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 год. [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 (ρ₁S₁v₁=ρ₂S₂V₂), 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

где Q - расход, a 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 прямо пропорциональна 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 действует 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 автоматическое поддержание неизменной скорости газового потока на выходе из дефлектора в широком диапазоне производительности (расхода) газа, то есть в широком диапазоне значений параметров потока на входе в сепаратор. Указанное постоянство скорости газового потока на выходе из дефлектора обеспечивает одинаковую эффективность сепаратора как для малых значений расхода, так и для средних и больших. Это позволяет эффективно 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, изогнутой стенкой, верхней и нижней крышками дефлектора. При этом на выходе из дефлектора к изогнутой стенке консольно закреплена упругая пластина, частично перекрывающая выход дефлектора под острым углом к выходящему из него газовому потоку. Упругая пластина выполнена с возможностью отклоняться к оси сепаратора под действием выходящего из дефлектора потока.

Предпочтительно выполнять упругую пластину из материала на основе резины и приклеивать ее к изогнутой стенке дефлектора со стороны сепарационного пакета. Целесообразно к изогнутой стенке дефлектора жестко закреплять отражательную пластину, формирующую совместно с внутренней стенкой корпуса и изогнутой стенкой дефлектора открытый снизу улавливающий карман.

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, поперечный разрез, пример 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 ограничен внутренней поверхностью стенки корпуса 1 сепаратора, верхней 10 и нижней 11 крышками дефлектора 7, жестко закрепленными к стенке корпуса 1, а также изогнутой стенкой 12. Изогнутая стенка 12 жестко закреплена к стенке корпуса 1 сепаратора и к прилегающим граням крышек (10, 11) дефлектора 7.

На выходе из дефлектора 7 по всей его высоте вертикально размещена упругая пластина 13, консольно закрепленная к изогнутой стенке 12 дефлектора (фиг.2). Упругая пластина 13 перекрывает выход дефлектора 7 под острым углом к выходящему из него газовому потоку. Упругая пластина 13 выполнена с возможностью отклоняться к оси сепаратора под действием выходящего из дефлектора 7 потока газа. Упругость и размер пластины 13 рассчитывается преимущественно таким образом, чтобы обеспечить значение эффективного сечения выхода дефлектора 7 прямо пропорциональное расходу газового потока через это сечение. Это в соответствии с выражением (1) обеспечивает постоянное значение скорости на выходе из дефлектора 7 и, следовательно, неизменное значение эффективности инерционной ступени сепарации в пространстве между сепарационным пакетом 8 и стенкой корпуса 1 сепаратора. При прочих равных условиях указанное означает неизменность эффективности всего сепаратора.

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

Упругая пластина 13 выполнена из материала на основе резины и приклеена к изогнутой стенке 12 дефлектора 7 со стороны сепарационного пакета 8

Пример 2

К изогнутой стенке 12 дефлектора 7 жестко закреплена отражательная пластина 22 (фиг.3). Внутренняя стенка корпуса 1, изогнутая стенка 12 дефлектора 7 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.

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

Выходящий из дефлектора 7 поток газа воздействует на упругую пластину 13, отклоняя ее к оси сепаратора и формируя таким образом эффективное сечение S выхода дефлектора 7, прямо пропорционально зависящее от величины расхода Q. Это в соответствии с выражением (1) обеспечивает постоянство скорости частиц, выходящих из дефлектора 7, независимо от величины расхода Q.

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 «автоматическое поддержание неизменной скорости газового потока на выходе из дефлектора в широком диапазоне производительности (расхода) газа, то есть в широком диапазоне значений параметров потока на входе в сепаратор» 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, изогнутой стенкой, верхней и нижней крышками дефлектора. При этом на выходе из дефлектора к изогнутой стенке консольно закреплена упругая пластина, частично перекрывающая выход дефлектора под острым углом к выходящему из него газовому потоку. Упругая пластина выполнена с возможностью отклоняться к оси сепаратора под действием выходящего из дефлектора потока.

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 сепаратора, изогнутой стенкой, верхней и нижней крышками дефлектора. На выходе из дефлектора к изогнутой стенке консольно закреплена упругая пластина, частично перекрывающая выход дефлектора под острым углом к выходящему из него газовому потоку. Упругая пластина выполнена с возможностью отклоняться к оси сепаратора под действием выходящего из дефлектора потока. Технический результат: автоматическое поддержание неизменной скорости газового потока на выходе из дефлектора, а следовательно, эффективности в широком диапазоне производительности (расхода) газа, то есть в широком диапазоне значений параметров потока на входе в сепаратор. 3 з.п. ф-лы, 3 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, изогнутой стенкой, верхней и нижней крышками дефлектора, отличающийся тем, что на выходе из дефлектора к изогнутой стенке консольно закреплена упругая пластина, частично перекрывающая выход дефлектора под острым углом к выходящему из него газовому потоку и выполненная с возможностью отклоняться к оси сепаратора под действием выходящего из дефлектора потока.

2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что упругая пластина выполнена из материала на основе резины.

3. Сепаратор по п.2, отличающийся тем, что упругая пластина приклеена к изогнутой стенке дефлектора со стороны сепарационного пакета.

4. Сепаратор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что к изогнутой стенке дефлектора жестко закреплена отражательная пластина, формирующая совместно с внутренней стенкой корпуса и изогнутой стенкой дефлектора открытый снизу улавливающий карман.