Сепаратор газожидкостный вихревого типа Российский патент 2024 года по МПК B01D45/12 

Область техники

Заявляемое изобретение относится к области отделения дисперсных частиц от газов с использованием центробежных сил. Заявляемый сепаратор газожидкостный вихревого типа может быть использован в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.

Уровень техники

Среди газовых сепараторов известна группа сепараторов (патенты RU 2304455, 2007; RU 58379, 2006; RU 2299756, 2007; RU 59436, 2006; RU 2377049, 2009; RU 90701, 2010; RU 2356600, 2009; RU 2366489, 2009; RU 2311946, 2007; RU 2366490, 2009; RU 2366491, 2009), содержащих вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор, вертикальный сепарационный пакет, состоящий из вертикальных плоских изогнутых сепарационных пластин, которые в зоне нахлестки образуют щелевые каналы, верхний и нижний осевые диски, расположенные в нижней части сепарационного пакета, соединенные посредством радиальных пластин.

Известна группа сепараторов газожидкостных вихревого типа (патенты RU 107705, 2011; RU 2452555, 2012; RU 106133, 2011; RU 2454266, 2012), конструкция которых аналогична вышеупомянутой. В этих сепараторах расположенные в нижней части сепарационного пакета верхний и нижний осевые диски, соединенные посредством радиальных пластин, образуют антизавихритель.

Недостатком всех вышеуказанных сепараторов является выполнение верхнего осевого диска антизавихрителя плоским. Это приводит к тому, что при эксплуатации сепаратора на верхней поверхности этого диска скапливается относительно большое количество малоподвижной жидкости, которая постоянно контактирует с вихревым потоком внутри сепарационного пакета, способствуя вторичному уносу жидкости в выходной патрубок.

Раскрытие изобретения

Технической задачей, на решение которой направлено предложенное техническое решение, является сокращение вторичного уноса жидкости.

Техническим результатом, обеспечиваемым предложенным техническим решением, является обеспечение отвода жидкости с верхней поверхности антизавихрителя и уменьшение таким образом количества жидкости, с которой контактирует вихревой поток газа внутри сепарационного пакета. Это приводит к снижению эффекта вторичного уноса жидкости в выходной патрубок сепаратора.

Сущность изобретения состоит в том, что сепаратор газожидкостный вихревого типа содержит вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки, дефлекторную пластину, сепарационный пакет, состоящий из плоских изогнутых сепарационных пластин, в нижней части которого размещен антизавихритель, представляющий собой верхнюю и нижнюю перегородки, между которыми размещены направляющие. Отличается тем, что верхняя перегородка антизавихрителя выполнена конусообразной, сужающейся книзу и снабженной внизу отверстием.

Благодаря конусообразной форме верхней перегородки антизавихрителя попадающая на нее жидкость стекает с нее на нижнюю перегородку, где она уже не контактирует с вихревым потоком газа внутри сепарационного пакета, что снижает эффект вторичного уноса жидкости.

В частных случаях сепаратор выполняют следующим образом.

Верхнюю перегородку предпочтительно выполнена в форме усеченного конуса.

Направляющие антизавихрителя могут быть выполнены в виде плоских радиальных пластин. Эти направляющие желательно выполнены в виде пластин, изогнутых по направлению движения вихревого потока вокруг сепарационного пакета. Направляющие целесообразно выполнять перфорированными.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана схема сепаратора, продольный разрез, сечение А-А фиг. 2 и 3; на фиг. 2 - схема сепаратора, поперечный разрез, сечение Б-Б фиг. 1; на фиг. 3 - схема сепаратора, поперечный разрез, сечение В-В фиг. 1.

Осуществление изобретения

Сепаратор газожидкостный вихревого типа (фиг. 1, 2) содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, верхнее 2 и нижнее 3 днища, входной 4, выходной 5 и сливной 6 патрубки, дефлекторную пластину 7, отражательную пластину 8, сепарационный пакет 9, ложное днище 10.

Входной патрубок 4 предпочтительно 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.

Внутренняя стенка корпуса 1 и дефлекторная пластина 7 образуют дефлектор. Дефлектор расположен у входного патрубка 4. В нем происходит формирование вращательного (вихревого) движения газового потока внутри сепаратора. Дефлекторная пластина 7 также препятствует поступлению газового потока в осевую зону сепаратора без его предварительного разделения. Внутренняя стенка корпуса 1, отражательная пластина 8 и дефлекторная пластина 7 образуют улавливающий карман 11. Карман 11 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.

