ЖИДКОСТНО-ГАЗОВЫЙ СЕПАРАТОР Российский патент 2000 года по МПК B01D19/00 

Изобретение относится к области разделения газожидкостных сред, преимущественно к сепараторам для разделения жидких сред, имеющих различный удельный вес, и для выделения из этих жидкостей в процессе их разделения накопившейся в них газообразной среды.

Известен жидкостно-газовый сепаратор, содержащий корпус с трубопроводом ввода газожидкостной смеси, размещенную в корпусе вертикальную разделительную перегородку и патрубки вывода газообразной и жидких сред (US 2664963 А, 05.06.1954).

Недостатками данного устройства является низкая производительность сепаратора и низкое качество разделения жидкой среды при увеличении производительности.

Наиболее близким к данному сепаратору является жидкостно-газовый сепаратор, содержащий корпус, вертикальную разделительную перегородку, установленную в корпусе с разделением последнего на входную и выходную секции, сообщенные между собой в верхней части корпуса, трубопровод ввода газожидкостной смеси, установленный во входной секции, патрубки вывода газообразной и жидких сред, пакет фазоразделительных насадок и переливную перегородку, установленную в выходной секции с формированием зоны отвода более легкой жидкой фракции между вертикальной разделительной перегородкой и переливной перегородкой и зоны отвода более тяжелой жидкой фракции (US 4208196 А, 17.06.1980).

Недостатком данного устройства является низкая эффективность разделения газожидкостных смесей.

Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в интенсификации процесса отделения газообразной среды от смеси жидких сред и повышение качества разделения жидких сред.

Указанный технический результат достигается за счет того, что жидкостно-газовый сепаратор, содержащий корпус, вертикальную разделительную перегородку, установленную в корпусе с разделением последнего на входную и выходную секции, сообщенные между собой в верхней части корпуса, трубопровод ввода газожидкостной смеси, установленный во входной секции, патрубки вывода газообразной и жидких сред, пакет фазоразделительных насадок и переливную перегородку, установленную в выходной секции с формированием зоны отвода более легкой жидкой фракции между вертикальной разделительной перегородкой и переливной перегородкой и зоны отвода более тяжелой жидкой фракции, снабжен сливным лотком и жалюзийным пакетом, причем выходное сечение трубопровода ввода газожидкостной смеси расположено ниже верхней кромки вертикальной разделительной перегородки, сливной лоток сопряжен своим верхним краем с верхней кромкой вертикальной разделительной перегородки и своим нижним краем - с пакетом фазоразделительных насадок со стороны входа в него, жалюзийный пакет установлен в выходной секции между вертикальной разделительной перегородкой и пакетом фазоразделительных насадок ниже последнего, переливная перегородка установлена между жалюзийным пакетом и вертикальной разделительной перегородкой, а зона отвода более тяжелой жидкой фракции расположена между переливной перегородкой и жалюзийным пакетом.

Фазоразделительные насадки выполнены в виде системы параллельно установленных перфорированных пластин.

Высота переливной перегородки составляет от 0,05D до 0,5D, где D - диаметр корпуса сепаратора.

Угол наклона сливного лотка по отношению к горизонтальной оси сепаратора составляет от 1 до 10^o.

На выходе из зоны отвода более тяжелой фракции второй секции сепаратора установлен отстойник для сбора отводимой более тяжелой фракции.

Пакет фазоразделительных насадок снабжен со стороны входа в него распределительным элементом, выполненным в виде перфорированной пластины с равномерно расположенными по площади пластины отверстиями.

