Способ контроля потока в центробежном сепараторе
Изобретение относится устройствам разделения газожидкостной смеси. Центробежный сепаратор содержит корпус центробежного сепаратора со стенкой корпуса центробежного сепаратора. Корпус центробежного сепаратора содержит цилиндрическую секцию (2) и коническую секцию (3), газоотводное отверстие (6), расположенное на верхнем конце корпуса центробежного сепаратора, и выпускное отверстие (7) жидкости, расположенное на нижнем конце корпуса центробежного сепаратора, впускное отверстие (8) газожидкостной смеси, расположенное в цилиндрической секции (2) корпуса. Средство детектирования, предназначенное для определения толщины слоя жидкости на стенке корпуса центробежного сепаратора, которое располагается в цилиндрической секции (2). Также заявлен способ непрерывного отслеживания потока, проходящего через такой центробежный сепаратор. Технический результат – повышение точности измерения параметров потока. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится к центробежному сепаратору, в частности, к центробежному сепаратору для разделения газожидкостной смеси. Центробежный сепаратор согласно настоящему изобретению содержит систему контроля, выполненную с возможностью непрерывного отслеживания потока, проходящего через центробежный сепаратор, и пригодную для выявления перекрытий потока и изменения характера движения потока в центробежном сепараторе.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Центробежные сепараторы, такие как гидроциклоны, обычно используются для отделения газа от жидкости в ходе выполнения периодических технологических процессов, а особенно непрерывных производственных процессов.
На фиг. 1А представлено схематическое изображение центробежного сепаратора известного уровня техники, использующего современную технологию разделения, где показаны компоненты стандартного центробежного сепаратора. Центробежный сепаратор содержит цилиндрическую секцию 2 и коническую секцию 3, которые вместе заключают в оболочку внутреннее пространство 4 центробежного сепаратора, симметричное относительно центральной оси 13. Цилиндрическая секция 2 закрыта сверху крышкой 5, через которую проходит газоотводное отверстие 6, соединенное с газовыпускным патрубком 11. В нижней части конической секции 3 предусмотрено выпускное отверстие 7 жидкости, соединенное с патрубком 12 для отвода жидкости. Впускное отверстие 8 газожидкостной смеси сообщается по текучей среде с внутренним пространством 4 центробежного сепаратора через цилиндрическую секцию 2. Впускное отверстие 8 газожидкостной смеси соединено с впускным патрубком 10. Устройство для контроля потока часто располагается у выпускного отверстия жидкости.
Центробежные сепараторы часто являются частью сложных промышленных установок с большим числом иных узлов. Следовательно, часто необходимо контролировать поток, проходящий через центробежный сепаратор, или отслеживать эффективность газожидкостного разделения, так как это может иметь последствия вверх и вниз по потоку от центробежного сепаратора. Кроме того, газожидкостные сепараторы, известные из уровня техники, обычно страдают от самых разных недостатков при работе с высокими нагрузками по жидкости, а ведь целью центробежного сепаратора является быстрое отделение получаемого газа от жидкой фазы.
Следовательно, существует потребность в центробежных сепараторах, где могут выполняться высокоточные измерения параметров потока. Центробежные сепараторы должны быть выполнены с возможностью функционирования на максимуме своей расчетной производительности или с ее превышением, сохраняя при этом оптимальные параметры функционирования под контролем оператора. Оператор должен иметь возможность точно контролировать работу центробежного сепаратора и быстро выявлять проблемы с минимальным риском для здоровья находящихся поблизости лиц.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Следовательно, одна из целей настоящего изобретения заключается в том, чтобы устранить или нейтрализовать один или несколько указанных недостатков, присущих рынку, или же удовлетворить одну из потребностей рынка.
В таких обстоятельствах было неожиданно обнаружено, что одна или несколько указанных целей могут быть достигнуты с помощью центробежного сепаратора, в котором средство детектирования толщины слоя жидкости в центробежном сепараторе располагается вдоль цилиндрической секции центробежного сепаратора или выше впускного отверстия газожидкостной смеси центробежного сепаратора.
Настоящее изобретение относится, в частности, к центробежному сепаратору для промышленного разделения газожидкостной смеси, содержащему корпус центробежного сепаратора со стенкой корпуса центробежного сепаратора, причем корпус центробежного сепаратора включает в себя цилиндрическую секцию и коническую секцию, газоотводное отверстие, расположенное на верхнем конце корпуса центробежного сепаратора, и выпускное отверстие жидкости, расположенное на нижнем конце корпуса центробежного сепаратора, а также впускное отверстие газожидкостной смеси, в частности, расположенное в цилиндрической секции корпуса центробежного сепаратора; который отличается тем, что этот центробежный сепаратор дополнительно содержит средство детектирования, предназначенное для определения толщины слоя жидкости на стенке корпуса центробежного сепаратора, причем средство детектирования толщины слоя жидкости располагается в цилиндрической секции. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения средство детектирования располагается на той же высоте, что и впускное отверстие газожидкостной смеси, или выше него.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения средство детектирования располагается в верхней половине цилиндрической секции.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения средство детектирования располагается по высоте в пределах, по меньшей мере, между 50% и, как максимум, 67% высоты цилиндрической секции.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения впускное отверстие для газожидкостной смеси предусмотрено в нижней половине цилиндрической секции.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения соотношение между высотой расположения средства детектирования в цилиндрической секции и высотой расположения впускного отверстия газожидкостной смеси в цилиндрической секции составляет, по меньшей мере, 1,0/1,0; в частности - по меньшей мере, 1,2/1,0; в более конкретном случае - по меньшей мере, 1,3/1,0; в еще более конкретном случае - по меньшей мере, 1,4/1,0; а в еще более конкретном случае - по меньшей мере, 1,6/1,0.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения средство детектирования содержит источник волн и детектор волн, в частности, источник электромагнитных волн и детектор электромагнитных волн.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения источник волн испускает гамма-лучи.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения источник волн и детектор волны располагаются на одной высоте.
Согласно второму аспекту настоящее изобретение относится к использованию центробежного сепаратора согласно одному из вариантов реализации первого аспекта заявленного изобретения в качестве средства разделения газожидкостной смеси, в котором жидкость содержит, по меньшей мере, одну нитратную соль.
Согласно третьему аспекту настоящее изобретение относится к использованию центробежного сепаратора согласно одному из вариантов реализации первого аспекта заявленного изобретения в качестве средства разделения газожидкостной смеси, в котором жидкость характеризуется концентрацией солей, лежащей в пределах, по меньшей мере, от 0 г/л до, как максимум, 1600 г/л.
Согласно четвертому аспекту настоящее изобретение относится к использованию центробежного сепаратора согласно одному из вариантов реализации первого аспекта заявленного изобретения в качестве средства разделения газожидкостной смеси, в котором жидкость характеризуется плотностью, лежащей в пределах, по меньшей мере, от 10 кг/м3 до, как максимум, 2000 кг/м3.
Согласно пятому аспекту настоящее изобретение относится к способу определения толщины слоя жидкости, протекающей по существу по симметричной спиральной траектории в центробежном сепараторе, причем центробежный сепаратор содержит корпус центробежного сепаратора со стенкой корпуса центробежного сепаратора, причем корпус центробежного сепаратора содержит цилиндрическую секцию и коническую секцию, газоотводное отверстие, расположенное на верхнем конце корпуса центробежного сепаратора, и впускное отверстие газожидкостной смеси, в частности, расположенное в цилиндрической секции; при этом центробежный сепаратор дополнительно содержит средство детектирования, предназначенное для определения толщины слоя жидкости на стенке корпуса центробежного сепаратора в цилиндрической секции;
при этом указанный способ предусматривает выполнение следующих стадий:
• обеспечение потока жидкости, протекающего по существу по симметричной спиральной траектории в центробежном сепараторе;
• отслеживание выходного сигнала средства детектирования; и
• преобразование выходного сигнала в значение толщины слоя жидкости.
