Принципы сепарации

Для функционирования сепараторов необходимы два фактора:

1. Разделяемые жидкости не должны растворяться друг в друге.

2. Одна жидкость должна быть легче другой.

Разделение жидкостей в сепараторе зависит от силы тяжести. Но сепарация невозможна только при действии силы тяжести, если жидкости растворяются друг в друге. Например, смесь из дистиллята и сырой нефти не будет разделяться в сепараторе, поскольку они растворяются друг в друге. Их нужно разделять в процессе перегонки.

Поскольку при разделении жидкостей сепараторы зависят от силы тяжести, скорость, с которой две жидкости могут быть разделены, зависит от разницы в весе жидкостей. Газ обычно имеет вес 5% от веса нефти, поэтому нефть и газ разделяются за секунды. С другой стороны, нефть может весить 75% от веса воды и на их разделение уйдет несколько минут. Разница в весе жидкостей является главным фактором, влияющим на процесс сепарации.

Плотностью жидкости называется отношение веса жидкости к ее объему. Плотность воды -1000 кг/м³, плотность сырой нефти - около 800 кг/м³. Плотность газа зависит прежде всего от его давления. Например, плотность 1м³ природного газа при давлении 5200 кПа, составляет около 36 кг/м³. Может показаться, что газ с такой плотностью немедленно отделится от сырой нефти с плотностью 800 кг/м³. Действительно, на 95% сепарация произойдет почти сразу. Однако жидкость будет оставаться в газе в виде мельчайших капелек, которые должны выделиться для завершения сепарации. Если капельки жидкости не выделятся в сепараторе, впоследствии они могут создать серьезные проблемы, когда начнут появляться в газовой линии.

Выход капелек жидкости из газа является наиболее трудной операцией в сепараторе. Обычно мельчайшие капельки не выделяются из газа до тех пор, пока не начнут соединяться и образовывать большие по объему капельки.

Для образования больших капель применяются специальные внутренние устройства.

В сепараторах используются отражатели, конденсато-сборники, каплеобразователи, выпрямители и фильтры. В

каждом устройстве капельки жидкости собираются к поверх­ности устройства и соединяются с другими капельками, образуя большие капли. Эффективность сепарации зависит от размеров площади поверхности каплеобразования.

Капли жидкости будут выделяться из газа при следующих условиях:

1. Газ остается в сепараторе достаточно долго, чтобы начался процесс каплеобразования.

2. Поток газа через сепаратор достаточно невелик, чтобы не допустить завихрений, которые могут перемешивать газ и препятствовать каплеобразованию.

Разница в весе газа и жидкости определяет максимальный уровень потока газа, при котором возможно каплеобразование. Например, каплеобразование будет происходить при давлении газа 5200 кПа если газ движется в сепараторе со скоростью меньше, чем 30 см/сек. Другими словами, сепаратор достаточно большой для того, чтобы газ продвигался в нем от входа к выходу со скоростью 30 см/сек или меньше.

Как уже было сказано, при давлении 5200 кПа плотность газа составляет 36 кг/м³, в то время как его естественная плотность составляет 1, 6 кг/м³ при давлении 102 кПа. Поскольку плотность газа при давлении 102 кПа меньше, капли нефти будут выделяться быстрее в связи с тем, что будет больше разница в весе между газом с низким давлением и нефтью. Газ может продвигаться быстрее в сепараторе с низким давлением и фактически передвигается со скоростью 152 см/сек, не нарушая процесса каплеобразования.

В большинстве случаев пузырьки газа выходят из жидкости через 30-60 секунд. Поэтому сепаратор конструируется таким образом, чтобы жидкость оставалась в емкости от 30 до 60 секунд. Время, которое жидкость находится в емкости сепаратора, называется временем пребывания жидкости. Если необходимо, чтобы у сепаратора было время пребывания жидкости 60 секунд, а уровень притока на входе 380 л/мин, то часть сепаратора, предназначенная для жидкости, конструируется для возможности вмещения 380 литров.

Еще одна причина, по которой газ и жидкость, выходящие из сепаратора, должны быть чистыми, заключается в том, что присутствие одного из них в другом не позволит производить точные замеры притока. Когда в жидкости содержатся пузырьки газа, объем такой смеси увеличивается на объем газа, находящегося в ней. Капельки жидкости в газе также приводят к завышению показаний замеров.