專利名稱：多級流體分離裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多級流體分離裝置及方法。
背景技術(shù)：
在許多油和/或氣生產(chǎn)井中，井流出物可包含復(fù)雜的流體混和物，該混和物包括原油、天然氣(甲烷)、水、鹽水、冷凝物、硫磺、硫化氫及其他成分。
在生產(chǎn)過程中，井流出物膨脹，且通常從可在攝氏100和200度之間的儲積溫度冷卻到明顯較低的大氣或水下溫度。
這導(dǎo)致各種成分在生產(chǎn)管道和設(shè)備內(nèi)冷凝和/或固化，且形成水合物、蠟和/或瀝青質(zhì)沉積物。
從美國專利US4026120可知，通過在節(jié)流閥內(nèi)冷卻井流出物，并將冷卻的井流出物注入所謂的′LTX′(低溫膨脹)容器內(nèi)，而在井口處從生產(chǎn)的井流出物中去除可冷凝的和/或可固化的成分，在所述′LTX′容器中液化和/或固化的成分，比如水、蠟、瀝青質(zhì)和水合物滴落在底部，在此它們被加熱至約攝氏20度，而生成可泵送的液漿，然后被泵送入LTX容器底部的液體排放管中。氣態(tài)成分經(jīng)LTX容器上端附近的氣體出口管從LTX容器中排出。
美國專利US4208196公開了一種LTX容器，其中井流出物注入該容器，而沒有先在節(jié)流閥內(nèi)膨脹。已知的LTX容器設(shè)有垂直定向的管狀入口部分，其中井流出物切向地注入，從而通過離心力增強(qiáng)液化和/或固化成分與氣態(tài)成分的分離。所述管狀入口部分是有蓋子的，且在其下端設(shè)有格狀結(jié)構(gòu)，以阻止入口部分誘發(fā)的渦流擴(kuò)展入LTX罐底部的液體匯集區(qū)。所述管狀入口部分位于圓柱形的水平分離罐內(nèi)，在該罐內(nèi)水和油通過重力分離而匯集并互相分離，隨后在所述罐底部附近經(jīng)分離的水和油排放管分接排出。氣態(tài)成分受誘發(fā)而從所述管狀入口部分向下流經(jīng)格柵，進(jìn)入分離罐，井在離所述入口部分一相當(dāng)距離的位置從分離罐頂部去除。
國際專利申請PCT/NL00/00382公開一種用于從氣態(tài)混和物中分離較重成分比如液體或固體的分離容器，在該容器內(nèi)通過位于容器中心和外圓周附近的逆流渦流傳遞葉片誘發(fā)產(chǎn)生逆流的內(nèi)、外渦流。這種公知裝置的缺點(diǎn)是渦流傳遞葉片易于結(jié)垢。
國際專利申請PCT/EP98/04178公開了一種超聲波旋風(fēng)慣性分離器，其中生產(chǎn)的井流出物通過絕熱膨脹而急劇地冷卻，這是由于它們在超聲波噴嘴內(nèi)加速到超音速。在超聲波噴嘴內(nèi)產(chǎn)生渦流，而從更輕的氣態(tài)成分分離冷凝的和/或固化的較重成分。氣態(tài)可冷凝的貧化成分經(jīng)中央初級氣體出口管從分離器中排出，但可冷凝的富集成分經(jīng)一或多個遠(yuǎn)離噴嘴中心軸線延伸的次級出口管從分離器中排出。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，所述超聲波旋風(fēng)慣性分離器的可冷凝富集流體次級出口可以連接于LTX容器，但注入的液化和/或固化的可冷凝富集流體混和物的高速導(dǎo)致LTX容器的重力分離作用降低。
本發(fā)明的目的是提供一種混合的多級流體分離裝置，其中LTX型分離容器連接于比如超聲波和/或次聲波旋風(fēng)慣性分離器的一或多個氣體冷卻裝置的液化和/或固化的可冷凝富集流體出口，而在氣體冷卻裝置比如旋風(fēng)慣性分離器和LTX分離容器之間實(shí)現(xiàn)協(xié)同作用。
另一目的是提供一種混合的多級流體分離裝置，該裝置比氣體冷卻裝置比如旋風(fēng)慣性分離器和普通LTX容器的組合更緊湊。
