СЕПАРАТОР СЦВ-5 Российский патент 2002 года по МПК B01D45/12 

Изобретение предназначено для осаждения мелкодисперсных жидких и твердых частиц из газового потока в поле центробежных сил и применяется в нефтяной, газовой, машиностроительной, пищевой промышленности.

Известен сепаратор (авт. св. N 1066629, В 01 D 45/12, 1984), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, разделенный на камеры горизонтальными перегородками с осевыми отверстиями, внутри которых установлены сепарационные элементы, выполненные в виде криволинейных лопаток и установленные по многозаходной спирали Архимеда, работающей на скручивание и раскручивание потока, при этом выходные концы лопаток расположены наклонно к образующей поверхности усеченного конуса под острым углом к направлению вращения потока, основания элементов, работающих на скручивание потока, снабжены сборными конусами и гидрозатворными трубками, на нижней перегородке смонтирован диффузор, на верхней - конфузор с кольцевым каплеотбойником, имеющие наклонные перфорации, тангенциальный вводной патрубок снабжен направляющим дефлектором, в нижней части корпуса установлен патрубок для вывода отсепарированной жидкости, в верхней части - выходной для удаления очищенного газового потока.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции и ограниченность применения, т.к. применение тангенциально-подведенного входного патрубка для сепараторов на высокое давление (газоконденсатные месторождения) не рекомендовано, поскольку это конструктивное решение приводит к ослаблению корпуса аппарата за счет выреза под тангенциальный ввод, а также истиранию корпуса за счет наличия в газовом потоке абразивных частиц (песка); для данной конструкции нежелательно наличие твердых частиц в газожидкостном потоке, т.к. возникает вероятность засорения сливных устройств; применение диффузора и конфузора с кольцевым каплеотбойником ограничивает диапазон нагрузок по газовой и жидкостной фазам, т.к. их увеличение приводит к частичному проскальзованию сформировавшейся жидкостной пленки между наклонной просечкой и транспортировке ее в выходное отверстие; работа аппарата в пробковом режиме исключена, т.к. входной патрубок расположен в нижней части корпуса, направление газожидкостной смеси направлено снизу вверх, что в конечном счете приведет к перегрузке сливных устройств и, как следствие, захлебыванию сепаратора.

Более близким к предлагаемому является сепаратор (патент N 2136350, В 01 D 45/12), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, разделенный кольцевой перегородкой на нижнюю и верхнюю сепарационные камеры, входной патрубок, нормально присоединенный к нижней камере, дефлектор, в верхней сепарационной камере установлен отражатель, на наружной поверхности которого смонтирован кольцевой рассеиватель газового потока, а во внутреннем отверстии отражателя расположена труба, входящая с кольцевыми зазорами одним концом в выходной патрубок, а другим - в отверстие конфузора, во входном нормально подведенном патрубке по противоположным сторонам вертикально установлены две направляющие криволинейные пластины, сепарационный элемент, расположенный в нижней камере и выполненный из дугообразных вертикальных пластин, образующих входные и один выходной по ходу вращения газа щелевые каналы, на вертикальной пластине, находящейся за выходным патрубком по ходу вращения газового потока, смонтированы желоба, плоским днищем, расположенным в нижней части сепарационного элемента, приподнятым относительно нижней кромки вертикальных пластин ложным днищем.

Недостатком известного устройства является проскальзывание абразивных частиц на внутреннюю поверхность корпуса сепаратора, что за счет действия центробежных сил приводит его к истиранию, т.е. ослаблению корпуса; наличие в газожидкостном потоке мелкодисперсных и аэрозольных частиц на входе в сепаратор заставляет снижать нагрузку по газовой фазе во избежание уноса последней через выходной патрубок в магистраль; наличие конфузора над кольцевой перегородкой делает конструкцию этого узла нетехнологичной, а сужение в верхней части усеченного конуса приводит к увеличению потерь напора, снижению производительности.

Техническим решением задачи является повышение эффективности сепарации и увеличение производительности за счет устранения указанных недостатков.

