Внутритрубные сепараторы делятся на два класса – трубные делители фаз, которые относятся к классу трубопроводной арматуры газовой и предназначены для компактного разделения двухфазных сред (с преобладанием газа) на отдельные фазы – газовую и жидкостную, и на внутритрубные сепараторы, относящиеся к сосудам, работающим под избыточным давлением.
Ключевая идея трубных делителей фаз заключается в использовании центробежных сил в аксиальном циклоне. Газожидкостная смесь закручивается в тангенциальном или лопаточном завихрителе, установленном на входе в устройство, и направляется в цилиндрический канал, в котором жидкость устремляется на стенки канала. В итоге на стенках формируется пленка жидкости, а в приосевой зоне – поток очищенного газа. На выходе из канала расположена разделительная секция, в которой поток разделяется на газовый и жидкостный. При этом важно отметить, что все элементы сепаратора смонтированы внутри трубопровода.
Трубные делители фаз обладают рядом преимуществ за счет своей компактности и за счет их отнесения к классу трубопроводной арматуры, а именно:
- нет необходимости в фундаментах;
- широкий диапазон рабочих параметров;
- отсутствие в необходимости в уровнемерных колонках и предохранительных клапанах;
- возможность установки в любом труднодоступном месте;
- низкая масса и габариты.
Имеются конструкции внутритрубных систем сепарации, предназначенных для предварительной сепарации газа из большого количества жидкости – ВУПОГ. Для нивелирования пробковых режимов эксплуатации в конструкции устройств предусматривается две ступени внутритрубной сепарации, включающие буферную часть для отбития основного объема газа из жидкости и вертикально расположенного колена со встроенной второй ступенью сепарации для качественного доизвлечения пролетаемых вместе с газом частиц жидкости.
Данные внутритрубные сепараторы классифицируются как сосуды, работающие под давлением и требуют установки уровнемерных колонок и предохранительных клапанов.
Их преимуществом являются: значительно меньшие габариты и пятно застройки по сравнению со стандартными 200 кубовыми сепараторами НГС.
Внутритрубные сепараторы могут также использоваться в технологии низкотемпературной сепарации газа для подготовки газа до требований СТО Газпрома 089-2010. Для данной задачи в конструкции внутритрубных сепараторов предусматривается дополнительные секции с сопловым каналом и диффузоров. В секции с сопловым каналом происходит расширение газа и его охлаждение за счет эффекта Джоуля-Томпсона, при этом в рабочей части после сопла происходит конденсация компонент С3+ и их сепарация со стенок устройства за счет закрутки потока. Применение диффузора на выходе из рабочей части такого внутритрубного сепаратора позволяет за счет торможения преобразовать часть кинетической энергии потока обратно в потенциальную, что обеспечивает получение давления газа на выходе из диффузора существенно большего, чем статическое давление газа в сопле Лаваля, при котором происходит конденсация целевых компонент.
В сопловом канале возможна реализация дозвукового и сверхзвукового режима течений, в зависимости от этого данные внутритрубные сепараторы делятся на две категории – дозвуковые и сверхзвуковые.
Сверхзвуковые режимы течений являются более сложными, но в ряде случаев позволяют достигать температур конденсации этановой фракции. Для задач эффективного извлечения компонент С3+ в большинстве случаев достаточно дозвуковых режимов течений.
Внутритрубные сепараторы с сопловым каналом могут работать в максимально широком диапазоне расходов за счет установки на одной раме в параллель сразу 2-3 устройств, настроенных на разные производительности, которые по необходимости включаются или выключают в автоматическом режиме в зависимости от изменений расходов входного потока.
Лицензионные права на технологию сверхзвуковой сепарации газа (3S-технология) в России принадлежат компании ООО «ЭНГО Инжиниринг». ООО «АЭРОГАЗ» является единственным изготовителем всех категорий внутритрубных сепараторов в нашей стране.
Массовое распространение внутритрубных сепараторов ограничено из-за того, что конструкция внутритрубных сепараторов разрабатывается под уникальные параметры конкретного объекта, так как необходимые к реализации термобарические параметры зависят от значений входных температур, имеющегося перепада давления, расходов и компонентных составов входных потоков. В мире лишь 4 компании имеют квалификацию и успешный опыт из разработки. Все эти компании уже поглощены крупными зарубежными EPC-контракторами, такими как Sulzer, Shell, FMCtechnip и UOP. Данные технологии с высокой маржинальностью применяются ими при реализации проектов на морских платформах, в подводных добычных комплексах и плавающих заводах (FPSO). К сожалению, в настоящий момент нет пророссийского EPC-контрактора, работающего в иностранных регионах и способного использовать российские инновационные технологии в своих проектах по всему миру. Количество внутрироссийских морских проектов, также исчисляется пальцами одной руки и поэтому не позволяет обеспечить должный спрос на внутритрубные сепараторы внутри страны. В связи с этим самым целесообразным местом для применения и массового применения систем внутритрубной сепарации являются мобильные УКПГ, которые часто должны перемещаться с объекта на объект, и критерии низких массо-габаритных характеристик на ряду с высокой эффективностью для них являются ключевыми.
АНО «ИНТИ» в 2023 году разработало и утвердило стандарты на внутритрубные сепараторы (трубные делители фаз) и сверхзвуковые сепараторы.
Е. Войтенков ООО "Аэрогаз"