устройство для разделения многофазных текучих сред

Формула изобретения

1. Устройство для разделения многофазной текучей среды, содержащее цилиндрический резервуар (1), имеющий входное отверстие (2), первое выходное отверстие (3) для жидкости с большей плотностью, второе выходное отверстие (4) для жидкости с меньшей плотностью и третье выходное отверстие (5) для газа, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит трубчатый сепаратор (6), соединенный напрямую с входным отверстием (2) резервуара (1), и магистральный трубопровод (7), соединенный с входным отверстием трубчатого сепаратора (6), при этом указанный трубчатый сепаратор (6) образует продолжение магистрального трубопровода (7), а трубчатый сепаратор (6) имеет диаметр, который больше диаметра магистрального трубопровода (7) и расположен преимущественно горизонтально для обеспечения стратифицированного течения текучей среды, поступающей в резервуар (1).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что текучая среда включает в себя нефть, воду и газ, при этом в случае поступления воды в качестве непрерывной фазы входное отверстие (2) размещено в резервуаре (1) на уровне, соответствующем ожидаемому уровню водяной фазы в резервуаре (1).

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что текучая среда включает в себя нефть, воду и газ, при этом в случае поступления нефти в качестве непрерывной фазы входное отверстие (2) расположено в резервуаре (1) на уровне, соответствующем ожидаемому уровню нефтяной фазы в резервуаре (1).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройству, а именно к сепаратору для разделения многофазной текучей среды, содержащему предпочтительно цилиндрический резервуар, имеющий входное отверстие, первое выходное отверстие для жидкости с большей плотностью (например, воды), второе выходное отверстие для жидкости с меньшей плотностью (например, нефти) и третье выходное отверстие - для газа.

Известен аналог, содержащий гравитационные сепараторы вышеуказанного типа для разделения текучих сред, таких как нефть, вода и газ, которые используются в ряде случаев в технологических установках, предназначенных для непрерывного процесса производства и установленных на платформах и судах или на морском дне. Однако такие сепараторы в силу зависимости от производительности являются громоздкими и тяжелыми, и для их размещения требуются большие площади.

Кроме того, известен аналог, в котором предложен новый тип сепаратора, называемый трубчатым сепаратором, разработанный заявителем настоящего изобретения и основанный на процессе разделения в трубопроводе за счет ламинарного течения в нем отделяемой текучей среды. Такой тип сепаратора весьма эффективен, требует мало места для размещения и может быть использован на больших глубинах моря. Указанный тип сепаратора показан и описан в патентом документе ЕР 0977621.

Объектом настоящего изобретения является сепаратор, основанный на сочетании принципов работы двух указанных выше типов сепаратора, в котором достигается дополнительное, более эффективное разделение текучей среды (на отдельные фазы).

Настоящее изобретение характеризуется тем, что к входному отверстию резервуара подсоединен трубчатый сепаратор. Трубчатый сепаратор образует продолжение магистрального трубопровода для транспортировки разделяемой текучей среды и присоединен к резервуару или частично входит в указанный резервуар в соответствии с приложенным пунктом 1 формулы изобретения.

За счет первой частичной сепарации поступающей текучей среды в трубчатом сепараторе перед дальнейшим ее разделением в резервуаре процесс разделения оптимизируется, за счет чего достигается большая производительность и уменьшается необходимый объем сепаратора.

Пункты 2 и 3 формулы определяют выгодные для использования особенности настоящего изобретения.

Настоящее изобретение далее будет описано более подробно с помощью примеров воплощения и со ссылкой на приложенный чертеж, представляющий собой упрощенное изображение устройства, соответствующего изобретению.

Как показано на чертеже, настоящее изобретение включает в себя традиционный гравитационный сепаратор 1, содержащий предпочтительно цилиндрический резервуар, выполненный с входным отверстием 2, первым выходным отверстием 3, предназначенным для жидкости с большей плотностью (например, воды), вторым выходным отверстием 4 для жидкости с меньшей плотностью (например, нефтью) и третьим выходным отверстием 5 для газа.

