ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЙ ЖИДКОСТНО-ГАЗОВЫЙ СЕПАРАТОР "СЦВ-7" Российский патент 2008 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 RU 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 напора в аппарате, хаотическому движению газожидкостной смеси в этом пространстве и уносу части жидкой фазы во внутрь сепарационного пакета. Щель, расположенная за желобами по ходу движения потока, частично перекрыта. Перекрытая часть щели не участвует в сепарационном процессе.

Более близким к предлагаемому инженерному решению является сепаратор (патент RU 2244584), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную крышку, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, установленный по ходу вращения газожидкостного потока, 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.

В процессе разделения жидкой и газовой фазы в центральной части вращающегося потока возникает зона пониженного давления, которая втягивает часть отсепарированной воздушной массы во внутрь, влияя тем самым на конечную производительность сепаратора.

Техническим решением задачи является расширение диапазона работы газожидкостного сепаратора: увеличение нагрузки по газовой фазе без снижения эффективности сепарации и увеличения потерь напора.

Задача достигается тем, что в центре плоского днища сепарационного пакета и ложного днища расположены сквозные отверстия, в которые вмонтирован пустотелый цилиндр, основание которого установлено на ложном днище, а верхняя кромка цилиндра приподнята относительно поверхности плоского днища, по наружному диаметру нижней поверхности ложного днища смонтирован цилиндрический вертикальный рассеиватель с просечкой, а непосредственно под пустотелым цилиндром прикреплен диск.

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 "СЦВ-7" (сепаратор центробежный вертикального типа седьмого поколения).

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 потока и формирующего вращательное движение газожидкостного потока внутри сепаратора. Ось 0₁ вертикального сепарационного пакета 7 сдвинута относительно оси корпуса аппарата 0 таким образом, что зазор между дефлектором 6 и наружной поверхностью пакета 7 соответствует зазору с противоположной стороны, т.е. между наружной поверхностью сепарационного пакета и внутренней поверхности корпуса сепаратора 1. Пакет 7 состоит из плоских пластин 8. Концы плоских изогнутых пластин 8 направлены касательно внутреннего и наружного диаметров пакета. Пластины 8 укреплены по внутреннему периметру горизонтальной крышки 2 и позволяют сохранить одинаковый и постоянный размер щелевых каналов в зоне их нахлестки 9.

В верхней части сепарационного пакета 7 между нижней наружной поверхностью выходного патрубка 10, внутренней поверхностью верхней части пластин 8, образован кольцевой зазор, который совместно с внутренней поверхностью горизонтальной крышки 2 сформировал карман-ловушку 11.

Внутри нижней части сепарационных пластин 8 расположено плоское днище 12, приподнятое относительно нижней кромки пластин 8, имеющее относительно их кольцевой радиальный зазор 13 и соединенное посредством радиальных пластин 14 на расстоянии 0,1-0,15 диаметра сепарационного элемента с ложным днищем 15. Между корпусом сепаратора 1 и ложным днищем 15 образуется кольцевой зазор 16.

По ходу вращения газожидкостного потока непосредственно перед входным патрубком с зазором к внутренней стороне корпуса аппарата, превышающего высоту дефлектора, установлена изогнутая пластина 17, которая своим правым концом заходит под нижнюю крышку дефлектора.

В центре плоского днища 12 сепарационного пакета и ложного днища 15 имеются центральные отверстия, в которые вмонтирован пустотелый цилиндр 18, основание которого установлено на ложном днище 15, а верхняя кромка цилиндра приподнята относительно поверхности днища 12, с помощью скоб 19 и кольца 20, прикрепленного к пластинам 8, фиксируется: цилиндр 18, плоское днище 12, ложное днище 15. По наружному диаметру нижней поверхности ложного днища смонтирован цилиндрический вертикальный рассеиватель с просечками 21.

Непосредственно под пустотелым цилиндром 18 прикреплен диск 22. Отсепарированная жидкая фаза по стенкам корпуса 1 стекает в накопительную емкость сепаратора 23, откуда по днищу сепаратора 24 транспортируется в сливное отверстие 25. К днищу 24 установлен штуцер 26 для периодического удаления накопившихся взвешенных частиц, если таковые будут иметь место.

