Сепараторы в системах подготовки нефти и газа к транспортировке

Одним из наиболее распространенных видов аппаратуры в объектах промыслового сбора, подготовки нефти и газа к транспорту являются сепараторы. Предназначаются эти аппараты для отделения газа от жидкости, жидкости от газа, а в некоторых случаях оба процесса могут сопровождаться разделением жидких фаз, отличающихся своими плотностями (конденсат— вода, нефть — вода, бензин — вода).

В системах подготовки нефти и газа сепараторы используются:

• — но ступенях концевой, горячей и вакуумной сепарации, а также в качестве специальных секций или встроенных узлов в аппаратах, совмещающих нагрев, обезвоживание и обессоливание нефти с ее сепарацией;
• — перед компрессорными машинами и после них для уменьшения содержания капельной жидкости и механических примесей в поступающем и выходящем газах;
• — после узлов низкотемпературной конденсации для отделения газа от образовавшегося конденсата, при положительных температурах и от углеводородного конденсата, и от воды;
• — после колонн различного назначения для отделения верхнего продукта;
• — внутри колонна для предотвращения механического уноса жидкой фазы (отстойники).

В зависимости от места расположения и предназначения к сепараторам предъявляются следующие основные требования:

• — достижение равновесия фаз жидкость — газ;
• — максимальное отделение от нефти газовой фазы и механических примесей;
• — очистка уходящего газа от капельной жидкости;
• — предотвращение образования пены или разрушение ее;
• — снижение влияния пульсации газонефтяного потока;
• — четкое разделение жидких фаз (многофазные разделители).

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ СЕПАРАЦИИ На эффективность сепарации значительное влияние оказывают физико-химические свойства обрабатываемых продуктов и параметры процесса: температура и давление газожидкостной смеси, размер частиц капельной жидкости и концентрация их в газе, скорость газожидкостной смеси, поверхностное натяжение системы «газ — жидкость». Остановимся отдельно на каждом из этих факторов.

Температура и давление. В процессах промыслового сбора нефти и газа" подготовки к транспорту и переработки возможны совместное движение или обработка указанных фаз, являющихся составными элементами многофазной системы (нефтегазоводяной смеси). Однако в процессе движения многофазной системы по технологической цепи промысловых сооружений наступает момент, когда дальнейшее совместное перемещение фаз либо проведение основного процесса становится нерациональным или практически невозможным. При этом необходимо отделить жидкую фазу от газовой.

Для определения условии газожидкостного равновесия используются законы Рауля и Дальтона, согласно которым константа равновесия характеризуется отношением молярных долей компонента в равновесных газовой и жидкой фазах или отношением парциального давления компонента к общему давлению системы. Отсюда следует, что с увеличением давления системы уменьшается молярная концентрация компонента в газовой фазе при одновременном ее возрастании в жидкой. Температура влияет на процесс в обратном направлении: с повышением температуры растет давление паров (а следовательно, и молярная концентрация компонента) в газовой фазе при соответствен ном ее уменьшении в жидкой фазе.

Таким образом, законы Дальтона и Рауля раскрывают физическую сущность процессов, происходящих при сепарации под влиянием изменения основных параметров — давления и температуры.

Одновременно необходимо учитывать, что с повышением давления плотность и вязкость газа увеличиваются, в то время как плотность твердых и жидких частиц, содержащихся в газе, остается постоянной. Поэтому скорость осаждения твердых и жидких частиц под действием силы тяжести с увеличением давления уменьшается. Однако увеличение давления неодинаково влияет па сепарацию газа от твердых п жидких частиц. Если отделение твердых частиц с увеличением давления всегда ухудшается, то для жидких частиц при этом возникают сложные явления, которые не поддаются учету. В самом деле, при повышении давления испарение жидкости уменьшается, а возможность конденсации паров, находящихся в газе, увеличивается, вследствие чего размеры жидких частиц также должны увеличиваться. Возможно при определенном давлении наступит равновесие испарения и конденсации жидких капель. Изменение давления может существенно изменить и удельный объем газа. При повышении давления возможность слияния капелек жидкости возрастает и эффективность сепарации соответственно также должна повыситься.

При повышении температуры плотность газа уменьшается, а вязкость увеличивается. Поэтому скорость осаждения сравнительно крупных частиц (твёрдых) будет увеличиваться за счет уменьшения плотности газа, а скорость осаждения мелких частиц будет уменьшаться за счет увеличения вязкости. Для частиц жидкости явления, вызываемые изменением температуры и давления газа в сепараторе, гораздо сложнее, так как они в этом случае могут как конденсироваться, так и испаряться.

