СЕПАРАТОР ГАЗОВЫЙ ВИХРЕВОГО ТИПА Российский патент 2009 года по МПК B01D45/16 

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]; 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.

Недостатком указанных устройств является малоэффективная конструкция ввода газожидкостной смеси в пространство вокруг сепарационного элемента. Как известно, параметры (в том числе геометрические размеры) вертикальных газовых сепараторов вихревого типа определяются в расчете на заданный диапазон производительности (расхода). Общеизвестно, что для указанных сепараторов [1-7] эффективность является удовлетворительной, если величина расхода изменяется в пределах ±20% (Л.М.Мильштейн, С.И.Бойко, Е.П.Запорожец. Нефтегазопромысловая сепарационная техника. Москва, Недра, 1991 [8]). В большинстве случаев применения такое условие соблюдается, по крайней мере, в течение удовлетворительного периода времени. Однако в случаях, когда это условие перестает выполняться, требуется замена сепаратора другим, характеристики которого соответствуют изменению расхода. Такая замена приводит к расходу материалов и дополнительным трудозатратам.

Для обеспечения эффективной работы вертикальных газовых сепараторов вихревого типа конструкция ввода газового потока в сепаратор должна обеспечивать такую скорость потока на выходе из дефлектора, которая является благоприятной для целей разделения потока инерционными силами при его вихревом движении вокруг сепарационного пакета. При этом упомянутая скорость потока на выходе из дефлектора обуславливается величиной площади поперечного сечения выхода дефлектора в соответствии с уравнением неразрывности среды , где ρ - плотность среды, S - площадь поперечного сечения канала, v - скорость потока среды. При этом скорость потока на выходе из дефлектора v определяется из соотношения Q=Sv, где Q - расход, а S - площадь поперечного сечения выхода дефлектора. Из этого соотношения следует, что при постоянстве площади поперечного сечения выхода дефлектора S, имеющем место в сепараторах-аналогах [1-7], скорость потока на выходе из дефлектора прямопропорциональна величине расхода. Указанное обстоятельство и обуславливает изменение эффективности сепараторов [1-7] при изменении производительности (расхода). При уменьшении расхода Q скорость потока на выходе v из дефлектора падает, на частицы примесей и капельную влагу действуют меньшие инерционные силы, меньшая их часть достигает стенок сепаратора, то есть снижается степень разделения потока. Это и приводит к снижению эффективности сепаратора.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение диапазона значений производительности (расхода), при которых эффективность сепаратора остается неизменной.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является обеспечение возможности регулирования площади поперечного сечения выхода дефлектора. Обеспечение указанной возможности позволяет, в частности, поддерживать постоянной скорость вихревого движения потока в сепараторе при изменении расхода газа, то есть при изменении параметров потока на входе в сепаратор. Указанное постоянство скорости вихревого движения потока обеспечивает неизменность эффективности сепаратора, что позволяет использовать один и тот же сепаратор при изменении, в том числе значительном, параметров потока на входе в сепаратор.

Сущность изобретения состоит в том, что сепаратор газовый вихревого типа содержит вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки, сепарационный пакет, ложное днище, дефлектор, расположенный у входного патрубка и ограниченный внутренней поверхностью стенки корпуса сепаратора, верхней и нижней крышками дефлектора, жестко закрепленными к стенке корпуса, а также изогнутой вертикальной пластиной. При этом верхняя и нижняя крышки дефлектора выполнены горизонтальными, а изогнутая вертикальная пластина выполнена упругой. При этом изогнутая вертикальная пластина консольно жестко закреплена к стенке корпуса сепаратора и к части прилегающих граней крышек дефлектора, а свободные части верхней и нижней граней изогнутой вертикальной пластины выполнены с возможностью свободного перемещения без зазора вдоль поверхностей соответственно верхней и нижней крышек дефлектора. При этом сепаратор дополнительно содержит устройство регулировки, содержащее механически связанные упор и орган управления, причем на упор устройства регулировки опирается изогнутая вертикальная пластина дефлектора в средней своей части, а орган управления закреплен на внешней поверхности сепаратора.

Предпочтительно к изогнутой вертикальной пластине дефлектора в области ее жесткого закрепления к крышкам дефлектора жестко закреплять отражательную пластину, которая формирует совместно с внутренней стенкой корпуса и изогнутой вертикальной пластиной дефлектора открытый снизу улавливающий карман.

Устройство регулировки допустимо выполнять в виде вала, вертикально закрепленного с возможностью вращения вблизи изогнутой вертикальной пластины дефлектора. Упор возможно при этом выполнять в виде нескольких эксцентриков, которые жестко закреплены на валу, или в виде эксцентрично выполненной части вала, находящейся на уровне всей высоты изогнутой вертикальной пластины дефлектора. При этом верхний конец вала целесообразно выполнять выходящим за пределы внутреннего пространства сепаратора и снабжать его рычагом, который является вышеупомянутым органом управления. Рычаг желательно снабжать указателем со шкалой.