В некоторых вариантах осуществления способа согласно настоящему изобретению центробежный сепаратор представляет собой центробежный сепаратор согласно одному из вариантов реализации первого аспекта заявленного изобретения.
Согласно шестому аспекту настоящее изобретение относится к средству детектирования, предназначенному для измерения толщины слоя жидкости, которое располагается вдоль цилиндрической секции центробежного сепаратора и выполняет функцию устройства контроля потока в центробежном сепараторе.
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения раскрыты в подробном описании и прилагаемой формуле. Различные аспекты настоящего изобретения более подробно описаны в последующих параграфах. Каждый определенный таким образом аспект может быть объединен с любым другим аспектом или аспектами, если только явным образом не указано иное. В частности, любой признак, указанный как предпочтительный или обеспечивающий преимущество, может быть объединен с любым другим признаком или признаками, указанными как предпочтительные или обеспечивающие преимущество. Варианты (предпочтительные) реализации одного аспекта настоящего изобретения также являются вариантами (предпочтительными) реализации всех остальных аспектов настоящего изобретения.
Краткое описание фигур
На фиг. 1А показан центробежный сепаратор известного уровня техники.
На фиг. 1В показан центробежный сепаратор согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 приводиться сравнение между выходным сигналом детектора гамма-излучения центробежных сепараторов, где средство детектирования располагается вдоль конической секции (фиг. 2а), и выходными сигналами центробежных сепараторов согласно вариантам осуществления настоящего изобретения (фиг. 2b).
На фиг. 3 показаны выходные сигналы центробежных сепараторов согласно настоящему изобретению.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
При описании настоящего изобретения используемые термины должны трактоваться в соответствии с представленными определениями, если только из контекста не вытекает иное.
Ссылка на «один вариант осуществления настоящего изобретения» или «один из вариантов осуществления настоящего изобретения» по всему тексту данного описания означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанная в привязке к определенному варианту осуществления настоящего изобретения, включена, по меньшей мере, в один из вариантов осуществления заявленного изобретения. Таким образом, фразы «в одном варианте осуществления настоящего изобретения» и «в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения», встречающиеся в различных местах по всему тексту представленного описания, не обязательно все относятся к одному и тому же варианту осуществления настоящего изобретения. Кроме того, конкретные признаки, структуры или характеристики могут быть объединены любым приемлемым способом, очевидным специалисту в данной области техники из представленного описания, в одном или нескольких вариантов осуществления настоящего изобретения. Более того, хотя некоторые варианты осуществления заявленного изобретения, описанные в настоящем документе, включают в себя некоторые, но не другие признаки, включенные в другие варианты осуществления, предполагается, что сочетания признаков разных вариантов осуществления входят в объем настоящего изобретения и образуют разные варианты его осуществления, что должно быть понятно специалистам в данной области техники.
В контексте представленного описания и прилагаемой формулы изобретения форма единственного числа, на которую указывают неопределенные артикли и определенный артикль, включает в себя форму множественного числа, если из контекста явственно не вытекает иное. К примеру, «гамма-луч» означает один гамма-луч или более одного гамма-луча.
Если не указано иное, то под диаметром следует понимать внутренний диаметр.
Если не указано иное, то все технические и научные термины, используемые в настоящем документе, имеют то же значение, в котором их обычно понимают специалисты в данной области техники. Все публикации, упоминаемые в настоящем документе, включены в него посредством ссылки.
По всему тексту описания термин «около» указывает на то, что какое-либо значение включает в себя стандартное отклонение ошибки для устройства или способа, используемого для определения этого значения.
Перечисление диапазонов числовых значений посредством задания конечных точек предусматривает включение всех целых чисел и, где это необходимо, их дробей, входящих в этот диапазон (к примеру, диапазон от 1 до 5 может включать в себя 1, 2, 3 и 4, если он относится, например, к количеству элементов; и может также включать в себя 1,5; 2; 2,75 и 3,89, если он относится, например, к результатам измерений). Перечисление конечных точек также предусматривает включение значений самих конечных точек (к примеру, диапазон от 1,0 до 5,0 включает в себя как 1,0, так и 5,0). Любой диапазон числовых значений, указанный в настоящем документе, предполагает включение всех входящих в него поддиапазонов.
В таких обстоятельствах было неожиданно обнаружено, что информация о потоке может быть получена центробежными сепараторами, в которых средство детектирования, предназначенное для определения толщины слоя жидкости в центробежном сепараторе, располагается вдоль цилиндрической секции центробежного сепаратора или выше впускного отверстия газожидкостной смеси центробежного сепаратора.
Первый вариант осуществления заявленного изобретения, описанный в настоящем документе, относится к центробежному сепаратору для промышленного разделения газожидкостной смеси, содержащему корпус центробежного сепаратора со стенкой корпуса центробежного сепаратора, причем корпус центробежного сепаратора включает в себя цилиндрическую секцию и коническую секцию, газоотводное отверстие, расположенное на верхнем конце корпуса центробежного сепаратора, и выпускное отверстие жидкости, расположенное на нижнем конце корпуса центробежного сепаратора; который при этом отличается тем, что корпус центробежного сепаратора дополнительно содержит впускное отверстие газожидкостной смеси, в частности, расположенное в цилиндрической секции корпуса центробежного сепаратора, и средство детектирования, предназначенное для определения толщины слоя жидкости на стенке корпуса центробежного сепаратора; при этом средство детектирования толщины слоя жидкости располагается в цилиндрической секции.
Было замечено, что центробежные сепараторы, снабженные средством детектирования, которое располагается согласно настоящему изобретению, более точно фиксируют изменения параметров потока, что обеспечивает большую эксплуатационную гибкость в сравнении со сценарием, в котором средство детектирования располагается в нижней части конической секции. Это позволяет лучше регулировать поток, проходящий через центробежный сепаратор, или лучше регулировать внутренние процессы вверх и/или вниз по потоку от центробежного сепаратора. Было установлено, что в центробежных сепараторах, в которых средство детектирования располагается в нижней части центробежного сепаратора в его конической секции, выходной сигнал средства детектирования может ослабевать или даже полностью пропадать, особенно при работе с большой нагрузкой, при этом было замечено, что при использовании центробежного сепаратора согласно настоящему изобретению через центробежный сепаратор могут быть пропущены большие потоки, прежде чем сигнал средства детектирования ослабнет или пропадет. Было отмечено, что центробежный сепаратор согласно настоящему изобретению может предоставлять информацию о потоке в намного более широком диапазоне расхода в сравнении с предшествующим уровнем техники. Следовательно, центробежный сепаратор может функционировать с более высокой нагрузкой, по-прежнему предоставляя информацию о потоке. Это может предотвратить ситуацию, когда объем потока, проходящего через центробежный сепаратор, становится фактором, ограничивающим скорость процесса в установке. На предшествующем уровне техники могли возникать ситуации, когда объем потока, проходящего через химическую установку или оборудование, был искусственно ограничен расходом, при который все еще выдавался сигнал, фиксируемый средством детектирования, тогда как при использовании настоящего изобретения сигнал по-прежнему фиксируется при намного большем расходе, благодаря чему химическая установка или оборудование может функционировать при более высоком расходе, что повышает рентабельность такой химической установки или оборудования.
