устройство для преобразования потока газа/жидкости в ламинарный поток или в поток с расслоенным режимом

Формула изобретения

1. Устройство, установленное в трубопроводе (1), предназначенное для преобразования дисперсного режима потока жидкости/газа в поток с расслоенным режимом, отличающееся тем, что оно включает первый набор неподвижных направляющих лопастей (6), установленный в трубопроводе (1) и выполненный так, что он вращает поток жидкости/газа, при этом трубопровод (1) соединен со вторым трубопроводом (2) с таким же или другим диаметром, и в переходе между трубопроводом (1) и вторым трубопроводом (2) установлен второй набор лопастей или устройство (8), представляющее собой перфорированную пластину, предназначенные для остановки вращения газа так, что через определенное расстояние во втором трубопроводе (2) образуется естественная структура потока газа/жидкости с расслоенным режимом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй трубопровод (2) имеет больший диаметр, чем первый трубопровод (1).

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в трубопроводе (1) установлена трубка Вентури и при этом первый набор направляющих лопастей (6) установлен на входе трубки Вентури, в то время как второй набор направляющих лопастей (8) установлен на выходе трубки Вентури.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перфорированная пластина (8) установлена под углом по отношению к продольному направлению трубопровода (2).

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству для работы в трубопроводах, которое предназначено для преобразования потока с дисперсным режимом в ламинарный поток или поток с расслоенным режимом. Более точно настоящее изобретение относится к устройству, которое выполнено для отделения капель жидкости от потока газа, в частности потока газа в трубопроводе или трубном сепараторе.

Во многих ситуациях при передаче потока газа по трубопроводу образуются капли жидкости, рассеянные в потоке газа. В частности, при добыче нефти и газа или в установках для обработки, например, разделения нефти и газа, создаются условия потока, в которых большие количества жидкости находятся в виде капель, распределенных в газовой среде. По многим причинам в таких потоках газа предпочтительно отделять капли жидкости для получения чистых потоков газа/жидкости.

Уровень техники

В известном уровне техники имеется описание использования так называемых ловушек для капель, предназначенных для отделения капель жидкости от потока газа, но такие ловушки для капель представляют собой отдельные устройства, соединенные с транспортным трубопроводом, и внешние размеры этих устройств намного превышают диаметр транспортной трубы. Такая ловушка для капель имеет относительно дорогостоящую конструкцию, и ее нельзя использовать в случаях недостаточного места или когда требуется, чтобы диаметр транспортного трубопровода для транспортируемого газа/жидкости не был значительно увеличен.

Заявитель настоящей патентной заявки ранее подал патентные заявки, включая PCT/N098/00085, относящиеся к разделению текучих сред в трубопроводах или скважинах, например, на дне моря, и разделению нефти, воды и газа в скважине. Существенное предварительное условие для обеспечения разделения в трубопроводе или в скважине состоит в необходимости обеспечения расслоенного режима потока. Во многих ситуациях при добыче нефти и газа могут образовываться потоки жидкости/газа с дисперсным режимом при использовании трубных сепараторов, установленных в скважине.

Раскрытие изобретения

В настоящем изобретении предложено устройство, которое преобразует поток жидкости/газа с дисперсным режимом в поток с расслоенным режимом, с использованием простого способа, на очень коротком расстоянии. Такое решение является очень эффективным и не дорогостоящим, и его можно легко адаптировать к трубным сепараторам, описанным в указанных выше заявках.

Настоящее изобретение отличается тем, что первый набор неподвижных направляющих лопастей установлен в транспортном трубопроводе. Направляющие лопасти имеют конструкцию, которая создает вращение потока жидкости/газа. Транспортный трубопровод соединен со вторым трубопроводом с таким же или другим диаметром. Второй набор лопастей или устройство, предназначенное для остановки вращения газа, установлено в переходе между транспортным трубопроводом и вторым трубопроводом так, что на заданном расстоянии образуется естественная расслоенная структура потока газа/жидкости, как описано в прилагаемом пункте 1 формулы изобретения.

