Центробежный сепаратор

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскии

СоЦиалистическик

Республик iii740263 (6l ) Дополнительное к авт. свкд-ву— (22) Заявлено 24.12.76 (21) 2434519/23 26 (5 I )M-. Кд.

B 0l Ъ 45/12 с присоединением заявки ре— (23) Приоритет Ювеудерствеииьй комитет

СССР ае дедом изобретений и открытий

Опубликовано 15.06.80, Бюллетень Рв 22

Дата опубликования описания 18 06,80 (53) УДК621.928. . 3 7(088. 8} (72) Автор изобретения

Н, С, Чирков

Государственный институт.по проектированию и исследовательским работам в нефтяной промышленности Йюпроаостокнефть (71) Заявитель (54) ЦЕ НТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР

1О

\ I!

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть испоцьэо вано для разделения газа и жидкости, газа и твердых частиц, нефти и воды, водь1 и твердых частиц в аппаратах сброса и подготовки нефти, воды и газа, 5 а также в других отраслях промышлен йостй для разделения неднородных систем.

Известен центробежный сепаратор, включающий корпус с размещенным внут» ри него аппаратом, соединенным с при» водом вращения, что предотвращает стт« рицательное влияние перепада давления во входной части сепаратора 11, Недостатком известного сепаратора является малая интенсивность действия центробежных сил.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является центробежный сепаратор, включающий корпус с патрубками подвода смеси фаэ и отвода продуктов

% разделения, установлвнный внутри корпуса на валу цилиндрический аппарат, соединенный с приводом $2).

Недостатком сепаратора данной конструкции является соединение вала привода с цилиндрическим аппаратом соосно с осью симметрии аппарата. В результате этого вращательное движение фаз осуществляется вследствие вязкого трения между внутренней поверхностью аппарата и частицами фаз и при вращений аппарата происходит отставание частиц от вращения аппарата. По этой причине уменьшается скорость вращения частиц фаз по сравнению со скоростью вращения аппарата 1 что снижает производительность сепаратора, интенсивность и качество разделения фаэ.

Белью изобретения является устранение указанного недостатка и повышение производительности сепаратора и качест- ва разделения фаз.

Поставленная цель достигается тем, что цилиндрический аппарат установлен

Э yh где ) — толщина слоя жидкости на стенках аппарата.

Технологическая особенность предлагаемого устройства заключается в том,, что при эксцентричном вращении цилиндрического аппарата со смесью фаз на частицы фаз действует момент. силы, обусловленный не только силами вязкого,трения, но и момент силы, обусловленный воздействием на частицы фаз стенок аппарата вследствие его эксцентричного вращения. 15

На приведенном чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого центробежного сепаратора.

Сепаратор состоит из корпуса 1, патрубков подвода смеси фаз 2, отвода легкой 20 фазы 3, .отвода тяжелой фазы 4, цилиндрического аппарата 5, опоры 6; привода

7 и вала 8.

I цилиндрический аппарат 5,смонтирован на валу 8 эксцентрично и снабжен 25 уравновешивающим грузом 9, Работает предлагаемый центробежный сепаратор следующим образом.

Вращение от привода 7 через вал 8 передается цилиндрическому аппарату 5 50 и аппарат приобретает эксцентричное вращение, которое уравновешивается грузом 9.

Смесь фаэ поступает в цилиндрический аппарат 5 по патрубку 2 и приобре- : 35 тает по стенкам аппарата вращательное движение.

Аппарат 5 участвует в двух движениях: вращательном относительно оси симметрии

«

40 и поступательном, переносном ню окруж ности относительно эксцентр»ичйого "вала

8. Вращательное движение частиц фаэ по стенкам аппарата складывается из двух вращений: относительного по радиу45 су В, аппарата с угловой скоростью, рав ной угловой скорости Lo относительного вращения аппарата вокруг его оси симмет-. метрии, т. е. вращения за счет сил вяз« кого трения, и переносного постунательного вращения по радиусу P-lp, где г50 радиус эксцентричности расположения аппарата относительно оси вала привода, с угловой скоростью M, равной угловой скорости поступательного переносного

55 движения аппарата по окружности радиуса Y вокруг оси вала 8, т. е. вращении под действием момента сил, обусловленного воздействием на частицы фаз стенок

3 . 7402 параллельно оси вала с эксцентричностью, равной

63. .. 4 аппарата вследствие его эксцентричного движения.

Исходные данные:

Производительность сепаратора по нефти, О,м /сут (см /с ) 500 (58 10 )

Радиус аппарата,R, см 25

Высота аппарата, Н, см 100.

Так как в газонефтяных сепараторах основная масса свободного газа отделяется легко на входе в аппарат, то основной задачей сепаратора следует считать выделение из слоя нефти газа, на- . ходящегося в нефти в виде пузырьков.

