КАПЛЕУЛОВИТЕЛЬ Российский патент 1996 года по МПК B01D45/08 

Изобретение относится к устройствам для сепарации капельной жидкости и может быть использовано во всех отраслях промышленности для повышения качества очистки (осушки) газа, например, в нефтяной отрасли на промысловых сепарационных установках.

Известен сепаратор капельной жидкости содержит корпус, каплеприемные воронки, соединенный с ними сливной патрубок и сепарирующие элементы, выполненные в виде прутков или струн, одни концы которых закреплены по периметру стержня, а другие по периметру корпуса, при этом точки крепления элементов к стержню расположены ниже по потоку точек крепления к корпусу. При движении газожидкостной смеси по сепаратору между стенкой корпуса и каплеприемными воронками капельки жидкости, осевшие на сепарирующих элементах, в виде пленки под действием гравитационных сил перемещаются внутрь каплеприемных воронок и стекают в сливной патрубок. При этом поток обтекает каплеприемные воронки, создавая внутри них зоны пониженного давления, благодаря чему предположительно интенсифицируется подсос жидкости с поверхности тел осаждения.

В этом сепараторе капельной жидкости каплеприемные воронки расположены вдоль центральной оси корпуса сепаратора и перекрывают часть его поперечного сечения, тем самым снижая площадь проходного сечения сепаратора. Сепарирующие элементы, выполненные в виде прутков или струн, имеют радиальное расположение, что не обеспечивает постоянного зазора между ними по длине (по радиусу сепаратора). Зазор между соседними струнами у стенки сепаратора и вблизи от каплеприемной воронки отличается в несколько раз. Это приводит к снижению улавливающей способности сепаратора в периферийной зоне и излишней загруженности струнами центральной зоны, что при отсутствии технологической целесообразности снижает площадь проходного сечения сепаратора и увеличивает сопротивление газовому потоку. Не принят во внимание и тот важный факт, что при ударе части потока газожидкостной смеси о периферийную внешнюю поверхность каплеприемной воронки направление движения этой части потока меняется на встречное по отношению к направлению перемещения пленки уловленной жидкости по струнам. В связи с этим дренирующая способность наиболее загруженных нижних концевых участков струн в итоге снижается, что приводит к уменьшению скорости стекания жидкости, утолщению пленки и возможному срыву ее с сепарирующего элемента.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и повышение эффективности сепарации, расширение диапазона стабильности работы, увеличение производительности каплеуловителя.

Это достигается тем, что в каплеуловителе, имеющем корпус, монтажные стержни, сепарирующие элементы, жидкостную ловушку, сливную трубу, монтажные стержни размещены горизонтально друг над другом, сепарирующие элементы с одинаковыми зазорами расположены в наклонных плоскостях и присоединены одними концами к монтажным стержням, другими к корпусу каплеуловителя, при этом точки присоединения сепарирующих элементов к монтажным стержням находятся выше по потоку точек присоединения элементов к корпусу каплеуловителя, а жидкостная ловушка выполнена в виде кольцевого желоба вдоль нижней части стенки корпуса каплеуловителя. Для повышения улавливающей способности сепарирующие элементы, расположенные в разных плоскостях, могут быть ориентированы в горизонтальной проекции друг к другу под углом до 10^о (по виду сверху).

Размещение монтажных стержней горизонтально друг над другом позволяет распределить сепарирующие элементы параллельно на одинаковом расстоянии друг от друга по всей их длине и таким образом создать равномерно заполненное сепарирующими элементами пространство, что обеспечивает качественно одинаковую улавливающую способность системы по всему объему каплеуловителя. Расположение сепарирующих элементов с уклоном от монтажных стержней к корпусу каплеуловителя позволяет использовать внутреннюю стенку корпуса для стока уловленной капельной жидкости в пленочном состоянии в жидкостную ловушку. Выполнение жидкостной ловушки в виде кольцевого желоба вдоль нижней части стенки корпуса каплеуловителя обеспечивает прием всей стекающей по стенке корпуса жидкости без уменьшения проходного рабочего сечения каплеуловителя, при этом используют лишь один каплеприемный элемент. Ориентация сепариру- ющих элементов, прикреплеенных к разным монтажным стержням, под углом друг к другу в горизонтальной проекции (по виду сверху), позволяет создать на пути потока сетчатое пространство, что усиливает улавливающую способность системы в целом.

На фиг. 1 изображен общий вид каплеуловителя, смонтированного на газожидкостном нефтепромысловом сепараторе, разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 вид сбоку.

Условные обозначения: Г газ, Ж жидкость.