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 устройства регулировки, пример 2 (сечение В-В фиг.2); на фиг.4 - схема сепаратора, поперечный разрез, пример 1; на фиг.5 - схема устройства регулировки, пример 3 (сечение В-В фиг.2).

Сепаратор газовый вихревого типа (фиг.1) содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, верхнее 2 и нижнее 3 днища, входной 4, выходной 5 и сливной 6 патрубки, дефлектор 7, сепарационный пакет 8, ложное днище 9.

Входной патрубок 4 жестко закреплен в цилиндрическом корпусе 1 сепаратора.

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 с возможностью изменения площади поперечного сечения его выходного отверстия. При этом дефлектор 7 ограничен внутренней поверхностью стенки корпуса 1 сепаратора, верхней 10 и нижней 11 горизонтальными крышками дефлектора 7, жестко закрепленными к стенке корпуса 1, а также упругой изогнутой вертикальной пластиной 12. Изогнутая вертикальная пластина 12 консольно жестко закреплена к стенке корпуса 1 сепаратора и к части прилегающих граней горизонтальных крышек (10, 11) дефлектора 7. Свободные части верхней и нижней граней изогнутой вертикальной пластины 12 выполнены с возможностью перемещения без зазора вдоль поверхностей верхней 10 и нижней 11 горизонтальных крышек дефлектора. Указанное перемещение обеспечивает вышеупомянутую возможность изменения площади поперечного сечения его выходного отверстия дефлектора 7.

В средней части изогнутая вертикальная пластина 12 дефлектора опирается на находящийся вне дефлектора упор 13 устройства регулировки (фиг.2). Устройство регулировки предназначено для позиционирования свободной части изогнутой вертикальной пластины 12 дефлектора 7. На внешней поверхности сепаратора размещен орган управления 14, механически связанный с упором 13 (фиг.3). При этом перемещение органа управления 14 вызывает перемещение упора 13.

Сливной патрубок 6 расположен в нижнем днище 3 сепаратора.

Сепарационный пакет 8 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 (фиг.2). Плоские изогнутые пластины 15 жестко закреплены в нижней части к нижнему осевому диску 17 (фиг.1). Диск 17 жестко закреплен к пальцу 18, конец которого расположен без зазора в отверстии ложного днища 9, расположенного с кольцевым зазором к вертикальному корпусу 1 и жестко закрепленного к корпусу 1 с помощью Г-образных пластин 19. При этом сепарационный пакет 8 расположен в осевой зоне сепаратора так, что ось сепарационного пакета 8 параллельна оси цилиндрического корпуса 1 сепаратора и смещена относительно нее.

Над нижним осевым диском 17 расположен верхний осевой диск 20, соединенный с ним посредством радиальных пластин 21. Пластины 21 также предназначены для исключения вращательного эффекта газового потока ниже зоны их расположения.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1.

К изогнутой вертикальной пластине 12 дефлектора 7 в области ее жесткого закрепления к горизонтальным крышкам (10, 11) дефлектора жестко закреплена отражательная пластина 22 (фиг.4). Внутренняя стенка корпуса 1, изогнутая вертикальная пластина 12 дефлектора и отражательная пластина 22 образуют открытый снизу улавливающий карман 23. Карман 23 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.

Пример 2.

Устройство регулировки выполнено в виде вала 24, вертикально закрепленного с возможностью вращения вблизи изогнутой вертикальной пластины 12 дефлектора 7 (фиг.3). Упор 13 выполнен в виде нескольких эксцентриков, которые жестко закреплены на валу 24.

Верхний конец вала 24 выходит за пределы внутреннего пространства сепаратора и снабжен рычагом, который является органом управления 14. Рычаг снабжен указателем со шкалой (не показано).

Пример 3.

Устройство регулировки выполнено в виде вала 24, вертикально закрепленного с возможностью вращения вблизи изогнутой вертикальной пластины 12 дефлектора (фиг.5). Часть вала 24, находящаяся на уровне всей высоты изогнутой вертикальной пластины 12 дефлектора, выполнена эксцентричной и выполняет функцию упора 13.

Верхний конец вала 24 выходит за пределы внутреннего пространства сепаратора и снабжен рычагом, который является органом управления 14. Рычаг снабжен указателем со шкалой (не показано).

Реализация конструктивных элементов заявляемого изобретения не ограничивается приведенными выше примерами.

Заявляемый газовый сепаратор вихревого типа используют следующим образом.

Газ, подлежащий очистке (сырой газ), подводят в аппарат через входной патрубок 4. В зависимости от предполагаемого расхода газа (производительности сепаратора) органом управления 14 устанавливают оптимальное положение изогнутой вертикальной пластины 12 дефлектора 7, а следовательно, поперечное сечение выхода дефлектора 7.

Дефлектор 7 плавно изменяет направление движения газа и формирует вихревое движение газа вокруг сепарационного пакета 8.

В пространстве, образованном стенкой корпуса 1 и сепарационным пакетом 8, 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. Достигая плоскости ложного днища 9, жидкость и механические примеси проходят через кольцевой зазор между корпусом 1 и ложным днищем 9 и транспортируются к сливному патрубку 6.