Дефлекторная пластина может быть выполнена упругой, как подробнее раскрыто в патенте RU 2366490, и снабжена средством регулировки расстояния между этой пластиной и корпусом. Либо дефлекторная пластина может быть снабжена по всей высоте на конце упругим элементом, перекрывающим выход дефлектора, как подробнее раскрыто в патенте RU 2366491.

По одному из примеров исполнения дефлекторная пластина может быть выполнена спиралеобразной формы, как раскрыто в патенте RU 2346727, так что длина пути газового потока в дефлекторе составляет не менее одного оборота вокруг вертикальной оси корпуса. При этом дефлектор выполнен с постепенно увеличивающейся высотой, достигающей своего максимума напротив входного патрубка. Далее по ходу движения высота дефлектора остается неизменной.

По другому примеру сепаратор может быть снабжен вертикальными разделительными пластинами, размещенными вдоль корпуса сепаратора от конца дефлекторной пластины до начала отражательной пластины, образуя жидкостный канал, как описано в патентах RU 2452555, RU 107705. Разделительные пластины установлены на всю высоту сепарационного пакета с зазором друг относительно друга, к дефлекторной и отражательной пластинам. Начало первой разделительной пластины размещено по касательной относительно конца дефлекторной пластины, начало каждой последующей разделительной пластины размещено по касательной относительно конца предыдущей разделительной пластины, начало отражательной пластины размещено по касательной относительно конца последней разделительной пластины. Каждая разделительная пластина по всей высоте со стороны набегающего газожидкостного потока снабжена выполненной под тупым углом к ней отбортовкой, направленной к сепарационному пакету. Отбортовка служит дополнительной сепарационной поверхностью. Отбортовка полностью или частично перекрывает зазор между смежными дефлекторной или разделительными пластинами в проекции на плоскость, соединяющую края разделительных пластин (край дефлекторной пластины и край разделительной пластины для первой разделительной пластины), ограничивающих соответствующий зазор. Целесообразно выполнять сепаратор так, чтобы площадь поперечного сечения жидкостного канала на выходе из дефлектора была меньше суммарной площади следующих сечений:

- площади нормального к отбортовке сечения между краем дефлекторной пластины и отбортовкой первой разделительной пластины;

- суммы площадей нормальных к отбортовкам сечений между отбортовками и краями смежных разделительных пластин;

- площади зазора между краем последней разделительной пластины и краем отражательной пластины.

По еще одному примеру у выхода из дефлектора на корпусе могут быть закреплены горизонтальные пластины, ширина которых меньше ширины пространства между сепарационным пакетом и корпусом. Подробнее это раскрыто в патенте RU 2311946.

Сепарационный пакет 9 выполнен цилиндрической или конической формы и содержит плоские изогнутые сепарационные пластины 12, расположенные в его образующей поверхности и формирующие в зоне нахлестки одинаковые и постоянные по размеру щелевые каналы 13. Для конического сепарационного пакета постоянство размера щелевого канала соблюдается в каждой плоскости сечения пакета плоскостью, нормальной к оси пакета. Подробнее исполнение конического сепарационного пакета раскрыто в патенте RU 2356601. Концы плоских изогнутых пластин 12 направлены в разные стороны по касательной к окружностям, расположенным в поперечном сечении сепаратора, одна из которых описана вокруг сепарационного пакета 9, а другая вписана в сепарационный пакет 9. Пластины могут быть снабжены отверстиями, как более подробно раскрыто в патенте RU 2356601. Пластины 12 жестко закреплены в нижней части к антизавихрителю. Сепарационный пакет 9 расположен соосно цилиндрическому корпусу 1. По другому примеру исполнения, раскрытому в патентах RU 2304455, RU 58379, RU 2346727, сепарационный пакет может быть расположен в осевой зоне сепаратора так, что ось сепарационного пакета параллельна оси цилиндрического корпуса сепаратора и смещена относительно нее. При этом сепарационный пакет находится в центре внутреннего пространства, образованного корпусом и дефлекторной пластиной.

