Трехфазный сепаратор

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Сепаратор содержит барабан (1), который является, по меньшей мере, внутри, коническим или биконическим. Барабан установлен с возможностью вращения вокруг вертикальной оси только на одном из своих аксиальных концов. Барабан содержит вращающийся шпиндель для привода барабана, установленный на подшипниках с возможностью качания вокруг центра (G) вращения на нижнем конце или на верхнем конце, входную трубу (4) для перерабатываемого продукта, по меньшей мере, два выпускных устройства (11, 13) для более легкой фазы (LP) и тяжелой фазы (HP). Отверстия для выхода твердой фазы (20) расположены в области наибольшего внутреннего диаметра. Барабан содержит пакет (9) тарелок и напорную камеру (17), в которую можно подавать текучую среду, для изменения положения зоны (r_E) разделения легкой и тяжелой фаз (LP, HP). Предложенное изобретение позволяет регулировать положение зоны разделения. 10 з.п.ф-лы, 3 ил.

 

Настоящее изобретение относится к сепаратору в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения.

Сами по себе сепараторы такого типа давно известны. Как правило, выпускные устройства для жидкой фазы снабжают так называемыми дроссельными дисками, в которых используется эффект преобразования энергии вращения поступающей жидкости в скоростной напор в отводящем трубопроводе. Сами по себе такие дроссельные диски доказали свою пригодность. В частности, посредством дросселирования можно варьировать текущий скоростной напор и, таким образом, изменять в определенном диапазоне А зону разделения в барабане или радиус зоны разделения в барабане. В частности, также известен способ сопряжения дроссельных дисков с обоими выпускными устройствами для жидкой фазы.

Известный трехфазный сепаратор представлен на фиг.3. Если дроссельный диск сопрягают с одним или с обоими из двух выпускных устройств или выпускных отверстий жидкой фазы из барабана, а еще одно выпускное отверстие выполняют в виде сопла, то получают диапазон delta LP, в пределах которого дроссельный диск посредством дросселирования позволяет смещать зону разделения в барабане (см., например, WO 86/01436). С одной стороны, в рассматриваемом случае диапазон смещения зоны разделения все еще сравнительно невелик, к тому же достаточно быстрого смещения зоны разделения в этом диапазоне при помощи дроссельных дисков достигают с трудом. С другой стороны, смещение не всегда приводит к стабильным параметрам процесса, так как изменение дросселирования выпускных отверстий дроссельного диска влияет сразу на несколько параметров процесса.

В уровне техники следует отметить также патентные документы US 4417885 A, JP 03135458 A, DE 1140144 и DE 2322491 А1. В документе US 4417885 А раскрыто жидкостное уплотнение на выпускном устройстве сепаратора, выполненном в виде дроссельного диска. Кроме того, в документах WO 2006/096113 и WO 92/07658 предлагается задавать давление в районе приемного отверстия центрифуги.

Еще один трехфазный сепаратор известен из DE 102005021331.6. В этом документе предлагается сепаратор с барабаном, который имеет входную трубу для перерабатываемого продукта, по меньшей мере, два выпускных устройства для более легкой фазы и более тяжелой фазы, отверстия для выхода твердой фазы, предпочтительно в области наибольшего внутреннего диаметра барабана, расположенный в барабане пакет тарелок и регулируемое дроссельное устройство вне барабана, которое предпочтительно имеет дроссельный диск и предназначено для того, чтобы посредством изменения выходного поперечного сечения для тяжелой жидкой фазы, то есть при помощи дросселирования, смещать радиус, до которого доходит в барабане тяжелая фаза. Сама по себе эта конструкция доказала свою пригодность, но желательно еще больше ее упростить.

В связи с этим цель заявленного изобретения заключается в том, чтобы усовершенствовать рассматриваемый сепаратор так, чтобы во время эксплуатации несложным в конструктивном отношении способом зону разделения внутри барабана можно было смещать в радиальном направлении в достаточно широком диапазоне, причем должна обеспечиваться хорошая регулируемость положения зоны разделения.

В изобретении эта задача решается благодаря предмету пункта 1.

