3.1.2. Инерционные сепараторы

Инерционные сепараторы представляют из себя аппараты, заполненные насадками с развитой удельной поверхностью контакта (от 10 до 500 м²/м³). Улавливание капель из потока газа происходит за счет их ударения о поверхность насадки и резких многократных поворотов потока газа в каналах самой насадки.

В качестве насадки применяют кольца Рашига, многослойные жалюзи из пластин или уголков, а также сетчатые пакеты из рукавной, чулочно-вязанной сетки, изготовленной из проволоки диаметром 0,25 мм. Степень улавливания капель такими сепараторами достигает 99 %. Примером сетчатого инерционного сепаратора может служить сетчатый отбойный пакет 6 на рис. 3.1., а жалюзийного – отбойные пластины 2 на том же рисунке.

Жалюзийные сепараторы улавливают капли жидкости размером более 20 мкм, а сетчатые – от 5-10 мкм и выше. Поэтому сетчатые сепараторы обычно устанавливают на концевых участках ступени очистки газа.

3.1.3. Центробежные сепараторы

Центробежные сепараторы используют для отделения жидкости от газа центробежные силы, возникающие в предварительно закрученном потоке газа.

Существует два типа центробежных сепараторов, различающихся устройством, закручивающим поток, – циклонные и прямоточные (рис. 3.2, а и б). В первом случае поток газа входит в корпус сепаратора тангенциально (по касательной к боковой стенке аппарата) и завихряется вокруг центральной трубы, через которую отводится отсепарированный газ. Во втором случае вращательное движение потоку газа придает специальный завихритель. В обоих сепараторах капли жидкости отбрасываются к стенкам аппарата и стекают в сборники уловленной жидкости.

Центробежные сепараторы имеют эффективность до 90-95 % и поэтому используются на входных участках для предварительной очистки газа, особенно, если газ содержит много механических примесей.

3.1.4. Фильтрующие сепараторы

Фильтрующие сепараторы используют для окончательной тонкой очистки газа от частиц жидкости диаметром 0,5-10 мкм, не уловленных другими типами сепараторов.

Одна из разновидностей такого сепаратора показана на рис. 3.3. Сепаратор включает три зоны сепарации – входную 1, фильтрующие элементы 2 и каплеуловитель 3.

Фильтрующие элементы представляют собой перфорированный патрубок – каркас 3, на котором уложен фильтрующий слой – тонкое стекловолокно, при прохождении через слой которого капли коалесцируют (сливаются), укрупняются и стекают в сборник.

Диаметр фильтрующих элементов обычно составляет от 50 до 100 мм, а отношение их длины к диаметру – 12-15. Число таких элементов рассчитывают по найденной расчетным путем потребной площади фильтрации для данного расхода газа, обычно оно составляет 30-50 штук.

3.2. Принципы технологического расчёта гравитационных трехфазных сепараторов

Как уже сказано выше, горизонтальные трехфазные сепараторы наиболее широко применяются на установках сепарации пластовой смеси. Температура и давление в них определяются температурой и давлением самой пластовой смеси, выходящей из скважин, хотя в принципе повышенная температура будет благоприятно сказывается на скорости отстоя капель воды и конденсата и

Рис. 3.3. Фильтрующий сепаратор:

1 – входная зона (отбойник); 2 – фильтрующие элементы;

3 – каркас; 4 – фильтрующий матерал; 5 – выходной сетчатый отбойник;

I – вход газа; II – отсепарированный газ; III – углеводородная жидкость

осаждения механических примесей. Геометрические размеры сепаратора зависят от скорости осаждения капель воды из газового конденсата, так как площадь сепарации газа и отстоя механических примесей будут заведомо меньше площади отстоя воды из-за большой разности плотностей газа и жидкости, с одной стороны, и углеводородного конденсата и механических примесей – с другой.

Газовый конденсат, содержащий взвешенные частицы воды, движется в сепараторе в горизонтальном направлении со скоростью W_г, а частицы осаждаются со скоростью W_в. Чтобы частицы воды могли осесть в сепараторе, необходимое среднее время пребывания жидкой фазы в нем  должно быть больше времени осаждения частиц воды _в, то есть   _в.

Обычно в сепараторе наблюдается ламинарный режим течения жидкости, при котором скорость осаждения частиц W_врассчитывают по формуле Стокса:

W_в= , м/с (3.2)

где d_в - диаметр наименьших капелек воды, м. Ориентировочно можно

принять d = (0,02  0,1)  10^-3 м;

_в, _к - соответственно плотности воды и газового конденсата при

температуре сепарации, кг/м³;

_к - кинематическая вязкость конденсата при температуре

сепарации, м²/с;

g - ускорение свободного падения, м/с²; g = 9,81 м/с².

Минимальный размер частиц воды можно рассчитать по формуле [13]:

d_в = 1,56 , м (3.3)

где условные обозначения и размерности см. формулу (3.2).

Горизонтальная скорость движения жидкости в сепараторе W_гсоставляет 0,002-0,005 м/с [13]. Условно можно принять, что уровень жидкой фазы в сепараторе находится на половине его высоты, тогда в поперечном сечении сепаратора жидкая фаза будет занимать его половину. Исходя из этого, диаметр горизонтального сепаратора D будет составлять:

D = 1,128 , м, (3.4)