СЕПАРАТОР ГАЗОВЫЙ ВИХРЕВОГО ТИПА Российский патент 2009 года по МПК B01D45/12 

Изобретение предназначено для улавливания мелкодисперсных и аэрозольных жидких и твердых частиц из газового потока, и применяется в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.

Среди газовых сепараторов известна группа сепараторов (патент РФ №2064326 на изобретение, МПК 6 B01D 45/12, 1996 [1]; патент РФ №2136350 на изобретение, МПК 6 B01D 45/12, 1999 [2]; патент РФ №2188062 на изобретение, МПК 7 B01D 45/12, 2002 [3]; патент РФ №2221625 на изобретение, МПК 7 B01D 45/12, 2004 [4]; патент РФ №52731 на полезную модель, МПК B01D 45/12, 2006 [5]), содержащих вертикальный цилиндрический корпус, входной и выходной патрубки, дефлектор, сепарационный элемент с вертикальными щелевыми каналами и осевым диском, расположенным внизу сепарационного элемента, сужающимися по ходу вращения потока желобами.

Недостатком указанных устройств является сложная и малоэффективная конструкция ввода газожидкостной смеси в пространство вокруг сепарационного элемента. При выходе из дефлектора газожидкостная смесь, расширяясь в сторону сепарационного элемента, увлекает за собой жидкость и механические примеси, прижатые центробежной силой к внутренней стенке корпуса. Это увеличивает нагрузку на сепарационный элемент и снижает качество сепарации.

Некоторое повышение качества сепарации по сравнению с указанными устройствами при вводе газожидкостной смеси в пространство вокруг сепарационного элемента достигается в группе сепараторов (патент РФ №2244584 на изобретение, МПК 7 B01D 45/12, 2005 [6]; патент РФ №55636 на полезную модель, МПК B01D 45/02, B01D 45/16, B01D 45/18, 2006 [7]), содержащих вертикальный цилиндрический корпус, входной и выходной патрубки, дефлектор, сепарационный элемент с вертикальными щелевыми каналами и осевым диском, расположенным внизу сепарационного элемента, улавливающий карман.

В конструкциях указанных устройств за счет наличия улавливающего кармана сокращен путь, на котором прижатые центробежными силами частицы жидкости и механической примеси могут захватываться турбулентными потоками газа в пространстве между сепарационным элементом и внутренней стенкой корпуса. Однако в этих сеператорах [6, 7], как и в предыдущей группе [1-5], на выходе из дефлектора - в зоне наибольшей турбулентности - газожидкостная смесь, расширяясь в сторону сепарационного элемента, увлекает за собой жидкость и механические примеси, прижатые центробежной силой к внутренней стенке корпуса.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности сепаратора.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является снижение относительного содержания жидкости и механических примесей в пространстве вокруг сепарационного пакета. Это приводит к относительному снижению нагрузки на сепарационный пакет по жидкой фазе по сравнению со входом в сепаратор, что и обеспечивает решение поставленной задачи.

Сущность изобретения состоит в том, что сепаратор газовый вихревого типа содержит вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор с отражательной пластиной, сепарационный пакет, ложное днище. При этом дефлектор выполнен спиралеобразной формы и его длина составляет не менее одного оборота вокруг вертикальной оси корпуса сепаратора.

Дефлектор по преимущественному конструктивному решению образован спиралеобразной пластиной, внутренней стенкой корпуса и отражательной пластиной, и при этом ограничен сверху верхним днищем, а снизу - нижней крышкой. Сепарационный пакет при этом целесообразно выполнять цилиндрической формы и располагать в корпусе сепаратора в центре внутреннего пространства, образованного спиралеобразной пластиной.

Дефлектор желательно выполнять с постепенно увеличивающейся высотой, достигающей своего максимума напротив входного патрубка.

Возможно выходной патрубок располагать вертикально, а сепаратор дополнительно снабжать горизонтальной перегородкой, расположенной над сепарационным пакетом; и конусообразными направляющими конфузорами, расположенными преимущественно над горизонтальной перегородкой между сепарационным пакетом и выходным патрубком и соосно с сепарационным пакетом и выходным патрубком. При этом направляющие конфузоры необходимо располагать один над другим с частичным перекрытием, с образованием в зоне перекрытия кольцевых зазоров. При этом дренажная трубка должна гидравлически соединять пространство, образованное конфузорами, верхней частью вертикального корпуса, верхним днищем и горизонтальной перегородкой с нижней частью сепаратора. Конец дренажной трубки возможно снабжать гидравлическим затвором.