另一目的是提供一種混合的多級流體分離裝置，其中多個氣體冷卻裝置，比如旋風(fēng)慣性分離器，可以通過較短的液化和/或可冷凝富集流體出口管連接于一個緊湊型LTX容器，而使固體、蠟和/或水合物沉積在這些次級出口內(nèi)的危險最小化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種多級流體分離裝置，包含
一或多個初級氣體冷卻裝置，所述裝置都具有液化和/或固化的可冷凝富集流體出口；次級流體分離容器，該容器具有管狀部分，其中心軸線具有基本上垂直或傾斜的方向，該容器連接于至少所述氣體冷卻裝置之一的所述可冷凝富集流體出口，其中在所述容器的正常操作過程中，所述的可冷凝富集流體受誘發(fā)而繞所述容器管狀部分的中心軸線渦旋，從而通過重力和離心力，誘使液化和/或固化的可冷凝物構(gòu)成的第三級流沿向下的方向沿所述容器管狀部分的內(nèi)表面渦旋，而進(jìn)入在所述容器底部或附近用于收集液化和/或固化的可冷凝物構(gòu)成的第三級混和物的液體收集罐，該罐設(shè)有一或多個用于加熱所述第三級混和物的加熱器，以減少固化的可冷凝物的量，且設(shè)有一或多個用于從所述罐中排出所述第三級混和物的出口。
優(yōu)選的是，所述次級分離容器的管狀部分裝有第三級氣體出口管，該管具有位于所述管狀部分中心軸線上或附近的入口，且該第三級氣體出口經(jīng)所述次級分離容器的管狀部分上端延伸。
合適的是，所述次級分離容器具有穹頂或盤形的頂部，該頂部安裝在所述管狀部分的頂部，且所述第三級氣體出口管基本上與所述管狀部分的中心軸線同軸地安裝，且經(jīng)過所述頂部的中心。
優(yōu)選的是，至少一個初級冷卻裝置，比如旋風(fēng)分離器，的液化和/或固化的可冷凝富集流體出口連接于次級流體注入管，該管將可冷凝富集流體沿至少部分相切的方向注入所述次級分離容器的管狀部分中。
還優(yōu)選的是，所述次級分離容器管狀部分的中心軸線具有基本上垂直的方向，且多個初級氣體冷卻裝置的多個次級流體注入管以規(guī)則的周向間隔連接于所述次級分離容器的管狀部分，在使用過程所述注入管將液化和/或固化的可冷凝富集流體沿至少部分相切且部分向下的方向注入所述次級分離容器的內(nèi)部。
合適的是，所述液體收集罐由所述次級分離容器的杯形管下部形成，該部分基本上與所述中心軸線同軸，且具有與所述容器上部類似或更大的內(nèi)部寬度，且防渦器布置在所述次級分離容器的內(nèi)部，在所述管狀部分下端和所述液體收集罐之間。
該裝置可設(shè)有一或多個超聲波振動轉(zhuǎn)換器，用于在該裝置的一或多個部件，比如次級流體注入管和防渦器上施加頻率在20和200KHz之間的超聲波振動，以阻止固化的可冷凝物比如冰、蠟和/或水合物在該裝置內(nèi)沉積。
液體收集罐可以設(shè)有加熱管格柵，該格柵用于將罐內(nèi)的液體和固體形成的流體混和物加熱到至少攝氏15度的溫度。
一或多個初級氣體冷卻裝置可以包含旋風(fēng)慣性分離器，該分離器包含膨脹噴嘴，在該噴嘴內(nèi)流體混和物通過基本上等熵的膨脹而冷卻到低于攝氏0度的溫度，且一或多個渦流傳遞葉片誘使流體旋轉(zhuǎn)進(jìn)入分叉出口部分，該部分裝有中心初級可冷凝貧化流體出口管和外部次級可冷凝富集流體出口管。
合適的是，每一初級氣體冷卻裝置，比如旋風(fēng)慣性分離器，包含膨脹噴嘴，該噴嘴用于將噴嘴內(nèi)的流體混和物加速到超音速，從而在使用過程中將流經(jīng)噴嘴的流體溫度冷卻到低于攝氏-20度的溫度。
本發(fā)明的流體分離裝置可包含多個初級旋風(fēng)慣性分離器，其中膨脹噴嘴基本上平行且相對于所述次級分離容器管狀部分的中心軸線等距，且次級可冷凝富集流體出口連接于次級流體注入管，該注入管與所述次級分離容器管狀部分的壁以規(guī)則的周向間隔且沿至少部分相切的方向交叉，所述次級流體注入管都具有小于4米的長度。
所述氣體冷卻裝置可包含稱為Joule-Thompson閥的節(jié)流閥，在該閥內(nèi)氣體通過膨脹而加速并冷卻，從而產(chǎn)生液化和/或固化的可冷凝富集流體，隨后流體送入次級流體分離容器內(nèi)。
