сепаратор для очистки низконапорного газа, добываемого из метаноугольной скважины

Формула изобретения

1. Сепаратор для очистки низконапорного газа, добываемого из метаноугольной скважины, включающий цилиндрический корпус с входным тангенциальным патрубком в его нижней части, с крышкой и днищем, в которых выполнены осевые каналы и имеются присоединительные места для установки трубопроводной и запорно-регулирующей арматуры, завихритель, а также соосно и последовательно размещенные внутри корпуса по его высоте в направлении сверху вниз и связанные между собой кожух, воронку и сливную трубу, при этом он имеет фильтрующий элемент, каркас и фигурный элемент, размещенный в кольцевом пространстве, образованном внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью кожуха с возможностью взаимодействия с последними, причем каркас концентрично установлен внутри кожуха и взаимодействует с крышкой, а завихритель размещен в верхней части кольцевого пространства, образованного внутренней поверхностью кожуха и наружной поверхностью каркаса.

2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что фигурный элемент выполнен в виде цилиндрической спирали, направление навивки которой совпадает с направлением перемещения газа.

3. Сепаратор по п.2, отличающийся тем, что площадь проходного сечения в кольцевом пространстве между смежными витками цилиндрической спирали выбрана равной суммарной площади проходных сечений в завихрителе.

4. Сепаратор по п.2 или 3, отличающийся тем, что витки цилиндрической спирали в поперечном сечении имеют прямоугольную форму.

5. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что цилиндрический корпус имеет верхний фланец.

6. Сепаратор по п.5, отличающийся тем, что верхняя часть каркаса выполнена с возможностью взаимодействия с верхним фланцем и имеет наружный кольцевой выступ, нижняя торцевая часть которого выполнена с кольцевой проточкой, имеющей вогнутую криволинейную поверхность, например, горообразную,

7. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что нижний конец сливной трубы сообщен с осевым каналом в днище.

8. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что завихритель выполнен в виде направляющего аппарата с лопатками.

9. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что завихритель присоединен к наружной поверхности каркаса.

10. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что фильтрующий элемент выполнен из материала на основе фторопласта.

11. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что каркас выполнен в виде стакана, а фильтрующий элемент - в виде полого цилиндра, установленного на наружной поверхности каркаса.

12. Сепаратор по п.3, отличающийся тем, что внутренний канал входного тангенциального патрубка расположен между смежными витками цилиндрической спирали.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области добычи газа и может быть использовано для очистки низконапорного газа, добываемого из метаноугольной скважины, от механических примесей и капельной жидкости. На практике величина избыточного давления газа на устье метаноугольной скважины в процессе ее освоения и эксплуатации составляет, как правило, от 0,035 до 0,15-0,20 МПа. Из-за этого целесообразно осуществлять предварительную очистку (подготовку) добытого газа непосредственно на скважине, что обеспечит возможность его компримирования с целью дальнейшей транспортировки на газосборный пункт.

Известен роторный сепаратор-каплеулавливатель, содержащий цилиндрический корпус с тангенциально расположенными на его боковой поверхности патрубками, а также с выходным осевым каналом в его нижней части. Тангенциально расположенный патрубок в нижней части корпуса является входным, а в верхней части корпуса - выходным. Внутри корпуса размещен фильтрующий элемент, выполненный в виде вращающегося ротора [1].

Известный сепаратор предназначен для очистки нефтяного газа от капельной жидкости с целью уменьшения потерь нефти, а также для очистки воздуха от вредных жидких примесей с целью защиты окружающей среды. Однако, в силу своих конструктивных особенностей он не способен обеспечить эффективную очистку низконапорного газа, добываемого из метаноугольной скважины.

Известен сепаратор для очистки газа, предназначенный для улавливания мелкодисперсных жидких и твердых частиц из газового потока в поле центробежных сил [2]. Указанный сепаратор содержит цилиндрический корпус с патрубком в верхней части, который в совокупности с дефлектором, по сути, формирует тангенциальный ввод направляемой на очистку в корпус сепаратора газожидкостной смеси. Цилиндрический корпус имеет крышку и днище, которые выполнены с осевыми каналами, приспособлены для взаимодействия с трубопроводной арматурой и имеют соответствующие присоединительные места. Открытый сверху кожух с зазором установлен внутри цилиндрического корпуса. Там же размещены завихрители газового потока. Емкость-накопитель конденсата размещена внутри корпуса и сообщена с выходным осевым каналом в нижней части корпуса.

Недостатком известного сепаратора является отсутствие фильтрующего элемента, что не позволит производить эффективную очистку низконапорного газа от механических примесей. Еще одним серьезным недостатком является сложность конструкции, обусловленная наличием сепарационного пакета, включающего большое количество элементов с криволинейной поверхностью.