Таким образом, анализ влияния изменения температуры и давления газа на сепарацию показывает, что для отделения твердых частиц наиболее благоприятны низкое давление и высокая температура, а для отделения жидких частиц, наоборот, — высокое давление и низкая температура.

Размер взвешенных частиц и их концентрация в газе. При сепарации газа от жидкости последняя может находиться как в пленочном, так и в капельном состоянии, причем размеры капель могут изменяться от тысячной доли микрометра до миллиметра и более. Взвешенные в газе частицы, диаметр которых меньше 2 мкм, обычно считаются перманентными суспензиями из-за чрезвычайно низких скоростей оседания, а также вследствие того, что они невидимы невооруженным глазом. При сепарации большое значение имеют концентрация частиц жидкости в единице объема газа и общее количество жидкости, поступающей в сепаратор.

Представим себе сепаратор, который отделяет, например, 80 м³ жидкости па 1 млн. м8 газа, причем 8 л этой жидкости находится в виде капель диаметром до 10 мкм. Сепаратор удаляет всю жидкость, за исключением 4 л, поступающих в виде капель диаметром до 10 мкм. Эффективность удаления частиц диаметром до 10 мкм составляет всего лишь 50%, тогда как общая эффективность сепарации равна 99,99%.

Предположим далее, что этот сепаратор попал в условия, где в него поступает только 2 м³ конденсата на 1 млн. м3 газа, и вся жидкость представлена частицами диаметром до 10 мкм. При той же эффективности удаления частиц диаметром 50 мкм, что п в первом случае, общая эффективность сепарации составит 50%. Таким образом, эффективность сепаратора — понятие относительное, так как все зависит от того, при каких условиях работает сепаратор и каков минимальный размер капелек жидкости, которые он может отделить. сепаратор нефть газ Поверхностное натяжение. Размер частиц жидкости в газе, образованных механическим перемешиванием, изменяется обратно пропорционально поверхностному натяжению, т. е. чем больше поверхностное натяжение системы «газ — жидкость», тем меньше размер капелек жидкости и наоборот. Поверхностное натяжение также значительно влияет на прочность жидкостных пленок. Известно, что чем меньше поверхностное натяжение системы «жидкость — твердое тело», тем легче потоку газа разрушить жидкостную пленку на мельчайшие капельки, которые могут быть вынесены из сепаратора.

Обычно при сепарации в промысловых условиях поверхностное натяжение изменяется незначительно и не оказывает существенного влияния па эффективность сепарации. Однако в лабораторных условиях его всегда следует учитывать. Нельзя распространять результаты опытов, проведенных с воздушноводяными смесями, на промысловые условия сепарации.

Существенную роль в процессе сепарации играет скорость газа. Для гравитационных сепараторов уменьшение скорости газа ведет всегда к повышению эффективности их работы. Для инерционных сепараторов повышение скорости (до определенного предела) ведет к увеличению эффективности.

КЛАССИФИКАЦИЯ СЕПАРАТОРОВ По характеру действующих сил сепараторы делятся па следующие:

• 1. Гравитационные, разделение фаз в которых происходит за счет разности плотностей жидкости газа или твердых частиц газа.
• 2. Насадочные сепараторы, в которых фазы разделяются за счет сил тяжести и инерции.
• 3. Центробежные, разделение в которых происходит за счет центробежных и инерционных сил.

По форме и положению в пространстве сепараторы делятся на: цилиндрические горизонтальные с одной или двумя емкостями; цилиндрические вертикальные; сферически.

Существует множество сепараторов различных конструкции, но все они, как правило, состоят из следующих секций.