Мелкодисперсная капельная жидкость, не осевшая на стенке корпуса 1, 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 9, откуда через кольцевой зазор между корпусом 1 и ложным днищем 9 транспортируются к сливному патрубку 6.

Очищенный газовый поток направляется в выходной патрубок 5.

В заявляемом изобретении заявляемый технический результат: «обеспечение возможности регулирования площади поперечного сечения выхода дефлектора» достигается за счет того, что сепаратор газовый вихревого типа содержит вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки, сепарационный пакет, ложное днище, дефлектор, расположенный у входного патрубка и ограниченный внутренней поверхностью стенки корпуса сепаратора, верхней и нижней крышками дефлектора, жестко закрепленными к стенке корпуса, а также изогнутой вертикальной пластиной. При этом верхняя и нижняя крышки дефлектора выполнены горизонтальными, а изогнутая вертикальная пластина выполнена упругой. При этом изогнутая вертикальная пластина консольно жестко закреплена к стенке корпуса сепаратора и к части прилегающих граней крышек дефлектора, а свободные части верхней и нижней граней изогнутой вертикальной пластины выполнены с возможностью свободного перемещения без зазора вдоль поверхностей соответственно верхней и нижней крышек дефлектора. При этом сепаратор дополнительно содержит устройство регулировки, содержащее механически связанные упор и орган управления, причем на упор устройства регулировки опирается изогнутая вертикальная пластина дефлектора в средней своей части, а орган управления закреплен на внешней поверхности сепаратора.

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.

8. Л.М.Мильштейн, С.И.Бойко, Е.П.Запорожец. Нефтегазопромысловая сепарационная техника. Москва, Недра, 1991 год.

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, сепарационный пакет, ложное днище, дефлектор, расположенный у входного патрубка и ограниченный внутренней поверхностью стенки корпуса, верхней и нижней крышками дефлектора, изогнутой вертикальной пластиной. Крышки дефлектора выполнены горизонтальными. Изогнутая вертикальная пластина выполнена упругой и консольно жестко закреплена к стенке корпуса сепаратора и к части прилегающих граней крышек дефлектора, а свободные части верхней и нижней граней изогнутой вертикальной пластины выполнены с возможностью свободного перемещения без зазора вдоль поверхностей соответственно верхней и нижней крышек дефлектора. Сепаратор дополнительно содержит устройство регулировки, содержащее механически связанные упор и орган управления, причем на упор устройства регулировки опирается изогнутая вертикальная пластина дефлектора в средней своей части, а орган управления закреплен на внешней поверхности сепаратора. Технический результат: поддержание постоянной скорости вихревого движения потока в сепараторе, а следовательно, эффективности, при изменении в широком диапазоне расхода газа, то есть при изменении параметров потока на входе в сепаратор. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Сепаратор газовый вихревого типа, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки, сепарационный пакет, ложное днище, дефлектор, расположенный у входного патрубка и ограниченный внутренней поверхностью стенки корпуса сепаратора, верхней и нижней крышками дефлектора, жестко закрепленными к стенке корпуса, а также изогнутой вертикальной пластиной, отличающийся тем, что верхняя и нижняя крышки дефлектора выполнены горизонтальными, а изогнутая вертикальная пластина выполнена упругой, при этом изогнутая вертикальная пластина консольно жестко закреплена к стенке корпуса сепаратора и к части прилегающих граней крышек дефлектора, а свободные части верхней и нижней граней изогнутой вертикальной пластины выполнены с возможностью свободного перемещения без зазора вдоль поверхностей соответственно верхней и нижней крышек дефлектора, при этом сепаратор дополнительно содержит устройство регулировки, содержащее механически связанные упор и орган управления, причем на упор устройства регулировки опирается изогнутая вертикальная пластина дефлектора в средней своей части, а орган управления закреплен на внешней поверхности сепаратора.

2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что к изогнутой вертикальной пластине дефлектора в области ее жесткого закрепления к крышкам дефлектора жестко закреплена отражательная пластина, формирующая совместно с внутренней стенкой корпуса и изогнутой вертикальной пластиной дефлектора открытый снизу улавливающий карман.

3. Сепаратор по.п.1, отличающийся тем, что устройство регулировки выполнено в виде вала, вертикально закрепленного с возможностью вращения вблизи изогнутой вертикальной пластины дефлектора, а упор выполнен в виде нескольких эксцентриков, которые жестко закреплены на валу, при этом верхний конец вала выходит за пределы внутреннего пространства сепаратора и снабжен рычагом, который является вышеупомянутым органом управления.

4. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что устройство регулировки выполнено в виде вала, вертикально закрепленного с возможностью вращения вблизи изогнутой вертикальной пластины дефлектора, при этом часть вала, находящаяся на уровне всей высоты изогнутой вертикальной пластины дефлектора выполнена эксцентричной и является упором, при этом верхний конец вала выходит за пределы внутреннего пространства сепаратора и снабжен рычагом, который является вышеупомянутым органом управления.

5. Сепаратор по п.3 или 4, отличающийся тем, что рычаг снабжен указателем со шкалой.