Известно, что хорошее качество .сенарации может быть достигнуто при выделении из нефти пузырьков газа диаметром 100 мкм — 0,01 см.

Так как в центробежном сепараторе выделение пузырьков происходит из слоя нефти, то нашей задачей будет определе« ние необходимой скорости всплытия пузырьков газа из слоя нефти определенной толщины и в течение времени движения нефти в аппарате.

Скорость всплытия пузырьков газа в поле центробежных сил находят по формуле Стокса с учетом ускорения от действия центробежной силы, у» и .(1н г ),, ()

Ю 9 где cil - диаметр газового пузырька, см;

- удельный вес нефти, г/см . c

2.

- удельный hec газа, г/смя. с ; р„- вязкость нефти, г/см, с

Ц - окружная скорость газонефтя« ной смеси ча стенках аппарата, см/с

R-;см;

Я вЂ” ускорение силы тяжести, см/с, g -981 см/с .

Зададимся теперь параметрами нефти и газа

/ - 850 г/см . с;

2 ф - 10 г/сы . с2 (при рабочем движеФ нии сепарации);

И„-- 0,5 г/см . c

Теперь найдем окружную скоростьО .

Исходя из того, что разделение газожидкостной смеси эффективно при а - О ф400000 см /с Я) определим

V=@A = f400000 25 = gyp 10 =

3 6 10 cralc. Й

7402

Число оборотов аппарата составит:

В= 10 4) = 1() д *=10 ° =1270 00/мин(4)

V 5,16 10

Скорость всплытия пузырьков газа диаметром <Я -0,01 см будет равна;

Ун 1rl

1ВР„ К

0012 (050 — 10)(515 10 ) ()50 — 5,8 си/с

1S 0,5.981 Z5

При скорости движения нефти по стенкам аппарата и выводе нефти из аппарата — 200 см/с, а также с учетом того, что жидкость в аппарате движется в вице кольцевого слоя, толщина слоя составит (5 5В 10

V 2213, 200.2.5 10.25 () 20 центробежный сепаратор, включающий корпус с патрубками подвода смеси фаз и отвода продуктов разделения, установленный внутри корпуса на валу цилиндри° ческий аппарат, соединенный с приводом, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности сепаратора и качества разделения фаз, цилиндрический аппарат установлен параллельно оси вала с эксцентричностью, равной Э rQ где h - толщнна слоя жидкости на стенках аппарата.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Романков П. Г., Плюшкин С. А.

Жидкостные сепараторы. Л., 10Машиностроение", 1976, с.7..

2. Патент США № 3282031, кл. 55-203, 1966.

Итак, мы имеем скорость всплытия пузырьков газа О -3,8 см/с, толщину слоя нефти 5) -1,9 см. Тогда необходи мое время всплытия пузырьков газа 25 должно быть равно (= — = — =0,50 (7)

Л 19

U 38

Таким образом, нефть должна двигать ся по стенкам аппарата не менее 0,5 с. зо

При a50(core аппарата H-100 см и скорости движения или отбора нефти

0 -200 см/с время движения нефти

t= — = — =D5c .(8) 00

V1 206

То есть скорость движения нефти равна скорости всплытия пузырьков газа, . что обеспечит нужное качество сепара« ции, 4ц

Таким образом, при выбранном режиме сепарации нефти и газа, а также кон» структивных размерах аппарата толщина слоя равна 1,9 см.

Очевидно, что если мы теперь уста- 4 новим аппарат эксцентрично на 3 1,9 сМ и пустим его в работу, то производительность его увеличится в два раза и в него можно для сепарации падать уже не

5000 м /сут нефти, а 10000 м //сут. gp

При этом в аппарате соответственно увеличится и окружная скорость нефти в

2 раза 1) -2 3,16 10 см /с и скорость отвода отсепарирбваиной нефти составит

63 6 уже не 200 см/с, а 400 см/с, А вот толщина слоя жидкости останется равной 1,9 см, т. е. как и в известном сепараторее.

Здесь следует также отметить, что увеличив производительность центробежногоь сепаратора в 2 раза, мы увеличим ускорение от действия центробежной силы в 4 раза. а = )-0 000000 011/О (g)

В z5

Однако, учитывая то, что и скорость отвода жидкости увеличивается в 2 раза, время действия центробежных сил сокращается в 2 .раза. Отсюда можно сделать вывод, что эффект от действия центробежных сил в центробежном сепараторе повышается только в 2 раза.

Значит, в предлагаемом центробежном сепараторе увеличиваются в два раза производительность и интенсивность сепарации.

Таким образом, выше было показано, что проведя технологический расчет сепарации, можно определить оптимальную толщину слоя нефти h и эксцентричность аппарата Э, которая должна быть равна или больше толщины слоя нефти )).

Формула изобретения

ЦНИИПИ Заказ 3075/5 Тираж 809 Подписное

Филиал ППП Патент", г. Ужгород", ул. Проектная, 4