Сепаратор газовый вихревой
GAS VORTEX SEPARATOR

Область техники
Заявляемое техническое решение относится к области отделения дисперсных частиц от газов с использованием центробежных сил и может найти применение в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.
Предшествующий уровень техники.
Известен сепаратор газовый вихревого типа (патент РФ №2304455 на изобретение, МПК B01D 45/12 (2006.01), 2007), который содержит вертикальный цилиндрический корпус, входной, вертикальный выходной и сливной патрубки, дефлектор, улавливающий карман, сепарационный пакет, состоящий из вертикальных плоских изогнутых сепарационных пластин, которые в зоне нахлестки образуют щелевые каналы, ложное днище, карман-ловушку, расположенную в верхней части сепарационного пакета. Сепаратор дополнительно содержит горизонтальную перегородку, расположенную над сепарационным пакетом, и конусообразные направляющие конфузоры, расположенные преимущественно над горизонтальной перегородкой между сепарационным пакетом и выходным патрубком и соосно с ними. Направляющие конфузоры расположены один над другим с частичным перекрытием и образуют в зоне перекрытия кольцевые зазоры. Дренажная трубка расположена в улавливающем кармане и гидравлически соединяет пространство за конфузорами выше горизонтальной перегородки с нижней частью сепаратора.
Недостатком указанного аналога является размещение входного и выходного патрубков под углом друг к другу, что при встраивании сепаратора в разрыв трубопровода приводит к необходимости организации обвязки сепаратора для его адаптации к трубопроводу.
Раскрытие заявляемого технического решения.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является снижение материалоемкости и трудоемкости при встраивании сепаратора в разрыв прямолинейного вертикального трубопровода при одновременном сохранении высокой степени очистки газа.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является обеспечение дополнительной предварительной ступени разделения газа от жидкости и твердых частиц, что приводит к повышению качества сепарации при одновременном обеспечении возможности непосредственного встраивания сепаратора в разрыв прямолинейного вертикального трубопровода.
Сущность заявленного технического решения состоит в том, что сепаратор газовый вихревой содержит вертикальный цилиндрический корпус, входной, вертикальный выходной и сливной патрубки, горизонтальную перегородку и сепарационное устройство. Выходной патрубок размещен в верхней части сепаратора. Отличается тем, что входной патрубок расположен соосно выходному патрубку в нижней части сепаратора. На перегородке закреплена обечайка с выходным отверстием вверху и нижней крышкой. Боковая стенка обечайки под перегородкой снабжена входным отверстием. Сливной патрубок соединен с отверстием в нижней крышке. Сепарационное устройство размещено внутри обечайки и перекрывает выходное отверстие. На наружной стороне нижней крышки размещен завихритель.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение всех заявленных технических результатов.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение следующим образом.
Сепарационное устройство целесообразно выполнять в виде сепарационного пакета, закрепленного в горизонтальной загородке и расположенного под ней. Сепарационный пакет при этом состоит из вертикальных плоских изогнутых сепарационных пластин, которые в зоне нахлестки образуют щелевые каналы. Под сепарационным пакетом размещено ложное днище. В верхней части сепарационного пакета расположена карман-ловушка. Над горизонтальной загородкой между сепарационным пакетом и выходным отверстием расположены конусообразные направляющие конфузоры. У входного отверстия размещен дефлектор.
Завихритель может быть выполнен в виде дугообразных лопастей.
Нижнюю крышку желательно выполнять конусообразной.
В зоне под сепарационным устройством обечайка и нижняя крышка образуют накопительную емкость. Сепаратор допустимо снабжать двумя измерительными патрубками, один из которых соединен с верхней частью накопительной емкости, а другой - с нижней частью этой емкости или со сливным патрубком за пределами корпуса сепаратора.
Корпус может быть выполнен разъемным, при этом обечайка разъемно закреплена на перегородке. Упомянутое разъемное соединение частей корпуса выполнено в виде фланцевого соединения, обечайка закреплена на перегородке болтами, а сливной патрубок внутри сепаратора имеет разъемное соединение в виде фитинга, представляющего собой накидную гайку с уплотнением.
Авторами заявленного технического решения изготовлен опытный образец этого решения, испытания которого подтвердили достижение технического результата.
Краткое описание чертежей
На фигуре 1 показан поперечный разрез сепаратора без уровнемера, на фиг. 2 и 3 - поперечный разрез сепаратора с вариантами подключения уровнемера, на фиг. 4 - поперечный разрез сепаратора с разъемным корпусом, на фиг. 5 - вид на завихритель.
Перечень ссылочных обозначений:
1 - сливной патрубок;
2 - накопительная емкость;
3 - входное отверстие;
4 - перегородка;
5 - выходной патрубок;
6 - выходное отверстие;
7 - корпус;
8 - сепарационное устройство;
9 - обечайка;
10 - завихритель;
11 - входной патрубок;
12 - отсечной кран;
13 - уровнемер;
14 - корпусной фланец.
