Малогабаритный высокоэффективный сепаратор "колибри "

Изобретение предназначено для улавливания мелкодисперсных жидких и твердых частиц из газового потока в поле центробежных сил. Сепаратор включает вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную перегородку, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, вертикальный сепарационный пакет, состоящий из вертикальных плоских изогнутых сепарационных пластин. Для улучшения эффективности аппарата и увеличения его производительности по жидкой и газовой фазам изогнутые концы пластин направлены в разные стороны касательно к наружному и внутреннему диаметрам сепарационного пакета, осевая линия входного патрубка по горизонтали смещена относительно осевой линии корпуса аппарата на 1/2 диаметра входного патрубка, при этом диаметр входного патрубка не превышает 1/4 диаметра корпуса, дефлектор, установленный по ходу вращения газожидкостного потока, имеет максимально допустимое сечение, причем по ходу потока он сужается по горизонтали и возрастает по высоте, сохраняя при этом площадь поперечного сечения, в конце верхней суженной части дефлектора установлена дугообразная пластина, нисходящая по ходу газожидкостного потока и направленная по отношению к горизонтали под углом 15°-30°, по ходу вращения газожидкостного потока с зазором к внутренней стороне корпуса установлена изогнутая пластина, которая своим нижним концом заходит под нижнюю крышку дефлектора. 2 ил.

 

Изобретение предназначено для осаждения мелкодисперсных и аэрозольных жидких и твердых частиц из газового потока в поле центробежных сил и применяется в нефтяной, газовой, машиностроительной, пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Известен сепаратор (авт. св. 1066629, В 01 D 45/12, 1984), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, разделенный на камеры горизонтальными перегородками с осевыми отверстиями, внутри которых установлены сепарационные элементы, выполненные в виде криволинейных лопаток, установленных по многозаходной спирали Архимеда, работающих на скручивание и раскручивание потока, при этом выходные концы лопаток расположены наклонно к образующей поверхности усеченного конуса под острым углом к направлению вращения потока, основания элементов, работающих на скручивание потока, снабжены сборными конусами и гидрозатворными трубками, на нижней перегородке смонтирован диффузор, на верхней - конфузор с кольцевым каплеотбойником, имеющие наклонные перфорации, тангенциальный вводной патрубок снабжен направляющим дефлектором, в нижней части корпуса установлен патрубок для вывода отсепарированной жидкости, в верхней части - выходной для удаления очищенного газового потока.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции и ограниченность применения, т.к. применение тангенциально подведенного входного патрубка для сепараторов на высокое давление (газоконденсатные месторождения) не рекомендовано, т.к. это конструктивное решение приводит к ослаблению корпуса аппарата за счет наличия в газовом потоке абразивных частиц (песка); для данной конструкции нежелательно наличие твердых частиц в газожидкостном потоке, т.к. возникает вероятность засорения сливных устройств; применение диффузора и конфузора с кольцевым каллеобойником ограничивает диапазон нагрузок по газовой и жидкостной фазам, т.к. их увеличение приводит к частичному проскальзыванию сформировавшейся жидкостной пленки между наклонной просечкой при транспортировке ее в выходное отверстие; работа аппарата в пробковом режиме исключена, т.к. входной патрубок расположен в нижней части корпуса, газожидкостная смесь направляется снизу вверх, что в конечном счете приведет к перегрузке сливных устройств и, как следствие, захлебыванию сепаратора.

Более близким к предлагаемому является сепаратор (патент RU 2188062), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, разделенный кольцевой перегородкой на нижнюю и верхнюю сепарационные камеры, входной и выходной патрубки, дефлектор, сепарациониый пакет с вертикальными пластинами, составляющими щелевые каналы, отражатель, во входном патрубке сепаратора установлен конус-рассекатель с закрепленными на его поверхности спиральными пластинами с углом поворота по длине конуса на 180° с отношением высоты конуса к внутреннему диаметру входного патрубка (2,3-2,5):1 и кольцевым зазором, образованным внутренним диаметром патрубка и диаметром основания конуса, с отношением площади зазора к площади сечения патрубка 1:(2,8-3), при этом образующая конической поверхности пересекает внутреннюю образующую цилиндрической поверхностью входного патрубка в точке, отстоящей от корпуса сепаратора на расстоянии двух внутренних диаметров входного патрубка; в конце по ходу движения газожидкостной смеси криволинейный дефлектор снабжен желобом-отбойником; на кольцевой горизонтальной перегородке установлены с незначительным перекрытием и кольцевым зазором концентрические кольца, над верхней кромкой которых смонтированы карманы-ловушки, состоящие из соединенных между собой горизонтальной шайбы и цилиндрического кольца.

