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.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является известный из описания к патенту РФ №2304455 на изобретение сепаратор газовый вихревого типа (МПК В01D 45/12, 2007), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор с отражательной пластиной, образующие с внутренней стенкой корпуса улавливающий карман, сепарационный пакет, состоящий из вертикальных плоских изогнутых сепарационных пластин, которые в зоне нахлестки образуют щелевые каналы, ложное днище, карман-ловушку, расположенную в верхней части сепарационного пакета. Выходной патрубок расположен вертикально. 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. Направляющие конфузоры расположены один над другим с частичным перекрытием и образуют в зоне перекрытия кольцевые зазоры. Сепаратор также содержит дренажную трубку, расположенную в улавливающем кармане и гидравлически соединяющую пространство, образованное конфузорами, верхней частью вертикального корпуса, верхним днищем и горизонтальной перегородкой, с нижней частью сепаратора.

Недостатком известного устройства является наличие направляющих конфузоров, выполненных сплошными. При повышении нагрузки на сепаратор указанный недостаток приводит к тому, что пленочная жидкость, движущаяся по внутренним поверхностям направляющих конфузоров, не полностью удаляется через кольцевые зазоры из потока газа, выходящего из сепаратора. Это происходит ввиду ограниченности площади кольцевых зазоров, способных принимать жидкостную пленку.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение диапазона эффективных нагрузок сепаратора без увеличения его геометрических размеров и без существенного усложнения технологии изготовления.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является повышение эффективности сепарации при повышенном расходе газа (повышенных нагрузках на сепаратор) при одновременном сохранении геометрических размеров сепаратора.

Сущность изобретения состоит в том, что сепаратор газовый вихревого типа содержит вертикальный цилиндрический корпус с верхним и нижним днищами, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор с отражательной пластиной, сепарационный пакет, непосредственно над которым расположена горизонтальная перегородка, в отверстии которой размещена труба. Указанная труба в нижней части совместно с горизонтальной перегородкой образует карман-ловушку. Сепаратор также содержит дренажную трубку, гидравлически соединяющую пространство над горизонтальной перегородкой с нижней частью сепаратора. При этом сепаратор дополнительно снабжен насадкой, размещенной над горизонтальной перегородкой. Насадка выполнена из коалесцирующего материала. В насадке выполнен полый коалесцирующий канал, соединяющий трубу с выходным патрубком.

Насадка предпочтительно заполняет пространство сепаратора над горизонтальной перегородкой так, что верхний край насадки расположен выше нижнего края выходного патрубка, а нижний край насадки - ниже верхнего края трубы. При этом допустимо выполнять насадку уложенной непосредственно на горизонтальную перегородку и заполняющей все пространство сепаратора между горизонтальной перегородкой и верхним днищем, за исключением области коалесцирующего канала.

Возможно выполнять трубу и коалесцирующий канал цилиндрической формы. При этом диаметр трубы целесообразно выполнять равным диаметру выходного патрубка.

Также возможно выполнять трубу и коалесцирующий канал конической формы. При этом меньший диаметр трубы желательно выполнять больше диаметра выходного патрубка.

Насадку допустимо выполнять из металлической стружки или волокнистого пластика.

Сепарационный пакет возможно располагать в корпусе сепаратора со смещением в направлении от дефлектора на расстояние, равное половине среднего расстояния от дефлектора до корпуса сепаратора.

Нижний конец дренажной трубки целесообразно 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).

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, жестко закрепленную в корпусе 1 горизонтальную перегородку 9, сепарационный пакет 10, ложное днище 11 и насадку 12, выполненную из коалесцирующего материала.

Входной патрубок 4 расположен ниже горизонтальной перегородки 9 и жестко закреплен в цилиндрическом корпусе 1 сепаратора. Входной патрубок 4 расположен в корпусе 1 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. Внутренняя стенка корпуса 1, дефлектор 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.

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 верхней части к горизонтальной перегородке 9, а в нижней части - к нижнему осевому диску 17. Палец 18 жестко закреплен одним концом к диску 17. Другим концом палец 18 расположен без зазора в отверстии ложного днища 11, расположенного с зазором к вертикальному корпусу 1 и жестко закрепленного в нескольких местах по периметру 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.