Также возможно выходной патрубок располагать горизонтально, а сепаратор дополнительно снабжать горизонтальной перегородкой, расположенной над сепарационным пакетом, и тонкослойным отбойником, содержащим соосно расположенные над горизонтальной перегородкой конусообразные пластины разного размера, и кольцевой гидравлический карман. При этом дренажная трубка, расположенная в улавливающем кармане, должна гидравлически соединять гидравлический карман с нижней частью сепаратора. Конец дренажной трубки возможно снабжать гидравлическим затвором.

На фиг.1 показана схема сепаратора, продольный разрез (сечение Б-Б фиг.2); на фиг.2 - схема сепаратора, поперечный разрез (сечение А-А фиг.1); на фиг.3 - схема сепаратора по примеру 3; на фиг.4 - схема сепаратора по примеру 4.

Сепаратор газовый вихревого типа (фиг.1, 2) содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, верхнее 2 и нижнее 3 днища, входной 4, выходной 5 и сливной 6 патрубки, дефлектор 7 с отражательной пластиной 8, сепарационный пакет 10, ложное днище 11.

Входной патрубок 4 жестко закреплен в цилиндрическом корпусе 1 сепаратора и расположен в нем со смещением, так, что его ось лежит в плоскости поперечного сечения корпуса 1 и не пересекает ось корпуса 1.

Дефлектор 7 расположен у входного патрубка 4 и предназначен для формирования вращательного (вихревого) движения газового потока внутри сепаратора. Дефлектор 7 также препятствует поступлению газового потока в осевую зону сепаратора без его предварительного разделения. Дефлектор 7 выполнен спиралеобразной формы, так что длина пути газового потока в нем составляет не менее одного оборота вокруг вертикальной оси корпуса 1. Дефлектор 7 образован спиралеобразной пластиной 12, внутренней стенкой корпуса 1 и отражательной пластиной 8, и при этом ограничен сверху верхним днищем 2, а снизу - нижней крышкой 13. При этом дефлектор 7 выполнен с постепенно увеличивающейся высотой, достигающей своего максимума напротив входного патрубка 4. Далее высота дефлектора 7 остается неизменной. Конструкция дефлектора 7 приводит к тому, что газожидкостный поток, попадая в него из входного патрубка 4, делает более одного оборота вокруг вертикальной оси корпуса 1 сепаратора прежде чем попадет в пространство вокруг сепарационного пакета 10.

Внутренняя стенка корпуса 1, нижняя крышка 13 дефлектора 7 и отражательная пластина 8 образуют улавливающий карман 14. Карман 14 предназначен для отвода из вихревого потока движущихся жидкости и механических примесей, прижатых центробежной силой к внутренней стенке корпуса 1 сепаратора, и их транспортировки в нижнюю накопительную часть сепаратора. Вход в карман 14 расположен в дефлекторе 7. По крайней мере часть кармана 14, ближайшая к нижней крышке 13 дефлектора 7, является открытой снизу.

Сливной патрубок 6 расположен в нижнем днище 3 сепаратора.

Сепарационный пакет 10 выполнен цилиндрической формы и содержит плоские изогнутые сепарационные пластины 15, расположенные в его образующей поверхности, и формирующие в зоне нахлестки одинаковые и постоянные по размеру щелевые каналы 16. Плоские изогнутые пластины 15 жестко закреплены в нижней части к нижнему осевому диску 17. Диск 17 жестко закреплен к М пальцам 18, концы которых расположены без зазора в отверстиях ложного днища 11, расположенного с кольцевым зазором к вертикальному корпусу 1, и жестко закрепленного к корпусу 1 с помощью Г-образных пластин 19. При этом сепарационный пакет 10 расположен в осевой зоне сепаратора так, что ось сепарационного пакета 10 параллельна оси цилиндрического корпуса 1 сепаратора и смещена относительно нее.