Предпочтительно в концевой части резервуара 1 размещена перегородка 8. Она проходит в направлении верха резервуара и создает препятствие для перетекания жидкости с меньшей плотностью (нефти) в камеру 9, сформированную внутри резервуара 1 с правой стороны, где расположен второй выходной патрубок 4.

Существенная особенность предложенного решения в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что трубчатый сепаратор 6 присоединен к входному отверстию 2 обычного гравитационного сепаратора 1. Трубчатый сепаратор 6 образует продолжение магистрального трубопровода 7 для транспортировки разделяемой текучей среды и частично входит внутрь гравитационного сепаратора 1. Диаметр трубчатого сепаратора 6 больше диаметра питающего трубопровода 7 и является достаточно большим для реализации стратифицированного течения. Трубчатый сепаратор располагают преимущественно горизонтально, что, кроме того, является условием, обеспечивающим разделение потока на отдельные слои. Требование в отношении горизонтальности зависит от скорости течения, т.е. чем больше скорость течения потока, тем больше требование к горизонтальности расположения. Кроме того, необходимая степень горизонтальности трубчатого сепаратора зависит от того, двухфазным или трехфазным будет поток текучей среды. Для трехфазного потока к горизонтальности трубчатого сепаратора 6 будут предъявляться большие требования.

Решение, отображенное на чертеже, представляет собой сепаратор нефти, воды и, возможно, газа, т.е. сепаратор для трехфазной среды, причем для случая непрерывного поступления воды. При непрерывном притоке воды предпочтительно располагать входное отверстие 2 таким образом, чтобы выходной патрубок трубчатого сепаратора 6 проходил внутрь гравитационного сепаратора 1 на уровне, обеспечивающем поступление текучей среды в слой воды (водяную фазу), образованный в сепараторе 1. С другой стороны, в случае непрерывного поступления нефти предпочтительно располагать входное отверстие так, чтобы приточная текучая среда поступала в нефтяную фазу в сепараторе 1.

Две жидкостные фазы (нефть/вода), поступившие в трубчатый сепаратор 6, постепенно по мере их прохождения по трубчатому сепаратору 6 будут разделяться с постепенным формированием слоев нефти и воды со средними размерами толщины слоев на входе в обычный гравитационный сепаратор 1 значительно большими, чем в случае не использования трубчатого сепаратора. Это приведет к тому, что дальнейшее разделение в обычном сепараторе будет происходить значительно быстрее, и обычный сепаратор может быть выполнен значительно меньших размеров.

Газ будет отделяться значительно быстрее, чем будет происходить разделение нефти и воды, поскольку плотность газа намного меньше плотностей этих двух текучих сред. Следовательно, газ и газовые пузыри, когда они достигают резервуара 1, будут быстро подниматься к поверхности жидкости с образованием над поверхностью жидкости в резервуаре газовой фазы, которая будет отводиться из резервуара посредством выходного отверстия 5.

Если ожидается высокая величина отношения газ/жидкость, то гравитационный сепаратор 1 предпочтительно должен быть снабжен входным приспособлением для демпфирования пульсаций давления в потоке текучей среды, например входное приспособление, содержащее корпус, внутри которого образован открытый сверху и снизу спиральный канал, такое, как описано в поданной заявителем заявке на выдачу европейского патента №1069957. В таком случае входное отверстие 2 должно быть размещено на уровне, превышающем уровень расположения жидкостной фазы в сепараторе 1.

Переходный участок между трубчатым сепаратором 6 и гравитационным сепаратором 1 должен быть выполнен таким, чтобы в потоке возникали минимальные касательные напряжения. Это достигается за счет использования гладких труб с минимальной кривизной изгиба (предпочтительно, чтобы изгиба вообще не было).

Вход трубчатого сепаратора предпочтительно может быть соединен с устройством (не показано) для демпфирования пульсаций в многофазном потоке, поступающем на вход в сепаратор.

Настоящее изобретение, ограниченное формулой настоящего изобретения, не ограничивается описанным выше примером, иллюстрируемым на сопровождающем чертеже. Следовательно, настоящее изобретение может быть использовано для разделения текучих сред, отличающихся от нефти, воды и газа.