В ходе работ по исследованию процесса разделения жидких сред и выделению из этих сред растворившегося в них газа было установлено, что размещение сливного лотка, сопряженного с верхней кромкой вертикальной разделительной перегородки, и размещение на выходе сливного лотка пакета фазоразделительных насадок позволяет в значительной степени интенсифицировать процесс выделения из жидких сред газообразной среды. Это связано с тем, что вначале в сливном лотке формируется тонкая пленка жидкой среды, которая по лотку переливается из входной секции в выходную секцию. При этом важно, что лоток выполнен плоским без выполнения в нем каких-либо тормозящих поток жидкой среды элементов, а расположения лотка вдоль корпуса позволяет увеличить длину лотка, что дополнительно усиливает процесс выделения из жидкой среды газообразной за счет увеличения времени пребывания газожидкой смеси на лотке. В тоже время сливной лоток не препятствует поступлению газообразной среды из нижней зоны выходной секции к патрубку вывода газообразной среды, поскольку между боковыми стенками лотка и стенками корпуса сепаратора остается свободное пространство. Совмещение сливного лотка с расположенным на выходе из него пакетом фазоразделительных насадок, например, системой параллельно установленных перфорированных пластин, позволяет интенсифицировать процесс выделения газа из нижних слоев жидкой среды, стекающей со сливного лотка, и в тоже время обеспечивает плавное вливание жидкой среды в нижнюю часть выходной секции в виде множества тонких струек, что за счет уменьшения процесса турбулизации потока в месте вливания жидкой среды в поток в нижней части выходной секции облегчает процесс разделения жидкой среды на более легкую и более тяжелую фракции, при этом нижняя кромка пакета фазоразделительных насадок расположена ниже уровня жидкости в выходной секции сепаратора. Дополнительные возможности по улучшению процесса выделения газа из жидкой среды дает равномерное распределение жидкой среды на входе в пакет фазоразделительных насадок, что достигается установкой на входе пакета распределительного элемента в виде перфорированной пластины, в которой отверстия выполнены равномерно по всей площади. При протекании жидкой среды в выходной секции сепаратора происходит "гравитационное" ее разделение на более легкую и более тяжелую фракции. В данном случае имеется в виду, что жидкая среда представляет собой смесь жидких сред с различным удельным весом, например смесь воды и углеводородной жидкости. Размещение по ходу потока жидкой среды, а более точно смеси жидких сред (именуемых в дальнейшем как более легкая и более тяжелая фракции жидкой среды), жалюзийного пакета, представляющего собой систему щелевидных вертикальных или горизонтальных каналов, выполненных вдоль потока или под углом к направлению течения смеси жидких сред, позволяет интенсифицировать процесс разделения. Установка переливной перегородки, верхняя кромка которой, как правило, ниже верхней кромки жалюзийного пакета, в выходной секции между вертикальной перегородкой и жалюзийным пакетом позволяет обеспечить отвод более легкой фракции и практически исключить возмущение зоны разделения между слоями более легкой и более тяжелой фракций. Этому же способствует и правильный выбор переливной перегородки. Оптимальный диапазон высоты перегородки, как показали проведенные исследования, в зависимости от условий эксплуатации сепаратора составляет от 0,05 до 0,5 диаметра корпуса сепаратора. Дополнительные возможности по повышению качества разделения можно получить в случае, если количество более тяжелой фракции значительно меньше, чем количество более легкой фракции. В ходе проведенных исследований было установлено, что угол наклона лотка к оси сепаратора целесообразно выбирать в диапазоне от 1 до 10^o. Выполнение угла наклона меньше 1^o не обеспечивает формирование на сливном лотке режима тонкопленочного течения, а выполнение угла наклона больше 10^o приводит к резкому увеличению скорости течения жидкости, что не позволяет в полной мере отделиться газообразной среде от жидкой.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен жидкостно-газовый сепаратор.