Над нижним осевым диском 17 расположен верхний осевой диск 24, соединенный с ним посредством радиальных пластин 25. Пластины 25 также предназначены для исключения вращательного эффекта газового потока ниже зоны их расположения.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1.

Дефлектор 7 выполнен таким образом, что длина пути газожидкостной смеси в нем составляет 1,2 оборота вокруг оси корпуса 1 сепаратора.

Ось сепарационного пакета 10 смещена относительно оси корпуса 1 сепаратора так, чтобы сепарационный пакет 10 находился в центре внутреннего пространства, образованного спиралеобразной пластиной 12 дефлектора 7. Плоские изогнутые пластины 15 жестко закреплены в верхней части к верхнему днищу 2.

Концы плоских изогнутых пластин 15 направлены в разные стороны по касательной к окружностям, расположенным в поперечном сечении сепаратора, одна из которых описана вокруг сепарационного пакета 10, а другая вписана в сепарационный пакет 10.

Количество пальцев 18 равно одному (М=1).

В верхней части сепарационного пакета 10 между нижней наружной поверхностью выходного патрубка 5 и внутренней поверхностью верхней части плоских изогнутых пластин 15 образован кольцевой зазор, который совместно с нижней поверхностью верхнего днища 2 формирует карман-ловушку 23.

Пример 2.

Ось сепарационного пакета 10 смещена относительно оси корпуса 1 сепаратора так, чтобы сепарационный пакет 10 находился в центре внутреннего пространства, образованного спиралеобразной пластиной 12 дефлектора 7. Плоские изогнутые пластины 15 жестко закреплены в верхней части к верхнему днищу 2.

Количество пальцев 18 равно четырем (М=4).

Пример 3.

Для целей улавливания жидкостной пленки на выходе сепаратор (фиг.3) дополнительно содержит жестко закрепленную в корпусе 1 горизонтальную перегородку 9. При этом входной патрубок 4 расположен ниже горизонтальной перегородки 9. Плоские изогнутые пластины 15 сепарационного пакета 10 жестко закреплены в верхней части к горизонтальной перегородке 9.

В верхней части корпуса 1 сепаратора, преимущественно над горизонтальной перегородкой, расположены конусообразные направляющие конфузоры 26. Конфузоры 26 расположены соосно с сепарационным пакетом 10 и вертикальным выходным патрубком 5, расположенным в верхнем днище 2. Конфузоры 26 расположены один над другим с частичным перекрытием. Нижний конфузор расположен в выходном отверстии горизонтальной пластины 9. Верхний конфузор расположен под выходным патрубком 5 и частично перекрывает его. В зоне взаимного перекрытия и перекрытия с выходным патрубком конфузоры 26 образуют кольцевые зазоры 27, расположенные навстречу движения газового потока, и предназначенные для отвода пленочной жидкости с поверхности конфузоров 26 в верхнюю накопительную камеру 28 сепаратора. Сепаратор содержит два направляющих конфузора 26.

В верхней части сепарационного пакета 10 между нижней наружной поверхностью нижнего конфузора 26 и внутренней поверхностью верхней части плоских изогнутых пластин 15 образован кольцевой зазор, который совместно с нижней поверхностью горизонтальной пластины 9 формирует карман-ловушку 23.

Сепаратор содержит также вертикальную дренажную трубку 29, расположенную в кармане 14. Один конец дренажной трубки 29 расположен в дренажном отверстии горизонтальной пластины 9, а другой конец расположен под ложным днищем 11.

Пример 4.

Для целей улавливания жидкостной пленки на выходе при горизонтальном размещении выходного патрубка 5 сепаратор (фиг.4) дополнительно содержит жестко закрепленную в корпусе 1 горизонтальную перегородку 9. При этом входной патрубок 4 расположен ниже горизонтальной перегородки 9. Плоские изогнутые пластины 15 сепарационного пакета 10 жестко закреплены в верхней части к горизонтальной перегородке 9.

В верхней части корпуса 1 сепаратора расположен тонкослойный отбойник (не обозначено), содержащий соосно расположенные конусообразные пластины 30 разного размера, и кольцевой гидравлический карман 31. Пластины 30 расположены соосно с сепарационным пакетом 10 и образуют кольцевые зазоры 32.