Слой жидкости в сепараторе может подниматься, постепенно приближаясь к газоотводному отверстию. По достижении слоем жидкости газоотводного отверстия жидкость может вытечь из центробежного сепаратора через газоотводное отверстие, что приведет к резкому снижению эффективности сепарации. Благодаря месторасположению средства детектирования согласно настоящему изобретению такой постепенный подъем жидкости может быть выявлен, и для прекращения постепенного перемещения жидкости в центробежном сепараторе могут быть изменены соответствующие условия. Работа центробежного сепаратора основана на поддержании жидкостного вихря на внутренней стенке сепаратора. Когда этот вихрь разрушается или пропадает, эффективность сепарации существенно снижается. Положение средства детектирования согласно настоящему изобретению позволяет выявить такое разрушение вихря, например, когда на стенке не обнаруживается жидкость, ведь наличие вихря является единственным маркером, позволяющим обнаруживать жидкость на стенке, особенно в тех случаях, когда средство детектирования располагается выше впускного патрубка. Когда средство детектирования располагается в нижней конической секции, с помощью расположенного в ней средства детектирования может быть обнаружена жидкость, которая проходит по стенке прямо из впускного патрубка в выпускное отверстие жидкости, не закручиваясь в вихрь. Средству детектирования, расположенному в нижней конической секции, сложно или даже невозможно провести различие между потоком жидкости, проходящему по стенке, и потоком, обусловленным жидкостным вихрем на стенке.
Термин «цилиндрическая секция» в контексте настоящего документа обозначает секцию корпуса центробежного сепаратора, в которой внутренний диаметр остается неизменным вдоль центральной оси центробежного сепаратора.
Термин «центробежный сепаратор» относится к сепаратору, который использует центробежные силы для разделения материалов, в частности, газа и жидкости с содержанием или без содержания твердых частиц, или газа и твердых частиц, или жидкости и твердых частиц. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения центробежный сепаратор представляет собой циклон, в частности, гидроциклон.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения центробежный сепаратор представляет собой гидроциклон, предназначенный для отделения газа и жидкости друг от друга.
Термин «газожидкостная смесь» относится к комбинации газа и жидкости, причем эта комбинация может присутствовать в любой физической форме, такой как капли жидкости в газе, пузырьки газа в жидкости или поток жидкости и поток газа, проходящие через один и тот же резервуар или патрубок. Жидкость в составе газожидкостной смеси может содержать твердые частицы, например, твердые частицы, взвешенные в жидкости.
Термин «корпус центробежного сепаратора» обозначает оболочку, которая охватывает внутреннее пространство центробежного сепаратора.
Термин «стенка корпуса центробежного сепаратора» относится к части корпуса центробежного сепаратора и обозначает физический барьер, охватывающий внутреннее пространство центробежного сепаратора.
Термин «газоотводное отверстие» обозначает отверстие в корпусе центробежного сепаратора или в стенке корпуса центробежного сепаратора, рассчитанное на отведение газа за пределы центробежного сепаратора. В частности, газоотводное отверстие располагается на верхнем конце корпуса центробежного сепаратора.
Термин «выпускное отверстие жидкости» обозначает отверстие в корпусе центробежного сепаратора или в стенке корпуса центробежного сепаратора, рассчитанное на отведение жидкости за пределы центробежного сепаратора. В частности, выпускное отверстие жидкости располагается на нижнем конце корпуса центробежного сепаратора.
Термин «впускное отверстие газожидкостной смеси» обозначает отверстие, через которое газожидкостная смесь поступает в центробежный сепаратор.
Термин «средство детектирования, предназначенное для определения толщины слоя жидкости на стенке корпуса центробежного сепаратора» далее по тексту часто сокращается до термина «средство детектирования», который обозначает измерительное устройство, выполненное с возможностью определения толщины слоя жидкости на стенке корпуса центробежного сепаратора.
Всякий раз, когда упоминается положение впускного или выпускного патрубка, имеется в виду средняя точка пересечения между впускным или выпускным патрубком и конической секцией, цилиндрической секцией или крышкой с впускным или выпускным патрубком, которая и определяет положение впускного или выпускного патрубка. Например, если впускной патрубок выполнен в виде трубки диаметром 10 см посередине цилиндрической секции, то впускной патрубок будет располагаться на высоте, соответствующей 50% высоты цилиндрической секции, т.е. 5 см.
Хотя средство детектирования может включать в себя некоторые другие элементы, если не указано иное, положение средства детектирования означает положение детектора, в частности, средней точки окна детектора, через которое в детектор заходят волны, подлежащие детектированию.
В частности, центробежный сепаратор предназначен для работы в вертикальном положении, а это означает, что центральная ось цилиндрической секции проходит вертикально. В этом вертикальном положении коническая секция располагается ниже цилиндрической секции. Эта вертикальная ориентация служит ориентиром при использовании таких терминов, как «верх» и «низ» или «верхний» и «нижний»; и даже в том случае, когда центробежный сепаратор находится не в вертикальном положении, термины «верх» и «низ» или «верхний» и «нижний» по-прежнему используются в том же значении.
Положение на цилиндрической секции или в цилиндрической секции может быть выражено в процентах высоты цилиндрической секции, причем высота в 0% цилиндрической секции соответствует линии стыка между цилиндрической секцией и конической секцией, а высота в 100% цилиндрической секции соответствует высоте, на которой начинается уменьшение диаметра.
Термин «коническая секция» обозначает часть центробежного сепаратора, внутренний диаметр которой уменьшается вдоль центральной оси центробежного сепаратора, причем диаметр и расстояние вдоль центральной оси находятся в линейной зависимости друг от друга. Коническая секция может также иметь усеченную или усеченно-коническую форму.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения коническая секция постепенно сужается в диаметре, что усиливает центробежные силы, воздействующие на газожидкостную смесь, облегчая сепарацию.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения корпус центробежного сепаратора характеризуется наличием вытянутой полости (внутреннего пространства) центробежного сепаратора, заданной стенкой корпуса центробежного сепаратора, причем внутреннее пространство центробежного сепаратора характеризуется наличием конца слива верхнего продукта, конца слива нижнего продукта и по существу центрально расположенной оси, проходящей между концом слива верхнего продукта и концом слива нижнего продукта; при этом внутреннее пространство центробежного сепаратора характеризуется по существу круглым поперечным сечением, по меньшей мере, на части осевой длины; при этом газоотводное отверстие (6) располагается проксимально относительно конца слива верхнего продукта, а выпускное отверстие (7) жидкости располагается проксимально относительно конца слива нижнего продукта. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения постепенное уменьшение диаметра конической секции дополнительно способствует сохранению количества движения жидкости и сепарации в направлении конца слива нижнего продукта.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения газоотводное отверстие располагается в таком месте и имеет такую конструкцию, чтобы оно могло обеспечивать обезгаживание.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одно выпускное отверстие жидкости располагается проксимально относительно конца слива нижнего продукта и выполнено с возможностью удаления жидкости. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения внутреннее пространство центробежного сепаратора оканчивается концом слива нижнего продукта.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения внутреннее пространство центробежного сепаратора выполнено симметричным относительно центральной оси, исключая впускные и выпускные патрубки. Центральная ось является, в частности, центральной осью цилиндрической секции и конической секции. Если не указано иное, то длина и высота задаются относительно этой центральной оси.