Антизавихритель 17 состоит из нижней осевой перегородки 14 и верхней осевой перегородки 15, соединенных между собой направляющими 16. Нижняя осевая перегородка 14 выполнена в виде плоского диска и жестко закреплена к одному или более пальцам 18 (на фиг. 1 показан один палец). Пальцев может быть четыре, как более подробно раскрыто в патентах RU 2299756, RU 59436. Концы пальцев 18 расположены без зазора, в отверстиях ложного днища 10. Сепарационные пластины 12 закреплены к нижней перегородке 14 антизавихрителя. Верхняя осевая перегородка 15 выполнена конусообразной, сужающейся книзу. Предпочтительно верхняя перегородка выполнена в форме усеченного конуса. Направляющие 16 предназначены для исключения вихревого движения газового потока ниже зоны их расположения. Направляющие могут быть выполнены в виде плоских радиальных пластин. Предпочтительно направляющие выполнены в виде пластин, изогнутых по направлению движения вихревого потока вокруг сепарационного пакета (фиг. 3), как более подробно раскрыто в патенте RU 106133. По другому примеру исполнения направляющие могут быть дополнительно перфорированы, как более подробно раскрыто в патенте RU 2454266.

Внутри сепарационного пакета и соосно ему может быть установлен газоотборный элемент цилиндрической формы, выполненный с возможностью пропускать газ через боковую поверхность, как более подробно описано в патентах RU 2299756, RU 59436. Верхний край газоотборного элемента расположен на уровне верхнего края сепарационного пакета. Газоотборный элемент может быть выполнен аналогично сепарационному пакету, может быть выполнен в виде трубы с прямоугольными перфорационными отверстиями. Газоотборный элемент может быть выполнен из коалесцирующего материала, как подробнее раскрыто в патенте RU 90701. Нижний край газоотборного элемента прикреплен к его собственному антизавихрителю, который может быть выполнен аналогично антизавихрителю сепарационного пакета, как описано выше, а может иметь любую другую известную конструкцию (например, антизавихритель газоотборного элемента может иметь два диска, между которыми расположены радиальные пластины).

Ложное днище 10 расположено с кольцевым зазором 19 к вертикальному корпусу 1, и жестко закреплено к корпусу 1 с помощью Г-образных пластин 20.

Под ложным днищем может быть размещена спиральная пластина, как более подробно раскрыто в патенте RU 2366489.

Сливной патрубок 6 расположен в нижнем днище 3 сепаратора.

В верхней части сепарационного пакета 9 между нижней наружной поверхностью выходного патрубка и внутренней поверхностью верхней части плоских изогнутых пластин образован кольцевой зазор, который совместно с нижней поверхностью верхнего днища формирует карман-ловушку.

Для целей улавливания жидкостной пленки на выходе, как подробнее раскрыто в патентах RU 2304455, RU 58379, а также в патенте RU 2346727, сепаратор может содержать накопительную камеру между сепарационным пакетом и верхним днищем. При этом сепарационный пакет закреплен к горизонтальной перегородке, а входной патрубок расположен ниже нее. При вертикальном размещении выходного патрубка в верхнем днище над горизонтальной перегородкой с частичным перекрытием расположены конусообразные направляющие конфузоры соосно с сепарационным пакетом и выходным патрубком, при этом перекрытия конфузоров образуют кольцевые зазоры, расположенные навстречу движения газового потока. Вместо всех или части конфузоров накопительная камера может быть заполнена коалесцирующим материалом, как подробнее раскрыто в патенте RU 2377049. При горизонтальном размещении выходного патрубка в корпусе в области накопительной камеры в верхней части корпуса сепаратора расположен тонкослойный отбойник, содержащий соосно расположенные конусообразные пластины разного размера, и кольцевой гидравлический карман, при этом пластины расположены соосно с сепарационным пакетом и образуют кольцевые зазоры. Отбойник также может быть выполнен коническим с дренажным стержнем, как подробнее раскрыто в патенте RU 2366489. Дренажная трубка проходит в улавливающем кармане и соединяет накопительную камеру (и/или кольцевой гидравлический карман при его наличии) с пространством под ложным днищем, где она может быть снабжена гидравлическим затвором. Вместо дренажной трубки сепаратор может быть снабжен на входе эжекционной камерой, сообщающейся с накопительной камерой и в которой входной патрубок расположен соосно эжектору, как раскрыто в патентах RU 2299756, RU 59436. Дренажная трубка может выходить в пространстве между сепарационным пакетом и корпусом (внутри дефлектора или вблизи него), при этом конец этой трубки ориентирован по ходу движения вихревого потока. Подробнее это раскрыто в патенте RU 2356600. Там же раскрыто, что вместо такой дренажной трубки отверстие в горизонтальной перегородке может быть закрыто каплевидным обтекателем, имеющим выходное отверстие в его нижней точке.