本發(fā)明還涉及一種在多級流體分離裝置內(nèi)從流體混和物中分離可冷凝成分的方法，該方法包含將流體混和物注入一或多個初級氣體冷卻裝置內(nèi)，在該裝置內(nèi)流體混和物膨脹并冷卻，可冷凝成分液化和/或固化，并通過離心力與氣態(tài)成分自由地分離，且可冷凝富集流體成分流被送入次級流體出口；
將所述可冷凝富集流體成分流注入次級流體分離容器內(nèi)，該容器具有其中心軸線具有基本上垂直或傾斜的方向的管狀部分，且所述可冷凝富集流體流受到誘發(fā)而產(chǎn)生繞所述容器管狀部分的中心軸線渦旋，而通過重力和離心力誘使液化和/或固化的可冷凝物形成的第三級混和物，沿所述容器管狀部分的內(nèi)表面沿向下的方向，渦旋進(jìn)入容器底部或附近的液體收集罐，在該罐內(nèi)匯集液化和/或固化的可冷凝物形成的第三級混和物并加熱，以減少固化的可冷凝物的量，且液體和/或固體成分經(jīng)一或多個出口從該罐排出。


下面將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的多級流體分離裝置的合適實(shí)施例，其中圖1是本發(fā)明的多級流體分離裝置第一合適實(shí)施例的垂直剖面示意圖，其中四個初級旋風(fēng)慣性分離器將可冷凝富集流體混和物排入垂直定向的管狀次級流體分離容器內(nèi)；圖2是圖1的多級流體分離裝置的頂視圖；圖3是本發(fā)明的多級流體分離裝置另一合適實(shí)施例的垂直剖面示意圖，其中兩個初級旋風(fēng)慣性分離器將可冷凝富集流體混和物排入水平定向的次級流體分離容器內(nèi)；圖4是將初級旋風(fēng)慣性分離器剖開從上方看到的、圖3的多級流體分離裝置的水平剖面圖；圖5是簡化的多級流體分離裝置的水平剖面示意圖，其中初級氣體冷卻裝置包括稱為Joule Thompson閥的節(jié)流閥；圖6是圖5所示裝置的垂直剖面示意圖；具體實(shí)施方式
參照圖1，其中示出了通過次級可冷凝富集流體注入管3連接于次級LTX流體分離容器2的初級旋風(fēng)慣性分離器1。
初級旋風(fēng)慣性分離器1包含連接于天然氣生產(chǎn)井井口(未示出)的流體入口4，其中天然氣、水蒸氣、冷凝物、水合物及其它可冷凝成分形成的混和物經(jīng)井口生產(chǎn)出來。
流入初級分離器1的流體混和物首先在噴嘴5內(nèi)加速到高速，優(yōu)選的是超音速，從而冷卻到優(yōu)選的是攝氏-20度以下的溫度，而使水蒸氣和/或其他可冷凝物由于絕熱膨脹而冷凝和/或固化，隨后通過傾斜的翅片6誘發(fā)渦旋，使冷卻的流體混和物通過離心力分離成可冷凝貧化天然氣形成的中心流和可冷凝富集流體形成的環(huán)形外部流。
可冷凝貧化天然氣形成的中心流經(jīng)中心初級可冷凝貧化出口7排入氣體分配管(未示出)中，可冷凝富集流體形成的環(huán)形外部流經(jīng)環(huán)形可冷凝富集流體輸出腔8排入次級可冷凝富集流體注入管3中，如箭頭9所示。
可冷凝富集流體注入管3將可冷凝富集流體送入次級LTX流體分離容器2的垂直部分10內(nèi)，以便進(jìn)一步分離成基本上干燥的氣體、水和液化的碳?xì)浠衔锖退衔铩?br> 如圖2所示，一系列四個初級慣性分離器1、1B、1C和1D將可冷凝富集流體經(jīng)一系列四個可冷凝富集流體注入管3、3B、3C和3D切向地送入次級LTX分離容器2的垂直管狀部分10內(nèi)。
在圖1內(nèi)，給出了第一初級慣性分離器1和次級LTX分離容器2的垂直剖面示意圖，且以虛線示出了其他三個初級慣性分離器1B、1C和1D的輪廓。
如圖1所示，次級LTX分離容器2包含在垂直管狀部分10下方的大直徑底部11，其中第三級液體流匯集在該底部且進(jìn)一步分離，位于管狀部分10和底部11之間的防渦器12和穹頂形頂部13，其中第三級氣體出口管14經(jīng)該頂部延伸入管狀部分10內(nèi)。
第三級氣體出口管14的入口15位于可冷凝富集流體入口管3進(jìn)入次級分離容器2的管狀部分10的高度之下。
