СЕКЦИОННЫЙ КАПЛЕОТБОЙНИК Российский патент 2002 года по МПК B01D45/08 

Изобретение относится к области очистки газов и может быть использовано в первую очередь на предприятиях химической, газо- и нефтеперерабатывающей промышленности в различных системах очистки, переработки и транспортировки газов. В частности, изобретение относится к устройствам для выделения дисперсной жидкой фазы из газа.

Уровень техники в данной области характеризуется приведенными ниже сведениями.

Известен секционированный газожидкостный жалюзийный сепаратор - каплеотбойник [А. С. N 273773. Газожидкостный сепаратор, Ю.Л.Сорокин и С.В. Узин, 21.11.1972. Бюллетень изобретений N 35, 1973], секции которого состоят из вертикальных волнистых пластин, живое сечение между которыми уменьшается по ходу газа, что приводит к увеличению скорости газового потока и отделению мелкодисперсных капель сепарируемой жидкости.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является секционный каплеотбойник [А.С. N 420315. Каплеотбойник, А.К. Мановян, 22.11.1971. Бюллетень изобретений N 11, 1971] для улавливания частиц жидкости из газовых и паровых потоков, выполненный из пакетов многослойной зигзагообразной сетки. Для зонного отвода уловленной жидкости в этом решении применено устройство, поддерживающее сетку, выполненное в виде желобов с уклоном дна и несущими балками по оси, размещенное под нижними углами пакетов. В верхних углах пакеты соединены крепежным приспособлением.

Прототипу свойственны следующие недостатки:
1. Зигзагообразная установка секций приводит к тому, что под действием сил скоростного напора в верхних углах пакетов происходит накопление жидкости, которая под действием набегающего потока дробится на капли, попадающие в уже очищенный газ. Так как конструкция не содержит устройства для улавливания капель, это провоцирует снижение качества работы каплеотбойника и, следовательно, ведет к понижению эффективности сепарации.

2. Прочность заявленного каплеотбойника является явно недостаточной, так как в данной конструкции применено нежесткое исполнение как самих пакетов (лишенных какой-либо удерживающей сетку оболочки), так и их опорной части, которая по своему пространственному строению является недостаточно прочной (особенно ненадежно крепление пакетов в их верхних углах). Все это делает рискованной эксплуатацию сепаратора с таким каплеотбойником в режимах с интенсивным газовым потоком, хотя интенсификация потока желательна с точки зрения повышения производительности аппарата.

3. Рассматриваемый каплеотбойник не предполагает никакой унификации узлов и деталей, не говоря уж о взаимозаменяемости секций. Форма его пакетов (секций) уникальна и приспособлена только для сепаратора определенного размера. В данной конструкции принципиально невозможно использование имеющихся секций в аппаратах того же класса, но большего или меньшего типоразмера. Все это приводит к необходимости хранения на складе предприятия секций для аппаратов всех имеющихся типоразмеров, что отрицательно влияет на потребительские и эксплуатационные качества изделия.

4. Каплеотбойник имеет неудовлетворительную организацию с точки зрения ремонтопригодности устройства. Для разборки его (с целью смены конструкции целиком или замены одной из его секций) необходимо иметь доступ одновременно с двух сторон каплеотбойника (снизу и сверху). В серийных отечественных сепараторах доступ к каплеотбойнику обычно односторонний: либо сверху через крышку аппарата (в аппаратах малого диаметра), либо снизу через лаз-люк (в аппаратах большого диаметра).

Кроме того, при необходимости замены пакета, находящегося, например, в центре каплеотбойника, придется снимать и периферийные пакеты.

Все это ведет к снижению эффективности работы и обслуживания каплеотбойника.

Задача настоящего изобретения состоит в повышении эффективности эксплуатации каплеотбойника.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого изобретения, - это увеличение эффективности и качества работы каплеотбойника, улучшение оттока жидкости из зоны сепарации без увеличения его гидродинамического сопротивления, повышение производительности аппарата, возможность использования унифицированных секций для аппаратов разного типоразмера, увеличение прочности конструкции, повышение степени ремонтопригодности каплеотбойника.

В данном изобретении, так же как и в прототипе, каплеотбойник включает в себя пакеты зигзагообразной сетки, опирающиеся на систему крепления, выполненную из желобков, расположенных по нижним граням пакетов и выполняющих одновременно функции дренажа каплеотбойника.

В отличие от прототипа каплеотбойник снабжен устройством улавливания отрывающихся капель, состоящим из желобков, расположенных в верхней части каплеотбойника. Каждая секция каплеотбойника, состоящая из пакета и обоймы, выполнена в форме сектора кругового кольца и ограничена обоймой по периметру пакета, причем составленные из секций круговые кольца концентрически вставлены друг в друга.