Положение на конической секции или в конической секции может быть выражено в процентах высоты конической секции, причем высота в 0% конической секции соответствует положению выпускного отверстия жидкости, а высота в 100% конической секции соответствует линии стыка между цилиндрической секцией и конической секцией.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения средство детектирования располагается на той же высоте, что и впускное отверстие газожидкостной смеси, или выше него.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения средство детектирования располагается на той же высоте, что и впускное отверстие газожидкостной смеси, или выше него, но ниже положения газоотводного отверстия.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одно впускное отверстие располагается в таком месте и выполнено таким образом, что газожидкостная смесь поступает во внутреннее пространство центробежного сепаратора в направлении, перпендикулярном стенке корпуса центробежного сепаратора, в результате чего поступающая газожидкостная смесь образует путь потока в виде закручивающегося вихря во внутреннем пространстве центробежного сепаратора.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения газоотводное отверстие проходит через крышку, в частности, через центр крышки. Через крышку газоотводное отверстие может выступать внутрь. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения газоотводное отверстие может располагаться в пределах между, по меньшей мере, 80% и, как максимум, 120% высоты цилиндрической секции; в частности - в пределах между, по меньшей мере, 85% и, как максимум, 115% высоты цилиндрической секции; в более конкретном случае - в пределах между, по меньшей мере, 90% и, как максимум, 110% высоты цилиндрической секции; в еще более конкретном случае - в пределах между, по меньшей мере, 95% и, как максимум, 105% высоты цилиндрической секции; а в еще более конкретном случае - в пределах между, по меньшей мере, 98% и, как максимум, 102% высоты цилиндрической секции, например, 100%. Это может предотвратить скопление газа в верхней части центробежного сепаратора. Это может также предотвратить застаивание заторможенного газа внутри центробежного сепаратора.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения средство детектирования располагается в верхней половине цилиндрической секции или, иначе говоря, в пределах между, по меньшей мере, 50% и, как максимум, 100% высоты цилиндрической секции; в частности - в пределах между, по меньшей мере, 52% и 85% высоты цилиндрической секции; в более конкретном случае в пределах между, по меньшей мере, 55% и 75% высоты цилиндрической секции; в еще более конкретном случае - в пределах между, по меньшей мере, 58% и 70% высоты цилиндрической секции; а в еще более конкретном случае - в пределах между, по меньшей мере, 60% и 65% высоты цилиндрической секции.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения средство детектирования располагается в средней трети цилиндрической секции, в частности в пределах между, по меньшей мере, 33% и, как максимум, 67% высоты цилиндрической секции; в более конкретном случае - в пределах между, по меньшей мере, 40% и, как максимум, 65% высоты цилиндрической секции; в еще более конкретном случае - в пределах между, по меньшей мере, 50% и, как максимум, 63% высоты цилиндрической секции; а в еще более конкретном случае - в пределах между, по меньшей мере, 55% и, как максимум, 62% высоты цилиндрической секции.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения средство детектирования располагается на пересечении верхней половины цилиндрической секции со средней третью цилиндрической секции или, иначе говоря, в пределах между, по меньшей мере, 50% и, как максимум, 67% высоты цилиндрической секции.
Зачастую эти области более доступны, что упрощает установку и техническое обслуживание. Такая область располагается высоко над уровнем земли, и если средство детектирования содержит источник излучения, то излучение не будет проходить на уровне центральной части тела находящегося поблизости лица, что для него безопаснее.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения выпускное отверстие жидкости располагается в самой нижней точке конической секции, в частности, вдоль центральной оси центробежного сепаратора. Это предотвращает скопление жидкости и/или застаивание жидкости внутри центробежного сепаратора.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения отношение высоты цилиндрической секции к диаметру цилиндрической секции составляет, по меньшей мере, от 1,0/1,0 до, как максимум, 5,0/1,0; в частности - по меньшей мере, от 1,1/1,0 до, как максимум, 4,0/1,0; в более конкретном случае - по меньшей мере, от 1,2/1,0 до, как максимум, 3,0/1,0; в еще более конкретном случае - по меньшей мере, от 1,3/1,0 до, как максимум, 2,5/1,0; а в еще более конкретном случае - по меньшей мере, от 1,4/1,0 до, как максимум, 2,2/1,0. Это может повысить эффективность сепарации центробежного сепаратора.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения отношение высоты цилиндрической секции к высоте конической секции составляет, по меньшей мере, от 1,0/1,0 до, как максимум, 4,5/1,0; в частности - по меньшей мере, от 1,5/1,0 до, как максимум, 4,0/1,0; в более конкретном случае - по меньшей мере, от 2,0/1,0 до, как максимум, 3,8/1,0; в еще более конкретном случае - по меньшей мере, от 2,2/1,0 до, как максимум, 3,5/1,0; а в еще более конкретном случае - по меньшей мере, от 2,5/1,0 до, как максимум, 3,2/1,0. Это может повысить эффективность сепарации центробежного сепаратора.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения диаметр цилиндрической секции составляет, по меньшей мере, 0,2 м; в частности - по меньшей мере, 0,4 м; в более конкретном случае - по меньшей мере, 0,6 м; в еще более конкретном случае по меньшей мере, 0,8 м; а в еще более конкретном - случае по меньшей мере, 1,0 м.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения диаметр цилиндрической секции составляет, как максимум, 4,0 м; в частности - как максимум, 3,0 м; в более конкретном случае - как максимум, 2,0 м; в еще более конкретном случае - как максимум, 1,8 м; а в еще более конкретном случае - как максимум, 1,6 м.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения диаметр цилиндрической секции составляет, по меньшей мере, 0,2 м и, как максимум, 4,0 м; в частности - по меньшей мере, от 0,4 м до, как максимум, 3,0 м; в более конкретном случае - по меньшей мере, от 0,6 м до, как максимум, 2,0 м; в еще более конкретном случае - по меньшей мере, от 0,8 м до, как максимум, 1,8 м; а в еще более конкретном случае - по меньшей мере, от 1,0 м до, как максимум, 1,6 м.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения толщина стенки цилиндрической секции составляет, по меньшей мере, 1 мм и, как максимум, 50 мм; в частности - по меньшей мере, от 2 мм до, как максимум, 40 мм; в более конкретном случае - по меньшей мере, от 3 мм до, как максимум, 30 мм; в еще более конкретном случае - по меньшей мере, от 4 мм до, как максимум, 20 мм; а в еще более конкретном случае - по меньшей мере, от 5 мм до, как максимум, 10 мм, например, по меньшей мере, от 6 мм до, как максимум, 10 мм.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения угол раскрытия конической секции составляет, по меньшей мере, 45°; в частности - по меньшей мере, 50°; в более конкретном случае по меньшей мере, 55°; в еще более конкретном случае по меньшей мере, 60°; а в еще более конкретном случае - по меньшей мере, 63°. Это может повысить эффективность сепарации центробежного сепаратора.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения угол раскрытия конической секции составляет, как максимум, 90°; в частности - как максимум, 85°; в более конкретном случае как максимум, 80°; в еще более конкретном случае как максимум, 75°; а в еще более конкретном случае - как максимум, 73°. Это может повысить эффективность сепарации центробежного сепаратора.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения угол раскрытия конической секции составляет, по меньшей мере, от 45° до, как максимум, 90°; в частности - по меньшей мере, от 50° до, как максимум, 85°; в более конкретном случае - по меньшей мере, от 55° до, как максимум, 80°; в еще более конкретном случае - по меньшей мере, от 60° до, как максимум, 75°; а в еще более конкретном случае - по меньшей мере, от 63° до, как максимум, 73°. Это может повысить эффективность сепарации центробежного сепаратора.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения угол раскрытия конической секции в два раза превышает угол полураствора, а угол полураствора представляет собой угол между конической секцией и центральной осью.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения впускное отверстие газожидкостной смеси предусмотрено в нижней половине цилиндрической секции или в пределах между, по меньшей мере, 0% и, как максимум, 50% высоты цилиндрической секции; в частности в пределах между, по меньшей мере, 10% и, как максимум, 45% высоты цилиндрической секции; в более конкретном случае - в пределах между, по меньшей мере, 20% и, как максимум, 43% высоты цилиндрической секции; в еще более конкретном случае - в пределах между, по меньшей мере, 27% и, как максимум, 40% высоты цилиндрической секции; а в еще более конкретном случае в пределах между, по меньшей мере, 30% и, как максимум, 37% высоты цилиндрической секции. Такое положение впускного отверстия газожидкостной смеси делает центробежный сепаратор особенно подходящим для сепарации газожидкостных смесей.