經(jīng)切向流體注入管3注入管狀部分10內(nèi)的流體將沿管狀部分10的內(nèi)壁循環(huán)流動，當(dāng)從上方看為沿逆時針方向，如箭頭17所示。液體和/或固體成分形成的第三級蒸汽流將在管狀部分10內(nèi)部的外圍濃縮，且將由于重力作用沿防渦器12外圍的環(huán)形間隙16滴落入次級流體分離容器2的大直徑底部11內(nèi)的液體收集罐19內(nèi)。
經(jīng)切向流體注入管3、3B、3C和3D注入管狀部分10內(nèi)的流體混和物的低密度氣態(tài)成分將在管狀部分10的中心附近濃縮，并向上流入第三級氣體出口14中。在切向流體注入管3、3B、3C和3D將流體注入管狀部分10所在高度之下的第三級氣體出口14的入口15的配置，通常將誘使氣態(tài)成分渦旋，當(dāng)從上方看時，如同沿相對的順時針方向的渦流18。基本上干燥的氣體形成的順時針循環(huán)流動的渦流18進(jìn)一步增強(qiáng)了干燥氣體與液體和/或固體成分的分離，其中干燥氣體由于Hirsch-Rankin效應(yīng)而沿與可冷凝物外部流相反的方向循環(huán)流動。防渦器12具有錐形形狀，且防渦器12的頂部作為用于干燥氣體順時針轉(zhuǎn)動的中心渦流18的渦流探測器。
管狀部分10是基本上開口的容器，沒有渦流傳遞葉片，以便使容器內(nèi)部堵塞和/或污染的危險最小。
液體收集罐19裝有加熱線圈20，該線圈使收集的液體和固體成分保持在攝氏15和25度之間基本上恒定的溫度。在此溫度下，蠟和水合物將熔化，且向上漂浮在液體收集罐內(nèi)的水上方，而使蠟、水合物、冷凝物及其他碳?xì)浠衔镆后w形成的頂層21漂浮在水形成的下層22的上方。
水(H2O)經(jīng)液體收集罐19底部的排水管23排出，但蠟、水合物、冷凝物及其他碳?xì)浠衔镄纬傻幕旌臀飳囊后w收集罐19的上邊緣溢出，進(jìn)入環(huán)形的碳?xì)浠衔镆后w收集區(qū)25，該區(qū)裝有碳?xì)浠衔镆后w排放管26。排水管23裝有閥(未示出)，該閥受控而使水/碳?xì)浠衔镆后w界面27保持在基本上恒定的高度。
可選地，防渦器12和次級分離容器2的垂直管狀部分10以及導(dǎo)管3、3B、3C和3D的壁被加熱，和/或裝有超聲波振動轉(zhuǎn)換器(未示出)，以阻止蠟、垢和水合物等形成的沉積物在這些部件上積垢。優(yōu)選的是，超聲波振動轉(zhuǎn)換器以20和200KHz之間的頻率振動這些容易積垢的部件的壁，振掉任何積垢。
本發(fā)明的多級分離裝置的緊湊結(jié)構(gòu)使其非常適用于甲板受限的海上平臺，且在短管3、3B、3C和3D內(nèi)以及在次級分離容器2內(nèi)的小表面積，其中這些表面易于積垢且可以加熱、振動而去除任何積垢，從而允許使用在其中濕氣體絕熱冷卻到非常低溫度的初級旋風(fēng)分離器，所述溫度可以是攝氏-20度或更低攝氏-40度以下，而使最大量的水、水合物、蠟和/或其他可冷凝物和/或可固化成分冷凝和/或固化，而不阻塞相應(yīng)的外圍導(dǎo)管3、3B、3C和3D以及次級LTX分離容器2。
現(xiàn)在參照圖3和4，其中示出了本發(fā)明的多級流體分離裝置的另一合適結(jié)構(gòu)，其中兩個初級旋風(fēng)慣性分離器31和31A經(jīng)導(dǎo)管33和33A將可冷凝富集流體混合物切向地排入次級LTX流體分離容器32的垂直管狀部分30內(nèi)。
兩初級旋風(fēng)慣性分離器31和31A具有水平的方向，但其他的類似于圖1和2所示的初級旋風(fēng)慣性分離器1-1D，而且包含濕氣體入口34，噴嘴35、35A，其中濕天然氣流加速到優(yōu)選為超音速或接近音速，從而絕熱地冷卻到攝氏-20度至-40度，而使水和其他可冷凝物和/或可固化成分冷凝和/或固化，且冷卻的流體混和物通過一或多個渦旋傳遞葉片36，36A渦旋，并通過離心慣性力分離成經(jīng)中心氣體出口37，37A排出的基本上干燥的氣體形成的中心流，和經(jīng)環(huán)形收集區(qū)38，38A排出而進(jìn)入導(dǎo)管33和33A的可冷凝富集流體形成的環(huán)形流。