Известен сепаратор, предназначенный для осаждения полидисперсных жидких частиц из газового потока в центробежном поле [3], включающий цилиндрический корпус с тангенциально расположенным входным патрубком в его нижней части, а также с крышкой и днищем, в которых выполнены осевые каналы с присоединительными местами для установки трубопроводной и запорно-регулирующей арматуры. Внутри корпуса в направлении сверху вниз последовательно и соосно размещены завихритель, кожух, воронка и сливной патрубок. Завихритель выполнен в виде направляющего аппарата с лопатками. Указанный сепаратор может быть выбран в качестве прототипа предлагаемого изобретения.

Недостатком известного сепаратора является отсутствие фильтрующего элемента, что не позволяет осуществлять качественную очистку низконапорного газа от механических примесей. Еще одним недостатком является сложность конструкции, обусловленная наличием многоярусного сепарационного узла, включающего большое количество элементов криволинейной формы и приводящего к увеличению габаритов сепаратора по высоте.

Задачей настоящего изобретения является создание сепаратора, способного осуществлять предварительную очистку добытого газа непосредственно на метаноугольной скважине, что обеспечит возможность его компримирования с целью дальнейшей транспортировки на газосборный пункт. Изобретение направлено на получение технического результата, выражающегося в обеспечении эффективной очистки низконапорного газа от механических примесей и капельной жидкости на устье добывающей метаноугольной скважины.

Технический результат достигается тем, что сепаратор для очистки низконапорного газа, добываемого из метаноугольной скважины, включающий цилиндрический корпус с входным тангенциальным патрубком в его нижней части, с крышкой и днищем, в которых выполнены осевые каналы и имеются присоединительные места для установки трубопроводной и запорно-регулирующей арматуры, завихритель, а также соосно и последовательно размещенные внутри корпуса по его высоте в направлении сверху вниз и связанные между собой кожух, воронку и сливную трубу, имеет фильтрующий элемент, каркас и фигурный элемент, размещенный в кольцевом пространстве, образованном внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью кожуха с возможностью взаимодействия с последними, причем каркас концентрично установлен внутри кожуха и взаимодействует с крышкой, а завихритель размещен в верхней части кольцевого пространства, образованного внутренней поверхностью кожуха и наружной поверхностью каркаса.

Совокупность указанных существенных признаков находится в причинно-следственной связи с техническим результатом.

В конкретном исполнении сепаратора:

- фигурный элемент выполнен в виде цилиндрической спирали, направление навивки которой совпадает с направлением перемещения газа;

- площадь проходного сечения в кольцевом пространстве между смежными витками цилиндрической спирали выбрана равной суммарной площади проходных сечений в завихрителе;

- витки цилиндрической спирали в поперечном сечении имеют прямоугольную форму;

- цилиндрический корпус имеет верхний фланец;

- верхняя часть каркаса выполнена с возможностью взаимодействия с верхним фланцем и имеет наружный кольцевой выступ, нижняя торцевая часть которого выполнена с кольцевой проточкой, имеющей вогнутую криволинейную поверхность, например, торообразную;

- нижний конец сливной трубы сообщен с осевым каналом в днище;

- завихритель выполнен в виде направляющего аппарата с лопатками и присоединен к наружной поверхности каркаса;

- фильтрующий элемент выполнен из материала на основе фторопласта;

- каркас выполнен в виде стакана, а фильтрующий элемент - в виде полого цилиндра, установленного на наружной поверхности каркаса;

- внутренний канал входного тангенциального патрубка расположен между смежными витками цилиндрической спирали.

Признаки, характеризующие конкретное исполнение сепаратора, способствуют достижению указанного технического результата.

На чертеже показан продольный разрез сепаратора для очистки низконапорного газа, добываемого из метаноугольной скважины.

Сепаратор включает полый цилиндрический корпус 1 с верхним фланцем 2, входным тангенциальным патрубком 3, днищем 4 и крышкой 5. Входной тангенциальный патрубок 3 присоединен к боковой поверхности корпуса 1 в его нижней части.

В днище 4 и крышке 5 выполнены осевые каналы с присоединительными местами для возможности установки трубопроводной и запорно-регулирующей арматуры. Днище 4 жестко связано с корпусом 1. Крышка 5 имеет вид фланца, ответного верхнему фланцу 2, и связана с ним с помощью съемных крепежных элементов (например, болтов, шпилек и др.). Снаружи к крышке 5 присоединяется трубопровод для выхода очищенного газа (на чертеже не показан).