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения впускное отверстие газожидкостной смеси располагается в нижней трети цилиндрической секции или в пределах от 0% до 33% высоты цилиндрической секции. Это может повысить эффективность сепарации центробежного сепаратора.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения соотношение между высотой, на которой располагается средство детектирования в цилиндрической секции, и высотой, на которой располагается впускное отверстие газожидкостной смеси в цилиндрической секции, составляет, по меньшей мере, 1,0/1,0; в частности - по меньшей мере, 1,2/1,0; в более конкретном случае - по меньшей мере, 1,3/1,0; в еще более конкретном случае по меньшей мере, 1,4/1,0; а в еще более конкретном случае - по меньшей мере, 1,6/1,0.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения впуск газожидкостной смеси проходит перпендикулярно вертикальной оси, но может проходить под наклоном к горизонтальной оси.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения соотношение между высотой, на которой располагается средство детектирования в цилиндрической секции, и высотой, на которой располагается впускное отверстие газожидкостной смеси в цилиндрической секции, лежит в пределах, по меньшей мере, от 1,0/1,0 до, как максимум, 4,5/1,0; в частности - в пределах, по меньшей мере, от 1,2/1,0 до, как максимум, 3,5/1,0; в более конкретном случае - в пределах, по меньшей мере, от 1,3/1,0 до, как максимум, 2,5/1,0; в еще более конкретном случае - в пределах, по меньшей мере, от 1,4/1,0 до, как максимум, 3,5/1,0; а в еще более конкретном случае - в пределах, по меньшей мере, от 1,6/1,0 до, как максимум, 2,0/1,0. Такие соотношения оказывают влияние на толщину слоя жидкости на стенке корпуса центробежного сепаратора в точке/точках измерения, благодаря чему выходной сигнал средства детектирования тонко реагирует на колебания потока.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения средство детектирования располагается выше впускного отверстия газожидкостной смеси, по меньшей мере, на 8 мм; в частности - выше, по меньшей мере, на 50 мм; в более конкретном случае выше, по меньшей мере, на 100 мм; в еще более конкретном случае выше, по меньшей мере, на 200 мм; а в еще более конкретном случае выше, по меньшей мере, на 300 мм.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения впускное отверстие газожидкостной смеси располагается перпендикулярно цилиндрической секции. Это приводит к завихрению жидкости и/или газа на спиральной траектории в центробежном сепараторе.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения впускное отверстие газожидкостной смеси представляет собой щель или множество щелей. В частности, предусмотрена одна или несколько прямоугольных щелей, выполненных в цилиндрической секции. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения щели располагаются на одной высоте. В некоторых альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения щели выстроены с уменьшением расстояния между ними по высоте; в частности, каждая щель располагается ниже соседней на процентную величину, лежащую в пределах, по меньшей мере, от 0% до, как максимум, 5%; в частности - по меньшей мере, от 1% до, как максимум, 4%; а в более конкретном случае - по меньшей мере, от 2% до, как максимум, 3%; причем процентная величина (%) выражена в процентах высоты цилиндрической секции. Вне зависимости от того, содержит ли впуск одну или несколько щелей, положение впускного отверстия газожидкостной смеси задается средней точкой самой высокой щели.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения щели характеризуются длиной, по меньшей мере, от 10% до, как максимум, 50% от общей высоты цилиндрической секции; в частности - по меньшей мере, от 15% до, как максимум, 45%; в более конкретном случае - по меньшей мере, от 20% до, как максимум, 40%; в еще более конкретном случае - по меньшей мере, от 25% до, как максимум, 37%; а в еще более конкретном случае - по меньшей мере, от 30% до, как максимум, 33% от общей высоты цилиндрической секции.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения впускное отверстие газожидкостной смеси соединено с впускным патрубком, причем впускной патрубок имеет диаметр, лежащий в пределах, по меньшей мере, от 0,05 до, как максимум, 0,50 диаметра цилиндрической секции; в частности по меньшей мере, от 0,10 до, как максимум, 0,45; а в более конкретном случае по меньшей мере, от 0,15 до 0,40 диаметра цилиндрической секции.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения газоотводное отверстие соединено с газовыпускным патрубком, причем газовыпускной патрубок имеет диаметр, лежащий в пределах, по меньшей мере, от 0,25 до, как максимум, 0,50 диаметра цилиндрической секции; в частности - по меньшей мере, от 0,30 до, как максимум, 0,45; а в более конкретном случае - по меньшей мере, от 0,33 до 0,42 диаметра цилиндрической секции.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения газоотводное отверстие соединено с патрубком для отвода жидкости, причем патрубок для отвода жидкости имеет диаметр, лежащий в пределах, по меньшей мере, от 0,07 до, как максимум, 0,30 диаметра цилиндрической секции; в частности - по меньшей мере, от 0,10 до, как максимум, 0,25; а в более конкретном случае - по меньшей мере, от 0,13 до 0,20 диаметра цилиндрической секции.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения средство детектирования содержит источник волн и детектор волн, в частности, источник электромагнитных волн и детектор электромагнитных волн. Это обеспечивает преимущество, состоящее в том, что средство детектирования может быть размещено за пределами внутреннего пространства центробежного сепаратора, и, таким образом, не влиять на поток, проходящий внутри центробежного сепаратора.
Если не указано иное, термин «волны» относится к части волн, которые испускаются источником волн и обнаруживаются детектором волн. Источник волн может быть ненаправленным; однако, когда речь идет о волнах или волновом пучке, подразумеваются волны, направленные к сторону детектора, даже в том случае, если волны могут поглощаться центробежным сепаратором, жидкостью или газом внутри центробежного сепаратора. Это же относится к терминам «гамма-лучи», «акустические волны», «электромагнитные волны» и «рентгеновские лучи», которые обозначают все виды волн.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения источник волн испускает гамма-лучи, бета-лучи и/или альфа-лучи; в частности, источник волн испускает гамма-лучи.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения источник волн и детектор волн располагаются на одной высоте.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения волны пересекают стенку корпуса центробежного сепаратора в цилиндрической секции; в частности, волны пересекают стенку корпуса центробежного сепаратора в цилиндрической секции дважды; в частности, волны пересекают стенку корпуса центробежного сепаратора в цилиндрической секции дважды, причем оба раза выше впускного отверстия газожидкостной смеси; и, в частности, волны пересекают стенку корпуса центробежного сепаратора в цилиндрической секции дважды, причем оба раза - выше впускного отверстия газожидкостной смеси и ниже газоотводного отверстия.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения волны пересекают цилиндрическую секцию под углом, по меньшей мере, 45°; в частности под углом, по меньшей мере, 55°; в более конкретном случае - под углом, по меньшей, 65°; в еще более конкретном случае под углом, по меньшей мере, 75°; а в еще более конкретном случае под углом, по меньшей мере, 85°.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения волны пересекают цилиндрическую секцию под углом в пределах, по меньшей мере, от 45° до, как максимум, 90°; в частности - под углом в пределах, по меньшей мере, от 65° до, как максимум, 90°; в более конкретном случае - под углом в пределах, по меньшей мере, от 75° до, как максимум, 90°; а в еще более конкретном случае - под углом в пределах, по меньшей мере, от 85° до, как максимум, 90°. Таким образом, измерение, проводимое средством детектирования, представляет собой наложение двух измерительных точек, что может дать больше информации, чем при использовании всего одной измерительной точки.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения волны пересекают центральную ось центробежного сепаратора.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения волны пересекают центральную ось центробежного сепаратора перпендикулярно. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения волны пересекают центральную ось центробежного сепаратора и цилиндрическую секцию на одной высоте или, иначе говоря, под углом 90°.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения волны могут быть выбраны из списка, включающего в себя гамма-лучи, акустические волны, электромагнитные волны и рентгеновские лучи.
В контексте настоящего документа термин «гамма-лучи» относится к электромагнитному излучению с энергией фотонов, составляющей, по меньшей мере, 100 кэВ; в частности - по меньшей мере, 120 кэВ; в более конкретном случае - по меньшей мере, 150 кэВ; в еще более конкретном случае - по меньшей мере, 170 кэВ; а в еще более конкретном случае - по меньшей мере, 200 кэВ, что обусловлено, в частности, радиоактивным распадом атомных ядер.