次級LTX分離容器32包含在垂直管狀部分30下方收集并繼續(xù)分離液體的水平定向的細(xì)長管底部41，位于所述管頂部和底部30和41之間的防渦器42，和穹頂形蓋43，其中第三級氣體出口管44經(jīng)該蓋延伸入管頂部38。
第三級氣體出口管44的入口45位于可冷凝富集流體入口管33和33A進(jìn)入所述次級分離容器32的管頂部30的高度之下。
經(jīng)切向流體注入管33和33A注入所述管頂部30的流體，將沿所述管頂部30的內(nèi)壁循環(huán)流動，當(dāng)從上方看時沿順時針方向，如箭頭47所示。液體和/或固體成分將在管狀部分30內(nèi)部的外圍濃縮，井由于重力而經(jīng)防渦器42外圍的環(huán)形間隙46下落，進(jìn)入次級流體分離容器32的細(xì)長管底部41內(nèi)的液體收集罐49。
經(jīng)切向流體注入管33和33A注入所述管頂部30的流體混和物的低密度氣態(tài)成分，將在管頂部30的中心附近濃縮，并向上流入第三級氣體出口44中。在切向流體注入管3、3B、3C和3D將流體注射入管狀部分10所在高度之下的第三級氣體出口44的入口45的配置，通常將誘使氣態(tài)成分渦旋，當(dāng)從上方看時，如同沿逆時針方向的渦流48。基本上干燥的氣體形成的沿與可冷凝物形成的外部流47相對的方向循環(huán)流動的渦流48，進(jìn)一步增強(qiáng)了干燥氣體與液體和/或固體成分的分離。防渦器42具有錐形形狀，且防渦器42的頂部作為用于干燥氣體逆時針轉(zhuǎn)動的中心渦流48的渦流探測器。
液體收集罐49裝有加熱線圈50，該線圈使收集的液體和固體成分保持在攝氏15和45度之間基本上恒定的溫度。在此溫度下，蠟和水合物將熔化，且向上漂浮在液體收集罐內(nèi)的水上方，而使蠟、水合物、冷凝物及其他碳?xì)浠衔镆后w形成的頂層51漂浮在水形成的下層52的上方。泡沫狀的頂層51還將使液體碳?xì)浠衔锏脑俣日舭l(fā)最小化，所以，將使LTX容器2內(nèi)上部的碳?xì)浠衔锫饵c(diǎn)保持較低。
水(H2O)經(jīng)液體收集罐49底部的排水管53排出，但蠟、水合物、冷凝物及其他碳?xì)浠衔镄纬傻幕旌臀飳囊后w收集罐49右側(cè)的擋壁58的上邊緣54溢出，進(jìn)入裝有碳?xì)浠衔镆后w排放管56的碳?xì)浠衔镆后w收集區(qū)55。排水管53裝有閥(未示出)，該閥受控而使水/碳?xì)浠衔镆后w界面57保持在基本上恒定的高度。
可選地，防渦器42和次級分離容器32的垂直管狀部分30以及導(dǎo)管33和33的壁被加熱，和/或裝有超聲波振動轉(zhuǎn)換器(未示出)，以阻止蠟、垢和水合物等形成的沉積物在這些部件上積垢。優(yōu)選的是，超聲波振動轉(zhuǎn)換器以20和200KHz之間的頻率振動這些容易積垢的部件的壁，振掉任何積垢。
液體收集罐49的大容量和水平表面積有利于分離的水和液化的碳?xì)浠衔锍煞值牡鸵后w速度，而使氣態(tài)和碳?xì)浠衔锵嘣诠?9內(nèi)實(shí)現(xiàn)最佳的重力分離。
可以理解，可以從容器32的管底部41去除擋壁58，且碳?xì)浠衔镆后w出口56可以緊接碳?xì)浠衔镆后w的泡沫狀頂層51的上表面下方穿過所述管底部41。
參照圖5和6，其中示出了一組四個初級冷卻裝置61、61B、61C和61D，它們通過一組四個切向的次級可冷凝富集流體注入管63、63B、63C和63D連接于次級LTX流體分離容器62。
每一初級冷卻裝置包含連接于天然氣生產(chǎn)井的井口(未示出)的流體入口64，經(jīng)所述井生產(chǎn)出天然氣、水蒸氣、冷凝物、水合物及其他可冷凝成分。