Внутри корпуса 1 соосно и последовательно (в направлении сверху вниз) установлены завихритель 6, кожух 7, воронка 8 и сливной патрубок 9. Завихритель 6 выполнен в виде направляющего аппарата с лопатками. Верхняя часть кожуха 7 размещена с наружной стороны завихрителя 6 и плотно его охватывает. Нижняя часть кожуха 7 присоединена к воронке 8. Верхняя часть сливного патрубка 9 жестко связана с воронкой 8, а его нижняя часть сообщена с отверстием в днище 4. С наружной стороны на днище 4 устанавливаются (на чертеже не показаны) запорный узел и съемная накопительная емкость.

В кольцевом пространстве, образованном внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью кожуха 7, размещен фигурный элемент 10, выполненный в виде цилиндрической спирали. В поперечном сечении фигурный элемент 10 может иметь, например, прямоугольную форму. Направление навивки фигурного элемента 10 совпадает с направлением перемещения газа (газового потока), поступающего по входному тангенциальному патрубку 3 внутрь корпуса 1. Фигурный элемент 10 установлен внутри корпуса 1 таким образом, что внутренний канал входного тангенциального патрубка 3 располагается между смежными витками цилиндрической спирали. Кроме того, фигурный элемент 10 взаимодействует с внутренней поверхностью корпуса 1 и с наружной поверхностью кожуха 7.

Площадь межвиткового проходного сечения в спиральном кольцевом пространстве, образованном внутренней поверхностью корпуса 1, наружной поверхностью кожуха 7 и смежными витками фигурного элемента 10, выбрана равной суммарной площади проходных сечений в завихрителе 6 (проходных сечений между лопатками направляющего аппарата).

Каркас 11, имеющий форму стакана, соосно размещен внутри кожуха 7 и своей верхней частью взаимодействует с верхним фланцем 2. Крышка 5, установленная на верхнем фланце 2, обеспечивает надежную фиксацию каркаса 11 внутри корпуса 1.

Завихритель 6 установлен на наружной поверхности каркаса 11 в его верхней части.

На боковой стенке каркаса 11 выполнены сквозные радиальные каналы. Вокруг наружной боковой поверхности каркаса 11 установлен фильтрующий элемент 12, который может быть выполнен, например, из материала на основе фторопласта.

На верхней части каркаса 11 имеется наружный кольцевой выступ 13. Нижняя торцевая часть выступа 13 выполнена с кольцевой проточкой, которая имеет вогнутую криволинейную (например, торообразную) поверхность. Между соединяемыми элементами предусмотрены уплотнительные элементы.

Сепаратор для очистки низконапорного газа, добываемого из метаноугольной скважины, работает следующим образом.

В процессе освоения или эксплуатации метаноугольной скважины поток влажного и загрязненного механическими примесями низконапорного газа по входному тангенциальному патрубку 3 поступает внутрь корпуса 1. Внутри цилиндрического корпуса 1 поток газа закручивается и по спиральному кольцевому пространству, образованному внутренней поверхностью корпуса 1, наружной поверхностью кожуха 7 и смежными витками спирального элемента 10, направляется к завихрителю 6.

В процессе перемещения по спиральному кольцевому пространству происходит стабилизация восходящего потока газа как по скорости, так и по направлению. Наличие кольцевой проточки 13 с вогнутой криволинейной поверхностью, выполненной на верхней части каркаса 11, способствует уменьшению аэродинамического сопротивления при входе газового потока в завихритель 6.

При выходе из завихрителя 6 поток газа не только меняет направление на противоположное, но и получает дополнительное тангенциальное ускорение. За счет этого газ освобождается от значительной части капельной жидкости и механических примесей, которые осаждаются на внутренней поверхности кожуха 7. Отделенный от газа конденсат, т.е. смесь жидкости и механических примесей, стекает в воронку 8 и сливной патрубок 9, откуда он может быть направлен в съемную накопительную емкость.

Далее газовый поток проходит через фильтрующий элемент 12 и по сквозным радиальным каналам попадает во внутреннюю полость каркаса 11. При этом происходит окончательная очистка газа от капельной жидкости и механических примесей.

Из внутренней полости каркаса 11 очищенный газ по осевому каналу в крышке 5 направляется в выходной трубопровод (на чертеже не показан).

Использование изобретения позволяет осуществить эффективную очистку низконапорного газа, добываемого из метаноугольной скважины, от капельной жидкости и механических примесей.

Источники информации

1. Р.К.Диаров и др. Роторный сепаратор-каплеулавливатель РСКУ. НТЖ «Нефтяное хозяйство», 1996, №10, с.46.

2. RU 2221625 С1, опубл. 20.01.04 г.

3. SU 1066629 А, опубл. 15.01.1984 г., бюл. №2.