Циклонный сепаратор Советский патент 1992 года по МПК B01D45/12 B04C3/06 

Предполагаемое изобретение относится к газовой, нефтяной и химической промышленности для очистки природного и попутного газов от конденсата перед подачей к потребителю, а также для осушки сжатого воздуха от влаги после компрессора.

Известен циклонный сепаратор, содержащий цилиндрический корпус, к которому присоединен диффузорный насадок, осевой выводной патрубок, установленный с возможностью осевого перемещения, образованный между стенкой диффузорного насадка и выводным патрубком канал отвода отдельной жидкости с регулируемым входным сечением, завихритепь потока, установленный на входе корпуса вдоль подводящего патрубка, играющего роль камеры сепарации. Вывод отсепармрованных частиц осуществляется через кольцевую щель, образованную между диффузорным насадком и центральным отводом очищенного газа. Исходным продуктом сепарации является двухфазный поток, поступающий о цилиндрический корпус с установленным в нем завихрителем, при помощи которого поток закручивается и возникающие при этом центробежные силы отжимают капли жидкости на стойки корпуса, которые сливаются в пленку, которая перемещается потоком газа в устройство отвода через регулируемую кольцевую щель, а отвод очищенного газа осуществляется через осевой выводной патрубок к потребителю с дозвуковой скоростью.

Недостатками циклонного сепаратора являются недостаточная степень осушки газа, идущего к потребителю, что сокращает срок службы агрегатов, установленных после устройства сепарации, из-за коррозии проточных частей, вызываемых влажностью отбираемого газа, большие потери давления по сепарируемому тракту.

Целью предлагаемого технического решения является обеспечение отделения конденсирующихся примесей и уменьшение потерь давления.

Поставленная цель достигается тем, что в циклонном сепараторе завихритель выполнен лопастным с осевым обтекателем переменного поперечного сечения, образующим со стенкой корпуса конфузорно-диф- фузорное сверхзвуковое кольцевое сопло, а выеодной патрубок выполнен в виде сверхзвукового трубного диффузора с конфузор- но-диффузорной проточной частью.

На чертеже представлена конструкция циклонного сепаратора, который состомт из цилиндрического корпуса 1 с цилиндрической стенкой 4, лопастного завмхритсля 2 с осевым обтекателем 3, диффузорного насадка 5. сверхзвукового трубною диффузора 6, коллектора-сборника 7, выходной магистрали 8, замкнутой полости 9, каналов 10.

Работа устройства заключается в следующем. Газ с частицами и капельной жидкостью с высоким давлением поступает в корпус 1, в котором установлен завихритель 2, проходя через который поток приобрета0 ет закрутку и поступает в сверхзвуковое кольцевое сопло, образованное между корпусом 1 и обтекателем 3. В сужающемся участке до критического сечения во вращающемся потоке происходит сепарация час5 тиц жидкости к периферии, а ускорение потока вдоль оси при входе в горловину способствует дополнительному отбрасыванию частиц в сторону корпуса. В сверхзвуковой части вращающийся поток

0 продолжает ускоряться и сепарироваться, из-за снижения температуры в ней начинается спонтанная конденсация жидкости, которая усиливается за счет центров уже имеющейся конденсации, в качестве кото5 рых выступают неотсепарированные в дозвуковой сужающейся части сопла частицы и капли влаги. Для сепарадии этих частиц необходимо более длительное пребывание их во вращающемся потоке, поэтому пере0 охлахэденный неравновесный двухфазный поток за срезом сверхзвукового сопла завершает выделение конденсата из многокомпонентной смеси и его сепарацию на цилиндрическую стенку 4 корпуса, вдоль ко5 торой он движется в направлении отводящего устройства (благодаря осевой скорости, приобретенной в процессе разгона газа до сверхзвуковой скорости и по инерции) и через кольцевую щель диффу0 зорного насадка 5 попадает в сборник 7. Очмщеш-шй газ входит в сужающийся участок сверхзвукового диффузора, тормозится в системе косых скачков вплоть до FKp. Таким образом восстанавливается дзвле5 ние в проточной части сепарирующего устройства.