Основная сепарационная секция. Предназначается для отделения основной части жидкости (нефти, газового конденсата, воды) от входящего газожидкостного потока. Для обеспечения высокоэффективной предварительной сепарации и равномерного распределения потока по сечению аппарата применяют конструктивные устройства:

• — тангенциальный ввод потока, при котором жидкость под действием центробежной силы отбрасывается к стейке сосуда и стекает по пей, а газ распределяется по сечению аппарата и выводится (рис. 1);
• — отражательные устройства (пластины прямоугольной или круглой формы, полусферы), устанавливаемые на входе в сепаратор (рис. 2);
• — встроенный циклон, устанавливаемый на входе в горизонтальный сепаратор (рис. 2, б);
• — конструкции, позволяющие осуществить раздельный ввод газа и жидкости в сепаратор (рис. 3). Последние эффективны при сепарации газонефтяных смесей па различных ступенях. Известно, что сепарация газа от нефти начинается при снижении давления последней до давления насыщения и ниже. Происходит это как в пласте, так и в системах сбора нефти. Выделившийся газ стремится в сторону пониженного давления (к забою скважины — в пласте, к устью — в скважине), а затем в сепаратор. Двигаясь в сторону пониженного давления, газ в виде пузырьков, расширяющихся и соединяющихся в более крупные, увлекает нефть о в то же время опережает ее. Процесс этот продолжается до входа в сепаратор. Перед входом в сепаратор продукция скважин всегда состоит из двух фаз — жидкой и газовой. Соотношение между объемами фаз зависит от содержания легких углеводородов в нефти, давления, поддерживаемого в сепараторе, и давления насыщения нефти в пластовых условиях.

Рис. 1 Гравитационный сепаратор с тангенциальным вводом потока

Рис. 2 Горизонтальные сепараторы с успокоительными пластинами в — с круговыми; б — с полукруглыми; * — с прямыми; 1 — отражающая полусфера; В — встроенный циклон

В газонефтяном сепараторе происходят два основпых процесса: отделение выделившегося свободного газа и выделение из нефти свободного и растворенного в ней газа. Так как выделение основной массы свободного газа из нефти закончилось перед входом в сепаратор, то может оказаться эффективным предварительный отбор этого газа из газожидкостного потока и раздельный ввод фаз в сепаратор (см. рис. 19).

Осадительная секция. В этой секции в газонефтяных сепараторах происходит дополнительное выделение пузырьков газа из нефти. В газовых сепараторах жидкость в данной секции отделяется под действием гравитационных сил, а газ движется в сосуде с относительно низкой скоростью.

В газовых сепараторах некоторых конструкций для снижения турбулентности применяют различные устройства — пластины, цилиндрические и полуцилиндрические поверхности .

Сепараторы: 1- Циклонный, 2- гравитационный со щелевым дегазатором на входе в аппарат.3- гравитационный трубного типа.

В газонефтяных сепараторах для интенсификации процесса выделения свободного и растворенного газа из нефти применяют наклонно расположенные плоскости. При этом поток нефти должен плавно, без брызг сливаться в нижнюю часть сепаратора (рис. 3).

Секция сбора жидкости. Служит для сбора жидкости, из которой почти полностью в предыдущих секциях выделился при температуре и давлении в сепараторе. Однако некоторое количество газа в ней имеется. Для сепараторов, в которых разделяются газ и легкие углеводороды, содержащиеся в жидкой фазе, объем данной секции выбирают так, чтобы он позволил удержать отсепарированную жидкость в течение времени, необходимого для выхода пузырька газа на поверхность и вторичного попадания в газовый поток.

Очевидно, что в зависимости от условий сепарации, а также от совершенства конструкций газонефтяного сепаратора соотношение растворенного и свободного газа в составе уносимого с нефтью газа может быть больше или меньше указанных величин. При этом увеличение площади контакта фаз (поверхности аппарата или сливных полок) даже в 5—6 раз позволяет дополнительно выделить из нефти только 10—15% газа от общего количества, остающегося в пей.

Увеличение времени пребывания нефти в сепараторе в 5—6 раз также практически не увеличивает отбора газа. Если растворенный газ, который должен был выделиться из нефти при данных термодинамических условиях сепарации, не выделился при движении, нефти тонким слоем по стенкам аппарата или сливным полкам, то попав в нефтяную зону под слой жидкости, он выделяется незначительно.

Выделение растворенного газа интенсифицируется эффективным разделением фаз на входе в сепаратор путем турбулизации газонефтяной смеси, способствующей более быстрому образованию и выделению из нефти пузырьков газа, и дальнейшего высокоэффективного разделения фаз в поле центробежных сил.

Выделение свободного газа из слоя нефти интенсифицируется многократным обновлением поверхности контакта фаз на границе уровня жидкости в аппарате путем перемешивания жидкости с помощью перегородок или применения других устройств с последующей подачей жидкости на сливные полки.

