Принцип работы сепараторов газа

На промысловых установках по подготовке газа к транспорту с использованием любых методов извлечения воды и жидких компонентов из газа применяют сепараторные конструкции, принцип действия которых основан на различии физических свойств компонентов смеси. Наиболее широко используют гравитационный и инерционный принципы отделения газа от капельной жидкости и механических примесей.

По конструктивному оформлению сепараторы, использующие инерционный принцип, подразделяются на два типа:

1) жалюзийные, в которых жидкость от газа отделяется за счет многократного изменения направления движения потока газа;

2) циклонные, в которых сепарация осуществляется созданием закрученного потока газа.

Имеются также сепараторы, в которых использованы оба указанных принципа.

По геометрическим формам сепараторы бывают вертикальные, горизонтальные и сферические (сферическая форма в отечественной газопромысловой практике не нашла широкого распространения). Каждая из конструкций аппаратов имеет определенные достоинства и недостатки. Так, вертикальный сепаратор хорошо работает при пульсации потока и легко очищается. Меньшая площадь зеркала жидкости, чем в других типах сепараторов резко снижает обратное испарение жидкости. Преимущество вертикальных сепараторов – надежность работы регулятора уровня при отводе жидкой фазы.

Горизонтальный сепаратор более транспортабелен, экономичен при обработке больших объемов газа. При одинаковой пропускной способности диаметр горизонтального сепаратора обычно меньше диаметра вертикального.

Сепараторы, независимо от типа, имеют сепарационную, коагуляционную и сборную секции. Сепарационную секцию условно можно разделить на первичную и вторичную. Первичная служит для отделения основной крупнодисперсной массы жидкости от газового потока. Для увеличения эффективности работы ее входной патрубок располагают тангенциально, а при прямом вводе газового потока перед ним устанавливают отражающую перегородку. Жидкость отделяется от газа в результате действия центробежной силы при тангенциальном вводе или в результате изменения направления потока при прямом.

Вторичная сепарационная, или осадительная, секция предназначена для удаления среднедисперсной части жидкости. Основной принцип сепарации в ней – гравитационное осаждение, которое проявляется при малых скоростях газа. Главное требование гравитационного осаждения – уменьшение турбулентности, поэтому в некоторых конструкциях сепараторов предусматривают специальные приспособления, выпрямляющие поток.

Коагуляционная секция (экстрактор тумана) служит для удержания мелких капель жидкости, не осевших в осадительной секции. Для коагуляции и улавливания мелких капель употребляют различного вида жалюзийные насадки, в которых используют инерционные силы и большую поверхность контакта с сепарируемой средой. Капельки малых размеров (диаметром менее 100 мкм) уносятся с жалюзийной насадки и улавливаются в экстракторе тумана, состоящем из набора проволочных сеток (капилляров).

Секция сбора служит для накопления и удаления отсепарированной жидкости. Она должна иметь достаточный объем и располагаться так, чтобы сепаратор нормально работал при неравномерном потоке, а отсепарированная жидкость не мешала течению газа.

Процесс коагуляции капель нестационарный, и для его стабилизации необходимо определенное время. При размерах капель до 10^{-6 см преобладает броуновское движение, а выше – турбулентное. Ввиду того, что плотность газа значительно ниже плотности жидкости, в турбулентном потоке газа при размерах капель более 10-4 см большое влияние оказывают инерционные силы, и укрепление капель идет в основном в результате турбулентной коагуляции. Рост капель происходит до тех пор, пока не начинается их дробление турбулентными пульсациями. С этого момента в потоке газа устанавливается равновесие между укрупнением и дроблением капель.}

Из общей теории устойчивости течения газожидкостных систем известно, что максимальное значение скорости газа, при которой капли жидкости срываются с поверхности текущей пленки, происходит при совместном движении газа и жидкости в горизонтальных трубах. Одновременно можно сделать вывод о том, что лучший тип газожидкостного сепаратора – отрезок горизонтальной трубы, на входе которой установлено устройство, обеспечивающее перевод капельной взвеси в пленочное состояние. Такого типа устройствами могут быть различные завихрители, крыльчатки, шнеки и т.д.