В отверстии горизонтальной перегородки 9, расположенном соосно с сепарационным пакетом 10, размещена труба 20, жестко соединенная с горизонтальной перегородкой 9. В верхней части сепарационного пакета 10 между нижней наружной поверхностью трубы 20 и внутренней поверхностью верхней части плоских изогнутых пластин 15 образован кольцевой зазор, который совместно с нижней поверхностью горизонтальной перегородки 9 сформировал карман-ловушку 23. Выступающая над горизонтальной перегородкой 9 часть трубы 20 образует барьер для предотвращения слива уловленной жидкости из пространства над горизонтальной перегородкой 9 в отверстие этой перегородки.

Выходной патрубок 5 расположен в верхнем днище 2 соосно с сепарационным пакетом 10.

Труба 20 соединена с выходным патрубком 5 полым коалесцирующим каналом 28, образованным в центральной части насадки 12. Стенки канала 28 образованы коалесцирующим материалом насадки 12. При этом насадка 12 заполняет пространство сепаратора над горизонтальной перегородкой 9 так, что верхний край насадки 12 расположен выше нижнего края выходного патрубка 5, а нижний край насадки - ниже верхнего края трубы 20. Насадка 12 и образованный ею коалесцирующий канал 28 предназначены для отвода пленочной жидкости из выходящего газового потока, в частности с внутренней поверхности трубы 20, в верхнюю накопительную камеру 21 сепаратора.

Сепаратор содержит также вертикальную дренажную трубку 22, расположенную в кармане 14. Один конец дренажной трубки 22 расположен в дренажном отверстии горизонтальной перегородки 9, а другой конец расположен под ложным днищем 11. Нижний конец дренажной трубки 22 может быть снабжен гидравлическим затвором.

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.

Ось сепарационного пакета 10 смещена относительно оси корпуса 1 сепаратора в направлении от дефлектора 7 на расстояние, равное половине среднего расстояния от дефлектора 7 до корпуса 1 сепаратора.

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.

Пример 2.

Диаметр трубы 20 равен диаметру выходного патрубка 5. Труба 20 и коалесцирующий канал 28 имеют цилиндрическую форму.

Пример 3.

С целью интенсификации отвода пленочной жидкости труба 20 выполнена больше по диаметру, чем выходной патрубок. Труба 20 и колесцирующий канал 28 имеют коническую форму.

Пример 4.

Для предотвращения деформации и упрощения монтажа насадка 12 уложена непосредственно на горизонтальную перегородку 9 и заполняет все пространство сепаратора между горизонтальной перегородкой 9 и верхним днищем 2, за исключением области коалесцирующего канала 28.

Пример 5.

Коалесцирующим материалом, из которого выполнена насадка 12, является металлическая стружка.

Пример 6.

Коалесцирующим материалом, из которого выполнена насадка 12, является волокнистый пластик.

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 дефлектор 7.

Дефлектор 7 плавно изменяет направление движения газа и формирует вихревое движение газа вокруг сепарационного пакета 10.

В пространстве, образованном стенкой корпуса 1 и сепарационным пакетом 10, 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. Часть жидкости и механических примесей попадает при этом в улавливающий карман 14 и стекает по его стенкам вниз, к ложному днищу 11. Достигая плоскости ложного днища 11, жидкость и механические примеси (попавшие и не попавшие в улавливающий карман 14) проходят через кольцевой зазор 27 между корпусом 1 и ложным днищем 11 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 приближаются к нижним кромкам этих пластин 15, соскальзывают с них и попадают на поверхность ложного днища 11, откуда через кольцевой зазор 27 между корпусом 1 и ложным днищем 11 транспортируются к сливному патрубку 6.

Вращаясь в направлении газового потока, неотсепарированная пленочная часть жидкости захватывается карманом-ловушкой 23 (ее наружный диаметр больше внутреннего диаметра сепарационного пакета 10), и, продолжая свое вращательное движение в направлении газового потока и будучи прижатой к горизонтальной перегородке 9, под действием центробежной силы прижимается к верхней внутренней части пластин 15. После накопления в кармане-ловушке 23 достаточного количества жидкости она под действием силы тяжести стекает вниз по пластинам 15 и далее транспортируется на ложное днище 11, а затем - к сливному патрубку 6.

