ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2000 года по МПК B01D45/12 

Изобретение относится к технике разделения газожидкостных потоков и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например газоперерабатывающей.

Известен центробежный сепаратор, включающий обечайку, два последовательно установленных завихрителя с направляющими лопатками, ловушку отделенной жидкости и газоотводящий патрубок (пат. США N 3461652, кл. B 01 D 45/12, 1969 г.).

Недостатком известного сепаратора является низкая эффективность при отделении мелкодисперсных капель, которые не успевают переместиться к стенке обечайки сепаратора и присутствуют во всем поперечном сечении потока. В результате происходит вторичное дробление капель жидкости и унос их вместе с газовым потоком.

Общими признаками известного и предлагаемого устройства являются:
- обечайка;
- два последовательно установленных завихрителя;
- ловушка отделенной жидкости.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является центробежный сепарационный элемент, включающий обечайку, два последовательно установленных завихрителя с направляющими лопатками, тонкослойную насадку, размещенную между завихрителями с кольцевым зазором к обечайке, ловушку отделенной жидкости и газоотводящий патрубок (пат. РФ N 2052272, кл. B 01 D 45/12, 1996 г.).

Недостатками известного сепарационного элемента являются высокое гидравлическое сопротивление и низкая эффективность разделения газа и жидкости из-за вторичного уноса, вызванного циркуляционными токами в центральной части закрученного потока.

Общими признаками известного и предлагаемого элементов являются:
- обечайка:
- два последовательно установленных завихрителя:
- ловушка отделенной жидкости.

Техническая задача заключается в повышении эффективности отделения жидкости от газа и снижении гидравлического сопротивления.

Поставленная задача достигается тем, что в центробежном сепарационном элементе, включающем обечайку, два последовательно установленных завихрителя и ловушку отделенной жидкости, внутри обечайки между завихрителями установлен рециркуляционный элемент, выполненный в виде замкнутой полости, снабженной входами и выходом, а в стенке обечайки выполнены отверстия, причем входы рециркуляционного элемента соединены с обечайкой по периметру отверстий, а выход расположен в центральной части обечайки на расстоянии 0,8-1,0 диаметра обечайки от первого завихрителя.

Кроме того, рециркуляционный элемент выполнен в виде участка трубы.

При этом площадь поперечного сечения выходного отверстия рециркуляционного элемента соответствует 0,4-0,6 суммарной площади поперечного сечения входных отверстий.

Кроме того, второй завихритель выполнен в виде полого цилиндра диаметром, равным 0,3-0,5 диаметра обечайки, торцы которого выполнены в виде полушарий.

Кроме того, второй завихритель снабжен направляющими лопастями, расположенными под углом 55-60^o к оси обечайки.

Размещение внутри обечайки между завихрителями рециркуляционного элемента, выполненного в виде замкнутой полости, снабженной входами и выходом, а также соединение входов рециркуляционного элемента с обечайкой по периметру отверстий и расположение выхода рециркуляционного элемента в центральной части обечайки на расстоянии 0,8-1,0 диаметра обечайки от первого завихрителя объясняется тем, что на таком расстоянии окончательно формируется центробежный поток с зоной пониженного давления в центре, который обеспечивает подачу газа, унесенного с жидкостью, извне через входы рециркуляционного элемента и его выход в закрученный поток.

Выполнение выходного отверстия рециркуляционного элемента с площадью поперечного сечения, соответствующей 0,4-0,6 суммарной площади поперечного сечения входных отверстий, обеспечивает достаточную рециркуляцию газа, что предотвращает вторичный унос жидкости.

Выполнение второго завихрителя в виде полого цилиндра диаметром, равным 0,3-0,5 диаметра обечайки, с торцами, выполненными в виде полушарий, позволяет снизить гидравлическое сопротивление сепарационного элемента, а также предотвращает возникновение циркуляционных токов и вторичного уноса.

Размещение направляющих лопастей на поверхности второго завихрителя под углом 55-60^o к оси обечайки позволяет стабилизировать крутку потока после прохождения им рециркуляционого элемента и исключить воздействие вихрей и противотоков в зоне сепарации.

Центробежный сепарационный элемент представлен на чертеже, где на фиг.1 показан общий вид, на фиг.2 - вид сверху.