Недостаток известного устройства заключается в том, что желоба, сужающиеся по ходу движения в них жидкостной пленки к внутренней поверхности корпуса аппарата, закрывают значительную часть живого сечения между корпусом и сепарационным пакетом, что в последнем случае приводит к росту потерь напора в аппарате, хаотическому движению газожидкостной смеси в этом пространстве и уносу значительной части жидкой фазы во внутрь сепарационного пакета; кроме того, щель, расположенная за желобами по ходу движения потока, полностью перекрыта, т.е. не участвует в сепарационном процессе и создает дополнительные потери напора; наличие двух камер - верхней и нижней, связанных между собой гидрозатворным сливом, делает конструкцию громоздкой и малопроизводительной. Увеличение нагрузки по газу приводит к увеличению сопротивления сепарационного блока, т.е. к увеличению разности давления в нижней и верхней камерах. Чтобы гидрозатвор справился, необходимо его увеличивать по высоте, т.е. увеличивать высоту корпуса аппарата.

Техническим решением задачи является повышение эффективности сепарации, увеличение производительности и снижение потерь напора за счет устранения указанных недостатков.

Задача достигается тем, что изогнутые концы пластин направлены в разные стороны касательно к наружному и внутреннему диаметрам сепарационного пакета, осевая линия входного патрубка по горизонтали смещена относительно осевой линии корпуса аппарата на 1/2 диаметра входного патрубка, при этом диаметр входного патрубка не превышает 1/4 диаметра корпуса, дефлектор, установленный по ходу вращения газожидкостного потока, имеет максимально допустимое сечение, причем по ходу потока он сужается по горизонтали и возрастает по высоте, сохраняя при этом площадь поперечного сечения, в конце верхней суженной части дефлектора установлена дугообразная пластина, нисходящая по ходу газожидкостного потока и направленная по отношению к горизонтали под углом 15-30°, по ходу вращения газожидкостного потока с зазором к внутренней стороне корпуса установлена изогнутая пластина, которая своим нижним концом заходит под нижнюю крышку дефлектора.

По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружена аналогичная заявляемость совокупности признаков, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.

На фиг.1 изображен малогабаритный высокопроизводительный сепаратор “Колибри” в поперечном сечении;

На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Аппарат состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1, горизонтальной перегородки 2 с цилиндрическим отверстием 3, над которым расположен выходной патрубок 4, входного патрубка 5, соединенного с корпусом 1 в верхней его части, дефлектора 6, формирующего вращательное движение газожидкостного потока внутри сепаратора, в конце которого в верхней суженной части установлена дугообразная пластина 7, нисходящая по ходу вращения газожидкостного потока и направленная по отношению к горизонтали под углом 15°-30°. Вертикальный сепарационный пакет 8 состоит из вертикальных плоских изогнутых сепарационных пластин 9. Концы плоских изогнутых пластин 9 направлены в разные стороны касательно внутреннего и наружного диаметров пакета. Пластины 9 укреплены по внутреннему периметру кольцевой перегородки 2 и позволяют сохранить одинаковый и постоянный размер щелевых каналов в зоне их нахлестки 10.

В верхней части сепарационного пакета 8 между нижней наружной поверхностью выходного патрубка 11 и внутренней поверхностью верхней части пластин 9 образован кольцевой зазор, который совместно с внутренней поверхностью горизонтальной кольцевой перегородки 2 сформировал карман-ловушку 12.

Внутри нижней части сепарационных пластин 9 расположено плоское днище 13, приподнятое относительно нижней кромки пластин 9 и имеющее относительно их кольцевой радиальный зазор 14 и соединенное посредством радиальных пластин 15 на расстоянии 0,1-0,15 диаметра сепарационного элемента с ложным днищем 16, расположенным над шайбой 17, установленной над сливным патрубком 18. Между корпусом сепаратора 1 и шайбой 17 образуется кольцевой зазор 19.

По ходу вращения газожидкостного потока непосредственно с зазором к внутренней стороне корпуса установлена изогнутая пластина 20, которая своим нижним концом заходит под нижнюю крышку дефлектора.

Малогабаритный высокопроизводительный сепаратор “Колибри” работает следующим образом.

Газожидкостная смесь подводится в аппарат через входной патрубок 5, расположенный в верхней его части. Установка входного патрубка, смещенного по горизонтали относительно осевой линии корпуса, позволяет создать скользящий удар о поверхность дефлектора, предельная величина смещения определяется фактором, при котором не следует применять дополнительно усиливающих прочность шва детали.

Дефлектор 6 препятствует поступлению газа в осевую зону сепарационного пакета 8 без предварительного разделения газовзвеси. Использование дефлектора с изменяющимся сечением (в начале увеличивает свое сечение до максимально допустимой величины, после чего сужается по горизонтали и возрастает по высоте, сохраняя при этом площадь поперечного сечения в максимально широком участке) позволяет до минимума снизить потери напора на этом участке за счет сохранения величины скорости по причине сохранения величины живого сечения, удалить по горизонтали на выходе из дефлектора газожидкостной поток от щелевых каналов сепарационного пакета 8, а по высоте равномерно рассредоточить нагрузку по жидкой фазе и в то же время за счет минимального зазора дефлектора на выходе и поверхностного натяжения “придавить” жидкую фазу к внутренней поверхности сепаратора, что в конечном счете улучшает процесс сепарации.