Оставшаяся более легкая пленочная часть жидкости, не задержанная карманом-ловушкой 23, поступает вместе с выходным газовым потоком в трубу 20. Двигаясь в направлении газового потока вверх по внутренней поверхности трубы 20, пленочная жидкость попадает в коалесцирующий канал 28, укрупняется на коалесцирующем материале его стенок и стекает через этот материал в верхнюю накопительную камеру 21. Накопленная в камере 21 жидкость под действием гравитационных сил отводится через дренажную трубку 22 в нижнюю часть сепаратора, а оттуда - к сливному патрубку 6.

Благодаря тому что коалесценция происходит на всей поверхности одноименного канала 28, удалось значительно увеличить верхнюю границу диапазона эффективных нагрузок сепаратора.

В заявляемом изобретении заявляемый технический результат: повышение эффективности сепарации при повышенном расходе газа (повышенных нагрузках на сепаратор) при одновременном сохранении геометрических размеров сепаратора достигается за счет того, что сепаратор газовый вихревого типа содержит вертикальный цилиндрический корпус с верхним и нижним днищами, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор с отражательной пластиной, сепарационный пакет, непосредственно над которым расположена горизонтальная перегородка, в отверстии которой размещена труба. Указанная труба в нижней части совместно с горизонтальной перегородкой образует карман-ловушку. Сепаратор также содержит дренажную трубку, гидравлически соединяющую пространство над горизонтальной перегородкой с нижней частью сепаратора. При этом сепаратор дополнительно снабжен насадкой, размещенной над горизонтальной перегородкой. Насадка выполнена из коалесцирующего материала. В насадке выполнен полый коалесцирующий канал, соединяющий трубу с выходным патрубком.

Выполненное авторами опытное испытание заявляемого сепаратора подтвердило достижение технического результата и увеличение верхней границы эффективного диапазона нагрузок на 15%.

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

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Описание к патенту РФ №2304455 на изобретение, МПК В01D 45/12, 2007 г.

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 с верхним и нижним днищами, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор с отражательной пластиной, сепарационный пакет, непосредственно над которым расположена горизонтальная перегородка, в отверстии которой размещена труба. Указанная труба в нижней части совместно с горизонтальной перегородкой образует карман-ловушку. Сепаратор также содержит дренажную трубку, гидравлически соединяющую пространство над горизонтальной перегородкой с нижней частью сепаратора. Сепаратор дополнительно снабжен насадкой, размещенной над горизонтальной перегородкой. Насадка выполнена из коалесцирующего материала. В насадке выполнен полый коалесцирующий канал, соединяющий трубу с выходным патрубком. Технический результат: повышение эффективности сепарации при повышенном расходе газа (повышенных нагрузках на сепаратор) при одновременном сохранении геометрических размеров сепаратора. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Сепаратор газовый вихревого типа, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с верхним и нижним днищами, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор с отражательной пластиной, сепарационный пакет, непосредственно над которым расположена горизонтальная перегородка, в отверстии которой размещена труба, образующая в нижней части совместно с горизонтальной перегородкой карман-ловушку, а также дренажную трубку, гидравлически соединяющую пространство над горизонтальной перегородкой с нижней частью сепаратора, отличающийся тем, что сепаратор дополнительно снабжен насадкой, размещенной над горизонтальной перегородкой и выполненной из коалесцирующего материала, причем в насадке выполнен полый коалесцирующий канал, соединяющий трубу с выходным патрубком.

2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что насадка заполняет пространство сепаратора над горизонтальной перегородкой так, что верхний край насадки расположен выше нижнего края выходного патрубка, а нижний край насадки - ниже верхнего края трубы.

3. Сепаратор по п.2, отличающийся тем, что насадка уложена непосредственно на горизонтальную перегородку и заполняет все пространство сепаратора между горизонтальной перегородкой и верхним днищем, за исключением области коалесцирующего канала.

4. Сепаратор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что труба и коалесцирующий канал выполнены цилиндрической формы, причем диаметр трубы равен диаметру выходного патрубка.

5. Сепаратор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что труба и коалесцирующий канал выполнены конической формы, причем меньший диаметр трубы больше диаметра выходного патрубка.

6. Сепаратор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что насадка выполнена из металлической стружки.

7. Сепаратор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что насадка выполнена из волокнистого пластика.

8. Сепаратор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что сепарационный пакет расположен в корпусе сепаратора со смещением в направлении от дефлектора на расстояние, равное половине среднего расстояния от дефлектора до корпуса сепаратора.

9. Сепаратор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что нижний конец дренажной трубки снабжен гидравлическим затвором.