В зависимых пунктах 2-3 формулы изобретения определены предпочтительные свойства настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение будет более подробно описано ниже на примерах и со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором показана схема транспортного трубопровода 1, в котором применяется решение в соответствии с настоящим изобретением. Особое свойство этого решения состоит в том, что в трубопроводе 1, который предназначен для транспортировки жидкости и газа, установлен набор неподвижных направляющих лопастей 6. Направляющие лопасти установлены так, что они вращают распределенный поток жидкости/газа. В свою очередь транспортный трубопровод 1 соединен с трубопроводом 2 большего диаметра. Второй набор направляющих лопастей 8 или другое соответствующее устройство, предназначенное для остановки вращения потока газа, установлено в переходе между трубопроводом 1 и трубопроводом 2 большего диаметра.

Такое техническое решение работает следующим образом. Газ с высоким соотношением газ/жидкость протекает по трубе 1 в направлении направляющих лопастей 6. Направляющие лопасти 6 заставляют газ вращаться так, что капельки отбрасываются к стенкам трубопровода под действием центробежной силы, в частности, на концах лопастей 6 и в области 7 трубопровода до второго набора лопастей 8. При этом на стенках трубопровода образуется пленка жидкости в области 7 до второго набора лопастей 8. Газ, таким образом, освобождается от капель жидкости, но продолжает вращаться, пока он не доходит до лопастей 8, которые имеют противоположное направление установки по отношению к первому набору лопастей 6. Вращение газа здесь останавливается, после чего жидкость стекает в нижнюю часть трубопровода за счет силы тяжести, в то время как газ протекает в верхней части трубопровода, и, таким образом, устанавливается расслоенный режим потока газа/жидкости. Решающее предварительное условие для получения расслоенного режима потока жидкости, однако, состоит в том, что диаметр трубопровода 3 должен быть достаточно большим для предотвращения повторного рассеяния и для обеспечения сохранения естественной расслоенной структуры потока.

Кроме того, отношение между диаметром транспортного трубопровода 1 и диаметром трубопровода большего диаметра 2, а также длина направляющих лопастей и угол их установки по отношению к трубопроводу зависят от скорости потока, соотношения газ/жидкость, вязкости жидкости и плотности жидкости.

Следует отметить, что настоящее изобретение, как оно определено в формуле изобретения, не ограничивается описанным выше вариантом выполнения, представленным на приложенном чертеже. Поэтому вместо второго набора направляющих лопастей 8 можно использовать другое устройство, которое останавливает вращение газа после направляющих лопастей 6. При этом можно использовать вертикальную или горизонтальную перфорированную пластину, установленную в части перехода между транспортным трубопроводом 1 и трубопроводом с большим диаметром 2. Кроме того, перфорированная пластина может быть установлена под углом по отношению к продольному направлению трубопровода с направлением установки, противоположным направлению отклонения лопастей 6.

Хотя приведенное выше описание относится к решению, в котором второй трубопровод имеет больший диаметр, также возможно, в определенных условиях потока, в зависимости от скорости потока и плотности капель, использовать решения, в которых второй трубопровод имеет больший или меньший диаметр, чем первый трубопровод (транспортный трубопровод). При этом, однако, требуется, как указано выше, чтобы скорость потока газа после отделения капель не привела к повторному диспергированию жидкости. В противном случае в трубопроводе можно использовать конструкцию в форме трубки Вентури. Первый набор направляющих лопастей 6 при этом должен быть установлен на входе трубки Вентури так, что они могут проходить от места в передней части входа в трубку Вентури и немного внутрь нее.

Использование трубки Вентури означает увеличение скорости (через трубку Вентури) так, что устанавливается более интенсивное поле вращения. Второй набор лопастей 8, который прекращает вращение, установлен на выходе трубки Вентури, где скорость снова увеличивается. В результате обеспечивается эквивалентное разделение жидкости и формируется расслоенный режим потока газа/жидкости, как в примере, представленном на чертеже.