Секция каплеулавливания. Предназначена для улавливания частиц жидкости в уходящем из сепаратора газе. Секция состоит обычно из отбойных устройств (насадок) различного вида — керамических колец, жалюзи, пакетов из плетеной проволочной сетки и т. д. Критерием эффективности отделения капельной жидкости от газа является величина удельного уноса жидкости, которая должна находиться в пределах от 10 до 50 мг/м3 газа.

Эффективность работы отбойных насадок зависит от нескольких факторов, основными из которых являются: допустимая скорость набегания газа, определенное количество жидкости, поступающей с газом, равномерная загрузка насадки по площади ее поперечного сечения.

Кроме функций, выполняемых описанными секциями, в конструкциях сепараторов должны предусматриваться элементы, предотвращающие образование пены и гасящие ее, а также снижающие вредное влияние пульсации газожидкостного потока на сепарацию нефти и газа. Предотвращение пульсации особенно актуально для газонефтяных сепараторов, устанавливаемых в системе сбора нефти.

Эксплуатация сепараторов показывает, что часто из них вместе с газом выносится значительный объем жидкой фазы при скоростях газа, значительно меньших допустимых. Это связано с тем, что над поверхностью нефти появляется значительный слой малоподвижной пены, который постепенно перекрывает зону входа газонефтяного потока.

Следует различать два важных момента образования пены: до сепаратора и в самом сепараторе. Образование пены до сепаратора необходимо связывать с течением газонефтяных смесей по сборным трубопроводам.

В движущемся газонефтяном потоке при снижении давления из раствора непрерывно выделяется газ в виде отдельных пузырьков на поверхности которых образуется мономолекулярпый слой из поверхностно-активных веществ, смол и асфальтенов, в больших объемах содержащихся в нефти. Этот слой резко снижает поверхностное натяжение нефти на границе с газом и придает устойчивость образующейся газонефтяной эмульсии.

Образование пены в сепараторе связано с характером ввода газонефтяной смеси в сепаратор, с условиями ее подачи на сливные полки, а также с наличием в нефти пенообразующих веществ. Ввод газонефтяпой смеси в аппарат с большим перепадом давления (и, соответственно, с большой скоростью) на сливные полки способствует образованию пены. Ценообразование усиливается также при падении жидкости на слой нефти в аппарате и зависит от свойств нефти. Чем меньше поверхностное натяжение жидкости, тем интенсивнее ценообразование и тем устойчивее пена. Тяжелые нефти более склонны к ценообразованию, чем легкие.

«Пенный режим» в сепараторах создается также тогда, когда не созданы условия для выделения свободного газа, попавшего в нефтяную зону. Вспенивание нефти значительно снижает производительность газонефтяных сепараторов по нефти и газу.

Можно предложить следующие мероприятия по предотвращению или снижению ценообразования: создание раздельного потока газа и нефти на подходе к сепаратору, плавный ввод газонефтяной смеси на сливные полки, отвод нефти с полок под уровень жидкости в сепараторе, применение отбойников, решеток. Методы частичного или полного разделения пены: отстой, перемешивание, нагрев, обработка химикалиями. Отстой предусматривает разрушение пены под действием сил тяжести; перемешивание — механическое разрушение при помощи устройств различного рода; нагрев нефти до определенной температуры снижает поверхностное натяжение, что облегчает выделение пузырьков газа. Химикалии снижают поверхностное натяжение нефти и способствуют удалению из нее свободного газа, в результате чего уменьшается склонность нефти к вспениванию. Добавление поверхностно-активных веществ способствует снижению вязкости эмульсии и уменьшению ценообразования.

Как уже указывалось, особое внимание следует уделять предотвращению вредного влияния пульсации газонефтяного потока на сепарацию нефти и газа.

Известно, что эффективность работы газонефтяных сепараторов зависит от характера движения газонефтяной Смеси в подводящем трубопроводе. В последнем может наблюдаться движение газовых и жидкостных пробок. Это вызывает значительную пульсацию в трубопроводе и неравномерную подачу газонефтяной смеси в сепараторы.

Газонефтяной сепаратор подвергается кратковременным перегрузкам по жидкости в период поступления жидкостных пробок и перегрузкам по газу — в период поступления газовых пробок. Размеры пробок зависят от количественного соотношения газа и жидкости, рельефа местности, диаметра труб и некоторых других условий.

При движении газожидкостных смесей по трубопроводам можно выделить высокочастотные микропульсации и низкочастотные макропульсации. Существование высокочастотных микропульсаций связано со структурой двухфазного потока.