В приведенном примере каплеуловитель смонтирован на газовом патрубке газожидкостного нефтепромыслового сепаратора и подсоединен к газопроводу. Непосредственно каплеуловитель состоит из корпуса 1, монтажных стержней 2, сепарирующих элементов 3, жидкостной ловушки 4, сливной трубы 5 и опорных стоек 6. Поперечное сечение корпуса каплеуловителя может иметь разнообразные формы, например, круглую, квадратную и др. В приведенном примере представлена круглая форма. Монтажные стержни 2 крепят непосредственно к корпусу каплеуловителя или к опорным стойкам 6. Сепарирующие элементы 3 верхними концами жестко прикреплены к монтажным стержням 2 параллельными рядами на одинаковом расстоянии друг от друга в плоскостях, имеющих уклон в противоположные стороны от монтажных стержней. Угол уклона плоскостей определяют для каждого конкретного случая отдельно. Он зависит от свойств улавливаемой капельной жидкости, скорости газожидкостного потока, свойств сепарирующих элементов. Нижними концами сепарирующие элементы присоединены к стенке корпуса каплеуловителя 1. Сепарирующие элементы, расположенные в разных плоскостях могут быть сориентированы в виду сверху под небольшим углом (до 10^о) друг к другу. Это позволяет создать сеточную систему из сепарирующих элементов и повысить ее улавливающие свойства. В конкретном примере для простоты изображения этот угол принят равным 0^о.

При достаточной жесткости материала сепарирующие элементы могут не прикрепляться жестко к корпусу тем более, что их плотному контакту со стенкой будет способствовать подъемная сила газожидкостного потока (в отличие от известного устройства, где подъемная сила создает обратный эффект). Жидкостная ловушка 4 выполнена в виде желоба, одной из боковых стенок которого является стенка корпуса каплеуловителя.

Ширина ловушки незначительна (несколько миллиметров) и, как правило, укладывается в разницу радиусов газового патрубка нефтепромыслового сепаратора и корпуса каплеуловителя, а поэтому не создает дополнительного сопротивления газожидкостному потоку. Сливная трубу 5 одним концом прикреплена к газожидкостной ловушке, а другой ее конец предпочтительно должен входить под уровень жидкости или в зону низких скоростей газожидкостного потока.

Каплеуловитель работает следующим образом.

При движении по каплеуловителю газового потока с содержанием капельной жидкости капельки, сталкиваясь с сепарирующими элементами 3, осаждаются на них, образуя пленку. Уловленная жидкость в виде пленки под действием гравитационных сил перемещается к стенке корпуса каплеуловителя 1. При этом при больших скоростях газожидкостного потока пленочная жидкость увлекается в кормовую часть сепарирующих элементов в зону пониженных давлений и в основной своей массе перемещается вниз к стенке в этой зоне.

Поэтому для таких случаев целесообразно использовать в качестве сепарирующих элементов тела обтекания с углублениями в кормовой части.

При низких скоростях пленка может распределяться равномерно по поверхности сепарирующих элементов или иметь утолщение за счет действия гравитационных сил в нижней части.

Для этих случаев могут использоваться сепарирующие элементы круглого профиля. Срыв пленки при низких скоростях газожидкостного потока и вторичный унос капельной жидкости предотвращают с помощью подбора диаметра и угла наклона сепарирующих элементов. Следует учесть, что толщина пленки увеличивается по длине от монтажного стержня до стенки корпуса каплеуловителя. Достигнув стенки корпуса, уловленная жидкость образует пленку на поверхности стенки и под действием гравитационных сил стекает в жидкостную ловушку, откуда через сливную трубу 5 возвращается в жидкостную зону рабочего аппарата, например, газожидкостного промыслового сепаратора, или в специальный накопитель уловленной жидкости. Нужно отметить, что дренирующую способность каплеуловителя усиливает низкочастотная вибрация его элементов, возникающая при движении неоднородного по структуре и режиму газожидкостного потока.

Предлагаемый каплеуловитель устанавливают на выходе газа, несущего капельную жидкость, из аппарата, например, из нефтепромыслового сепаратора, перед поступлением газа из газопровода на компрессорную станцию и в других случаях, требующих очистки газа от капельной жидкости.

Использование: для сепарации капельной жидкости во всех отраслях промышленности для повышения качества очистки (осушки) газа. Сущность изобретения: монтажные стержни каплеуловителя размещены горизонтально друг над другом, сепарирующие элементы с одинаковыми зазорами расположены в наклонных плоскостях и присоединены одними концами к монтажным стержням, другими к корпусу каплеуловителя, при этом точки присоединения сепарирующих элементов к монтажным стержням выше по потоку точек присоединения элементов к корпусу каплеуловителя, а жидкостная ловушка выполнена в виде кольцевого желоба вдоль нижней части стенки корпуса каплеуловителя. Сепарирующие элементы, расположенные в разных плоскостях, для увеличения улавливающей способности могут быть сориентированы в горизонтальной проекции друг к другу под углом до 10^o. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Каплеуловитель, содержащий корпус, монтажные стержни, сепарирующие элементы, жидкостную ловушку, сливную трубу, отличающийся тем, что монтажные стержни размещены горизонтально друг над другом, сепарирующие элементы с одинаковыми зазорами расположены в наклонных плоскостях и присоединены одними концами к монтажным стержням, другими к корпусу каплеуловителя, при этом точки присоединения сепарирующих элементов к монтажным стержням находятся выше по потоку точек присоединения элементов к корпусу каплеуловителя, а жидкостная ловушка выполнена в виде кольцевого желоба вдоль нижней части стенки корпуса каплеуловителя. 2. Каплеуловитель по п.1, отличающийся тем, что сепарирующие элементы, расположенные в разных плоскостях, сориентированы в горизонтальной проекции друг к другу под углом до 10^o.