Сепаратор

 

Изобретение предназначено для сепарации (отделения) жидкой фазы из двухфазных парогазожидкостных потоков. Сепаратор включает горизонтальный цилиндрический корпус, соосный с входным и выходным патрубками, и патрубок отвода конденсата. Внутренний объем сепаратора разделен на две части перфорированной перегородкой, расположенной параллельно оси устройства. В верхней части объема над перегородкой вдоль потока расположены пластины, установленные так, что между ними образуются в поперечном сечении продольные каналы в виде трехгранных призм, причем каждая из призм ориентирована одним из своих ребер вниз, а пластины применены двух типов: листовые гофрированные и полые, заполненные пористым материалом. Внешние поверхности полых пластин снабжены перфорацией. Пластины (боковые грани призм) установлены так, что листовые чередуются с полыми. Патрубок отвода конденсата соединен с нижней частью. В устройстве обеспечивается высокая эффективность сепарации жидкости. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области устройств для сепарации (отделения) жидкой фазы из двухфазных парогазожидкостных потоков.

Известен центробежный каплеуловитель (патент РФ N 2035971, B 01 D 45/12, 1995), содержащий цилиндрический корпус с входным и двумя выходными патрубками для газовой и жидкостной фаз соответственно, установленный в корпусе соосно входному патрубку конический лопастной завихритель, и сепарационную камеру с винтовой канавкой на внутренней поверхности корпуса.

Данный каплеуловитель эффективен только при сепарации жидкости при дисперсной и пленочной структурах двухфазного потока.

Известно также устройство для сепарации конденсата, содержащее горизонтальный цилиндрический корпус, патрубки ввода парожидкостной смеси и выпуска газовой фазы, расположенные соосно корпусу, и патрубок отвода конденсата, а также поперечный экран с козырьком и каплеулавливающие секции (ав.св. N 1690607, B 01 D 45/08, 1991).

Описанное устройство работает неэффективно в условиях пробкового режима течения и имеет высокое гидросопротивление в режимах всех известных структур потока.

Целью данного предлагаемого изобретения является повышение эффективности сепарации жидкости из газожидкостного потока для любого из режимов течения: пленочного, дисперсно- жидкостного, пробкового, разделенного. Устройство применимо как на регулярно стабильном одном из перечисленных режимов, так и на потоке, который периодически перестраивается из одного режима в любой другой.

Сущность данного предлагаемого изобретения заключается в том, что в сепараторе, имеющем цилиндрический корпус, соосный с входным и выходным патрубками, и патрубок отвода конденсата, внутренний объем разделен на две части перфорированной перегородкой, расположенной параллельно оси устройства. В верхней части объема над перегородкой вдоль потока расположены пластины, установленные так, что между ними образуются в поперечном сечении продольные каналы в виде трехгранных призм, причем каждая из призм ориентирована одним из своих ребер вниз, а пластины применены двух типов: листовые гофрированные и полые, заполненные пористым материалом. Внешние поверхности полых пластин снабжены перфорацией. Пластины (боковые грани призм) установлены так, что листовые чередуются с полыми. Патрубок отвода конденсата соединен с нижней частью корпуса.

На фиг. 1 изображен осевой вертикальный разрез сепаратора; на фиг. 2 представлен поперечный разрез "а-а" сепаратора к фиг. 1; на фиг. 3 дано сечение "б-б" к фиг. 2; на фиг. 4 дано сечение "в-в" к фиг. 2; на фиг. 5 дано сечение "г-г" к фиг. 4.

Устройство сепаратора состоит в следующем. Цилиндрический горизонтальный корпус 1 имеет патрубок подвода газожидкостной смеси 2 ("A""), патрубок отвода газа 3 ("B") и патрубки отвода жидкости 4 ("C"). Внутренний объем корпуса 1 разделен горизонтальной перфорированной перегородкой 5 на две части: верхняя сепарационная часть 6 и нижняя часть 7 для сбора жидкости, которая перегорожена со стороны выхода вертикальной стенкой 8. В верхней части 6 установлены в направлении хорд сечения корпуса листовые пластины 9 и полые пластины 10 под острым углом друг к другу так, что они образуют продольные каналы 11 в виде треугольных призм, одно из ребер которых ориентировано вниз. Нижние углы внутри всех призм являются наименьшими. Пластины 9 и 10 чередуются между собой в направлении горизонтали в поперечном сечении так, что каждый из каналов 11 имеет с одной стороны листовую пластину 9, а с другой - полую пластину 10. Листовые пластины 9 снабжены двусторонним симметричным гофром 12, линии вершин и впадин которого направлены диагонально сверху вниз и в направлении потока газожидкостной смеси. Полые пластины 10 состоят из двух перфорированных листов 13 с отверстиями перфорации 14, между которыми расположен пористый наполнитель 15 из материала, имеющего сквозные капилляры во всем объеме; этот материал имеет положительный показатель смачиваемости конденсатом. Все пластины соединены между собой стержнями жесткости 16.

