Вихревая камера
Владельцы патента RU 2302296:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (RU)
Изобретение относится к устройствам для разделения многофазных потоков и может быть использовано в нефтегазовой, химической, пищевой промышленности. Вихревая камера содержит цилиндрический корпус с тангенциальными входными патрубками, расположенными диаметрально противоположно. В корпусе установлена вставка, разделяющая его на рабочую и приемную полости. Высота вставки составляет 0,2-0,4 общей высоты корпуса, а сама она выполнена в виде усеченной конической поверхности с перфорированной верхней частью. Отношение диаметра цилиндрического корпуса к диаметру основания вставки составляет 1,10-1,25. Угол α наклона образующей конической поверхности вставки к горизонтали составляет 60-80°. Внутри цилиндрического корпуса в верхней его части установлен сетчатый отбойник. Вихревая камера снабжена штуцерами для вывода газов, твердых и жидких продуктов. Технический результат - повышение качества разделения многофазного потока. 2 ил.
Изобретение относится к устройствам для разделения многофазных потоков и может быть использовано в нефтегазовой, химической, пищевой промышленности.
Известна вихревая камера, состоящая из корпуса с тангенциальным входным патрубком и вставки, разделяющей корпус на рабочую и приемную полости. Вставка выполнена в виде двух сопряженных частей цилиндрической и усеченной конической перфорированной поверхностей. Высота вставки составляет 0,2-0,4, а высота цилиндрической части вставки 0,05-0,15 высоты корпуса вихревой камеры. Отношение диаметра камеры к диаметру цилиндрической части вставки 1,15-1,30, а угол наклона образующей конической поверхности вставки к горизонтали составляет 50-70° /SU А.С. 1349799, МПК В04С 5/081, опубл. 1987/.
Причинами, препятствующими достижению требуемого технического результата известной вихревой камерой, являются отсутствие сетчатого отбойника, улавливающего капли жидкости, уносимые выделяющимся газом, наличие одного входного патрубка, который не может обеспечить формирование более упорядоченной симметричной структуры вихря, что влечет за собой снижение эффективности работы вихревой камеры, а также наличие перфорации на конической поверхности вставки, приводящее к «подсосу» наиболее мелких твердых частиц.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка вихревой камеры, обеспечивающей достижение технического результата, который заключается в повышении качества разделения многофазного потока путем уменьшения уноса твердых частиц потоком жидкости и газом.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной вихревой камере, содержащей цилиндрический корпус с тангенциальным входным патрубком и вставкой, разделяющей корпус на рабочую и приемную полости, особенностью является то, что она дополнительно содержит тангенциальный входной патрубок, расположенный диаметрально противоположно указанному тангенциальному входному патрубку, внутри цилиндрического корпуса в верхней его части установлен сетчатый отбойник. Вставка выполнена в виде усеченной конической поверхности с перфорированной верхней частью, при этом отношение диаметра цилиндрического корпуса к диаметру основания вставки составляет 1,10-1,25, а угол α наклона образующей конической поверхности вставки к горизонтали составляет 60-80°.
Заявляемое конструктивное решение вихревой камеры отличается от известной тем, что она дополнительно снабжена коническим сетчатым отбойником, вторым входным патрубком, аналогичным имеющемуся и расположенному диаметрально противоположно, и видоизмененной вставкой, а именно убрана ее цилиндрическая часть и перфорация боковой конической поверхности.
Предлагаемое техническое решение позволило улучшить работу вихревой камеры за счет сокращения уноса твердых частиц потоком жидкости в результате формирования структуры вихря более упорядоченной структуры, более эффективного отделения твердых частиц и сокращения уноса капель жидкости отсепарированным газом.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид вихревой камеры, на фиг.2 - вид сверху.
Вихревая камера содержит цилиндрический корпус 1 с тангенциальными входными патрубками 2. Вставка 3, установленная в корпусе 1, разделяет его на рабочую 4 и приемную полости 5. Высота (Нб) вставки 3 составляет 0,2-0,4 общей высоты (Н) цилиндрического корпуса 1, а сама она выполнена в виде усеченной конической поверхности с перфорированной верхней частью. Отношение диаметра цилиндрического корпуса 1 к диаметру основания вставки 3 составляет 1,10-1,25.
Угол α наклона образующей конической поверхности вставки 3 к горизонтали составляет 60-80°. Так, экспериментальным путем установлено, что при угле наклона образующей конической поверхности вставки к горизонтали α=60° унос частиц составляет величину до 3%, при α=80° - до 5%. При других углах наклона образующей конической поверхности вставки к горизонтали унос увеличивается.
Внутри цилиндрического корпуса 1 в верхней его части установлен сетчатый отбойник 6. Вихревая камера снабжена штуцерами 7, 8, 9 для вывода соответственно 7 - газов, 8 - твердых и 9 - жидких продуктов.
Вихревая камера работает следующим образом.
При подаче в корпус 1 камеры под давлением через тангенциальные входные патрубки 2 жидкости, содержащей растворенный газ и твердые частицы, в рабочей полости 4 камеры образуется вихрь - закрученный поток жидкости. Благодаря наличию двух входных патрубков 2, расположенных диаметрально противоположно, формируется более симметричная упорядоченная структура вихря. За счет разности в плотности компонентов, составляющих поток, под действием центробежных сил более тяжелые частицы отбрасываются к стенкам корпуса 1, за счет собственного веса опускаются вдоль стенки корпуса 1 и выгружаются через штуцера 8 для вывода твердых продуктов, более легкие концентрируются в центральной части рабочей полости 4. При этом газ, выделившийся из смеси, в виде закрученного потока поднимается к сетчатому отбойнику 6 и под действием избыточного давления выходит через штуцер 7. Дегазированная жидкость, проходя через перфорированную часть вставки 3, прекращает вращаться и отводится через штуцер 9.
Предлагаемая конфигурация вставки 3 позволяет более эффективно отделить от потока дегазированной жидкости твердые частицы за счет выполнения сплошной боковой конической поверхности и размеров и формы, позволяющей направлять твердые частицы непосредственно к соответствующему штуцеру. Экспериментально, установлено, что при отношении диаметра цилиндрического корпуса к диаметру основания вставки, равной 1,10, унос частиц составляет 3%, а при отношении 1,25 - унос до 5%.
Таким образом, происходит отделение от исходной жидкости твердых частиц и ее разделение на два потока: дегазированную жидкость и газ.
Испытания разработанной вихревой камеры показали высокую эффективность ее применения в процессе гетеродеасфальтизации нефти. Так, унос жидкости в предлагаемой вихревой камере по сравнению с известной снижается с 6-8 до 3-5%.
Вихревую камеру целесообразно использовать для сепарации трехкомпонентных систем (газ-жидкость-твердые частицы).
Вихревая камера, содержащая цилиндрический корпус с тангенциальным входным патрубком и вставкой, разделяющей указанный корпус на рабочую и приемную полости, отличающаяся тем, она дополнительно имеет тангенциальный входной патрубок, расположенный диаметрально противоположно указанному тангенциальному входному патрубку, а внутри цилиндрического корпуса в верхней его части установлен сетчатый отбойник, при этом указанная вставка выполнена в виде усеченной конической поверхности с перфорированной верхней частью, причем отношение диаметра цилиндрического корпуса к диаметру основания вставки составляет 1,10-1,25, а угол наклона образующей конической поверхности вставки к горизонтали составляет 60-80°.