Как известно, пульсация давления или расхода характеризуется амплитудой и частотой. Для промысловой практики наиболее интересны низкочастотные пульсации, имеющие большую амплитуду. Возникновение низкочастотных макропульсаций в большинстве случаев обусловлено накоплением жидкости в трубопроводе и периодическим ее выбросом потоком газа. Необходимо отметить, что неравномерность подачи нефти и газа в сепаратор зависит также от характера подачи нефтяных скважин.

Перегрузки газонефтяных сепараторов по нефти и газу могут привести к осложнениям в работе сепараторов, так как способствуют значительному уносу газа с нефтью и жидкости с газом.

Возможны следующие мероприятия, направленные на уменьшение вредного влияния неравномерной подачи газонефтяной смеси в сепаратор па качество сепарации нефти и газа:

• — увеличение объема сепаратора;
• — изменение режима движения газожидкостной смеси в подводящих трубопроводах и, в частности, достижение расслоенного режима движения нефти и газа. Этот принцип частичного гашения пульсации реализовал в трубном сепараторе;
• — равномерный ввод нефти и газа в сепаратор с помощью коллектора — гасителя пульсации.

ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ СЕПАРАТОРА НА ЕГО КОНСТРУКЦИЮ В зависимости от формы сепараторов четыре главных секции его могут быть расположены по-разному.

Например, в вертикальном сепараторе первая секция расположена в средней части сосуда, в горизонтальном она расположена перед входом нефтегазовой смеси, в сферическом — в средней или верхней частях сосуда.

В вертикальном сепараторе осадительная секция обычно имеет диаметр сосуда. В горизонтальном эта секция занимает лишь половину сосуда, так как нижняя часть занята жидкостью. В двухцилиндровом горизонтальном сепараторе для этой цели используется объем верхнего цилиндра. В сферических сосудах для осадительной секции используется почти весь внутренний объем.

Секция окончательной очистки, как правило, расположена в верхней части вертикальных и сферических сепараторов.

В горизонтальных сепараторах секция окончательной очистки находится на противоположном конце от входного патрубка.

Секция сбора жидкости располагается обычно на дне сферических и вертикальных сепараторов. В одноцилиндровом горизонтальном сепараторе жидкость занимает от одной трети до половины нижней части цилиндра. В двухцилиндровом горизонтальном сепараторе в зависимости от конструкции для этой цели используется от половины до полного объема нижнего цилиндра.

Вертикальный сепаратор имеет бесспорные преимущества перед сепараторами других типов, если в потоке газа содержится много механических примесей (грязи, песка), так как он имеет хороший сток и легко очищается.

Такие сепараторы требуют мало места для установки. Однако значительная высота вертикальных сепараторов при использовании их в передвижных или крупноблочного исполнения установках создает серьезные трудности при их монтаже и эксплуатации.

В горизонтальных сепараторах можно обработать большие объемы газа, чем в сепараторах других типов. Это основное их преимущество. Объясняется это тем, что кайли жидкости, падая под прямым углом к направлению газового потока, проходят относительно короткое расстояние.

В вертикальном сепараторе, хотя скорость газа должна быть низкой при прохождении через осадительную секцию, сепарация будет хуже, так как направление падающих частиц противоположно направлению газового потока.

Горизонтальные сепараторы хорошо устанавливаются на салазках, легко монтируются и обслуживаются.

Имеют эти сепараторы и недостатки, основной из которых — отсутствие естественного грязеотстойника и хорошего дренажа. Другой недостаток — большая занимаемая площадь.

Основным преимуществом сферических сепараторов является их компактность. Они наиболее экономичны, особенно при обработке газов высокого давления. При одном и том же объеме сферические сепараторы наименее металлоемки по сравнению с сепараторами других форм. Они хорошо монтируются на салазках, требуют салазки меньших размеров, чем горизонтальные сепараторы, и обладают большей полезной площадью для работы и обслуживания.

ГРАВИТАЦИОННЫЕ СЕПАРАТОРЫ Гравитационные сепараторы широко попользуются в системах сбора нефти и газа на промысловых установках подготовки нефти, что обусловливается простотой конструкции и изготовления, надежностью в работе, небольшими потерями давления. В то же время сепараторы этого типа по сравнению с другими громоздки, металлоемки и обладают сравнительно низкой эффективностью. Необходимо подчеркнуть, что применять гравитационные сепараторы без внутренних устройств (полок, насадок различных типов и т. д.) следует лишь в редких, достаточно обоснованных случаях.