Все его верхние и нижние желобки объединены в одну крепежную и дренажную систему посредством соединительных чаш и вертикальных стяжных болтов, а секции каплеотбойника, кроме центральных, установлены с уклоном от оси к периферии устройства.

На фиг. 1 представлен внешний вид предлагаемой конструкции каплеотбойника.

На фиг. 2 представлено исполнение отдельной секции каплеотбойника.

На фиг. 3 представлен вид сверху и разрез предлагаемой конструкции с увеличенным изображением места соединения.

Каплеотбойник (фиг. 1) состоит из секций, пакет 1 каждой из которых выполнен из многослойной зигзагообразной сетки, опирающейся на систему крепления, выполненную из желобков 2, расположенных в нижней части каплеотбойника, одновременно исполняющих функции дренирования его, он дополнительно снабжен устройством улавливания отрывающихся капель, состоящим из желобков 3, расположенных в верхней части каплеотбойника.

Секция каплеотбойника 4 (фиг. 2) выполнена в форме сектора кругового кольца и ограничена обоймой 5 по периметру пакета. Для размещения элементов крепления секций 4 в углах обойм 5 сделаны скосы, по длине равные высоте боковой стороны пакета.

Из секций каплеотбойника 4 (фиг. 3) составлены круговые кольца, концентрически вставленные друг в друга и соединенные в единую крепежную систему посредством соединительных чашек 6 и стяжных болтов 7. Все секции каплеотбойника, кроме центральных, установлены с уклоном от оси каплеотбойника к его периферии.

Работу устройства рассмотрим на примере одного из вариантов его исполнения - секционного каплеотбойника для сепараторов вертикальной установки (фиг. 1).

При прохождении газового или парового потока, насыщенного каплями жидкости через каплеотбойник, частицы жидкости, испытывая инерционные силы, оседают на проволоках пакета, состоящего из многослойной зигзагообразной сетки 1. По волокнам проволоки жидкость достигает стенок пакета и по ним стекает в крепежные желобки 2, расположенные в нижней части каплеотбойника. Эти желобки обращены вогнутой частью вверх и играют роль дренажной системы каплеотбойника. Однако при повышении скорости проходящего через сепаратор газового потока или при увеличении степени насыщенности потока частицами сепарируемой жидкости силы, удерживающие жидкость на стенках пакета, могут оказаться недостаточными для беспрепятственного стекания ее в нижнюю дренажную систему каплеотбойника. Тогда за счет сил скоростного напора жидкость может потечь вверх и начать скапливаться в районе верхних кромок стенок пакета. За счет турбулизации потока граница жидкостного слоя становится неустойчивой и склонной к образованию вторичных капель. Проходящим через сепаратор интенсивным газожидкостным потоком эти капли могут срываться с поверхности стенок, но при этом они попадают в устройство для улавливания вторичных капель 3.

Устройство 3 представляет собой систему желобков, повернутых вогнутой частью вниз и располагающихся по границам раздела секций 4 над обоймами 5. Стенки обоймы охватываются снизу и сверху желобками 2 и 3, которые в свою очередь прижимаются к охватываемым обоймам при помощи соединительных чашек 6 и стяжных болтов 7. Кроме крепежных функций эта система выполняет функции дренирования каплеотбойника. Капли, попавшие в желобки верхнего ряда 3, двигаются под действием сил скоростного напора, поверхностного натяжения и гравитации и достигают крепежного узла системы. Здесь жидкость попадает в верхнюю соединительную чашку 6, закрывающую межстеночное пространство между отдельными секциями 4. В этом пространстве, закрытом снизу такой же соединительной чашкой 6 (фиг. 3), а с боков стенками обойм 5 четырех соседних секций 4, не действуют силы скоростного напора газового потока. Под действием сил гравитации и смачивания жидкость устремляется вниз, в нижнюю соединительную чашку 6 и оттуда отводится к периферии аппарата системой нижних желобков 2. Жидкость, попавшая в нижнюю часть дренажной системы каплеотбойника непосредственно с сетки или стенок секции каплеотбойника, проходит тот же путь, то есть по системе желобков 2 и соединительных чашек 6 под действием сил смачивания и гравитационной силы (скоростной напор потока в нижних желобках отсутствует) выводится от центра устройства к его периферии, попадая там на внутренние стенки аппарата в строго определенных местах и стекая по ним в нижнюю часть сепаратора. Наклон секций от центра к периферии способствует более быстрому протеканию жидкости по каналам дренажной системы, а следовательно, и более полному осушению секций каплеотбойника. Наличие дополнительных каплеуловителей, экранировка дренажной системы от действия газожидкостного потока, объединение отдельных желобков в единую систему дренирования, форма секций каплеотбойника, позволяющая часть системы дренирования расположить по кратчайшему расстоянию между центром и периферией, позволяют своевременно и тщательно осушать каплеотбойник, чем повышают эффективность его работы. Уменьшение вторичного уноса капель также содействует достижению цели, поставленной предлагаемым изобретением.