Данное изобретение при сравнительно простой конструкции обеспечивает очень хорошую управляемость процесса, в частности, очень хорошую регулируемость положения зоны разделения, которую также называют "линией разделения".

При этом опять-таки можно сбалансировать как изменения количества продукта (соотношение фаз), так и свойства продукта (в частности, плотность) и тем не менее сохранять почти постоянную линию разделения.

Также известно, что в центробежном сепараторе давление в центре может падать, вследствие чего снижаются давления Р1 и Р2. При этом в зависимости от свойств жидкости, давлений Р1 и Р2, а также температуры процесса одна или обе жидкие фазы могут превращаться в пар или начать кипеть. Это может препятствовать хорошей сепарации, так как в жидкости могут образовываться пузырьки газа или пена.

В некоторых случаях, например, в некоторых видах сырой нефти (Petroleum crude oils) также может выделяться диоксид углерода, что может привести к повышению значения рН в сырой нефти и образованию нафтената кальция или других соединений, которые способны весьма негативно повлиять на стабильность процесса в барабане.

Кроме того, давление пара двух жидкостей может быть разным, а это из-за разности давлений Р1 и Р2 в камерах может привести к смещению линии разделения.

Поддержание давления в жидких фазах, большего, чем давление пара соответствующих жидкостей, позволяет избежать этих негативных эффектов, его также можно использовать для управления положением или регулированием линии разделения посредством изменения разности между давлениями Р1 и Р2. В изобретении также предлагается способ, в котором с предлагаемым сепаратором работают после этой операции (поддержание давления в жидких фазах, большего, чем давление пара соответствующих жидкостей).

Предлагаемый сепаратор превосходно подходит для различных задач разделения трех фаз, в частности для подготовки сырой нефти, когда сырую нефть очищают от твердых веществ и отделяют от нее воду. Кроме того, он подходит для подготовки промывочной воды, при которой воду отделяют от нефти и твердых веществ.

В соответствии с изобретением, с одной стороны, дроссельным диском вполне может быть снабжено выпускное устройство более легкой жидкой фазы (LP). Альтернативно или дополнительно дроссельный диск может иметь также выпускное устройство более тяжелой жидкой фазы (HP).

Для расположения напорной камеры существуют разные возможности. Так, напорная камера может быть расположена либо перед одним, либо перед обоими выпускными устройствами для жидкой фазы. Однако одна из двух или одна напорная камера может быть также выполнена в области входной камеры.

Дополнительные предпочтительные варианты приведены в остальных зависимых пунктах.

Ниже изобретение более подробно описывается на основе одного из примеров его реализации, описание сопровождается чертежами. На чертежах показано следующее.

На фиг.1 схематично представлена в разрезе половина барабана сепаратора согласно заявленному изобретению.

На фиг.2. представлен в разрезе пример осуществления приводной части для барабана сепаратора согласно фиг.1.

На фиг.3. схематично представлена в разрезе половина барабана сепаратора, известного из уровня техники.

На фиг.1 и 3 изображены барабаны 1 сепараторов, которые на радиусе r₀ имеют вертикально ориентированную ось вращения.

Каждый из барабанов 1 насажен на вращающийся шпиндель 2, который приводится в движение, например, как изображено на фиг.2, посредством ремня (здесь это не показано), или другим способом (например, с применением передачи). В своей верхней периферийной части шпиндель 2 может иметь конусную форму.

Шпиндель 2 установлен с возможностью качания по меньшей мере на одном или нескольких подшипниках 3 качения, с одной стороны барабана (здесь под барабаном), поэтому при работе он из-за остаточного дисбаланса совершает своего рода прецессионное движение вокруг вертикали r₀ (см. фиг.2, на которой показан угол α отклонения) с отклонением от оси, по которой устанавливают новую центрифугу.

Наряду с этим типом конструкции известны также конструкции, в которых барабан как бы "подвешен" снизу к верхнему вращающемуся шпинделю. Но и в этом случае барабан устанавливают с возможностью вращения и качания только на одном из его концов или через соединение на одном из его аксиальных концов.

