Вихревой сепарационный элемент Советский патент 1983 года по МПК B04C3/06 

Изобретение относится к оборудованию для очистки газа от жидкости и механических примесей, в частности к прямоточным, вихревым (центробежным) сепараторам, применяемым в установках низкотемпературной сепарации природного газа.

Известен сепаратор, Б котором для повышения производительности и эффективности сепарации используется процесс рециркуляции части газового потока, заключающийся в том, что из селарационной камеры с отсепарированной фазой отводится часть газа, которая после дополнительной сепарации возвращается в вихревую сепарачионную камеру 1.

Е этом сепараторе газ рециркуляции подается в приосевые слои вихревого потока за счет разности давлеНИИ в периферийной и осевой зонах вращающегося потока.

Недостатком такого технического решения является то, что отделившиеся в процессе сепарации газа рециркуляции частички жидкости, попадая в приосевые слои вихревого потока, частично, уносятся с газом, снижая тем самым эффективность работы сепаратора.

Известен вихревой сепаратор, в котором газ рециркуляции эжектируется в периферийные слои вихревого потока, что обеспечивает более высокую эффективность сепарации за счет попадания капель жидкости с газом рециркуляции в пристенные слои С2.

Однако в таких аппаратах в тех случаях, когда динамический напор

10 газа рециркуляции на выходе из сепарационной камеры меньше потерь напора в репарационной камере возможно нарушение процесса рециркуляции газа - часть газа из сепарационной

15 камеры выходит через эжекционное отверстие и попадает в нее через каплепленкоотводящий канал навстречу отводимой жидкости, что резко снижает эффективность сепарации.

20

Известен центробежный сепарационный элемент, содержащий цилиндрическую вихревую камеру, осевой входной патрубок с размещенным в нем завих- рителем, осевой выходной патрубок,

25 кольцевой отводной канал, образованный между стенкой камеры и выходным патрубком, кольцевой рециркуляционг ный канал, образованный между стенкой камеры и входным патрубком, и

Ю кольцевую промежуточную щель для отвода части отсепарированной жидкоети. СЗ.

В известном сепарационном элементе отделенная (вместе с жидкостью) от основного газового потока часть газа образует поток газа рециркуляции, который после гравитационноинерционной сепарации в пространстве между корпусом сепаратора и сепарационной камерой направляется в пе риферийные слои газа в начале сепарационной камеры, диаметр которой больше диаметра входного патрубка. Для повышения эффективности очистки использован осевой завихритель с малым углом закрутки, что требует для создания нескольких витков вращения увеличения длины сепарационной камеры. В связи с этим увеличивается металлоемкость гидравлическое сопротивление потоку, возрастают потери давления, падает градиент давления и, как следствие, уменьшается количество рециркулирующего газа, что создает условия ддя уноса основным газовым потоком мелких, капель жидкости, что снижает эффективность сепарации

Цель изобретения - снижение металлоемкости за счет интенсификации процесса сепарации.

Для этого сепарационный элемент, содержащий цилиндрическую вихревую камеру, осевой входной патрубок, с завикрителем, осевой выходной патрубок, кольцевой отводной канаш, образованный между стенкой камеры и выходным патрубком, и кольцевой рециркуляционный канал, образованный между стенкой камеры и входным патрубком, снабжен кольцевой диафрагмой установленной на входе в рециркуляционный канал.

Кольцевая диафрагма может быть выполнена в виде плоского диска или конической.

На фиг. 1 изображен газожидкостный сепаратор с предлагаемым вихревым сепарационным элементом, на фиг. 2 - сепарационный элемент с диафрагмой в виде плоского диска; на фиг. 3 - сепарационный элемент с конической диафрагмой.

Вихревой сепаратор содержит установленную в корпусе 1 вихревую камеру 2, соосно которой установлены входной патрубок 3 с завихрителем 4 и выходной патрубок 5.

На входе сепарационной камеры установлена кольцевая диафрагма 6, образующая с входным патрубком кольцевой канал 7. Вихревая камера 2 с выходным патрубком 5 образует кольцевой канал 8.