Задача достигается тем, что во входном патрубке сепаратора установлен конус-рассекатель с закрепленными на его поверхности спиральными пластинами с углом поворота по длине конуса на 180^o с отношением высоты конуса к внутреннему диаметру патрубка (2,3-2,5): 1 и кольцевым зазором, образованным внутренним диаметром патрубка и диаметром основания конуса с отношением площади зазора к площади сечения патрубка 1:(2,8-3), при этом образующая конической поверхности пересекает внутреннюю образующую цилиндрической поверхности входного патрубка в точке, отстоящей от корпуса сепаратора на расстоянии двух внутренних диаметров входного патрубка; в конце по ходу движения газожидкостной смеси криволинейный дефлектор заканчивается наклоненным под острым углом к основанию дефлектора желобом-отбойником; на кольцевой, горизонтальной перегородке установлены с незначительным перекрытием и кольцевым зазором концентрические кольца, над верхней кромкой которых смонтированы карманы-ловушки, состоящие из соединенных между собой горизонтальной шайбы и цилиндрического кольца.

По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружена аналогичная заявляемость совокупности признаков, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.

На фиг.1 изображен сепаратор с вынесенным сечением входного патрубка; на фиг. 2 - разрез А-А фиг.1; на фиг. 3 - вид В на фиг.1; на фиг.4 - вид Б на фиг.2.

Сепаратор СЦВ-5 (сепаратор центробежный вертикальный с 5-ю ступенями сепарации состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1, разделенного кольцевой горизонтальной перегородкой 2 на нижнюю 3 и верхнюю 4 сепарационные камеры. Входной патрубок 5 нормально подсоединен к нижней камере 3 и снабжен конусом-рассекателем 6 с закрепленными на его поверхности 7 спиральными лопастями с углом поворота по длине конуса 180^o, на выходе из патрубка к корпусу 1 установлен дефлектор 8, в конце которого закреплен наклонный под острым углом к основанию дефлектора желоб-отбойник 9. На перегородке 2 в верхней сепарационной камере 4 расположены концентрические кольца 10, на выходе из которых имеется труба 11 с жестко прикрепленным к ней отражателем 12.

Отражатель состоит из горизонтального кольца и вертикального цилиндра. Между кольцами, а также отражателем 12 и верхним кольцом 10 имеются верхний 13 и нижний 14 карманы, состоящие из горизонтальных и вертикальных щелевых каналов. Над отражателем 12 расположен выходной патрубок 15, внутрь которого заходит часть трубы 11. Между выходным патрубком 15, отражателем 12 и трубой 11 имеются вертикальные и горизонтальные щелевые каналы 16 и 17.

Сепарационный элемент состоит из вертикальных пластин 18, 19, 20, размещенных в нижней камере 3 и выполненных: 18, 19 - дугообразные пластины, 20 - плоские пластины, согнутые под тупым углом. Пластины 18, 19, 20 укреплены по внутреннему периметру перегородки 2 и позволяют сохранить одинаковый и постоянный размер щелевых каналов в зоне их нахлестки 21. Пластина 18, расположенная у дефлектора 8, установлена с образованием между ее краем и дефлектором 8 канала 22 и между ее краем и краем предыдущей пластины 20 канала 23. Каналы 22, 23 направлены навстречу газовому потоку. Между краями соседних пластин 18,19 образован канал 24, направленный по ходу движения газового потока. На всей высоте пластины 19 после канала 24 смонтированы сужающиеся к стенке корпуса 1 и отходящие от пластины 19 желоба 25. Внутри нижней части пластин 18, 19, 20 расположено днище 26, приподнятое относительно нижней кромки пластин 18, 19, 20 и имеющее относительно них кольцевой радиальный зазор и соединенное посредством радиальных пластин 27 с ложным днищем 28, расположенным над шайбой 29, установленной над патрубком для вывода отсепарированной жидкости 30. В верхней камере 4 имеется сливное отверстие 31, соединенное со сливной трубой 32, которая своим нижним концом соединена с гидрозатвором 33. В верхней части гидрозатвора 33 в стенке камеры 3 предусмотрено сливное отверстие 34.