Центробежный сепарационный элемент включает обечайку 1 с установленными в ней последовательно первым и вторым завихрителями 2 и 3 и ловушкой отделенной жидкости 4. Внутри обечайки 1 между завихрителями 2 и 3 установлен рециркуляционный элемент 5, выполненный в виде замкнутой полости, имеющей входы 6 и выход 7. В стенке обечайки 1 выполнены отверстия 8. Входы 6 рециркуляционного элемента 5 соединены с обечайкой 1 по периметру отверстий 8. Выход 7 расположен в центральной части обечайки 1 на расстоянии 0,8-1,0 диаметра обечайки. Площадь поперечного сечения выходного отверстия 7 соответствует 0,4-0,6 суммарной площади поперечного сечения входных отверстий 6. Завихритель 3 выполнен в виде полого цилиндра диаметром 0,3-0,5 диаметра обечайки 1. Верхний и нижний торцы 9 и 10 завихрителя 3 выполнены в виде полушарий. Завихритель 3 имеет направляющие лопасти 11, расположенные под углом 55-60^o к оси обечайки 1.

Рециркуляционный элемент 5 может быть выполнен в виде участка трубы.

Центробежный сепарационный элемент работает следующим образом. Газожидкостный поток поступает внутрь элемента через вертикальные щели завихрителя 2, где под действием центробежных сил, возникающих за счет наклонного расположения лопаток завихрителя, он закручивается и делится на центральный газовый с зоной пониженного давления и периферийный газожидкостный с зоной повышенного давления.

За счет размещения завихрителя 3 предлагаемой конструкции центральный газовый поток объединяется с периферийным газожидкостным, что устраняет вторичный унос, вызванный обратными токами, и снижает гидравлическое сопротивление аппарата. Жидкость под действием центробежных сил осаждается на внутреннюю поверхность обечайки 1 и потоком направляется к ловушке 4. Через кольцевой зазор между обечайкой 1 и ловушкой 4 жидкость с частью газа отводится из потока. Основной поток газа, отделившись от жидкости, выходит из сепарационного элемента. Часть газа, вышедшего через ловушку 4 вместе с жидкостью, засасывается через входы 6 рециркуляционного элемента 5 и из выходного отверстия 7 подается в зону пониженного давления центробежного поля на доочистку от капель жидкости.

Направляющие лопасти 11 стабилизируют крутку потока и возникшие вихри в результате прохождения им рециркуляционного элемента 5.

Изобретение предназначено для разделения газожидкостных потоков и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например газоперерабатывающей. Центробежный сепарационный элемент включает обечайку, два последовательно установленных завихрителя и ловушку отделенной жидкости. Внутри обечайки между завихрителями установлен рециркуляционный элемент, выполненный в виде замкнутой полости, снабженной входами и выходом, а в стенке обечайки выполнены отверстия, причем входы рециркуляционного элемента соединены с обечайкой по периметру отверстий, а выход расположен в центральной части обечайки на расстоянии 0,8 - 1,0 диаметра обечайки от первого завихрителя. Кроме того, рециркуляционный элемент выполнен в виде участка трубы. Площадь поперечного сечения выходного отверстия рециркуляционного элемента соответствует 0,4 - 0,6 суммарной площади поперечного сечения входных отверстий. Второй завихритель выполнен в виде полого цилиндра диаметром, равным 0,3 - 0,5 диаметра обечайки, торцы которого выполнены в виде полушарий. Второй завихритель снабжен направляющими лопастями, расположенными под углом 55 - 60° к оси обечайки. Сепарационный элемент обеспечивает высокую эффективность отделения жидкости от газа и обладает низким гидравлическим сопротивлением. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Центробежный сепарационный элемент, включающий обечайку, два последовательно установленных завихрителя и ловушку отделенной жидкости, отличающийся тем, что внутри обечайки между завихрителями установлен рециркуляционный элемент, выполненный в виде замкнутой полости, снабженной входами и выходом, а в стенке обечайки выполнены отверстия, причем входы рециркуляционного элемента соединены с обечайкой по периметру отверстий, а выход расположен в центральной части обечайки на расстоянии 0,8 - 1,0 диаметра обечайки от первого завихрителя. 2. Центробежный сепарационный элемент по п.1, отличающийся тем, что рециркуляционный элемент выполнен в виде участка трубы. 3. Центробежный сепарационный элемент по п.1, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения выходного отверстия рециркуляционного элемента соответствует 0,4 - 0,6 суммарной площади поперечного сечения входных отверстий. 4. Центробежный сепарационный элемент по п.1 или 2, отличающийся тем, что второй завихритель выполнен в виде полого цилиндра диаметром, равным 0,3 - 0,5 диаметра обечайки, торцы которого выполнены в виде полушарий и снабжен направляющими лопастями. 5. Центробежный сепарационный элемент по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что направляющие лопасти расположены под углом 55 - 60^o к оси обечайки.