Реализация конструктивных элементов заявляемого изобретения не ограничивается приведенными выше примерами.

Заявляемый газожидкостный сепаратор вихревого типа работает следующим образом.

Газожидкостную смесь, подлежащую очистке, подводят в сепаратор через входной патрубок 4. Дефлекторная пластина 7 плавно изменяет направление движения газа, и формирует его вихревое движение в корпусе 1 вокруг сепарационного пакета 9.

В пространстве между сепарационным пакетом и корпусом из газожидкостного потока выделяется основная масса жидкости и механические примеси. Большая часть жидкости и механические примеси 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, движущаяся вдоль стенки корпуса, попадают в улавливающий карман 11, и стекают по его стенкам вниз, к ложному днищу 10. Достигая плоскости ложного днища 10, жидкость и механические примеси проходят через кольцевой зазор 19 между корпусом 1 и ложным днищем 10, и транспортируются к сливному патрубку 6.

Газ, выходя из дефлектора и двигаясь по пространству между сепарационным пакетом и корпусом, имея меньшую плотность, вытесняется к сепарационному пакету и попадает на наружную поверхность плоских изогнутых пластин 12 сепарационного пакета 9. Мелкодисперсная капельная жидкость, увлеченная этим газовым потоком, транспортируется им через щелевые каналы 13 сепарационного пакета на внутреннюю поверхность сепарационных пластин 12. Опускаясь по внутренней поверхности пластин 12, частицы жидкости, приблизившись к нижним кромкам этих пластин 12, соскальзывают с них и попадают на поверхность ложного днища 10, откуда через кольцевой зазор 19 между корпусом 1 и ложным днищем 10 транспортируются к сливному патрубку 6.

Часть жидкости с сепарационных пластин, а также частицы жидкости, увлекаемые меняющим направление движения газовым потоком, попадают на верхнюю поверхность верхней осевой перегородки 15 антизавихрителя. Благодаря конусообразной форме перегородки 15 жидкость стекает по ней в отверстие в центре перегородки на нижнюю осевую перегородку 14, откуда она стекает на ложное днище и затем - к сливному патрубку. Находясь на нижней осевой перегородке, жидкость уже не контактирует с вихревым потоком газа внутри сепарационного пакета, что снижает эффект вторичного уноса жидкости.

Очищенный газовый поток направляется в выходной патрубок 5.

Заявляемое изобретение реализовано с применением промышленно выпускаемых материалов, может быть изготовлено на машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области отделения дисперсных частиц от газов с использованием центробежных сил. Сепаратор содержит вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки, дефлекторную пластину. Также сепаратор включает сепарационный пакет, состоящий из плоских изогнутых сепарационных пластин, в нижней части которого размещен антизавихритель. Антизавехритель представляет собой верхнюю и нижнюю перегородки, между которыми размещены направляющие. Верхняя перегородка антизавихрителя выполнена конусообразной, сужающейся книзу и снабженной внизу отверстием. Изобретение позволяет обеспечить отвод жидкости с верхней поверхности антизавихрителя и уменьшить таким образом количество жидкости, с которой контактирует вихревой поток газа внутри сепарационного пакета. Это приводит к снижению эффекта вторичного уноса жидкости в выходной патрубок сепаратора. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Сепаратор газожидкостный вихревого типа, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки, дефлекторную пластину, сепарационный пакет, состоящий из плоских изогнутых сепарационных пластин, в нижней части которого размещен антизавихритель, представляющий собой верхнюю и нижнюю перегородки, между которыми размещены направляющие, отличающийся тем, что верхняя перегородка антизавихрителя выполнена конусообразной, сужающейся книзу и снабженной внизу отверстием.

2. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что верхняя перегородка выполнена в форме усеченного конуса.

3. Сепаратор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что направляющие антизавихрителя выполнены в виде плоских радиальных пластин.

4. Сепаратор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что направляющие антизавихрителя выполнены в виде пластин, изогнутых по направлению движения вихревого потока вокруг сепарационного пакета.

5. Сепаратор по п. 4, отличающийся тем, что направляющие антизавихрителя выполнены перфорированными.