Сверхзвуковой трубный диффузор уста- нсзлен с зазором относительно корпуса сепаратора и диффузорного нзсздка 5 и

0 регулирование этого зазора 5 осуществляется изменением давления а полости 9. Перемещением сверхзвукового трубного диффузора б в пределах дмффузсрного нз- садка 5 достигается выбор оптимального 5 расстояния д , при котором эффективность отвода конденсата наибольшая.

Проточная часть сепаратора позволяет реализовать рабочий процесс такш- образом, что колебания расхода и давления в

магистрали за инерционный сепаратором не передаются в трубопровод и агрегаты, установленные перед его входом, поскольку образованное сверхзвуковое кольцевое сопло с центральным телом (обтекателем), на- пример, со степенью расширения РВх/Ра -3-5, где Рвх - давление газа на входе в сепаратор, а Рэ - давление на среза сопла, перед входом в цилиндрический участок 4 корпуса, позволяет разогнать поток до ско- рости, соответствующей числам Маха М 1,2-1,5, а затем его затормозить в сверхзвуковом трубном диффузоре, установленном перед выходом из сепаратора, что способствует восстановлению давления, и с учетом потерь, обеспечению общего отношения давлений на сепараторе Рвых/Рвх 0,8-0,6. где Рвых - давление на выходе из сепаратора 4.

В случае изменения режима работы се- паратора, например, при увеличении давления на его выходе организация рабочего процесса осуществляется так, что вначале перестраивается течение в сверхзвуковом диффузоре, затем в цилиндрической части 4 корпуса и далее в кольцевом сопле, при этом происходит отрыв потока от стенок сопла и скачки уплотнения входят в сверхзвуковую часть кольцевого сопла, продвигаются вверх по потоку, и только при достижении РВх/РВых 0,9-0,95, когда Рвых достигнет определенного (РВых)мах для данного устройства, зона отрыва потока достигнет критического сечения сопла, поток становится дозвуковым по всей длине сепа- ратора, после чего давление и расход на входе сепаратора начнут изменяться. Устройство обеспечивает гарантированную

безотказную работу на нерасчетных режимах до отношения давлений РВых/Рех 0.9- 0,95, поэтому понижение давления в магистрали на выходе из сепаратора ниже давления (РВых)мах на изменение расхода и давления на входе в сепаратор не отразится.

Использование предлагаемого инерционного сепаратора экономически оправдано как более надежная, компактная и легкая конструкция, позволяющая исключить из промышленных установок такие сложные агрегаты,как турбодетандер или громоздкий теплообменник, за счет организации снижения температуры в зоне расширения газа без совершения полезной работы.

Формула изобретения Циклонный сепаратор, содержащий цилиндрический корпус, к которому присоеди- нен диффузорный насадок, осевой выводной патрубок, установленный с возможностью осевого перемещения, образованный между стенкой диффузорного насадка и выводным патрубком канал отвода отделенной жидкости с регулируемым входным сечением, завихруггель потока, установленный на входе корпуса, отличающийся тем, что, с целью обеспечения отделения конденсирующихся примесей и уменьшения потерь давления, завихритель выполнен лопастным с осевым обтекателем переменного поперечного сечения, образующим со стенкой корпуса конфузорно-диф- фузорное сверхзвуковое кольцевое сопло, а выводной патрубок выполнен в виде сверхзвуковое трубного диффузора с конфузор- но-диффузорной проточной частью.

Изобретение относится к устройствам, которые в качестве конденсатоуловителей могут найти применение в газовой, нефтяной и химической промышленности для очистки природного и попутного газов и отделения конденсата перед подачей в магистральные газопроводы, а также для осушки сжатого воздуха от влаги после компрессора. Цель изобретения - обеспечение отделения конденсирующихся примесей и уменьшение потерь давления. Циклонный сепаратор содержит цилиндрический корпус 1, лопаточный завихритель 2, профилированный обтекатель 3,, образующий с кор пусом колЬцевое сверхзвуковое сопло, диффуэорный насадок 5, выводной патрубок 6 в виде сверхзвукового трубного диффузора с конфузорно-диффузорной проточной частью. 1 ил. 1 риютя ю