Выходной патрубок 5 расположен горизонтально и жестко закреплен в цилиндрическом корпусе 1 сепаратора между горизонтальной перегородкой 9 и гидравлическим карманом 31.

Сепаратор содержит также вертикальную дренажную трубку 29, расположенную в кармане 14, и проходящую через отверстие в горизонтальной перегородке 9. Один конец дренажной трубки 29 расположен в дренажном отверстии кольцевого гидравлического кармана 31, а другой конец расположен под ложным днищем 11. Нижний конец дренажной трубки 29 снабжен гидравлическим затвором 33.

В отверстии горизонтальной перегородки 9, расположенном соосно с сепарационным пакетом 10, размещена труба 34, жестко соединенная с горизонтальной перегородкой 9. В верхней части сепарационного пакета 10 между наружной поверхностью трубы 34 и внутренней поверхностью верхней части плоских изогнутых пластин 15 образован кольцевой зазор, который совместно с нижней поверхностью горизонтальной пластины 9 сформировал карман-ловушку 23.

Реализация конструктивных элементов заявляемого изобретения не ограничивается приведенными выше примерами.

Заявляемый газовый сепаратор вихревого типа работает следующим образом.

Газ, подлежащий очистке (сырой газ), подводят в аппарат через входной патрубок 4. Установка входного патрубка, смещенного по горизонтали относительно осевой линии корпуса 1, позволяет создать скользящий удар о спиралеобразную пластину дефлектора 7.

Дефлектор 7 плавно изменяет направление движения газа, и формирует вихревое движение газа вокруг сепарационного пакета 10. В дефлекторе из газового потока выделяется основная масса жидкости и механические примеси. Капли жидкости и механическая примесь отбрасываются центробежной силой на стенки корпуса 1 сепаратора и под действием гравитационных сил движутся вдоль этой стенки по нисходящей спирали по ходу вращения газового потока. Основная часть жидкости и механических примесей попадает при этом в улавливающий карман 14, и стекает по его стенкам вниз, к ложному днищу 11.

Мелкодисперсная капельная жидкость, не осевшая в дефлекторе 7 на стенке корпуса 1, выходит вместе с потоком газа из дефлектора, попадает на наружную поверхность плоских изогнутых пластин 15, и транспортируется газовым потоком через щелевые каналы 16 на их внутреннюю поверхность. Опускаясь по внутренней поверхности пластин 15, частицы жидкости, приблизившись к нижним кромкам этих пластин 15, соскальзывают с них и попадают на поверхность ложного днища 11.

Через кольцевой зазор 27 между корпусом 1 и ложным днищем 11 жидкость и механические примеси транспортируются к сливному патрубку 6.

Очищенный газовый поток направляется в выходной патрубок 5.

В заявляемом изобретении заявляемый технический результат: "снижение относительного содержания жидкости и механических примесей в пространстве вокруг сепарационного пакета" достигается за счет того, что сепаратор газовый вихревого типа содержит вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор с отражательной пластиной, сепарационный пакет, ложное днище. При этом дефлектор выполнен спиралеобразной формы и его длина составляет не менее одного оборота вокруг вертикальной оси корпуса сепаратора. Время действия центробежной силы на газожидкостный поток в дефлекторе в таком сепараторе увеличивается. За счет этого капельная влага и механические примеси, содержащиеся в газожидкостном потоке, совершают больший путь в направлении внутренней стенки сепаратора и как следствие большая их часть отделяется от газожидкостного потока. Основным фактором при этом является то, что при прохождении газожидкостного потока через спиралеобразный дефлектор не происходит гидравлических возмущений потока, поскольку конструкция дефлектора не предусматривает местных сопротивлений, резких изменений направления движения или других завихрителей потока. Как следствие газожидкостный поток в поле центробежных сил распределяется так, что жидкость и механические примеси стремятся к внутренней стенке корпуса сепаратора. Отсутствие гидравлических возмущений в дефлекторе делает такое распределение более устойчивым.