Сепаратор содержит корпус 1 с трубопроводом 2 ввода газожидкостной смеси, вертикальную разделительную перегородку 3, размещенную в корпусе, и патрубки 4, 5, 6 вывода газообразной и жидких сред. Сепаратор снабжен сливным лотком 7, пакетом фазоразделительных насадок 8 и жалюзийным пакетом 9. Вертикальная разделительная перегородка 3 установлена в корпусе 1 с образованием в последнем входной 10 и выходной 11 секций, сообщенных между собой в верхней части корпуса. Трубопровод 2 ввода газожидкой смеси установлен во входной секции 10 и выходное его сечение расположено ниже верхней кромки вертикальной разделительной перегородки 3 с образованием гидрозатвора. Сливной лоток 7 сопряжен своим верхним краем с верхней кромкой вертикальной разделительной перегородки 3, а нижним краем - с пакетом 8 фазоразделительных насадок со стороны входа в него. Жалюзийный пакет 9 установлен в выходной секции 11 между вертикальной разделительной перегородкой 3 и пакетом 8 фазоразделительных насадок ниже последних. Между жалюзийным пакетом 9 и вертикальной разделительной перегородкой 3 в выходной секции 11 установлена переливная перегородка 12 с формированием зоны отвода более легкой жидкой фракции между вертикальной разделительной перегородкой 3 и переливной перегородкой 12 и зоны отвода более тяжелой жидкой фракции между переливной перегородкой 12 и жалюзийным пакетом 9.

Пакет 8 фазоразделительных насадок может быть выполнен в виде системы параллельно установленных перфорированных пластин. Высота "Н" переливной перегородки 12 может составлять от 0,05D до 0,5D, где D - диаметр корпуса сепаратора. Пакет 8 со стороны входа в него может быть снабжен распределительным элементом 14, выполненным в виде перфорированной пластины с равномерно расположенными по площади пластины отверстиями. Верхняя кромка переливной перегородки 12 может быть расположена выше нижнего среза пакета 8 и ниже верхнего среза жалюзийного пакета 9. Угол наклона сливного лотка 7 по отношению к горизонтальной оси сепаратора составляет от 1 до 10^o. На выходе из зоны отвода более тяжелой фракции второй секции сепаратора может быть установлен отстойник 13 для сбора отводимой более тяжелой фракции.

Жидкостно-газовый сепаратор работает следующим образом.

Газожидкостная или парогазожидкостная смесь, например, после жидкостно-газового струйного аппарата, поступает в сепаратор по трубопроводу 2 ввода газожидкостной смеси, выходной участок которой расположен ниже уровня жидкости во входной секции 10 сепаратора с образованием гидрозатвора, что в случае неожиданной остановки работы сепаратора предотвращает поступление газообразной среды в трубопровод 2. Далее во входной секции 10 сепаратора поступившая в него смесь поднимается и поступает на сливной лоток 7 (не исключен вариант выполнения сепаратора с несколькими параллельно или последовательно установленными сливными лотками), расположенный с наклоном для обеспечения равномерного стекания потока с заданной толщиной слоя. Благодаря большой площади и малой толщине сплошного жидкостного слоя на сливном лотке 7 происходит интенсивное разделение на газообразную или парогазовую среду и жидкость. На выходе из сливного лотка 7 для обеспечения окончательной сепарации от парогазовой фазы и создания оптимальных условий для последующего разделения жидкой среды на более легкую и более тяжелую фракции, например углеводородную жидкость и воду, жидкая среда поступает в пакет 8 фазоразделительных насадок, в котором за счет специально спрофилированной поверхности (например, система параллельно установленных перфорированных пластин) завершается процесс выделения газообразной среды из жидкой.

Затем, подготовленная таким образом жидкость поступает в жалюзийный пакет 9, где интенсифицируется процесс разделения жидкой среды на более тяжелую фракцию (вода) и более легкую фракцию (углеводородная жидкость), а также завершается в основном процесс выделения газообразной среды из жидкой. Разделение в жалюзийном пакете 9 жидкости в сочетании с гравитационном разделением в выходной секции 11 сепаратора позволяет завершить процесс разделения жидкой среды на более тяжелую и более легкую фракции. Более тяжелая фракция с высоким процентным содержанием воды поступает, в зависимости от варианта выполнения сепаратора, в патрубок 6 вывода более тяжелой фракции, либо сначала в отстойник 13, расположенный в нижней части сепаратора, а затем в патрубок 6. В отстойнике 13, если он установлен, происходит окончательное отделение более тяжелой фракции от более легкой фракции за счет действия гравитационных сил в зоне с относительно большим временем пребывания. Более легкая фракция "всплывает", а более тяжелая фракция оседает на дно отстойника 13. Очищенная более тяжелая фракция отводится по назначению через патрубок 6, а более легкая фракция переливается через перегородку 12 и поступает в зону между вертикальной разделительной перегородкой 3 и переливной перегородкой 12 и из этой зоны более легкая фракция по патрубку 5 вывода направляется для дальнейшего использования, например, в сопло жидкостно-газового струйного аппарата.

