Газожидкостный сепаратор Советский патент 1993 года по МПК B01D45/12 

СО

с

Использование: для разделения двухфазных сред, в частности, при трубопроводном транспорте газа. Сущность изобретения: в газожидкостном сепараторе, содержащем газопровод с винтовым ребром и боковым отводом, установленным под от- бортовкой фасонной диафрагмы, размещенной внутри газопровода, винтовое ребро выполнено с шагом t 2тг Rtg высота ребра выбрана из условия 0,0015 h/R 0,032, ребро выполнено с Т-образным поперечным сечением и дренажными отверстиями в нижней части газопровода, при этом концевой виток ребра введен в устье отвода. 2 ил.

Изобретение относится к аппаратам разделения двухфазных сред, конкретно, к сепараторам газожидкостных потоков и может быть использовано в трубопроводном транспорте газа, когда жидкая фаза образует пленочное течение.

Цель изобретения - повышение эффективности сепарации относительно эффективности одной ступени сепарации при понижении гидравлических потерь.

На фиг.1 - сечение газопровода с элементами сепаратора; на фиг.2 - сечение винтового ребра с дренажным отверстием.

Газожидкостной сепаратор смонтирован внутри газопровода 1, снабженного отводом 2 для удаления жидкой фракции, установленным под отбортовкой фасонной . диафрагмы 3, направленной против течения газа, изображенного стрелкой. Фасонная диафрагма выполнена со скругленным входом газа и карманом с тыловой стороны

отбортовки для обеспечения наименьшего входного сопротивления - снижения гидравлических потерь и надежного улавливания жидкости. Последнее означает, что карман предотвращает переток жидкости со стенки диафрагмы на ее вход. В отвод 2 тангенциально введен кольцевой виток винтового ребра 4 с Т-образным поперечным сечением. Винтовое ребро направлено от диафрагмы в сторону, противоположную направлению течения газа и имеет шаг винтовой линии меньше произведения длины окружности внутреннего диаметра газопровода 1 на тангенс эффективного критического угла подъема винтового ребра 4. т.е.: t 2rRtg Озф(1)

Высота винтового ребра h должна удовлетворять условию

0,005 h/R 0,032(2)

Указанные соотношения зависят от внутреннегй радиуса газопровода t. причем

00

со

со

о о

со

эффективный критический угол подъема находится экспериментально или рассчитывается теоретически из условия, чтобы при закрутке жидкой пленки винтовым ребром 4. частицы жидкости не срывались под действием силы тяжести с потолочной части газопровода, т.е. чтобы центробежная сила вращения была равна силе тяжести. Указанное равенство сил определяется равенством ускорений

(3)

где g - ускорение силы тяжести;

ш - угловая частота вращения пленки;

R.- радиус газопровода. 2пм

а)-t

где t - шаг винтового ребра;

V - окружная скорость жидкой пленки.

Простейшие преобразования формул (3) и (4), с учетом (1) даст значение эффективного критического угла подъема

tg оЬф V / /fV

(5)

Радиус труб реальных газопроводов находится в диапазоне 75 мм - 750 мм. Окружная скорость жидкой пленки изменяется в очень узком диапазоне скорости 0,5-1 м/с в пограничном слое жидкости и газа при средней осевой скорости газа 5 м/с - 30 м/с, поэтому

20° «эф 50°

Для газопровода с внутренним диаметром 1 м эффективный критический угол составляет 24°, тогда шаг винтового ребра 4, должен быть меньше 1,4м. Практически целесообразно выбрать шаг t 0,4-1,2 м.

Соотношение (2) обеспечивает закрутку жидкой пленки без закрутки газовой компоненты потока и найдено из условия, что высота ребра такова, чтобы ребро 4 было погружено в ламинарный подслой турбулентного пограничного слоя газа и выступало над жидким пограничным слоем. Отсюда рассчитаны коэффициенты 0,032 и 0,0015. Численно для того же диаметра (1 м) высота ребра выбирается в пределах 5-15 мм.

В нижней части газопровода 1 в стенке винтового ребра 4 выполнены дренажные отверстия 5 (фиг.2) в случае, если число витков винтового ребра 4 больше единицы. Дренажные отверстия предназначены для перетока жидкой пленки при ее избыточном количестве у дна газопровода. Обычно это явление редкое, так как пленочное течение

равномерно распределено по поверхности газопровода 1, Однако при залповых выбросах жидкости в газопровод, дренажные отверстия 5 повышают дополнительно

эффективность сепарации, это же обеспечивает плавный тангенциальный ввод жидкости вдоль ребра 4 в отвод 2.

В процессе работы газожидкостного сепаратора подают среду в газопровод 1 по

направлению стрелки {фиг, 1). Винтовое ребро 4 закручивает жидкую пленку, омывающую стенки газопровода 1. При этом, благодаря тому, что высота ребра ограничено соотношением (2) и ребро погружено в

5 ламинарный подслой турбулентного пограничного слоя, вращение жидкости не успевает передаться газовой компоненте. Газ поступает без вращения через фасонную диафрагму 3 очищенным от жидкой фрак0 ции, закрученная пленка отсекается этой диафрагмой и направляется вдоль кольцевого винта ребра 4 в устье отвода 2. Посредством отвода 2 отсепарированная жидкость покидает газопровод 1. Т-образный проф5 иль поперечного сечения винтового ребра 4 предохраняет от перетока жидкости через кромку ребра. Выбранный шаг, меньший критического по условию (1). обеспечивает прилипание жидкости (безотрывное тече0 ние) в потолочной части газопровода 1, благодаря тому, что центробежное ускорение превышает ускорение силы тяжести.

Таким образом, выбор геометрических соотношений, формы винтового petipa и его

5 расположения относительно диафрагмы и отвода, обеспечивают повышение эффективности сепарации жидкопленочного течения в газе, благодаря закрутке только жидкой фазы без газа при безотрывном те0 чении жидкости вдоль ребра и в отводе. Исключены также разбрызгивание жидкости и вторичный унос капель. При этом имеют место уменьшение гидравлических потерь, так как газовая компонента не за5 кручивается. Не возникает также дополнительных турбулентных потерь, так как ребро не выступает за ламинарный подслой турбулентно пограничного слоя газа. Уменьшаются гидравлические потери трения газа, так

0 как жидкая пленка распределена с помощью винтового ребра равномерно по внутренней поверхности газопровода и затапливает все шероховатости стенки газопровода.

5 Достигаемая эффективность сепарации по жидкой пленке составляет 100% без учета уноса жидкости в аэрозольном и парообразном состоянии. Эти виды уноса и не предназначены для улавливания данным сепаратором. Гидравлическое сопротивление

по сравнению с прототипом снижено на 15%.

Формул а изобретени я Газожидкостный сепаратор, содержащий газопровод с винтовым ребром и боко- вым отводом, установленным под отбортовкой фасонной диафрагмы, размещенной внутри газопровода, отличающийся тем, что. с целью повышения эффективности сепарации при снижении гидравлических потерь, винтовое ребро выУ/////////////////,

полнено с шагом t, определяемом из условия

t 27rRtgOa0, где R - внутренний радиус газопровода;

Оэф - эффективный критический угол подь- ема винтового ребра, равный 20й Оэф 50°, высота ребра h выбрана из- условия 0,0015 h/R 0.032, ребро выполнено с Т-образным поперечным сечением и дренажными отверстиями в нижней части газопровода, при этом концевой виток ребра расположен в устье отвода.