Авторами изготовлены опытные образцы заявляемого сепаратора, лабораторные исследования которого подтвердили достижение заявленного технического результата. В ходе исследований определялась эффективность сепарации по уменьшению концентрации капельной жидкости на выходе сепаратора по сравнению с ее концентрацией на входе. Чем меньше содержание капельной жидкости на выходе, тем выше эффективность сепарации. Исследования показали повышение эффективности сепарации при увеличении длины спиралеобразного дефлектора. Причем это повышение эффективности происходит независимо от производительности сепаратора и скорости потока в дефлекторе.

Заявляемый газовый сепаратор вихревого типа может быть изготовлен на машиностроительном предприятии.

Источники информации

1. Патент РФ №2064326 на изобретение, МПК 6 B01D 45/12, 1996.

2. Патент РФ №2136350 на изобретение, МПК 6 B01D 45/12, 1999.

3. Патент РФ №2188062 на изобретение, МПК 7 B01D 45/12, 2002.

4. Патент РФ №2221625 на изобретение, МПК 7 B01D 45/12, 2004.

5. Патент РФ №52731 на полезную модель, МПК B01D 45/12, 2006.

6. Патент РФ №2244584 на изобретение, МПК 7 B01D 45/12, 2005.

7. Патент РФ №55636 на полезную модель, МПК B01D 45/02, B01D 45/16, B01D 45/18, 2006.

Изобретение предназначено для улавливания мелкодисперсных и аэрозольных жидких и твердых частиц из газового потока и применяется в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности. Сепаратор содержит вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор с отражательной пластиной, сепарационный пакет, ложное днище. Дефлектор выполнен спиралеобразной формы и его длина составляет не менее одного оборота вокруг вертикальной оси корпуса сепаратора. Технический результат: снижение относительного содержания жидкости и механических примесей в пространстве вокруг сепарационного пакета, что приводит к относительному снижению нагрузки на сепарационный пакет по жидкой фазе по сравнению со входом в сепаратор и к повышению эффективности сепарации. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Сепаратор газовый вихревого типа, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор с отражательной пластиной, сепарационный пакет, ложное днище, отличающийся тем, что дефлектор выполнен спиралеобразной формы и его длина составляет не менее одного оборота вокруг вертикальной оси корпуса сепаратора.2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что дефлектор образован спиралеобразной пластиной, внутренней стенкой корпуса и отражательной пластиной и при этом ограничен сверху верхним днищем, а снизу - нижней крышкой.3. Сепаратор по п.2, отличающийся тем, что сепарационный пакет выполнен цилиндрической формы и расположен в корпусе сепаратора в центре внутреннего пространства, образованного спиралеобразной пластиной.4. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что дефлектор выполнен с постепенно увеличивающейся высотой, достигающей своего максимума напротив входного патрубка.5. Сепаратор газовый вихревого типа по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что выходной патрубок расположен вертикально, а сепаратор дополнительно содержит горизонтальную перегородку, расположенную над сепарационным пакетом, и конусообразные направляющие конфузоры, расположенные преимущественно над горизонтальной перегородкой между сепарационным пакетом и выходным патрубком и соосно с сепарационным пакетом и выходным патрубком, при этом направляющие конфузоры расположены один над другим с частичным перекрытием и образуют в зоне перекрытия кольцевые зазоры, причем сепаратор также содержит дренажную трубку, гидравлически соединяющую пространство, образованное конфузорами, верхней частью вертикального корпуса, верхним днищем и горизонтальной перегородкой, с нижней частью сепаратора.6. Сепаратор газовый вихревого типа по п.5, отличающийся тем, что нижний конец дренажной трубки снабжен гидравлическим затвором.7. Сепаратор газовый вихревого типа по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что выходной патрубок расположен горизонтально, а сепаратор дополнительно содержит горизонтальную перегородку, расположенную над сепарационным пакетом, и тонкослойный отбойник, содержащий соосно расположенные над горизонтальной перегородкой конусообразные пластины разного размера, и кольцевой гидравлический карман, причем сепаратор также содержит дренажную трубку, расположенную в улавливающем кармане и гидравлически соединяющую гидравлический карман с нижней частью сепаратора.8. Сепаратор газовый вихревого типа по п.7, отличающийся тем, что нижний конец дренажной трубки снабжен гидравлическим затвором.