流入每一初級冷卻裝置61、61B、61C和61D的流體混和物在節(jié)流件65，比如文氏管、節(jié)流閥，或Joule Thompson閥內(nèi)加速到高速，優(yōu)選超音速，從而冷卻到優(yōu)選的是攝氏-20度以下的溫度，而使水蒸氣和/或其他可冷凝物由于絕熱膨脹而冷凝和/或固化，使液化和/或固化的可冷凝富集流體混和物流入狹窄的次級流體注入管63、63B、63C和63D。
每一可冷凝富集流體注入管63、63B、63C和63D將液化和/或固化的可冷凝富集流體高速送入次級LTX流體分離容器62的垂直部分70，以便分離成基本上干燥的氣體、水和液化的碳?xì)浠衔锛八衔铩?br> 如圖5所示，一系列四個初級慣性分離器61、61B、61C和61D將液化和/或固化的富集流體混和物經(jīng)一系列四個可冷凝富集流體注入管63、63B、63C和63D切向地送入次級LTX分離容器62的垂直管狀部分70內(nèi)。
在圖6內(nèi)，給出了初級慣性分離器61和61C及次級LTX分離容器62的垂直剖面示意圖。
如圖6所示，次級LTX分離容器62包含在垂直管狀部分70下方的底部11，其中第三液體流匯集在該底部且繼續(xù)分離，位于管狀部分70和底部71之間的防渦器72和穹頂形頂部73，其中第三級氣體出口導(dǎo)管74經(jīng)該頂部延伸入管狀部分70內(nèi)。
第三級氣體出口導(dǎo)管74的入口75位于可冷凝富集流體入口導(dǎo)管63、63A、63B和63C進(jìn)入次級分離容器62的管狀部分70的高度之下。
經(jīng)切向流體注入管74注入管狀部分70內(nèi)的流體將沿管狀部分70的內(nèi)壁循環(huán)流動，當(dāng)從上方看時沿逆時針方向，如箭頭77所示。液體和/或固體成分形成的第三級蒸汽流將在管狀部分70內(nèi)部的外圍濃縮，且將由于重力作用沿防渦器12外圍的環(huán)形間隙76滴落入次級流體分離容器62的底部71內(nèi)的液體收集罐79內(nèi)。
經(jīng)切向流體注入管63、63B、63C和63D注入管狀部分70內(nèi)的流體混和物的低密度氣態(tài)成分如甲烷(CH4)等將在管狀部分70的中心附近濃縮，并向上流入第三級氣體出口74中。在切向流體注入管63、63B、63C和63D將流體注射入管狀部分70所在高度之下的第三級氣體出口74的入口75的配置，通常將誘使氣態(tài)成分渦旋，當(dāng)從上方看時，如同沿相對的順時針方向的渦流78?；旧细稍锏臍怏w形成的順時針循環(huán)流動的渦流78進(jìn)一步增強(qiáng)了干燥氣體與液體和/或固體成分的分離，其中干燥氣體由于Hirsch-Rankin效應(yīng)而沿與可冷凝物的外部流77相反的方向循環(huán)流動。防渦器72具有錐形形狀，且防渦器72的頂部作為用于干燥氣體順時針轉(zhuǎn)動的中心渦流78的渦流探測器。
容器62的底部71裝有加熱線圈80，該線圈使收集的液體和固體成分保持在攝氏15和25度之間基本上恒定的溫度。在此溫度下，蠟和水合物將熔化，且向上漂浮在液體收集罐內(nèi)的水上方，而使蠟、水合物、冷凝物及其他碳?xì)浠衔镆后w(CXHX)形成的頂層81漂浮在水形成的下層82的上方。
水(H2O)經(jīng)容器62底部的排水管64排出，但蠟、水合物、冷凝物及其他碳?xì)浠衔?CXHY)形成的混和物經(jīng)中心碳?xì)浠衔镆后w排放管83排出。排放管83和84可裝有閥(未示出)，該閥可受控而使水/碳?xì)浠衔镆后w界面87保持在基本上恒定的高度。
如果需要，水和碳?xì)浠衔锟梢越?jīng)容器62底部的一個液體出口從容器62中排出，以便在容器62下游的分離單元(未示出)內(nèi)繼續(xù)分離。
可選地，防渦器72和次級分離容器62的垂直管狀部分70以及導(dǎo)管63、63B、63C和63D的壁被加熱，和/或裝有超聲波振動轉(zhuǎn)換器(未示出)，以阻止蠟、垢和水合物等形成的沉積物在這些部件上積垢。優(yōu)選的是，超聲波振動轉(zhuǎn)換器以20和200KHz之間的頻率振動這些容易積垢的部件的壁，振掉任何積垢。