В виде варианта сепаратор может быть выполнен из секций, соединяемых фланцами 17.

Внутренний диаметр патрубков 2 и 3 соответствует диаметру парогазопровода, в который включается сепаратор.

Работа сепаратора. Парогазожидкостный поток, входя через патрубок 2 в корпус 1, расширяется и плавно затормаживается, после чего часть жидкости, протекающая ниже горизонтальной перфорированной перегородки 5, сразу поступает в нижнюю часть 7 корпуса 1, а остальная часть потока входит в каналы 11, в которых двухфазный поток ламинаризируется, жидкость контактирует с пластинами 9 и 10, образуя на них жидкостную пленку. На листовых пластинах 9 жидкая пленка под действием сил тяжести и аэродинамического воздействия со стороны двухфазного потока стекает по впадинам гофров 12 вниз и через перфорированную перегородку 5 - в нижнюю часть 7 корпуса 1. На полых пластинах 10 жидкая пленка перетекает через отверстия перфорации 14 в листах 13 и по капиллярам пористого наполнителя 15 стекает на перфорированную перегородку 5 и далее в нижнюю часть 7 корпуса 1. Вся жидкость из нижней части 7 корпуса 1 отводится патрубками 4, а отсепарированный газ отводится из корпуса 1 через патрубок 3.

В нижних уровнях каналов 11 из-за уменьшения их ширины по высоте локальные скорости потока в 6...10 раз меньше скоростей в верхних уровнях. Это приводит к тому, что из-за значительного (примерно на два порядка для нижних уровней) снижения динамического взаимодействия газа с дисперсной жидкостью последняя будет подвержена в большой степени только действию силы тяжести, оседая в газовом ядре потока вниз, причем этот процесс усиливается при перемещении частиц жидкости вниз. Кроме того, из-за уменьшения ширины канала увеличивается вероятность контакта частиц жидкости с пластинами 9 и 10. Гофры 12, взаимодействуя с газовой фазой потока, придают течению в каналах 12 спиралеобразный характер с малой степенью закрутки и турбулизации, что способствует повышению вероятности контакта частиц жидкости с полыми пластинами 10.

Из-за значительного снижения средней скорости в сепараторе он имеет удельное гидравлическое сопротивление не выше такового для трубопровода, на котором он монтируется. Качество (степень) сепарации определяется выбором конструктивных параметров при его проектировании и может достигать любой заданной величины: теоретический предел - 100%, практический ожидаемый предел меньше теоретического на сотые доли %, а при спецвыполнении остаточная концентрация конденсата в газе - следы. Диаметр устройства не более 1,8 диаметров магистрального трубопровода; увеличение диаметра до кратности ~2,2 соответствует спецвыполнению. Длина сепаратора зависит от исходного газопаросодержания и от заданной степени сепарации жидкой фазы. Для данной конструкции вполне определенна тенденция роста эффекта сепарации с ростом капиллярности и вязкости, характерным для большинства нефтепродуктов.

Процесс сепарации однороден по длине сепаратора, поэтому возможно секционирование устройства по длине и унифицированное конструирование устройств на любые требования сепарации, а также смена числа секций при возможном изменении условий и требований эксплуатации как в сторону увеличения, так и уменьшения их числа.

Ожидаемый максимальный диаметр корпуса 1 составляет 2,2...2,5 диаметров трубопровода, а монтажная длина составляет 3...5 диаметров корпуса 1. Поэтому для любых показателей газосодержания он может быть встроен в действующий трубопровод без дополнительных капитальных сооружений и изменения направления парогазопровода.

Сепаратор может быть применен на магистральных и внутризаводских газопроводах, на паропроводах различного назначения и т.п. при различных структурах потока.

Формула изобретения

1. Сепаратор, содержащий горизонтальный цилиндрический корпус с патрубками подвода двухфазного потока, отвода отсепарированного газа (пара) и отвода конденсата, отличающийся тем, что его объем разделен на две части перфорированной перегородкой, расположенной параллельно оси устройства, а в объеме над перегородкой вдоль потока укреплены листовые гофрированные и полые пластины с перфорированной оболочкой, заполненные пористым материалом, причем в поперечном сечении гофрированные пластины чередуются с полыми и установлены так, что между ними образуются каналы в форме призм, одно из ребер которых направлено вниз.

2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что корпус, перегородка и пластины разделены по длине на секции, а части корпуса каждой секции снабжены соединительными фланцами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5