ГАЗОЖИДКОСТНЫЙ СЕПАРАТОР Российский патент 1995 года по МПК B04C3/04 B01D45/12 

Изобретение относится к устройствам для очистки газов от капель и может быть использовано на конечной стадии проведения процессов тепломассообмена, а также мокрой очистки газов в химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Известен газожидкостной сепаратор, содержащий корпус с установленным внутри вихревым сепарационным элементом [1]
Основным недостатком сепаратора является выполнение вихревого сепарационного элемента единичным, что вызывает резкое падение эффективности сепарации при возрастании диаметра корпуса, что имеет место при увеличении нагрузки по газу в условиях интенсификации производства. Так, при возрастании диаметра корпуса существенно снижается центробежный фактор, который определяет эффективность сепарации. При сохранении диаметра корпуса неизменным в условиях возрастания газовой нагрузки происходят процессы вторичного уноса отсепарированной жидкости, что также резко снижает эффективность сепарации.

Наиболее близким к изобретению является газожидкостный сепаратор [2] содержащий корпус с установленными на тарелке вихревыми сепарационными элементами.

Основным недостатком такого сепаратора является резкое снижение эффективности сепарации при колебаниях нагрузки по газу. Так, при уменьшении нагрузки по газу снижается центробежный фактор (прямопропорциональный квадрату скорости и обратно пропорциональный диаметру сепарационного элемента), что приводит к проскоку капель через устройство без осаждения. При возрастании нагрузки по газу происходит интенсивное дробление капель при прохождении через завихритель любого типа: лопастной или в виде тангенциальных щелей), что приводит к проскоку мелкодисперсной фазы и заметно снижает эффективность устройства. В этом случае имеет место также повышение гидравлического сопротивления и срыв жидкости газов с поверхности пленки отсепарированной жидкости на внутренней поверхности сепарационного патрубка, что образует вторичный унос и также существенно снижает эффективность устройства. Снижение эффективности сепарации и повышение гидравлического сопротивления создают аварийные условия в работе промышленной технологической системы, что и ограничивает диапазон использования известного устройства.

Задача изобретения повышение пропускной способности устройства по газу и обеспечение высокоэффективной сепарации в условиях изменения (колебаний) газовых нагрузок.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, состоит в том, что без изменения габаритов базового сепаратора обеспечивается стабильная (высокоэффективная) работа при увеличении газовой нагрузки на устройство (выше предельной по отношению к базовому варианту), а также при ее колебаниях в широком диапазоне, что целесообразно использовать при реконструкции действующих установок с целью увеличения их производительности.

Физические принципы, положенные в основу решаемых предлагаемым изобретением задач следующие: повышение допускаемых нагрузок по газу обеспечивается отводом "избыточного" газа в ранее гидродинамически пассивную зону с осуществлением там сепарационного процесса; обеспечение высокоэффективной сепарации в условиях изменения (колебаний) газовых нагрузок обеспечивается за счет саморегулирования потоком площади проходного сечения "избыточного" газа, обеспечивая оптимальную скорость потока для проведения сепарационного процесса в межэлементном пространстве.

Сущность предлагаемого решения заключается в том, что в известном устройстве, содержащем корпус с установленными на тарелке вихревыми сепарационными элементами, на тарелке между сепарационными элементами установлены дополнительные патрубки, выполненные с перфорированной боковой поверхностью, заглушенные на верхнем конце и размещенные таким образом, что верхний конец дополнительных патрубков расположен ниже верхнего конца сепарационных патрубков, а внутри дополнительных патрубков размещен дефлектор с возможностью возвратно-поступательного перемещения, выполнен- ный в поперечном сечении по профилю поперечного сечения дополнительного патрубка. При этом дефлектор выполнен подпружиненным.

Существенность отличительных признаков предлагаемого устройства и их причинно-следственная связь заключается в следующем:
на тарелке между сепарационными элементами установлены дополнительные патрубки, выполненные с перфорированной боковой поверхностью и заглушенные на верхнем конце, что позволяет при повышении газовой нагрузки пропускать часть газа мимо сепарационных элементов в межэлементное пространство (которое в прототипе не используется для сепарации), стабилизировать нагрузку на вихревые сепарационные элементы и обеспечивать условия повышения общей нагрузки газа на устройство;
верхний конец дополнительных патрубков расположен ниже верхнего конца сепарационных элементов, что обеспечивает условия для высокоэффективной сепарации жидкости в межэлементном пространстве на наружной поверхности вихревых элементов, которое ранее не использовалось, и возможность повышения нагрузки по газу;
внутри дополнительных патрубков размещен дефлектор с возможностью возвратно-поступательного перемещения, что позволяет регулировать площадь проходного сечения газа при увеличении нагрузки и обеспечивает поддержание скорости газа в сепарационных элементах на постоянном (оптимальном) значении, что обеспечивает их высокоэффективную работу;
дефлектор выполнен в поперечном сечении по профилю поперечного сечения дополнительного патрубка, что обеспечивает полное восприятие дефлектором давления газового потока и, следовательно, высокую чувствительность дефлектора на колебания нагрузки по газу;
дефлектор выполнен подпружиненным, что повышает чувствительность дефлектора к изменению газовой нагрузки и существенно расширяет диапазон материалов, из которых может быть изготовлен дефлектор, что, в свою очередь, повышает эффективность сепарации и надежность работы устройства.

На фиг.1 показан сепаратор, фронтальный разрез; на фиг.2 дополнительный патрубок, фронтальный разрез.