Сепаратор работает следующим образом. Газожидкостная смесь подводится в аппарат через нормальный патрубок 5, расположенный в верхней его части. Проходя между спиральными лопастями 7 по поверхности конуса-рассекателя 6, жидкостный поток, аэрозоль, мелкодисперсная жидкость с одной стороны за счет действия центробежных сил, с другой - за счет расширяющейся поверхности конуса 6 прижимаются к внутренней поверхности трубы 5, и в корпус сепаратора 1 на поверхность дефлектора 8 транспортируется сформировавшаяся весомая капельно-пленочная масса, которая за счет разности плоскостей прекрасно подвержена действию центробежных сил, что в свою очередь позволит значительно увеличить на сепаратор нагрузку по газовой фазе, что в принципе исключено при наличии аэрозольной фракции. Попадая на криволинейную поверхность дефлектора 8, жидкостная фракция совместно со взвешенными частицами под действием газового потока движется по криволинейной поверхности дефлектора, и, попав в желоб-отбойник 9, взвешенные частицы с частью жидкости направляются вниз к сливному патрубку. Таким образом отбойник 9 полностью удаляет твердую фазу и частично жидкую, ослабив нагрузку по жидкой фазе на имеющиеся в данной конструкции ступени сепарации.

В криволинейном пространстве, образованном стенкой корпуса 1 и пластинами 18, 19, 20, из газового потока выделяется основная масса оставшейся жидкости, которая отбрасывается центробежной силой на стенки корпуса 1 сепаратора и под действием гравитационных сил по ходу газового потока по нисходящей спирали транспортируется через кольцевой зазор, образованный корпусом 1 и шайбой 29, к сливному патрубку 30. Оторвавшаяся с поверхности корпуса 1 капельная жидкость затягивается газовым потоком на наружную поверхность пластин 18, 19, 20 и транспортируется через входные тангенциальные щели на внутреннюю их поверхность. Так как тангенциальные щели по ходу потока не сужаются, исключаются потери напора на местные сопротивления, что в целом скажется положительно на потерях напора в аппарате.

Применение вертикальных плоских пластин, согнутых под тупым углом, позволяет жидкостной пленке, движущейся по ходу вращения газового потока, транспортироваться с конца одной пластины на начало другой за счет стремления сохранить тангенциальную траекторию своего движения, тем самым жидкая фаза в виде пленки не успевает распыляться в мелкодисперсную жидкость внутри сепарационного элемента, что, в свою очередь, положительно сказывается на эффективности сепарации. Транспортируясь с пластины на пластину, жидкость с небольшим количеством газа направляется в отводной тангенциальный канал 24, откуда по сужающимся по ходу вращения газового потока желобам 25 отбрасывается к стенке корпуса 1 с последующем удалением через патрубок для отвода отсепарированной жидкости 30. Образовавшаяся в нижней части сепарационного элемента жидкостная пленка, не успевшая попасть в нижний сливной желоб, удаляется из сепарационного элемента через кольцевой зазор, образованный плоским днищем 26 и пластинами 18, 19, 20.

Радиальные пластины 27 с закрепленным к ним в нижней части ложным днищем 28 исключают вращательный эффект газового потока под ложным днищем, что беспрепятственно способствует стеканию отсепарированной жидкости с нижних кромок пластин через кольцевой зазор к патрубку 30. Шайба 29 препятствует возникновению вращающегося вихря над патрубком 30, что значительно улучшает слив жидкости из аппарата.

Остаток капельной жидкости улавливается сепарационными элементами, размещенными в верхней 4 сепарационной камере. Вращаясь по восходящей спирали по внутренней поверхности нижнего 10 концентрического кольца, жидкостная пленка улавливается нижним сепарационным карманом 14. Газожидкостный поток по восходящей спирали попадает на верхнее концентрическое кольцо, откуда через трубу 11 и верхний патрубок 15 в очищенном виде удаляется в магистраль, а оставшаяся жидкая фаза улавливается верхним карманом 13.