Настоящее устройство может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности, где требуется разделение жидких и газообразных сред.

Жидкостно-газовый сепаратор относится к устройствам разделения газожидкостных сред и выделения из этих жидкостей в процессе их разделения накопившейся в них газообразной среды. Содержит корпус, вертикальную разделительную перегородку, установленную в корпусе с разделением последнего на входную и выходную секции, сообщенные между собой в верхней части корпуса. Трубопровод ввода газожидкостной смеси установлен во входной секции. Патрубки вывода газообразной и жидких сред, пакет фазоразделительных насадок и переливная перегородка установлена в выходной секции с формированием зоны отвода более легкой жидкой фракции между вертикальной разделительной перегородкой и переливной перегородкой и зоны отвода более тяжелой жидкой фракции. Сепаратор содержит сливной лоток и жалюзийный пакет. Выходное сечение трубопровода ввода газожидкостной смеси расположено ниже верхней кромки вертикальной разделительной перегородки. Сливной лоток сопряжен своим верхним краем с верхней кромкой вертикальной разделительной перегородки и своим нижним краем - с пакетом фазоразделительных насадок со стороны входа в него. Жалюзийный пакет установлен в выходной секции между вертикальной разделительной перегородкой и пакетом фазоразделительных насадок ниже последнего. Переливная перегородка установлена между жалюзийным пакетом и вертикальной разделительной перегородкой. Зона отвода более тяжелой жидкой фракции расположена между переливной перегородкой и жалюзийным пакетом. Данное выполнение сепаратора позволяет интенсифицировать процесс отделения газообразной среды от смеси жидких сред. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Жидкостно-газовый сепаратор, содержащий корпус, вертикальную разделительную перегородку, установленную в корпусе с разделением последнего на входную и выходную секции, сообщенные между собой в верхней части корпуса, трубопровод ввода газожидкостной смеси, установленный во входной секции, патрубки вывода газообразной и жидких сред, пакет фазоразделительных насадок и переливную перегородку, установленную в выходной секции с формированием зоны отвода более легкой жидкой фракции между вертикальной разделительной перегородкой и переливной перегородкой и зоны отвода более тяжелой жидкой фракции, отличающийся тем, что сепаратор снабжен сливным лотком и жалюзийным пакетом, причем выходное сечение трубопровода ввода газожидкостной смеси расположено ниже верхней кромки вертикальной разделительной перегородки, сливной лоток сопряжен своим верхним краем с верхней кромкой вертикальной разделительной перегородки и своим нижним краем - с пакетом фазоразделительных насадок со стороны входа в него, жалюзийный пакет установлен в выходной секции между вертикальной разделительной перегородкой и пакетом фазоразделительных насадок ниже последнего, переливная перегородка установлена между жалюзийным пакетом и вертикальной разделительной перегородкой, а зона отвода более тяжелой жидкой фракции расположена между переливной перегородкой и жалюзийным пакетом. 2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что фазоразделительные насадки выполнены в виде системы параллельно установленных перфорированных пластин. 3. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что высота переливной перегородки составляет 0,05 - 0,5D, где D - диаметр корпуса сепаратора. 4. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что угол наклона сливного лотка по отношению к горизонтальной оси сепаратора составляет 1 - 10^o. 5. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что на выходе из зоны отвода более тяжелой фракции второй секции сепаратора установлен отстойник для сбора отводимой более тяжелой фракции. 6. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что пакет фазоразделительных насадок снабжен со стороны входа в него распределительным элементом, выполненным в виде перфорированной пластины с равномерно расположенными по площади пластины отверстиями.