ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЙ ЖИДКОСТНО-ГАЗОВЫЙ СЕПАРАТОР Российский патент 2006 года по МПК B01D45/12 

Изобретение предназначено для осаждения пленочной, капельной, мелкодисперсной и аэрозольных жидких и твердых частиц в поле центробежных сил как с высоким, так и низким газовым фактором, не снижая при этом эффективность сепарации. Применяется в нефтегазовой, машиностроительной, химической и других отраслях промышленности.

Известен сепаратор (патент РФ 2221625), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную крышку, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, вертикальный сепарационный пакет, состоящий из плоских изогнутых и дугообразных пластин, которые в зоне нахлестки образуют щелевые каналы. На внутренней поверхности вертикальной дугообразной пластины расположены по ходу движения газожидкостного потока сходящиеся дугообразные направляющие пластины, направленные под углом 30° к горизонтали, собирающие и транспортирующие пленочную жидкость с внутренней поверхности дугообразной пластины в зону щелевого канала. Для транспортировки жидкой фазы из зоны щелевого канала к внутренней поверхности корпуса аппарата предусмотрены открытые желоба. В верхней внутренней части сепарационного пакета в отверстии горизонтальной крышки установлена карман-ловушка.

Недостаток известного устройства заключается в том, что наличие на внутренней поверхности вертикальной дугообразной пластины сходящихся дугообразных направляющих пластин, а также присутствие прямоугольных открытых желобов делает сепарационный пакет не технологичным в плане изготовления. Прямоугольные открытые желоба закрывают часть живого сечения между корпусом сепаратора и сепарационным пакетом, что приводит к росту потерь напора в аппарате, хаотическому движению газожидкостной смеси в этом пространстве и уносу части жидкой фазы вовнутрь сепарационного пакета. Щель, расположенная за желобами по ходу движения потока, частично перекрыта. Перекрытая часть щели не участвует в сепарационном пакете.

Более близким к предлагаемому инженерному решению является сепаратор (патент RU 2244584), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную перегородку, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, вертикальный сепарационный пакет, состоящий из вертикальных плоских изогнутых пластин, образующих в зоне нахлестки щелевые каналы. Концы пластин изогнуты и направлены в разные стороны касательно к наружному и внутреннему диаметрам сепарационного пакета. Осевая линия входного патрубка по горизонтали смещена относительно осевой линии корпуса аппарата. Дефлектор, установленный по ходу вращения газожидкостного потока, имеет максимально допустимое сечение, причем по ходу потока он сужается по горизонтали и возрастает по высоте, сохраняя при этом площадь поперечного сечения. Дугообразная пластина, закрывающая дефлектор в верхней своей части, в конце по ходу потока направлена по отношению к горизонтали под углом 15-30°. По ходу вращения газожидкостного потока с зазором к внутренней стороне корпуса установлена изогнутая пластина, которая своим нижним концом заходит под нижнюю крышку дефлектора.

Недостаток известного устройства заключается в том, что исходя из оптимальных геометрических размеров (отношение диаметра корпуса аппарата к высоте корпуса, диаметру сепарационного пакета, его высоте, ширине дефлектора и других размеров), отработанных и определенных гидродинамическими испытаниями, узким местом оказалось расстояние между поверхностью дефлектора и наружной поверхностью сепарационного пакета. И в тоже время расстояние с противоположной стороны оказалось значительно» большим (между наружной поверхностью сепарационного пакета и внутренней поверхностью корпуса аппарата). Особенно ощутимым этот недостаток чувствуется при режиме, приближающемся к пробковому, т.е. когда газовый фактор низкий. Сепараторы, работающие в этих режимах, относятся к жидкостно-газовым, т.е. при незначительных расходах по газу обладают значительной пропускной способностью по жидкой фазе без ущерба такого показателя как эффективность сепарации. Конструктивное исполнение СЦВ-5 не позволяет сохранить эффективность сепарации при этих режимах. Близкое расстояние поверхности дефлектора к наружной поверхности сепарационного пакета способствует к втягиванию части жидкой фазы с поверхности дефлектора в щелевые каналы, то есть вовнутрь сепарационного пакета. И, кроме того, на этом участке наблюдается увеличение потерь напора.

Техническим решением задачи является расширение диапазона работы газожидкостного сепаратора: с увеличенными нагрузками по жидкой фазе без снижения эффективности сепарации и увеличения потерь напора.