В контексте настоящего документа термин «рентгеновские лучи» относится к электромагнитному излучению с энергией фотонов, лежащей в пределах, по меньшей мере, от 100 эВ до, как максимум, 100 кэВ.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения радиоактивность источника гамма-излучения составляет, по меньшей мере, 1 мКи; в частности - по меньшей мере, 2 мКи; в более конкретном случае по меньшей мере, 5 мКи; в еще более конкретном случае - по меньшей мере, 10 мКи; в еще более конкретном случае - по меньшей мере, 50 мКи; а в еще более конкретном случае - по меньшей мере, 100 мКи.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения радиоактивность источника гамма-излучения составляет, как максимум, 1000 мКи; в частности - как максимум, 750 мКи; в более конкретном случае - как максимум, 500 мКи; в еще более конкретном случае - как максимум, 250 мКи; в еще более конкретном случае - как максимум, 200 мКи; а в еще более конкретном случае как максимум, 150 мКи.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения радиоактивность источника гамма-излучения лежит в пределах, по меньшей мере, от 1 мКи до, как максимум, 1000 мКи; в частности - по меньшей мере, от 2 мКи до, как максимум, 750 мКи; в более конкретном случае по меньшей мере, от 5 мКи до, как максимум, 500 мКи; в еще более конкретном случае - по меньшей мере, от 10 мКи до, как максимум, 250 мКи; в еще более конкретном случае - по меньшей мере, от 50 мКи до, как максимум, 200 мКи; а в еще более конкретном случае - по меньшей мере, от 100 мКи до, как максимум, 150 мКи.
Настоящее изобретение дополнительно предлагает использование центробежного сепаратора согласно одному из вариантов осуществления заявленного изобретения в качестве средства разделенная газожидкостной смеси, причем жидкость содержит, по меньшей мере, одну нитратную соль.
Настоящее изобретение дополнительно предлагает использование центробежного сепаратора согласно одному из вариантов осуществления заявленного изобретения в качестве средства разделенная газожидкостной смеси, причем жидкость характеризуется концентрацией солей, лежащей в пределах, по меньшей мере, от 0 г/л (бессолевой раствор, т.е. вода) до, как максимум, 1600 г/л; в частности - по меньшей мере, от 10 г/л до, как максимум, 1200 г/л; в более конкретном случае - по меньшей мере, от 100 г/л до, как максимум, 1000 г/л; в еще более конкретном случае - по меньшей мере, от 200 г/л до, как максимум, 800 г/л; а в еще более конкретном случае - по меньшей мере, от 400 г/л до, как максимум, 600 г/л.
Настоящее изобретение дополнительно предлагает использование центробежного сепаратора согласно одному из вариантов осуществления заявленного изобретения в качестве средства разделенная газожидкостной смеси, причем жидкость характеризуется содержанием солей, лежащей в пределах, по меньшей мере, от 0 масс. % (бессолевой раствор, т.е. вода) до, как максимум, 100 масс. %; в частности - по меньшей мере, от 10 масс. % до, как максимум, 99 масс. %; в более конкретном случае - по меньшей мере, от 20 масс. % до, как максимум, 90 масс. %; в еще более конкретном случае - по меньшей мере, от 40 масс. % до, как максимум, 80 масс. %; а в еще более конкретном случае - по меньшей мере, от 60 масс. % до, как максимум, 70 масс. %. Настоящее изобретение дополнительно предлагает использование центробежного сепаратора согласно одному из вариантов осуществления заявленного изобретения в качестве средства разделенная газожидкостной смеси, причем жидкость характеризуется плотностью, лежащей в пределах, по меньшей мере, от 0,001 кг/м3 до, как максимум, 5000 кг/м3; в частности - в пределах, по меньшей мере, от 0,01 кг/м3 до, как максимум, 4000 кг/м3; в более конкретном случае - в пределах, по меньшей мере, от 0,1 кг/м3 до, как максимум, 3000 кг/м3; в еще более конкретном случае - в пределах, по меньшей мере, от 1 кг/м3 до, как максимум, 2500 кг/м3; а в еще более конкретном случае - в пределах, по меньшей мере, от 10 кг/м3 до, как максимум, 2000 кг/м3.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения жидкость содержит, по меньшей мере, одну нитратную соль, в частности, нитратную соль, выбранную из списка, включающего в себя нитрат кальция, нитрат аммония, нитрат калия или смесь двух или более указанных веществ. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения жидкость дополнительно содержит фосфатную соль.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения скорость газа и жидкости на входе составляет, по меньшей мере, 5 м/с; в частности - по меньшей мере, 10 м/с; в более конкретном случае - по меньшей мере, 15 м/с; в еще более конкретном случае - по меньшей мере, 20 м/с; а в еще более конкретном случае - по меньшей мере, 25 м/с; причем скорость на входе представляет собой скорость газожидкостной смеси в момент ее захождения в сепаратор.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения скорость газа и жидкости на входе лежит в пределах, по меньшей мере, от 1 м/с до, как максимум, 100 м/с; в частности - в пределах, по меньшей мере, от 10 м/с до, как максимум, 90 м/с; в более конкретном случае - в пределах, по меньшей мере, от 15 м/с до, как максимум, 75 м/с; в еще более конкретном случае - в пределах, по меньшей мере, от 20 м/с до, как максимум, 50 м/с; а в еще более конкретном случае - в пределах, по меньшей мере, от 25 м/с до, как максимум, 35 м/с.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения давление в центробежном сепараторе составляет, по меньшей мере, 0,00 бара (а); в частности по меньшей мере, 0,01 бара (а); в более конкретном случае - по меньшей мере, 0,10 бара (а); в еще более конкретном случае - по меньшей мере, 0,50 бара (а); а в еще более конкретном случае по меньшей мере, 0,90 бара (а), например, 1,00 бар (а).
Настоящее изобретение дополнительно предлагает способ определения толщины слоя жидкости, протекающей по существу по симметричной спиральной траектории в центробежном сепараторе, причем центробежный сепаратор содержит корпус центробежного сепаратора со стенкой корпуса центробежного сепаратора, причем корпус центробежного сепаратора содержит цилиндрическую секцию и коническую секцию, газоотводное отверстие, расположенное на верхнем конце корпуса центробежного сепаратора, и выпускное отверстие жидкости, расположенное на нижнем конце корпуса центробежного сепаратора, а также впускное отверстие (8) газожидкостной смеси, в частности, расположенное в цилиндрической секции (2) корпуса центробежного сепаратора; при этом корпус центробежного сепаратора дополнительно содержит средство детектирования, предназначенное для определения толщины слоя жидкости на стенке корпуса центробежного сепаратора, которое располагается в цилиндрической секции (2);
при этом указанный способ предусматривает выполнение следующих стадий:
(a) обеспечение потока жидкости, протекающего по существу по симметричной спиральной траектории в центробежном сепараторе;
(b) отслеживание выходного сигнала средства детектирования; и
(c) преобразование выходного сигнала в значение толщины слоя жидкости.