В нижнем 14 и верхнем 13 карманах жидкость транспортируется вначале по горизонтальному, потом по вертикальному каналам вниз под действием гравитационных сил, собирается на поверхности горизонтальной перегородки 2, откуда через отверстие 31 по сливной трубе 32 транспортируется в гидрозатвор 33. Часть газовой фазы, прошедшей вместе с жидкостью через карманы 14 и 13, в очищенном виде, потеряв скоростной напор, снизив скорость за счет рассеивания под поверхностью отражателя 12 за счет подсоса (эжектирования) через горизонтальный канал 17 и вертикальный 16, смешиваясь с остальным потоком, транспортируется в выходной патрубок 15. Из гидрозатвора посредством отверстия 34 отсепарированная жидкость вместе с остальной массой удаляется из сепаратора через патрубок 30.

Таким образом внедрение предлагаемого сепаратора позволяет исключить на входе в сепаратор наличие аэрозольной и мелкодисперсной жидкости за счет центробежного эффекта, создаваемого конусом-рассекателем 6 с установленными на его поверхности спиральными лопастями 7. Это конструктивное решение позволяет значительно повысить нагрузку по газовой фазе, т.к. в последующих ступенях сепарации аэрозольная и мелкодисперсная фракция отсутствуют.

На входе в корпус можно полностью снять нагрузку по твердым частицам за счет применения желоба-отбойника 9, это позволит исключить истирание внутренней поверхности сепаратора за счет наличия абразивных частиц, т.е. исключается создание взрывоопасной ситуации.

Наличие концентрических колец 10 в верхней 4 сепарационной камере делает конструкцию технологичной в изготовлении и создает дополнительную 5-ю ступень сепарации.

Улучшается эффективность сепарации в широком диапазоне нагрузок по газовой и жидкостной фазам с сохранением этой характеристики в пробковом режиме жидкой фазы (за счет надежной работы последних верхних ступеней сепарации, а также организации аэрогидродинамической картины в зоне щелевых каналов сепарационного элемента).

Сепаратор предназначен для осаждения мелкодисперсных жидких и твердых частиц из газового потока в поле центробежных сил. Сепаратор содержит корпус, нижнюю и верхнюю сепарационные камеры, входной и выходной патрубки, дефлектор, сепарационный элемент с вертикальными пластинами, составляющими щелевые каналы, отражатель. Во входном патрубке сепаратора смонтирован конус-рассекатель с закрепленными на его поверхности спиральными лопастями, позволяющими перевести аэрозольную и мелкодисперсную часть жидкой фазы на входе в сепаратор в капельную и пленочную, дефлектор в конце снабжен желобом-отбойником, позволяющим в самом начале сепаратора исключить из газожидкостного потока абразивный материал, в верхней сепарационной камере с помощью коаксиальных цилиндрических колец и ловушек предусмотрена окончательная очистка газожидкостного потока от жидкостной фракции. В устройстве обеспечивается высокая эффективность сепарации. 4 ил.

Сепаратор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, разделенный кольцевой перегородкой на нижнюю и верхнюю сепарационные камеры, входной и выходной патрубки, дефлектор, сепарационный элемент с вертикальными пластинами, составляющими щелевые каналы, отражатель, отличающийся тем, что во входном патрубке сепаратора установлен конус-рассекатель с закрепленными на его поверхности спиральными пластинами с углом поворота по длине конуса на 180^o с отношением высоты конуса к внутреннему диаметру входного патрубка (2,3-2,5): 1 и кольцевым зазором, образованным внутренним диаметром патрубка и диаметром основания конуса, с отношением площади зазора к площади сечения патрубка 1: (2,8-3), при этом образующая конической поверхности пересекает внутреннюю образующую цилиндрической поверхности входного патрубка в точке, отстоящей от корпуса сепаратора на расстоянии двух внутренних диаметров входного патрубка, в конце по ходу движения газожидкостной смеси криволинейный дефлектор заканчивается наклоненным под острым углом к основанию дефлектора желобом-отбойником, на кольцевой горизонтальной перегородке установлены с незначительным перекрытием и кольцевым зазором концентрические кольца, над верхней кромкой которых смонтированы карманы-ловушки, состоящие из соединенных между собой горизонтальной шайбы и цилиндрического кольца.