В пространстве, образованном стенкой корпуса 1 и пластинами 9, из газового потока выделяется основная масса жидкости. Капли жидкости отбрасываются центробежной силой на стенки корпуса 1 сепаратора и под действием гравитационных сил по ходу вращения газового потока по нисходящей спирали транспортируются через кольцевой зазор 19 к сливному патрубку 18.

Мелкодисперсная капельная жидкость, не осевшая на корпусе 1, попадает на наружную поверхность вертикальных пластин 9 и транспортируется газовым потоком через входные тангенциальные щели, попадая на их внутреннюю поверхность.

Так как тангенциальные щели по ходу потока не сужаются, снижаются потери напора на местные сопротивления, что в целом скажется на потерях напора в аппарате.

Применение пластин 9, изогнутые концы которых направлены в разные стороны касательно по отношению к внутреннему диаметру сепарационного пакета, позволяет жидкостной пленке, движущейся по ходу вращения газового потока, транспортироваться с конца одной пластины на начало другой, сохраняя при срыве с пластин касательную траекторию своего движения относительно внутреннего диаметра сепарационного пакета.

Использование пластин 9 такой конфигурации способствует увеличению их числа, а следовательно, и суммарной площади вертикальных щелей 10, что положительно сказывается при увеличении нагрузки по газу и уменьшении гидродинамических потерь сепарационного пакета 8.

В конце верхней суженной части дефлектора 6 установлена дугообразная пластина 7, нисходящая по ходу газожидкостного потока и направленная по отношению к горизонтальной прямой под углом 15°-30°. Такое инженерное решение позволило вращающийся межу корпусом и сепарационным пакетом вектор газожидкостного потока направить по спирали вниз, т.е. по нисходящей кривой, в результате чего газовый слой, вращающийся непосредственно по внутренней поверхности сепарационного пакета, разделился на три слоя со своими векторами осевых скоростей: непосредственно у стенки - направлен вниз, далее незначительный слой “неподвижный” и следующий - 3 основной слой направлен вверх. Наличие первого слоя с направлением вектора осевой скорости вниз позволил сгонять (в зависимости от режима) росу, капли, пленку вниз, избежав дополнительных направляющих, удаляющих по спирали вниз частицы жидкой фазы.

Опускаясь по внутренней поверхности пластин 9, частицы жидкости, приблизившись к нижней кромке, соскальзывают и попадают на поверхность шайбы 17, откуда через кольцевой зазор 19 транспортируются в направлении сливного патрубка 18.

Таким образом, внедрение предлагаемого малогабаритного высокопроизводительного сепаратора “Колибри” позволяет:

- снизить потери напора и увеличить производительность аппарата за счет исполнения вертикальных пластин, концы которых направлены в разные стороны касательно как к внешнему, так и к внутреннему диаметрам сепарационного пакета (это позволило увеличить число этих пластин, а следовательно, и число щелевых каналов с сохранением их сечения, не изменяя габариты сепарационного пакета);

- в значительно лучшем виде сохранить структуру вращающегося газожидкостного потока в зоне между пакетом и корпусом сепаратора, снизить аэродинамическое сопротивление в этой области за счет ликвидации площади живого сечения, занимаемой прямоугольными желобами, а также позволит всем щелевым каналам работать в полную силу за счет ликвидации ранее существовавшего барьера;

- движение газового потока по нисходящей спирали позволило устранить значительное число комплектующих деталей, служащих для транспортировки жидкой пленки внутри пакета к внутренней поверхности корпуса сепаратора, сделать конструкцию технологичной, более дешевой в изготовлении;

- избежать ломку структуры вращающего потока как с наружной, так и внутренней стороны сепарационного пакета, усилить зарождающийся процесс осушки газа, т.е. снижение точки росы.

Сепаратор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную перегородку, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, вертикальный сепарационный пакет, состоящий из вертикальных плоских изогнутых сепарационных пластин, которые в зоне нахлестки образуют щелевые каналы, отличающийся тем, что изогнутые концы пластин направлены в разные стороны касательно к наружному и внутреннему диаметрам сепарационного пакета, осевая линия входного патрубка по горизонтали смещена относительно осевой линии корпуса аппарата на 1/2 диаметра входного патрубка, при этом диаметр входного патрубка не превышает 1/4 диаметра корпуса, дефлектор, установленный по ходу вращения газожидкостного потока, имеет максимально допустимое сечение, причем по ходу потока он сужается по горизонтали и возрастает по высоте, сохраняя при этом площадь поперечного сечения, в конце верхней суженной части дефлектора установлена дугообразная пластина, нисходящая по ходу газожидкостного потока и направленная по отношению к горизонтали под углом 15-30°, по ходу вращения газожидкостного потока с зазором к внутренней стороне корпуса установлена изогнутая пластина, которая своим нижним концом заходит под нижнюю крышку дефлектора.