В некоторых вариантах осуществления указанного способа центробежный сепаратор представляет собой центробежный сепаратор согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Настоящее изобретение дополнительно предлагает использование средства детектирования, расположенного вдоль цилиндрической секции центробежного сепаратора, в качестве устройства контроля потока в центробежном сепараторе. В некоторых вариантах использования средство детектирования располагается между впускным отверстием газожидкостной смеси и газоотводным отверстием центробежного сепаратора.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения установленная толщина слоя жидкости может быть использована в системе управления для того, чтобы определить, имеет ли место перекрытие потока в центробежном сепараторе или дальше по потоку. Такое перекрытие приводит к прерыванию тангенциального потока в сепараторе, снижая эффективность сепарации, что обуславливает возможность переноса капель воды в потоке газ. Это может стать причиной увеличения объема выбросов установки и утраты продукта.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения предложенный способ также обеспечивает возможность более точного управления центробежным сепаратором в сравнении с центробежными сепараторами со средствами детектирования, расположенными в их нижней части, а также позволяет быстрее выявлять любые проблемы, связанные с эффективностью сепарации. Это возможно потому, что пленка жидкости, измеряемая над выпускным отверстием газожидкостной смеси, чувствительна к нагрузке по массовому расходу потока на входе, а также к составу газожидкостной смеси, а эти параметры постоянно изменяются в процессе работы технологической установки.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения объединение результатов измерения толщины слоя жидкости с данными о раскрытии клапана может способствовать определению признаков эрозии в проходном отверстии клапана, так как увеличение диаметра приводит к уменьшению скорости на впуске. Уменьшение скорости на впуске приводит к снижению тангенциальной угловой скорости и, соответственно, к уменьшению толщины слоя жидкости на стенке. Если положение клапана остается неизменным, но со временем наблюдается уменьшение толщины жидкостной пленки, то это указывает на что-то неладное с размерами проходного сечения клапана. Это может служить основанием для проведения диагностического технического обслуживания впускного клапана на впускном патрубке центробежного сепаратора.
Настоящее изобретение станет понятнее после ознакомления с приведенными ниже примерами, которые включены в настоящий документ исключительно в целях иллюстрации определенных аспектов и вариантов осуществления заявленного изобретения, и никоим образом его не ограничивают.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
На фиг. 1В представлен центробежный сепаратор 1, причем этот центробежный сепаратор содержит цилиндрическую секцию 2 и коническую секцию 3, которые вместе заключают в оболочку внутреннее пространство 4 центробежного сепаратора, выполненное симметричным относительно центральной оси 13. Цилиндрическая секция 2 закрыта сверху крышкой 5, через которую проходит газоотводное отверстие 6, соединенное с газовыпускным патрубком 11. В нижней части конической секции 3 предусмотрено выпускное отверстие 7 жидкости, соединенное с патрубком 12 для отвода жидкости. Впускное отверстие 8 газожидкостной смеси сообщается по текучей среде с внутренним пространством 4 центробежного сепаратора через цилиндрическую секцию 2. Впускное отверстие 8 газожидкостной смеси соединено с впускным патрубком 10. Вдоль цилиндрической секции 2 располагается средство 9 детектирования. Средство 9 детектирования содержит источник 14 гамма-излучения и детектор 15 гамма-излучения.
Пример 2
На фиг. 2 сравниваются четыре центробежных сепаратора:
- центробежный сепаратор А-РА: центробежный сепаратор, в котором средство детектирования располагается вдоль конической секции;
- центробежный сепаратор A-INV: центробежный сепаратор, идентичный центробежному сепаратору А-РА, за исключением положения средства детектирования, и поэтому центробежный сепаратор A-INV представляет собой центробежный сепаратор согласно настоящему изобретению;
- центробежный сепаратор В-РА: центробежный сепаратор, в котором средство детектирования располагается вдоль конической секции; и
- центробежный сепаратор B-INV: центробежный сепаратор, идентичный центробежному сепаратору В-РА, за исключением положения средства детектирования, и поэтому центробежный сепаратор B-INV представляет собой центробежный сепаратор согласно настоящему изобретению.
Центробежные сепараторы А-РА и A-INV обладают следующими характеристиками и функционируют при следующих условиях:
Внутренний диаметр цилиндрической секции 2 составляет 1,10 м; высота цилиндрической секции 2 составляет 2,0 м; а угол раскрытия конической секции 3 равен 63°. Внутренний диаметр впускного патрубка 10 газожидкостной смеси составляет 0,492 м. Газоотводное отверстие 6 имеет внутренний диаметр, равный 0,488 м, и сообщается по текучей среде с газовыпускным патрубком 11, имеющим такой же внутренний диаметр. Внутренний диаметр выпускного отверстия 7 жидкости составляет 0,211 м, причем указанное отверстие сообщается по текучей среде с патрубком 12 для отвода жидкости, имеющим такой же внутренний диаметр. Впускное отверстие 8 газожидкостной смеси содержит одну щель длиной 0,712 м и шириной 0,26 м, и сообщается по текучей среде с поверхностью цилиндрической секции 2. Центр впускного патрубка 10, который также является центром входной щели, располагается на высоте, соответствующей 37% высоты цилиндрической секции. Толщина конической секции 3 и цилиндрической секции 2 составляет 12 мм.
В среднем расход газа на входе составляет 5,75 м3/с, расход жидкости на входе составляет 24,5 кг/с, а скорость на впуске равна 31,1 м/с.
В частности, для центробежного сепаратора А-РА: источник 14 гамма-излучения и детектор 15 гамма-излучения в 100 мКи были размещены вдоль конической секции 3 таким образом, чтобы пучок детектируемых гамма-лучей пересекал центральную ось 13 центробежного сепаратора под углом 90°, и чтобы пучок детектируемых гамма-лучей пересекал центробежный сепаратор на 162 мм выше выпускного отверстия жидкости или на высоте, соответствующей примерно 27% высоты конической секции 3.
В частности, для центробежного сепаратора A-INV: источник 14 гамма-излучения и детектор 15 гамма-излучения в 100 мКи были размещены вдоль цилиндрической секции 2 таким образом, чтобы пучок детектируемых гамма-лучей пересекал центральную ось 13 центробежного сепаратора под углом 90°, и чтобы пучок детектируемых гамма-лучей пересекал центробежный сепаратор на 300 мм выше впускного отверстия 8 газожидкостной смеси или на высоте, соответствующей примерно 60% высоты цилиндрической секции 2.
Центробежные сепараторы В-РА и B-INV обладают следующими характеристиками и функционируют при следующих условиях:
Внутренний диаметр цилиндрической секции 2 составляет 1,52 м; высота цилиндрической секции составляет 1,66 м; а угол раскрытия конической секции 3 равен 73,2°. Внутренний диаметр впускного патрубка 10 газожидкостной смеси составляет 0,240 м. Газоотводное отверстие 6 имеет внутренний диаметр, равный 0,488 м, и сообщается по текучей среде с газовыпускным патрубком 11, имеющим такой же внутренний диаметр. Внутренний диаметр выпускного отверстия жидкости составляет 0,23 м, причем указанное отверстие сообщается по текучей среде с патрубком 12 для отвода жидкости, имеющим такой же внутренний диаметр. Впускное отверстие газожидкостной смеси содержит одну щель длиной 0,700 м и шириной 0,16 м. Центр впускного патрубка 10, который также является центром входной щели, располагается на высоте, соответствующей 30% высоты цилиндрической секции. Толщина конической секции 3 составляет 8 мм, а толщина цилиндрической секции 2 составляет 12 мм. В среднем расход газа на входе составил 3,125 м3/с, расход жидкости на входе составил 23 кг/с, а скорость на впуске была равна 28 м/с.
В частности, для центробежного сепаратора В-РА: источник 14 гамма-излучения и детектор 15 гамма-излучения в 100 мКи были размещены вдоль конической секции 3 таким образом, чтобы пучок детектируемых гамма-лучей пересекал центральную ось 13 центробежного сепаратора под углом 90°, и чтобы пучок детектируемых гамма-лучей пересекал центробежный сепаратор на 165 мм выше выпускного отверстия жидкости или на высоте, соответствующей примерно 22% высоты конической секции 3.
В частности, для центробежного сепаратора B-INV: источник 14 гамма-излучения и детектор 15 гамма-излучения в 100 мКи были размещены вдоль цилиндрической секции 2 таким образом, чтобы пучок детектируемых гамма-лучей пересекал центральную ось 13 центробежного сепаратора под углом 90°, и чтобы пучок детектируемых гамма-лучей пересекал центробежный сепаратор на 300 мм выше впускного отверстия 8 газожидкостной смеси или на высоте, соответствующей примерно 60% высоты цилиндрической секции 2.
