсировавшейся жидкости, отличающаяся тем, что лопасть выполнена в виде деформируемой пластины, вставленной в винтовой паз, выполненный на внутренней поверхности циклонного сепаратора, при этом пластина имеет длину не менее ¹/₂ шага винтового паза, а в корпусе трубы циклонного сепаратора установлены фиксаторы, торцы которых входят в винтовой паз, при этом расстояние между соседними фиксаторами, установленными в винтовом пазе, равно длине пластины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам, применяемым в нефтегазовой промышленности, и может быть использовано для подготовки нефтяного попутного газа к дальнему транспорту за счет осушки газа и низкотемпературной сепарации тяжелых углеводородов.

Известны устройства для низкотемпературной конденсации, в которых происходит сжатие сырого газа, охлаждение, разделение на газовую фазу и конденсат в теплообменных аппаратах и конденсаторах путем сепарации с использованием внешнего холодильного цикла с последующей деэтанизацией в ректификационной колонне, например установки по а.с. №732637, СССР, F25J 3/06, по заявке №4607307/23-26 от 29.11.88, F25J 3/00, которые отличаются необходимостью применения большой номенклатуры оборудования, в том числе компрессорного, больших капитальных и энергетических затрат.

Известны устройства, использующие безмашинные способы получения холода: устройства с вихревыми трубами, например, по а.с. №1726927, F25В 9/02, а.с. 1732752, F25В 9/02, а также устройства со сверхзвуковыми трубами, например, по а.с. 2106581, F25В 9/02.

Известна конструкция устройства для отделения из газа воды и тяжелых углеводородов с применением сверхзвуковой трубы, состоящей из расширителя с соплом Лаваля, циклонного сепаратора со сверхзвуковой лопастью, диффузора для отвода осушенного газа и диффузора для отвода сконденсировавшейся жидкости - (Ф.Окимото, Д.М.Браувер // «Нефтегазовые технологии» №6, стр.41) - прототип.

В известной сверхзвуковой трубе сжатый газ в критическом сечении сопла Лаваля приобретает скорость, соответствующую числу Маха, равному 1, затем газ расширяется до М=1,3...1,5, давление газа снижается до ˜0,3 от первоначального значения, а температура снижается на ˜60°С от исходного значения, при этом вода и тяжелые углеводороды (с С₅ и выше) конденсируются.

Лопасть, помещенная в сверхзвуковой поток, отбрасывает от оси потока образовавшуюся капельную жидкость на стенку трубы, а далее разделенные потоки тормозятся каждый в своем диффузоре, при этом осушенный газ по центральному диффузору отводится в трубопровод с давлением до 0,8 от первоначального значения, а жидкостной поток с частично увлеченным газом по кольцевому диффузору отводится в емкость сбора конденсата.

Известная сверхзвуковая труба - это устройство с фиксированным расходом газа, в котором создается перепад давления. Эффективность работы устройства (степень конденсации и отделения влаги и тяжелых углеводородов из газа) зависит как от параметров расширившегося газа (давления и температуры), так и от места расположения и формы лопасти, отбрасывающей сконденсировавшуюся жидкость на внутреннюю поверхность трубы.

Недостатками известной конструкции сверхзвуковой трубы являются фиксированное (жесткое) положение лопасти в трубе, а также исполнение лопасти в виде плоской пластины, передняя кромка которой генерирует скачок уплотнения, обеспечивающий центрифугирование капельной жидкости к стенке трубы.

Но для каждого состава газа и его параметров существует оптимальное расположение лопасти относительно сопла, то есть лопасть должна иметь возможность смещаться и устанавливаться в сечение, в котором максимально конденсируется жидкость: после прохождения сопла в газовом потоке объем сконденсировавшейся жидкости увеличивается и достигает максимального значения на определенном расстоянии от сопла.