Не последнюю роль в эксплуатационных характеристиках каплеотбойников играют прочность их конструкции и удобство монтажа - демонтажа. Для повышения прочности конструкции и удобства установки и замены отдельных секций каплеотбойника предложенной конструкции пакеты многослойной зигзагообразной сетки 1 по своей периферии снабжены жесткой обоймой 5 (фиг 2). При помощи радиальных верхних 3 и нижних 2 желобков отдельные секции устройства собираются в концентрические кольца, а при помощи желобков, выполненных в форме сектора кругового кольца, отдельные кольца объединяются в каплеотбойник. При этом конструкция приобретает форму жесткой пространственной фермы, устойчивой к силам динамического давления потока набегающего газа. Последнее позволяет существенно повысить скорость прохождения газожидкостного потока через каплеотбойник, а значит и производительность аппарата. В силу того, что нижние кромки верхних желобков 3 и верхние кромки нижних желобков 2 заходят вовнутрь секций и опираются на сетку пакетов, возникает дополнительная связь, препятствующая уносу этой сетки интенсивным парогазовым потоком, что также содействует в достижении повышенной прочности конструкции, а следовательно, и цели предлагаемого изобретения.

Предлагаемый каплеотбойник унифицирован. Он может быть составлен из стандартного набора концентрических колец, размеры которых согласованы с типоразмером промышленных аппаратов.

При необходимости ремонта или проверки центральных секций не требуется разбирать всю конструкцию каплеотбойника, начиная с ее периферии, необходимо открутить стяжные болты, вынуть соединительные чаши, снять дренажные желоба и вынуть пакет. Причем разборка конструкции может производиться как с верхней, так и с нижней стороны каплеотбойника.

Таким образом, при прочих равных условиях каплеотбойник предложенной конструкции обладает более высокими эксплуатационными характеристиками, чем прототип, что позволяет нам считать, что цель изобретения достигнута.

Предлагаемое решение обладает следующими преимуществами:
- наличие устройства улавливания капель увеличивает эффективность и качество работы каплеотбойника;
- использование крепежных элементов в качестве дренажных устройств, объединение всех этих устройств в единую дренажную систему каплеотбойника улучшает отток жидкости из зоны сепарации, не увеличивая сопротивления, оказываемого конструкционными элементами газовому потоку, что позволяет увеличить предельную скорость последнего и повышает производительность аппарата;
- размеры секций соответствуют типоразмерам использующихся в промышленности сепараторов, что позволяет применять данную конструкцию для аппаратов разного диаметра и уменьшает площадь хранения, занимаемую запасными частями конструкции;
- несущие конструкционные элементы, выполненные в виде пространственной фермы, придают дополнительную прочность конструкции, что позволяет интенсифицировать режим ее эксплуатации;
- каплеотбойник заявленной конструкции легко поддается разборке и сборке, что делает его более контроле- и ремонтопригодным, повышая срок гарантированной эксплуатации и улучшая эксплуатационные качества.

Секционный каплеотбойник предназначен для очистки газов и может быть использован в первую очередь на предприятиях химической, газо- и нефтеперерабатывающей промышленности в различных системах очистки, переработки и транспортирования газов. В частности, изобретение относится к устройствам для выделения дисперсной жидкой фазы из газа. Каплеотбойник снабжен устройством улавливания отрывающихся капель, состоящим из желобков. Каждая секция каплеотбойника выполнена в форме сектора кругового кольца и ограничена обоймой по периметру пакета. Все желобки объединены в одну крепежную и дренажную систему посредством соединительных чаш и вертикальных стяжных болтов. Секции каплеотбойника, кроме центральных, установлены с уклоном от оси к периферии устройства. Изобретение обеспечивает высокую эффективность очистки. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Секционный каплеотбойник для улавливания частиц жидкости из газовых и паровых потоков, включающий в себя пакеты зигзагообразной сетки, опирающиеся на систему крепления, выполненную из желобков, расположенных в нижней части каплеотбойника, одновременно исполняющих функции дренирования его, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен устройством улавливания отрывающихся капель, состоящим из желобков, расположенных в верхней части каплеотбойника, а каждая секция его выполнена в форме сектора кругового кольца и ограничена обоймой по периметру пакета, причем составленные из секций круговые кольца концентрически вставлены друг в друга. 2. Каплеотбойник по п. 1, отличающийся тем, что все желобки объединены в одну крепежную и дренажную систему посредством соединительных чашек и вертикальных стяжных болтов. 3. Каплеотбойник по п. 1 или 2, отличающийся тем, что секции его, кроме центральных, установлены с уклоном от оси каплеотбойника к его периферии.