Основное сепарационное «устройство» — свободный объем сосуда. Уменьшение скорости многофазной системы, резкое снижение турбулентности потока позволяет улавливать взвешенные в газе частицы. Гравитационная сепарация может обеспечивать достаточно высокую степень осаждения частиц. лишь при очень небольших скоростях движения газового потока.

Таким образом" наиболее эффективны сепараторы с направлением газового потока сверху вниз, наименее эффективны вертикальные сепараторы, в которых смесь движется снизу вверх.

СЕПАРАТОРЫ С НАСАДКОЙ Для увеличения производительности сепараторов, повышения эффективности и качества сепарации применяются отбойные насадки различных типов.

Отбойные насадки устанавливаются в секции влагоулавливания и в верхней части колонных аппаратов.

Капли жидкости в насадках осаждаются в основном под действием сил инерции. Роль турбулентного переноса капель относительно мала. Па рис. 24 показаны насадки, общность процессов в которых заключается в способе отделения капельной жидкости из газового потока и отвода ее из насадки. При работе сепаратора на элементах этих насадок постепенно укрупняются капельки жидкости, образуя в нижней части насадок пленку жидкости, из которой формируются капли, под действием силы тяжести периодически стекающие вниз. Поток газа действует па эти капли и пленку жидкости, и при определенной скорости газового потока нормальная работа сепаратора нарушается в результате прекращения стекания капель вниз, увлечения жидкости в направлении движения газового потока и срыва пленок с верхней кромки насадок.

Широкое распространение в зарубежной практике, а в последние годы и в отечественной, в качестве устройств для отделения капель жидкости от газа или пара получили вязаные проволочные сетки. Эффективность проволочных отбойников, по данным зарубежных источников, превышает 99% в широком диапазоне скоростей.

При малых скоростях газового потока капли жидкости проходят между проволочками, что определяет малую эффективность отбойника. При высоких скоростях газа жидкость накапливается в отбойнике и наблюдается вторичный унос.

Допустимая скорость определяется:

• — плотностями газа и жидкости;
• — поверхностным натяжением на границе раздела фаз газ — жидкость;
• — вязкостью жидкости;
• — удельной поверхностью сетки;
• — начальной влажностью;
• — наличием взвешенных твердых частичек.

Рис. 5 Элементы сепараторов с капельным и пленочным дренажом жидкости

Насадки: а, б, е — жалюзийные; в — кольца Рашига; г — сетчатая; в, жуголковые В отбойниках с насадкой для обеспечения высокой эффективности сепарации скорость газа должна быть максимально высокой, но не вызывающей вторичного уноса жидкости.

Перепад давления в отбойнике из проволочной сетки колеблется в пределах 50—500 мм вод. ст. Перепад давления зависит, конечно, от скорости газа. С увеличением нагрузки, но капельной жидкости перепад давления увеличивается, так как слои сетки начинают заполняться жидкостью, тем самым сокращая площадь поперечного сечения, свободного для прохождения газового потока. При больших нагрузках по жидкости в отбойнике образуется «уровень» жидкости (рис. 25, а).

Из изложенного следует, что в работе сетчатого отбойника можно наблюдать три периода:

• — жидкость отбивается в сетке и накапливается в нижней части насадки, образуя слой в 25—50 мм;
• — с увеличением скорости накопившаяся жидкость «кипит», одновременно повышается ее уровень в отстойнике.

Рис. 6 Рекомендуемая схема размещения сетчатого отбойника в вертикальном (а) п горизонтальном (б) сепараторах 1 — вход газа; 2 — выход отсепарированного газа; 3 — сетчатый отбойник; 4 — максимальный уровень жидкости; 5— выход жадности; 6 — уровень жидкости в насадке

При этом перепад давления увеличивается, но становится неустойчивым, постоянно изменяясь;

— при дальнейшем увеличении скорости перепад давления в отбойнике изменяется еще резче, начинается вторичный унос.

Эффективность работы сетчатого отбойника во многом зависит от его расположения в корпусе (см. рис. 6). Согласно зарубежным источникам наилучшие результаты можно получить при горизонтально расположенном отбойнике. В вертикально расположенных отбойниках вторичный унос возникает при меньших скоростях.