本發(fā)明的多級流體分離裝置也適用于從氣態(tài)流體流中分離固體顆粒。在氣體冷卻裝置中，固體顆粒將作為促進(jìn)液化可冷凝物液滴生長的核源。固體顆粒將與液化的可冷凝物一起流入次級流體分離容器的液體收集罐內(nèi)，從而與可冷凝的、貧化的、基本上干燥的氣體形成的第三級流分離，所述氣體從次級流體分離容器的頂部排出。
權(quán)利要求
1.一種多級流體分離裝置，包含一或多個初級氣體冷卻裝置，所述裝置都具有液化和/或固化的可冷凝富集流體出口；次級流體分離器容器，該容器具有其中心軸線具有基本上垂直或傾斜的方向的管狀部分，該容器連接于至少所述氣體冷卻裝置之一的所述可冷凝富集流體出口，其中在所述容器的正常操作過程中，所述可冷凝富集流體受誘發(fā)而繞所述容器管狀部分的中心軸線渦旋，從而通過重力和離心力誘使液化和/或固化的可冷凝物構(gòu)成的第三級流，沿向下的方向沿所述容器管狀部分的內(nèi)表面渦旋，而進(jìn)入在所述容器底部或附近用于收集液化和/或固化的可冷凝物構(gòu)成的第三級混和物的液體收集罐，該罐設(shè)有一或多個用于加熱所述第三級混和物的加熱器，以減少固化的可冷凝物的量，且設(shè)有一或多個用于從所述罐中排出所述第三級混和物的出口。
2.如權(quán)利要求1所述的流體分離裝置，其特征在于，所述液體收集罐包含用于低密度液體成分的上部液體出口和用于高密度液體成分的下部液體出口。
3.如權(quán)利要求1或2所述的流體分離裝置，其特征在于，所述次級分離容器的管狀部分裝有第三級氣體出口管，該管具有位于所述管狀部分中心軸線上或附近的入口。
4.如權(quán)利要求3所述的流體分離裝置，其特征在于，所述次級分離容器具有穹頂或盤形頂部，該頂部安裝在所述管狀部分的頂部，且所述第三級氣體出口管基本上與所述管狀部分的中心軸線同軸地安裝，且經(jīng)過所述頂部的中心。
5.如權(quán)利要求1所述的流體分離裝置，其特征在于，至少一個初級冷卻裝置的液化和/或固化的可冷凝富集流體出口連接于次級流體注入管，在使用時該管將可冷凝富集流體沿至少部分相切的方向注入所述次分離容器的管狀部分中。
6.如權(quán)利要求5所述的流體分離裝置，其特征在于，所述次級分離容器管狀部分的中心軸線具有基本上垂直的方向，且多個初級氣體冷卻裝置的多個次級流體注入管以規(guī)則的周向間隔連接子所述次級分離容器的管狀部分，在使用過程注入管將液化和/或固化的可冷凝富集流體沿至少部分相切且部分向下的方向注入所述次級分離容器的內(nèi)部。
7.如權(quán)利要求1所述的流體分離裝置，其特征在于，所述液體匯集罐由所述第二級分離容器的杯形管下部形成，該部分基本上與所述中心軸線同軸，且具有比所述容器的上部更大的內(nèi)部寬度。
8.如權(quán)利要求1所述的流體分離裝置，其特征在于，防渦器布置在所述次級分離容器的內(nèi)部，在所述管狀部分的下端和所述液體匯集罐之間。
9.如權(quán)利要求1所述的流體分離裝置，其特征在于，所述裝置可設(shè)有一或多個超聲波振動轉(zhuǎn)換器，用于在該裝置的一或多個部件上施加超聲波振動，以阻止固化的可冷凝物比如冰、蠟和/或水合物在該裝置內(nèi)沉積。
10.如權(quán)利要求5、8和9所述的流體分離裝置，其特征在于，至少所述次級流體注入管和防渦器裝有超聲波振動轉(zhuǎn)換器。
11.如權(quán)利要求9或10所述的流體分離裝置，其特征在于，所述超聲波振動轉(zhuǎn)換器用于在使用時以20和200KHz之間的頻率振動該裝置的一或多個部件。
12.如權(quán)利要求1所述的流體分離裝置，其特征在于，所述液體收集罐設(shè)有加熱管格柵，該格柵用于將罐內(nèi)的液體和固體流體混和物加熱到至少攝氏15度的溫度。
13.如前述任一權(quán)利要求所述的流體分離裝置，其特征在于，每一氣體冷卻裝置包含初級旋風(fēng)慣性分離器，該分離器包含膨脹噴嘴，在該噴嘴內(nèi)流體混和物通過基本上等熵的膨脹而冷卻到低于攝氏0度的溫度，且一或多個渦流傳遞葉片誘使流體旋轉(zhuǎn)進(jìn)入分叉出口部分，該部分裝有中心初級可冷凝貧化流體出口管和外部次級可冷凝富集流體出口管。
