В статье проведено исследование низкотемпературного газосепаратора, дана оценка слабых сторон существующей конструкции — повышенного уноса жидкости при глубоком отборе газа из пласта. Предложена модернизация существующего низкотемпературного газосепаратора за счет установки газораспределительного устройства. Газораспределительное устройство обеспечит равномерное распределение газожидкостного потока по сечению тарелки с батареей центробежных элементов ГПР 515, и, как следствие, повысит эффективность их работы и газосепаратора в целом.
Ключевые слова: газосепаратор, низкотемпературная сепарация, газораспределительное устройство.
Газосепаратор — это устройство, предназначенное для разделения газа и жидкости в потоке. Он используется в различных отраслях, таких как нефтегазовая промышленность, химическая промышленность и энергетика. Основная функция газосепаратора заключается в отделении газовой фазы от жидкой фазы, это необходимо для предотвращения проблем связанных с гидратообразованием при транспортировке газа потребителю.
Низкотемпературный газосепаратор является одним из самых эффективных газосепараторов. Обеспечивает наилучшее разделение газожидкостных смесей при небольших отклонениях значений давления и температуры. При более значительных отклонениях значений эффективность газосепаратора заметно снижается.
- Анализ проблемы
С помощью Solid Works Flow Simulation была построена сборка существующего низкотемпературного газосепаратора, было смоделировано распределение плотности потока по сечению.
Рис. 1. Сборка НТС с отклоняющим устройством
Отклоняющее устройство обеспечивает первичную очистку газа от механических примесей и жидкости за счет закручивания потока и каплеуловителя.
Рис. 2. Плотность потока в НТС с отклоняющим устройством
Моделирование в Solid Works Flow Simulation показало, что существующая конструкция имеет существенный недостаток — неравномерное распределение плотности потока по сечению газосепаратора.
Плотность потока у стенок сосуда выше, что ведет к избыточной загруженности центробежных элементов ГПР 515 находящихся у стенок сосуда и недостаточной загруженности центробежных элементов ГПР 515, находящихся ближе к центру сосуда.
Избыточная и недостаточная загруженность центробежных элементов ГПР 515 приводит к снижению эффективности их работы и низкотемпературного газосепаратора в целом.
- Постановка задачи
Минусом конструкции существующего газосепаратора является неравномерное распределение плотности потока в пределах 56,3–57,0 кг/м 3 по тарелке с батареей центробежных элементов ГПР 515. Это вызвано несовершенством конструкции существующего газораспределительного устройства.
Необходимо разработать газораспределительное устройство, которое обеспечит более равномерное распределение плотности потока в пределах 56,5–56,7 кг/м 3 по тарелке с батареей центробежных элементов ГПР 515.
Описание конструкции газораспределительного устройства
Рис. 3. Рассматриваемое газораспределительное устройство: 1 — корпус, 2 — входной патрубок, 3 — блоки, 4 — диски
Корпус 1 газораспределительного устройства представляет собой цилиндр, внутри которого располагаются диски 4, имеющие внутри вырез с диаметром, уменьшающимся от ввода газа. Снаружи на цилиндр смонтированы блоки 3.
Газожидкостная смесь, имеющая высокую скорость, подается через входной патрубок в газораспределительное устройство, где за счет дисков 4 распределяется равномерно по всему сечению. Затем поток движется в блоки 3, где происходит отклонение потока газа и его разделение на несколько отдельных потоков. Жидкость в газе под действием сил инерции осаждается, а затем стекает вниз.
- Определение геометрии газораспределительного устройства
Исходя из геометрии низкотемпературного газосепаратора и заданных условий в Solid Works Flow Simulation была разработана предварительная конструкция газораспределительного устройства, обеспечивающая равномерное распределение потока газа по тарелке с центробежными элементами ГПР 515.
Рис. 4. Предварительная конструкция газораспределительного устройства
Рис. 5. Распределение плотности и скорости потока внутри сосуда
Анализ в Solid Works Flow Simulation показал, что разработанная конструкция газораспределительного устройства обеспечивает практически равномерное распределение плотности и скорости потока.
- Анализ эффекта модернизации
Была построена сборка низкотемпературного газосепаратора с установленным внутри газораспределительным устройством.
Рис. 6. Сборка НТС с газораспределительным устройством
Рис. 7. Плотность потока в НТС с газораспределительным устройством.
Разработанное газораспределительное устройство позволяет добиться значений плотности потока в пределах 56,5–56,7 кг/м 3 , что позволяет равномерно загрузить центробежные элементы ГПР 515.
Выводы
В предлагаемой конструкции газораспределительного устройства такой минус конструкции существующего газосепаратора, как неравномерное распределение плотности потока в пределах 56,3–57,0 кг/м 3 по тарелке с батареей центробежных элементов ГПР 515 был исправлен.
Было разработано газораспределительное устройство, которое обеспечивает более равномерное распределение плотности потока в пределах 56,5–56,7 кг/м 3 по тарелке с батареей центробежных элементов ГПР 515.
Более равномерное распределение плотности потока обеспечит более равномерную загрузку центробежных элементов ГПР 515, что повысит эффективность их работы и низкотемпературного газосепаратора в целом.
Литература:
- Алямовский А. А. SolidWorks Simulation. Инженерный анализ для профессионалов: задачи, методы, рекомендации. ДМК Пресс. 2015. 562 c.
- Алямовский А. А. SolidWorks Simulation. Как решать практические задачи. BHV. 2012. 445 c.
- SolidWorks Corporation. SolidWorks Flow Simulation 2009 Tutorial. 2009. 244 c.
- Алямовский А. А. Инженерные расчеты в SolidWorks Simulation. ДМК Пресс. 2010. 466 с.
- Патент RU 2 277 959 C2.
- Патент RU 2 394 623 C1.