Сепаратор 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 6, установленного по ходу вращения потока, предельная величина смещения определяется фактором, при котором не следует применять дополнительно усиливающих прочность шва детали.

Дефлектор 6 препятствует поступлению газа в осевую зону сепарационного пакета 7 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 7, 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 корпуса сепаратора, что, в конечном счете, улучшает процесс сепарации.

В пространстве, образованном стенкой корпуса 1 и пластинами 8, 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 16 к сливному патрубку 25.

Мелкодисперсная капельная жидкость, не осевшая на корпусе 1, попадает на наружную поверхность вертикальных пластин 8 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 8, 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.

Наличие вращательного движения газового (воздушного) потока внутри сепарационного пакета создает зону пониженного давления в центральной части вращающейся воздушной массы, в результате чего при наличии пустотелого цилиндра ранее неподвижный очищенный поток приходит в движение и транспортируется через цилиндр 18 к выходному отверстию, способствуя тем самым увеличению производительности и движению газожидкостного потока между корпусом аппарата и наружной поверхностью сепарационного пакета по нисходящей спирали вниз. Основная масса газа (воздуха) по нисходящей спирали попадают внутрь сепарационного пакета, часть устремляется через кольцевой зазор 16 по направлению к накопительной емкости 23. Проходя сквозь просечку 21 поток теряет центробежную силу и в спокойном состоянии засасывается пустотелым цилиндром. Масса газожидкостного потока устремляется по нисходящей спирали вниз внутрь сепарационного пакета, делится на 3 слоя: непосредственно у стенки - направлен вниз, далее незначительный слой "неподвижный" и следующий - основной слой направлен вверх. Наличие первого слоя с направлением вектора осевой скорости вниз позволит сгонять (в зависимости от режима) росу, капли, пленку вниз, избежав дополнительных направляющих, удаляющих по спирали вниз частицы жидкой фазы.

Опускаясь по внутренней поверхности пластин 8, частицы жидкости, приблизившись к нижней кромке, соскальзывают и попадают на поверхность ложного днища 15, откуда через кольцевой зазор 16 транспортируются в направлении сливного патрубка 25.

Таким образом, внедрение предлагаемого малогабаритного высокопроизводительного сепаратора позволяет:

1) увеличить производительность сепаратора по газовой фазе, транспортируя дополнительный поток через пустотелый цилиндр;

2) так как энергия была заложена, чтобы получить зону пониженного давления, то наличие пустотелого цилиндра, через который пошел газовый поток, не вызывает дополнительных потерь напора в сепараторе;

3) сдвижение осей 0 и 0₁ позволяет сепаратору 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 газовой и жидкостной фаз в поле центробежных сил с одинаковой степенью сепарации как при высоком, так и при низком газовом (воздушном) факторе. Сепаратор содержит вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную крышку, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, установленный по ходу вращения газожидкостного потока, вертикальный сепарационный пакет с плоским днищем, 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, ложное днище. В центре плоского днища сепарационного пакета и ложного днища выполнены сквозные отверстия, в которые вмонтирован пустотелый цилиндр, основание которого установлено на ложном днище, а верхняя кромка цилиндра приподнята относительно поверхности плоского днища. По наружному диаметру нижней поверхности ложного днища смонтирован цилиндрический вертикальный рассеиватель с просечками, а непосредственно под пустотелым цилиндром прикреплен диск. Технический результат: увеличение производительности сепаратора при сохранении высокой эффективности сепарации. 2 ил.

Сепаратор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную крышку, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, установленный по ходу вращения газожидкостного потока, вертикальный сепарационный пакет с плоским днищем, 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, ложное днище, отличающийся тем, что в центре плоского днища сепарационного пакета и ложного днища выполнены сквозные отверстия, в которые вмонтирован пустотелый цилиндр, основание которого установлено на ложном днище, а верхняя кромка цилиндра приподнята относительно поверхности плоского днища, по наружному диаметру нижней поверхности ложного днища смонтирован цилиндрический вертикальный рассеиватель с просечками, а непосредственно под пустотелым цилиндром прикреплен диск.