Кроме этого, сама форма лопасти должна способствовать отбросу капельной жидкости на внутреннюю поверхность трубы.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение эффективности работы сверхзвуковой трубы за счет повышения объема отделяемой в трубе сконденсировавшейся влаги и тяжелых углеводородов из газа, подаваемого в трубу.

Технический результат достигается тем, что в сверхзвуковой трубе, содержащей сопло Лаваля, циклонный сепаратор с лопастью, диффузор для отвода осушенного газа и диффузор для отвода сконденсировавшейся жидкости, лопасть выполнена в виде деформируемой пластины, вставленной в винтовой паз, выполненный на внутренней поверхности циклонного сепаратора, при этом пластина имеет длину L_пл не менее ¹/₂ шага винтового паза S, а в корпусе трубы циклонного сепаратора установлены фиксаторы, торцы которых входят в винтовой паз, при этом расстояние между соседними фиксаторами, установленными в винтовом пазу, равно длине пластины.

На фиг.1 изображен общий вид сверхзвуковой трубы, на фиг.2 - форма деформированной пластины после установки ее в винтовую канавку, на фиг.3 - входы в диффузоры, на фиг.4 - поперечное сечение трубы.

Сверхзвуковая труба состоит из сопла Лаваля 1, циклонного сепаратора 2, пластины 3, диффузора осушенного газа 4, диффузора жидкости 5, фиксаторов 6.

Пластина 3 вставляется в винтовой паз циклонного сепаратора 2, при этом она деформируется по винтовой поверхности (см. фиг.2), фиксируется пластина в осевом направлении с помощью фиксаторов 6 в нескольких положениях вдоль оси трубы с шагом, равным длине пластины.

Сверхзвуковая труба работает следующим образом.

Сырой нефтяной попутный газ под давлением на входе Р_вх и с температурой Т_вх подается в сопло 1, в критическом сечении которого газ приобретает скорость, соответствующую числу Маха, равному 1, затем газ расширяется до М=1,3...1,5 и поступает в трубу циклонного сепаратора 2, в которой давление газа снижается до ˜0,3Р_вх, а температура снижается на ˜60°С от исходного значения. При данных параметрах газа вода, присутствующая в газе, а также тяжелые углеводороды (С₅ + высшие) конденсируются, причем степень конденсации повышается по мере удаления потока от сопла и в определенном сечении достигает максимального значения.

Образовавшаяся капельная жидкость налетает на винтовую поверхность лопасти 3, которая генерирует вихрь высокой напряженности, газовый поток закручивается и капельная жидкость отбрасывается от оси потока на стенку трубы.

Время пребывания газа внутри холодного сверхзвукового сепаратора составляет всего несколько миллисекунд, что предотвращает гидратообразование.

Далее конденсат по стенке трубы в виде тонкой жидкостной пленки поступает в диффузор 5, в котором скорость жидкости (а также частично увлеченного с жидкостью газа) уменьшается, давление жидкостно-газовой смеси при этом увеличивается до 0,7...0,8 Р_вх , после чего смесь отводится в емкость сбора конденсата.

Газ, из которого после прохождения лопасти 3 отделен конденсат, поступает в диффузор 4, в котором скорость газового потока снижается, а давление повышается до 0,7...0,8 Р_вх. Далее осушенный газ направляется в транспортный трубопровод.

При работе сверхзвуковой трубы через определенное время наработки производят переналадку - смещают пластину 3 вдоль оси трубы и определяют для данных конкретных параметров и состава газа оптимальное положение пластины, при котором из трубы отделяется наибольшее количество конденсата. Винтовая поверхность паза позволяет смещать пластину вдоль трубы без изменения ее формы.

Таким образом, предлагаемое техническое решение повышает эффективность работы сверхзвуковой трубы за счет винтовой поверхности лопасти, обеспечивающей генерирование вихря более высокой напряженности, а также за счет возможности смещения лопасти без изменения ее формы вдоль оси трубы, что обеспечивает установку лопасти в положение, соответствующее максимальному отделению влаги и конденсата из обрабатываемого газа.