Вихревой сепаратор работает следующим образом.

Газожидкостный поток поступает в патрубок 3 входа с завихрителем 4, приобретает вращательное движение и

попадает в вихревую камеру 2. Твердые и жидкие частицы в поле центробежных сил сепарируются в периферийные слои закрученного потока.

Отсепарйрованная фаза образует на поверхности камеры 2 пленку жидкости и газокапельный слой, которые потоком газа перемещаются в ловушку - кольцевой канал 8. Часть газа, включающая уловленную фазу в виде пленки и капель жидкости, отводится через канал 8 и образует поток газа рециркуляции, который сепарируется

в пространстве между вихревой камерой и корпусом сепаратора 1. Очищенный газ рециркуляции эжектируется через кольцевой канал 7 в вихревую камеру 2, попадает в вихревой поток неочищенного газа, где проходит дополнительную очистку от жидкости.

Известно, что в поле центробежных сил по радиусу вращения образуется поле давления, величина которого увеличивается от оси к периферии пропорционально R, где R - радиус удаления от центра вращения, п 1 - опытный показатель степени. При таком распределении давления по радиусу величина этого давления на большем радиусе всегда будет больше давления на меньшем радиусе вращающегося потока.

Использование диафрагмы 6 уменьшает радиус расположения канала 7 на входе газа. Поскольку кольцевой канал 7 на входе газа находится на меньшем удалении от оси вращения, чем кольцевой канал 8 на выходе, обеспечивается однонаправленный гра-г диент давления на выходе и входе. Это обеспечивает постоянное независимое от скорости газа направление потока газа рециркуляции от канала 8 к каналу 7, интенсификацию процесса рециркуляции,

В соответствии с данным предложением разработана модель сепаратора, которая испытана в стендовых условиях на системе воздух-вода. При исследованиях отрабатывалась конструкция диафрагмы и ее расположение по отношению к патрубку входа газа с завихрителем. Сравнение результатов проводилось с базовой моделью без кольцевой диафрагмы. Результаты .исследований показали, что во всем диапазоне производительностей предлагаемые конструкции имеют большую эффективность (коэффициент уноса меньше по сравнению с базовой). Это позволяет увеличить рабочую скорость и производительность сепаратора не менее, чем на 10-15% с одновременным увеличением эффективности сепарации.

На основании результатов исследований разработан технический проект (РП 619.02.01.000) на сепаратор

очистки газа от углеводородного конденсата в установках низкотемпературной сепарации. В сепараторе смонтированы вихревые сепарационные элементы предлагаемой конструкции, что позволило повысить рабочие скорости

в сепараторе. Сравнение производилость с базовым образцом одинаковой производительности серийно выпускаемым (ГП 366.03.01.000).

Сравнительные данные приведены в таблице.

Одинаковой производительности за счет BbicoKoft эффективности сепарации можно достигнуть в аппарате значительно меньшего диаметра, а следовательно, и металлоемкости (в 1,38 раза Формула изобретения 1. Вихревой сепарационный элемент содержащий цилиндрическую вихревую камеру, осевой входной патрубок с завихрителем, осевой выходной патрубок, кольцевой отводной канал, обра зованный между стенкой камеры и вход ным патрубком, отличающийс я тем, что, с целью снижения металлоемкости за счет интенсификации

-ФФг/г.f процесса сепарации, он снабжен кольцевой диафрагмой, установленной на входе в рециркуляционный канал. 2.Сепарационный элемент по п. 1, отличающийся тем, что диафрагма выполнена в виде плоского диска. 3.Сепарационный элемент по п. 1, отличающийся тем, что диафрагма выполнена конической. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Англии 1247126, кл. В 2 Р, опублик. 1971. 2.Авторское свидетельство СССР № 373018, кл. В 01 О 45/12, 1970. 3.Патент США № 3884660, кл. 55-396, опублик. 1975 (прототип)

/

фуг, 2

/

фуг.