Известны сепараторы с наклонно расположенными сетчатыми отбойниками. Толщина отбойников не превышает 300 мм (70—80 слоев сетки). Элементы отбойника (слои плетеной проволочной сотки) укладывают на опорную решетку. Последнюю изготавливают из полос или прутков. В аппаратах большого диаметра отбойники для удобства монтажа делают секционными. В любом случае площадь живого сечения решетки по отношению к площади поперечного сечения аппарата не должна быть меньше свободного сечения насадки.

Рукава сотки в секции отбойника следует укладывать слоями поочередно вдоль и поперек секции. Монтаж секции отбойника в аппарате должен обеспечивать плотное прилегание слоев сетки Друг к другу и к степкам сосуда (или к обечайке отбойника).

Сепараторы с жалюзийной насадкой. Жалюзи представляют собой набор листовых элементов определенной конфигурации (рис.7), собранных в пакеты. Как видно из рисунка, профили жалюзи могут быть весьма различными. Принцип действия жалюзийного пакета во многом схож с действием центробежных сепараторов. В криволинейных каналах между жалюзи капли жидкости, содержащиеся в газе (паре), под действием инерционных сил и молекулярного трения осаждаются на поверхностях элементов. При этом образуется тонкая, ламинарно стекающая вниз пленка, которая затем собирается в специальном устройстве и выводится из системы через гидрозатвор. Жидкость при нормальных условиях отделяется и стекает в основном во входных участках криволинейных профилей. При скорости газа в жалюзи, превышающей оптимальную, может происходить срыв пленки газовым потоком, вторичное увлажнение последнего и унос жидкости за пределы сепаратора. Допустимая скорость газового потока в жалюзи зависит от его профиля, расстояния между элементами, их высоты, а также от свойств обрабатываемых продуктов и от начального содержания в них жидкости. Исследованиями установлено, что чем толще пленка, тем при меньшей скорости газа начинается процесс ее срыва. Таким образом, для жалюзи каждого профиля и расстояния между ними существует своя определенная (критическая) скорость, при которой происходит срыв пленки. Эта скорость и является определяющей при расчетах сепараторов, в которых используется жалюзийная насадка. При разработке жалюзийных насадок для сепараторов (см. рис. 26) особое внимание конструктор и технолог должны уделить выбору профиля криволинейных пластин, руководствуясь следующими соображениями.

• 1. В жалюзи не рекомендуется делать острые углы на сгибах (см. рис. 7, а), так как это приводит к местному срыву жидкости с углов.
• 2. Уменьшение шага пластин в общем случае в связи с увеличением удельной сепарирующей поверхности приводит к снижению толщины пленки; критическая скорость при этом возрастает (сравни рис. 7, в и 7, г).
• 3. При чрезмерном увеличении числа пластин и, следовательно, снижении расстояния между ними может происходить «закупорка» каналов жидкостью, так как толщина отсепарированной пленки становится соизмеримой с расстоянием между пластинами (см. рис. 7, б).
• 4. Увеличение ширины пакета снижает влияние начальной влажности на величину допустимой скорости набегания.

Жалюзийная насадка широко применяется как в газонефтяных, так и в чисто газовых сепараторах.

ЦИКЛОННЫЕ СЕПАРАТОРЫ Для эффективной работы сепаратора необходимо использование целого ряда технологических приемов и конструктивных составляющих. Необходимый и достаточный набор этих элементов диктуется назначением сепаратора, конкретными условиями его применения. В качестве примера рассмотрим работу газонефтяного сепаратора с использованием гидроциклона (рис. 8).

Принцип действия циклонного сепаратора основан на использовании центробежной силы для отделения жидкости от газа. Газонефтяная смесь вводится в гидроциклон 1. При правильной конструкции циклона основная часть жидкости движется по стенке циклона, а отделившийся газ выводится через центральную трубу. Затем нефть, содержащая остаточный газ, плавно стекает па сливные полки движется по ним тонкой пленкой, что способствует выделению из нефти газа. С полок нефть плавно стекает на уровень раздела газ — нефть. Далее нефть движется в сторону выхода из аппарата, из нее выделяется газ, который может быть выделен в сепараторе,.

Она выводится из последнего. Выход нефти регулируется по уровню раздела. Газ проходит предварительную 4 и окончательную очистку от влаги 5, объединяется с газом, выделенным в циклопе, и выводится из системы через регулятор давления 6.

Циклонная сепарация весьма эффективна. Циклон можно устанавливать внутри сепаратора или снаружи.