На фиг. 2 сравнивается выходной сигнал (поглощение гамма-излучения, выраженное в %) детекторов в центробежном сепараторе А-РА (см. фиг. 2а) и центробежном сепараторе В-РА (см. фиг. 2а) в зависимости от времени и нагрузки (см. фиг. 2а) с выходным сигналом (поглощение гамма-излучения, выраженное в %) детектора в центробежном сепараторе A-INV (см. фиг. 2b) и детектора в центробежном сепараторе B-INV (см. фиг. 2b) в зависимости от времени и нагрузки (см. фиг. 2b).
На фиг. 2а можно видеть, что сигнал детектора полностью пропадает до того, как расход в центробежном сепараторе достигает около 60 м3/ч, что составляет около 100% расчетной нагрузки. С этого момента от циклона больше не может быть получена какая-либо информация. Следует отметить, что сигнал детектора пропадает при толщине слоя жидкости около 10 см.
На фиг. 2b можно видеть, что когда расход в центробежном сепараторе достигает около 60 м3/ч, детекторы по-прежнему реагируют на изменения нагрузки, например, при расходе около 90 м3/ч, что составляет 150% расчетной нагрузки; и в момент времени ± 18.00 часов сигналы детекторов по-прежнему остаются на уровне менее 27% поглощения, что соответствует толщине слоя жидкости в 13 мм.
Следует отметить, что в этих примерах реализации заявленного изобретения мог бы быть использован более слабый источник гамма-излучения, который все равно обеспечивал бы требуемый отклик.
Пример 3
На фиг. 3 показан эффект от сокращения расхода на впуске, когда расход был уменьшен путем перекрытия проходного отверстия клапана в течение определенного периода времени вверх по потоку от центробежного сепаратора. Диаметр верхней секции сепаратора составляет 1,5 м; высота нижнего конуса - 0,9 м. Общая высота сепаратора составляет 2,75 м; площадь впуска - 0,112 м2; диаметр выпускного отверстия в верхней части - 0,5 м; диаметр выпускного отверстия в нижней части - 0,25 м. Детектор располагается над впуском.
Толщина пленки жидкости (нижняя линия) на стенке согласуется с трендом открытия и закрытия проходного отверстия клапана (средняя линия). Верхняя линия отображает уставку в каждый момент времени.
Сопоставляя толщину стенки с положением клапана, можно установить эрозию в клапане, когда ее значения начинают отличаться от этих коррелированных данных. Такая схема может быть использована для проведения диагностического технического обслуживания впускного клапана.
Ссылочные позиции
1 центробежный сепаратор
2 цилиндрическая секция
3 конусная секция
4 внутреннее пространство центробежного сепаратора
5 крышка
6 газоотводное отверстие
7 выпускное отверстие жидкости
8 впускное отверстие газожидкостной смеси
9 средство детектирования
10 впускной патрубок газожидкостной смеси
11 газовыпускной патрубок
12 патрубок для отвода жидкости
13 центральная ось
14 источник гамма-излучения
15 детектор гамма-излучения
1. Центробежный сепаратор (1) для промышленного разделения газожидкостной смеси, содержащий корпус центробежного сепаратора со стенкой корпуса центробежного сепаратора, причем корпус центробежного сепаратора включает в себя цилиндрическую секцию (2) и коническую секцию (3), газоотводное отверстие (6), расположенное на верхнем конце корпуса центробежного сепаратора, и выпускное отверстие (7) жидкости, расположенное на нижнем конце корпуса центробежного сепаратора, а также впускное отверстие (8) газожидкостной смеси, в частности, расположенное в цилиндрической секции (2) корпуса центробежного сепаратора; причем корпус центробежного сепаратора дополнительно содержит средство детектирования, предназначенное для определения толщины слоя жидкости на стенке корпуса центробежного сепаратора; который отличается тем, что средство детектирования, предназначенное для определения толщины слоя жидкости, располагается в цилиндрической секции (2).
2. Центробежный сепаратор по п. 1, в котором средство детектирования располагается на той же высоте, что и впускное отверстие газожидкостной смеси, или выше него.
3. Центробежный сепаратор по п. 1 или 2, в котором средство детектирования располагается в верхней половине цилиндрической секции (2).
4. Центробежный сепаратор по любому из пп. 1-3, в котором средство детектирования располагается на высоте, лежащей в пределах, по меньшей мере, от 50% до, как максимум, 67% высоты цилиндрической секции.
5. Центробежный сепаратор по любому из пп. 1-4, в котором впускное отверстие (8) газожидкостной смеси предусмотрено в нижней половине цилиндрической секции (2).
6. Центробежный сепаратор по любому из пп. 1-5, в котором соотношение между высотой, на которой располагается средство детектирования в цилиндрической секции (2), и высотой, на которой располагается впускное отверстие (8) газожидкостной смеси в цилиндрической секции (2), составляет, по меньшей мере, 1,0/1,0; в частности – по меньшей мере, 1,3/1,0; в более конкретном случае – по меньшей мере, 1,4/1,0; а в еще более конкретном случае – по меньшей мере, 1,6/1,0.
7. Центробежный сепаратор по любому из пп. 1-6, в котором средство детектирования содержит источник (14) волн и детектор (15) волн, в частности источник (14) электромагнитных волн и детектор (15) электромагнитных волн.
8. Центробежный сепаратор по п. 7, в котором источник волн испускает гамма-лучи.
9. Центробежный сепаратор по п. 7 или 8, в котором источник (14) волн и детектор (15) волн располагаются на одной высоте.
10. Использование центробежного сепаратора по любому из пп. 1-9 в качестве средства разделения газожидкостной смеси, причем жидкость содержит, по меньшей мере, одну нитратную соль.
11. Использование центробежного сепаратора по любому из пп. 1-9 в качестве средства разделения газожидкостной смеси, причем жидкость характеризуется концентрацией солей, лежащей в пределах, по меньшей мере, от 0 г/л до, как максимум, 1600 г/л.
12. Использование центробежного сепаратора по любому из пп. 1-9 в качестве средства разделения газожидкостной смеси, причем жидкость характеризуется плотностью, лежащей в пределах, по меньшей мере, от 10 кг/м3 до, как максимум, 2000 кг/м3.
13. Способ определения толщины слоя жидкости, протекающей по существу по симметричной спиральной траектории в центробежном сепараторе, причем центробежный сепаратор содержит корпус центробежного сепаратора со стенкой корпуса центробежного сепаратора, причем корпус центробежного сепаратора содержит цилиндрическую секцию (2) и коническую секцию (3), газоотводное отверстие (6), расположенное на верхнем конце корпуса центробежного сепаратора, выпускное отверстие (7) жидкости, расположенное на нижнем конце корпуса центробежного сепаратора, и впускное отверстие (8) газожидкостной смеси, в частности, расположенное в цилиндрической секции (2) корпуса центробежного сепаратора; при этом корпус центробежного сепаратора дополнительно содержит средство детектирования, предназначенное для определения толщины слоя жидкости на стенке корпуса центробежного сепаратора, причем указанное средство детектирования располагается в цилиндрической секции (2); при этом указанный способ предусматривает выполнение следующих стадий:
(a) обеспечение потока жидкости, протекающего по существу по симметричной спиральной траектории в центробежном сепараторе;
(b) отслеживание выходного сигнала средства детектирования; и
(c) преобразование выходного сигнала в значение толщины слоя жидкости.
14. Способ по п. 13, в котором центробежный сепаратор представляет собой центробежный сепаратор по любому из пп. 1-9.
15. Использование средства детектирования, предназначенного для измерения толщины слоя жидкости, в качестве устройства контроля потока в центробежном сепараторе (1), содержащем цилиндрическую секцию (2), которая отличается тем, что средство детектирования, предназначенное для измерения толщины слоя жидкости, располагается вдоль цилиндрической секции (2) центробежного сепаратора (1).