Барабан 1 имеет входную трубу 4 для центрифугируемого продукта Р, к которой примыкает распределитель 5, имеющий по меньшей мере одно или несколько выходных отверстий 6, через которые поступающий центрифугируемый материал (обозначен штриховкой крест-накрест) может подаваться внутрь барабана 1 и в вертикальный канал 7 пакета тарелок. Возможен также подвод через шпиндель, например, снизу.

Здесь конструкция выбрана так, что выходные отверстия 6 расположены ниже вертикального канала 7 в пакете 8 тарелок (наружный диаметр у обозначения 8), состоящего из тарелок конической формы. Сверху пакет 8 тарелок заканчивается разделительной тарелкой 10, которая имеет больший диаметр, чем пакет 8.

Внутри пакета тарелок, предпочтительно внутри вертикального канала 7, во время работы при соответствующем вращении барабана на определенном радиусе r_Е (на линии разделения) образуется зона разделения между более легкой жидкой фазой LP (штриховка вправо вверх) и более тяжелой жидкой фазой HP (штриховка вправо вниз).

Более легкая жидкая фаза LP (light phase) на внутреннем радиусе r_LP при помощи дроссельного диска 11 (его также называют "грейфером") выводится из барабана. За счет скоростного напора, возникающего благодаря энергии вращения жидкости, дроссельный диск 11 действует как насос. После диска 11, например, вне сепаратора в расположенном после диска отводящем трубопроводе, установлен клапан для дросселирования.

Напротив, тяжелая жидкая фаза HP течет вокруг внешней периферии тарелки 10 по отводящему каналу 12 к устройству выпуска жидкой фазы на верхнем аксиальном конце барабана 1 (радиус r_НР), выполненном в виде переливного устройства 13 на радиусе r_HD.

Итак, в соответствии с фиг.1 и 3 тяжелая фаза HP вытекает из барабана через переливное устройство 13.

В этом отношении конструкции, представленные на фиг.1 и 3, соответствуют друг другу. Они также могут оснащаться одинаковыми приводными механизмами.

В отличие от этого, заявленная конструкция - см., например, конструкцию, представленную на фиг.1, - оснащена устройством, позволяющим при эксплуатации реагировать на изменяющиеся свойства перерабатываемого продукта.

Переливное устройство 13 для тяжелой фазы расположено на радиусе R_HD на верхнем аксиальном конце барабана.

По направлению к внутренней части барабана, перед переливным устройством 13 (если смотреть в аксиальном направлении) установлен напорный диск 14; этот диск проходит изнутри наружу, и его наибольший радиус r₁₄ больше радиуса r_HD, поэтому тяжелая фаза перед выходом из переливного устройства 13 течет снаружи вокруг диска 14.

Кроме того, разделительная камера 9 вокруг дроссельного диска 11 сверху и снизу (в аксиальном направлении) в каждом случае ограничена двумя затворными дисками 15, 16, проходящими в радиальном направлении снаружи внутрь до радиусов r₁₅ и r₁₆, которые меньше наружного радиуса r₁₁ дроссельного диска 11. Соответственно дроссельный диск 11 доходит своей частью, имеющей входные отверстия, до радиуса r₁₁, который больше внутреннего радиуса затворных дисков 15, 16.

Между напорным диском 14 и затворным диском 15, ограничивающим разделительную камеру сверху, образована напорная камера 17, с которой соединяется подводящий трубопровод 18. В напорную камеру 17 по подводящему трубопроводу 18 с включенным перед ним клапаном 19 может подаваться текучая среда, например газ. Изменение давления текучей среды в напорной камере 17 приводит к сдвигу зеркала жидкости R_H1 тяжелой фазы в напорной камере 18 между внутренним радиусом r₁₅ (иначе бы последовало наполнение камеры 17), не меньшим радиуса r_L2 (так как в противном случае линия разделения сместилась бы в центр барабана, так что для легкой фазы LP места уже бы не осталось) и наружным радиусом r₁₄ и к смещению уровней жидкости легкой фазы LP над или под дроссельным диском 11 в разделительной камере 9.

Хотя радиусы, на которые стекает легкая фаза и тяжелая фаза, не изменяются, изменение давления в напорной камере 17 приводит к предпочтительному изменению радиусов, до которых доходят фазы в барабане, вместе с тем она влияет на радиус, на котором находится зона разделения (r_Е).