14.如權(quán)利要求13所述的流體分離裝置，其特征在于，每一初級旋風(fēng)慣性分離器，包含膨脹噴嘴，該噴嘴用于將該噴嘴內(nèi)的流體混和物加速到超音速，從而在使用過程中將流經(jīng)噴嘴的流體溫度冷卻到低于攝氏-20度的溫度。
15.如權(quán)利要求13或14所述的流體分離裝置，其特征在于，包含多個初級旋風(fēng)慣性分離器，其中膨脹噴嘴基本上平行且相對于所述次級分離容器管狀部分的中心軸線等距，且次級可冷凝富集流體出口連接于次級流體注入管，該注入管與所述次級分離容器管狀部分的壁以規(guī)則的周向間隔且沿至少部分相切的方向交叉，所述次級流體注入管都具有小于4米的長度。
16.如權(quán)利要求1所述的流體分離裝置，其特征在于，所述氣體冷卻裝置包含比如Joule-Thompson閥的節(jié)流閥。
17.一種在多級流體分離裝置內(nèi)從流體混和物中分離可冷凝成分的方法，該方法包含將流體混和物注入一或多個初級氣體冷卻裝置內(nèi)，在該裝置內(nèi)流體混和物膨脹并冷卻，可冷凝成分液化和/或固化，并通過離心力與氣態(tài)成分自由地分離，且可冷凝富集流體成分流被送入次級流體出口；將所述可冷凝富集流體成分流注入次級流體分離容器內(nèi)，該容器具有其中心軸線具有基本上垂直或傾斜的方向的管狀部分，且所述可冷凝富集流體流受到誘發(fā)而產(chǎn)生繞所述容器管狀部分的中心軸線渦旋，而通過重力和離心力誘使液化和/或固化的可冷凝物形成的第三級混和物，沿所述容器管狀部分的內(nèi)表面沿向下的方向，渦旋進(jìn)入容器底部或附近的液體收集罐，在該罐內(nèi)匯集液化和/或固化的可冷凝物形成的第三級混和物并加熱，以減少固化的可冷凝物的量，且液體和/或固體成分經(jīng)一或多個出口從該罐排出。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述流體混和物是天然氣流，該氣流在包含一或多個初級旋風(fēng)慣性分離器的氣體冷卻裝置內(nèi)冷卻到攝氏0度之下的溫度，從而使含水的和碳?xì)浠衔锢淠镆约皻怏w水合物冷凝和/或固化，第三級流體混和物包含水、冰、碳?xì)浠衔锢淠锖蜌怏w水合物，且在第三級流體收集罐內(nèi)加熱到攝氏15度以上的溫度，以減少氣體水合物的量，且低密度的碳?xì)浠衔锢淠锝?jīng)上部液體出口排出，高密度含水成分經(jīng)下部液體出口排出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多級流體分離裝置，該裝置包含一或多個初級氣體冷卻裝置(1)，所述裝置都具有液化和/或固化的可冷凝富集流體出口(8)；次級流體分離器容器(2)，該容器具有管狀垂直部分(10)，該容器(2)經(jīng)切向?qū)Ч?3)連接于所述初級氣體冷卻裝置(1)的可冷凝富集流體出口(8)，其中該切向?qū)Ч軐⑺隹衫淠患黧w切向地注入管狀部分(10)內(nèi)，從而通過重力和離心力誘使液化和/或固化的可冷凝物構(gòu)成的第三級流(17)沿向下的方向沿所述容器管狀部分(10)的內(nèi)表面渦旋，而進(jìn)入在所述容器(2)底部或附近用于匯集液化和/或固化的可冷凝物構(gòu)成的第三級混和物的液體收集罐(19)，該罐(19)設(shè)有一或多個用于加熱所述第三級混和物的加熱器(20)，以減少固化的可冷凝物的量，比如蠟、石蠟和水合物，且設(shè)有一或多個液體出口(23，26)。
文檔編號B04C7/00GK1610574SQ02826474
公開日2005年4月27日 申請日期2002年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月31日
發(fā)明者希勒貢達(dá)·巴克, 馬克斯·R·A·特爾·哈爾, 弗雷德·T·奧基莫托, 科內(nèi)利斯·A·謝恩克·威林克 申請人:國際殼牌研究有限公司