Задача достигается тем, что вертикальная осевая линия сепарационного пакета сдвинута относительно осевой линии корпуса сепаратора на величину и в сторону, позволяющую выровнять скорость газожидкостного потока в самом узком зазоре за счет увеличения зазора между дефлектором и наружной поверхностью сепарационного пакета; за счет уменьшения зазора с противоположной стороны - между наружной поверхностью сепарационного пакета и внутренней поверхностью корпуса сепаратора.

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

На фиг.1 изображен жидкостно-газовый сепаратор в поперечном сечении.

На фиг.2 - разрез А-А фиг.1.

Сепаратор состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с осью 0, горизонтальной крышки 2 с цилиндрическим отверстием 3, над которым расположен выходной патрубок 4, входного патрубка 5, соединенного с корпусом 1 в верхней его части, дефлектора 6, установленного по ходу вращения газожидкостного потока и формирующего вращательное движение газожидкостного потока внутри сепаратора, в конце которого в верхней части установлена пластина 7, крайним концом нисходящая по ходу вращения газожидкостного потока и направленная по отношению к горизонтальной прямой под углом 15-30°. Ось 01 вертикального сепарационного пакета 8 сдвинута относительно оси корпуса аппарата 1-0 таким образом, что зазор между дефлектором 6 и наружной поверхностью пакета 8 соответствует зазору с противоположной стороны, т.е. между наружной поверхностью сепарационного пакета 8 и внутренней поверхностью корпуса сепаратора 1. Пакет 8 состоит из плоских пластин 9. Концы плоских изогнутых пластин 9 направлены касательно внутреннего и наружного диаметров пакета. Пластины 9 укреплены по внутреннему периметру горизонтальной крышки 2 и позволяют сохранить одинаковый и постоянный размер щелевых каналов в зоне их нахлестки 10.

В верхней части сепарационного пакета 8 между нижней наружной поверхностью выходного патрубка 11, внутренней поверхностью верхней части пластин 9 образован кольцевой зазор, который совместно с внутренней поверхностью горизонтальной крышки 2 сформировал карман-ловушку 12.

Внутри нижней части сепарационных пластин 9 расположено плоское днище 13, приподнятое относительно нижней крышки пластин 9 и имеющее относительно их кольцевой радиальный зазор 14 и соединенное посредством радиальных пластин 15 на расстоянии 0,1-0,15 диаметра сепарационного элемента с ложным днищем 16, расположенным над шайбой 17, установленной над сливным патрубком 18. Между корпусом сепаратора 1 и шайбой 17 образуется кольцевой зазор 19.

По ходу вращения газожидкостного потока непосредственно за входным патрубком с зазором к внутренней стороне корпуса аппарата несколько большей высоты дефлектора установлена изогнутая пластина 20, которая своим нижним правым концом несколько заходит под нижнюю крышку дефлектора.

Сепаратор СЦВ-6 работает следующим образом.

Газожидкостная смесь подводится в аппарат через входной патрубок 5, расположенный в верхней его части. Установка входного патрубка, смещенного по горизонтали относительно осевой линии корпуса, позволяет создать скользящий удар о поверхность дефлектора, предельная величина смещения определяется фактором, при котором не следует применять дополнительно усиливающих прочность шва деталей.

Дефлектор 6 препятствует поступлению газа в осевую зону сепарационного пакета 8 без предварительного разделения газовзвеси. Использование дефлектора с изменяющимся сечением (в начале увеличивает свое сечение до максимально допустимой величины, после чего сужается по горизонтали и возрастает по высоте, сохраняя при этом площадь поперечного сечения в максимально широком участке) позволяет до минимума снизить потери напора на этом участке за счет сохранения величины скорости по причине сохранения величины живого сечения, удалить по горизонтали на выходе из дефлектора газожидкостный поток от щелевых каналов сепарационного пакета 8, а по высоте равномерно рассредоточить нагрузку по жидкой фазе и в то же время за счет минимального зазора дефлектора на выходе и поверхностного натяжения "придавить" жидкую фазу к внутренней поверхности сепаратора, что, в конечном счете, улучшает процесс сепарации.