Кроме того, биконический барабан в районе своего наибольшего диаметра имеет сопла 20 для выхода твердой фазы, предназначенные для непрерывного вывода из барабана твердых частиц S. Этот вариант является предпочтительным. Тем не менее вполне возможны варианты без дополнительного выхода твердой фазы или с периодическим выходом, например, через золотниковый клапан.

Напорная камера 17 позволяет несложным в конструктивном отношении способом регулировать положение линии разделения, вместе с тем улучшается управляемость процесса. Кроме того, получается расширенный диапазон регулирования зоны разделения.

Ссылочные обозначения
барабан сепаратора	1
вращающийся шпиндель	2
подшипник	3
входная труба	4
распределитель	5
выходные отверстия	6
вертикальный канал	7
пакет тарелок	8
разделительная камера	9
разделительная тарелка	10
дроссельный диск	11
отводящий канал	12
переливное устройство	13
напорный диск	14
затворные диски	15, 16
напорная камера	17
подающая линия	18
клапан	19
сопла для выхода твердой фазы	20
сопла для выхода твердой фазы	21
угол	α
радиусы	r0, Е, HI, HD, 11, 14, 14,16, L2
жидкая фаза	LP, HP
продукт	Р

1. Сепаратор, содержащий барабан (1), который является, по меньшей мере, внутри, коническим или биконическим и установлен только на одном из своих аксиальных концов с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и содержит:
а) только на своем нижнем конце или на своем верхнем конце вращающийся шпиндель для привода барабана, установленный на подшипниках с возможностью качания вокруг центра (G) вращения,
б) входную трубу (4) для перерабатываемого продукта,
в) по меньшей мере, два выпускных устройства (11, 13) для более легкой фазы (LP) и тяжелой фазы (HP),
г) предпочтительно, отверстия для выхода твердой фазы (20) в области своего наибольшего внутреннего диаметра,
д) расположенный в барабане пакет (9) тарелок, отличающийся
е) напорной камерой (17), выполненной с возможностью подачи в нее текучей среды для изменения положения зоны (г_Е) разделения легкой и тяжелой фаз (LP, HP).

2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что выпускное устройство для более легкой фазы (LP) снабжено дроссельным диском (11).

3. Сепаратор по п.1 или 2, отличающийся тем, что выпускное устройство для более тяжелой фазы (HP) снабжено дроссельным диском.

4. Сепаратор по п.1 или 2, отличающийся тем, что напорная камера расположена либо перед одним, либо перед обоими выпускными устройствами для жидкой фазы.

5. Сепаратор по п.1 или 2, отличающийся тем, что напорная камера выполнена в районе входной камеры.

6. Сепаратор по п.1 или 2, отличающийся тем, что перед переливным устройством (13) (если смотреть в аксиальном направлении) установлен напорный диск (14), радиус r₁₄ которого больше радиуса r_HD переливного устройства (13) для тяжелой фазы (HP), поэтому тяжелая фаза перед выходом из переливного устройства (13) течет вокруг этого диска (14).

7. Сепаратор по п.1 или 2, отличающийся тем, что разделительная камера (9) вокруг дроссельного диска (11) сверху и снизу (в аксиальном направлении) в каждом случае ограничена затворным диском (15, 16), проходящим в радиальном направлении снаружи внутрь до радиусов r₁₅ и r₁₆, которые меньше наружного радиуса r₁₁ дроссельного диска (11).

8. Сепаратор по п.1 или 2, отличающийся тем, что напорная камера (17) выполнена между напорным диском (14) и затворным диском (15), ограничивающим разделительную камеру сверху.

9. Сепаратор по п.1 или 2, отличающийся тем, что с напорной камерой (17) соединена линия (18) подачи текучей среды.

10. Сепаратор по п.1 или 2, отличающийся тем, что выпускные отверстия для твердой фазы выполнены в виде сопел (20) рассчитаны на непрерывный вывод твердых частиц из барабана (2).

11. Сепаратор по п.1 или 2, отличающийся тем, что выпускные отверстия (20) для твердой фазы выполнены с возможностью закрытия посредством золотникового клапана.