Газожидкостный сепаратор содержит корпус 1, патрубки 2 и 3, соответственно для ввода и вывода газа. Внутри корпуса размещена тарелка 4, на которой установлены вихревые сепарационные элементы 5, состоящие из завихрителя 6 патрубка 7 и пленкоотсекателя 8. Также на тарелке 4 между вихревыми сепарационными элементами 5 размещены дополнительные патрубки 9, а на их боковой поверхности в верхней зоне выполнена перфорация 10 в виде отверстий или щелей. Верхний конец дополнительных патрубков 9 закрыт крышками 11 и размещен по высоте ниже пленкоотсекателя 8 вихревого сепарационного элемента 5. Внутри дополнительных патрубков 9 размещен дефлектор 12, выполненный в виде диска или конуса, а в плане по профилю поперечного сечения дополнительного патрубка 9. Дефлектор 12 установлен на оси 13 с возможностью возвратно-поступательного движения и соединен стержнями 14 с втулкой 15, размещенной свободно на оси 13. На оси 13 размещен неподвижно ограничитель перемещения 16, выполненный в виде диска или пластин. На оси 14 возможно размещение пружины 17, закрепленной одним концом на дефлекторе 12, а другим на крышке 11. Для вывода из устройства уловленной жидкости используется штуцер 18.

Сепаратор работает следующим образом.

Газокапельный поток поступает в сепаратор через патрубок 2 и направляется одновременно в вихревые сепарационные элементы 5 и в дополнительные патрубки 9. Пройдя завихритель 6, поток закручивается, и капли жидкости под действием центробежной силы осаждаются на патрубке 7, увлекаются газом в восходящем движении и, пройдя пленкоотсекатель 8, отделяются от газа и затем гравитационно стекают по наружной поверхности патрубка 7 на тарелку 4, откуда через штуцер 18 выводятся из устройства. Газокапельный поток, войдя в дополнительный патрубок 9, натекает на дефлектор 12 и за счет воздействия динамического напора газа поднимает его (до момента уравновешивания силы тяжести дефлектора 12 силой воздействия на него газового потока) благодаря тому, что дефлектор 12 установлен на оси 13 с возможностью возвратно-поступательного движения. За счет того, что дефлектор 12 выполнен в поперечном сечении по профилю поперечного сечения дополнительного патрубка 9, обеспечивается полное восприятие дефлектором 12 давления газового потока и, следовательно, высокая чувствительность дефлектора 12 на колебания нагрузки по газу. Благодаря соединению дефлектора 13 с втулкой 16 посредством стержней 15 образуется устойчивая система, которая исключает деформации дефлектора 12 и, следовательно, заклинивание при воздействии на него неоднородного по сечению (градиентного) газового потока, что существенно повышает надежность работы устройства. После подъема дефлектора 12 газокапельный поток проходит через перфорацию 10 на боковой поверхности дополнительных патрубков 9 и в виде системы струй натекает на наружную поверхность патрубков 7 вихревых сепарационных элементов 5. При этом происходит натекание струй под углом на поверхность осаждения, что исключает дробление капель, вторичный унос и, следовательно, обеспечивает высокую эффективность сепарации в межэлементной зоне. Так как верхний конец дополнительных патрубков 9 размещен ниже верхнего конца вихревых сепарационных элементов 5, то исключаются условия проскока газокапельных струй без осаждения в межэлементной зоне. Осажденные капли гравитационно стекают по наружной поверхности сепарационных элементов 5 на тарелку 4, откуда через штуцер 18 жидкость выводится из устройства. Газ, освобожденный от капель жидкости, выходит из межэлементной зоны и из вихревых сепарационных элементов 5 и покидает устройство через патрубок 3.

При увеличении нагрузки по газу выше средней происходит дополнительный подъем дефлектора 12, что приводит к увеличению площади проходного сечения газа через перфорацию 10 и, следовательно, пропусканию избыточного газа через дополнительные патрубки 9 в межэлементное пространство. При этом в вихревых сепарационных элементах поддерживается средняя (оптимальная) скорость газа, что обеспечивает высокую эффективность работы сепаратора.

При снижении нагрузки по газу ниже средней происходит опускание дефлектора 12, что приводит к уменьшению площади проходного сечения газа через перфорацию 10 и, следовательно, снижению расхода газа через дополнительные патрубки 9. Это обеспечивает сохранение рабочего расхода газа через вихревые сепарационные элементы 5 и поддерживает в них среднюю (оптимальную) скорость газа, что обеспечивает высокую эффективность работы устройства. При отклонении устройства в период ремонта промышленной системы дефлектор 12 перемещается в крайнее нижнее положение и в нем фиксируется ограничителем перемещения 16.

Выполнение дефлектора с пружиной 17 повышает чувствительность дефлектора 12 к изменению газовой нагрузки и существенно расширяет диапазон материалов из которых может быть изготовлен дефлектор, что повышает эффективность сепарации и надежность работы самого сепаратора.

Использование: на конечной стадии проведения процессов тепломассообмена, а также мокрой очистки газов в химической, металлургической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: на тарелке 4 между вихревыми сепарационными элементами 5 размещены дополнительные патрубки 9 с перфорацией 10 в виде отверстий или щелей. Внутри дополнительных патрубков 9 размещен дефлектор 12, установленный на оси 13 с возможностью возвратно-поступательного движения. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СЕПАРАТОР, содержащий корпус с установленными на тарелке вихревыми сепарационными элементами, отличающийся тем, что на тарелке между сепарационными элементами установлены дополнительные патрубки, выполненные с перфорированной боковой поверхностью, заглушенные на верхнем конце и размещенные таким образом, что верхний конец дополнительных патрубков расположен ниже верхнего конца сепарационных элементов, а внутри дополнительных патрубков размещен дефлектор с возможностью возвратно-поступательного перемещения, выполненный в попреречном сечении по профилю поперечного сечения дополнительного патрубка. 2. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что дефлектор выполнен подпружиненным.