В пространстве, образованном стенкой корпуса 1 и пластинами 9 из газового потока, выделяется основная масса жидкости. Капли жидкости отбрасываются центробежной силой на стенки корпуса 1 сепаратора и под действием гравитационных сил по ходу вращения газового потока по нисходящей спирали транспортируются через кольцевой зазор 19 к сливному патрубку 18.

Мелкодисперсная капельная жидкость, не осевшая на корпусе 1, попадает на наружную поверхность вертикальных пластин 9 и транспортируется газовым потоком через входные тангенциальные щели, попадая на их внутреннюю поверхность.

Так как тангенциальные щели по ходу потока не сужаются, снижаются потери напора на местные сопротивления, что в целом скажется на потерях напора в аппарате.

Применение пластин 9, вертикальные изогнутые концы которых направлены в разные стороны касательно по отношению к внутреннему диаметру сепарационного пакета, позволяет жидкостной пленке, движущейся по ходу вращения газового потока, транспортироваться с конца одной пластины на начало другой, сохраняя при срыве с пластин касательную траекторию своего движения относительно внутреннего диаметра сепарационного пакета.

В конце верхней суженной части дефлектора 6 установлена дугообразная пластина 7, нисходящая по ходу газожидкостного потока и направленная по отношению к горизонтальной прямой под углом 15-30°. Такое инженерное решение позволило вращающийся между корпусом и сепарационным пакетом вектор газожидкостного потока направить по спирали вниз, т.е. по нисходящей кривой, в результате чего газовый слой, вращающийся непосредственно по внутренней поверхности сепарационного пакета, разделился на три слоя со своими векторами осевых скоростей: непосредственно у стенки - направлен вниз, далее незначительный слой "неподвижный" и следующий - 3 основной слой направлен вверх. Наличие первого слоя с направлением вектора осевой скорости вниз позволило сгонять (в зависимости от режима) росу, капли, пленку вниз, избежав дополнительных направляющих, удаляющих по спирали вниз частицы жидкой фазы.

Опускаясь по внутренней поверхности пластин 9, частицы жидкости, приблизившись к нижней кромке, соскальзывают и попадают на поверхность шайбы 17, откуда через кольцевой зазор 19 транспортируются в направлении сливного патрубка 18.

Таким образом, внедрение предлагаемого малогабаритного высокопроизводительного сепаратора СЦВ-6 со сдвинутыми вертикальными осями корпуса О и сепарационного пакета O₁ позволяет:

- снизить потери напора и увеличить производительность сепаратора за счет увеличения зазора между рефлектором и наружной поверхностью сепарационного пакета, не изменяя габариты сепаратора;

- позволяет сепаратору, не снижая его эффективности, работать в режиме при низких значениях газового фактора, т.е. тогда, когда режим работы аппарата приближается к пробковому;

- за счет сдвижения осей О и О₁ позволяет успешно работать в разряде газожидкостных аппаратов и жидкостно-газовых (т.е. одна и та же конструкция успешно перекрывает два типа сепараторов).

Изобретение предназначено для разделения газожидкостных смесей. Сепаратор содержит корпус, крышку, патрубки, дефлектор, сепарационный пакет из пластин. Вертикальная осевая линия пакета смещена относительно вертикальной осевой линии корпуса сепаратора на величину и в сторону, позволяющую выровнять скорость газожидкостного потока за счет увеличения зазора между дефлектором и наружной поверхностью сепарационного пакета и за счет уменьшения зазора с противоположной стороны - между наружной поверхностью пакета и внутренней поверхностью корпуса сепаратора, обеспечивая соответствие этих зазоров. Технический результат: расширение функциональных возможностей. 2 ил.

Сепаратор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную крышку, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, установленный по ходу вращения газожидкостного потока, вертикальный сепарационный пакет, состоящий из плоских изогнутых сепарационных пластин, образующих щелевые каналы в зоне нахлестки и своими вертикальными изогнутыми концами направленных в разные стороны касательно относительно наружного и внутреннего диаметров сепарационного пакета, отличающийся тем, что вертикальная осевая линия сепарационного пакета смещена относительно осевой линии корпуса на величину и в сторону, обеспечивающие соответствие зазора между дефлектором и наружной поверхностью сепарационного пакета и зазора с противоположной стороны между наружной поверхностью сепарационного пакета и внутренней поверхностью корпуса для выравнивания скорости газожидкостного потока.