Осуществление технического решения
Сепаратор газовый вихревой (фиг. 1) содержит вертикальный корпус (7) с соосными входным (11) и выходным (5) патрубками, а также сливным патрубком (1). Входной патрубок (11) расположен внизу корпуса (7), а выходной патрубок (5) - вверху корпуса (7).
Внутри сепаратор снабжен перегородкой (4), к которой снизу закреплена обечайка (9) с верхней крышкой и нижней конусообразной крышкой. Перегородка (4) предназначена также для того, чтобы в пространстве между корпусом (7) и обечайкой (9) предотвратить прямое прохождение входящей газожидкостной смеси к выходному патрубку. Верхняя крышка обечайки (9) снабжена выходным отверстием (6), выходящим в полость над перегородкой (4). Нижняя конусообразная крышка в своей вершине снабжена отверстием, которое соединено со сливным патрубком (1).
В верхней части обечайки (9) на ее боковой поверхности под перегородкой (4) выполнено входное отверстие (3). Внутри обечайки в верхней ее части размещено сепарационное устройство (8), перекрывающее выходное отверстие (6). Сепарационное устройство предназначено для отделения из потока газовой смеси оставшихся мелкодисперсных частиц. Нижняя часть обечайки (9) совместно с нижней крышкой представляет собой накопительную емкость (2).
Площадь поперечного сечения пространства между внутренней поверхностью вертикального корпуса (7) и наружной поверхностью обечайки (9) больше или равна площади внутреннего диаметра входного патрубка (11) сепаратора.
Сепарационное устройство (8) предпочтительно выполнено следующим образом (на фигурах не показано), например, как описано в патенте РФ на изобретение №2304455. У входного отверстия (3) размещен дефлектор, установленный по ходу движения газожидкостного потока на входе в обечайку (9). Над входным отверстием размещена горизонтальная загородка, снизу к которой закреплен сепарационный пакет, состоящий из вертикальных плоских изогнутых сепарационных пластин, которые в зоне нахлестки образуют щелевые каналы. Под сепарационным пакетом на обечайке закреплено ложное днище. В верхней части сепарационного пакета расположена карман-ловушка. Над горизонтальной загородкой между сепарационным пакетом и выходным отверстием расположены конусообразные направляющие конфузоры.
Сепарационное устройство (8) может быть также выполнено в виде малогабаритных вихревых сепараторов по патенту РФ на изобретение №2377049 или по патенту РФ на полезную модель №90701.
На внешней поверхности нижней крышки закреплен завихритель (10), выполненный в виде четырех дугообразных лопастей (фиг. 5). Завихритель (10) предназначен для вихревой закрутки в заданном направлении падающего на него осевого потока входной газожидкостной смеси.
Для обеспечения возможности измерения уровня жидкости в накопительной емкости (2) сепаратор снабжен двумя измерительными патрубками (фиг. 2). Один патрубок соединен с верхней частью накопительной емкости (2), а другой - с нижней частью этой емкости. К измерительным патрубкам через отсечные краны (12) присоединен уровнемер (13). Уровнемер (13) предназначен для индикации уровня жидкости в накопительной емкости (2). Уровнемер (13) также является датчиком уровня жидкости в накопительной емкости (2) системы управления сбросом жидкости из сепаратора. Отсечные краны (12) предназначены для перекрытия измерительных патрубков при поверке, ремонте или замене уровнемера (13).
Второй измерительный патрубок может быть гидравлически соединен не непосредственно с нижней частью накопительной емкости (2), а со сливным патрубком (1) за пределами корпуса (7) (фиг. 3). Этим достигается снижение количества патрубков, которым снабжен корпус (7) сепаратора при наличии уровнемера (13).
Корпус (7) может быть выполнен разъемным в нижней части и снабженным для этой цели корпусным фланцем (14) (фиг. 4). Это обеспечивает полнопроходный доступ к обечайке (9) для ее ревизии, очистки и, главное, замены вместе с закрепленными на ней внутренними конструктивными элементами. Обечайка (9) при этом разъемно закреплена на перегородке (4), например, с помощью болтов и уплотнения. Измерительные и сливной патрубки при этом внутри сепаратора имеют разъемное соединение, например, в виде фитинга, представляющего собой накидную гайку с уплотнением (соединение «американка»).
Сепаратор газовый вихревой работает следующим образом.
Подлежащая очистке газожидкостная смесь поступает в сепаратор через входной патрубок (11). Попадая на завихритель (10) и ударяясь в нижнюю конусообразную крышку эта смесь изменяет направление. Поток газожидкостной смеси преобразуется из прямолинейного в восходящий вихревой. Выполнение нижней крышки конусообразной формы, направленной вершиной вниз, является задающим направление угла отражения падающего на крышку потока и приводит к снижению шумности при работе сепаратора. Для этого конусность нижней крышки должна быть не более 90 градусов. Применение нижней крышки с меньшей конусностью приводит к улучшению формирования вихревого потока и уменьшению шумности работы сепаратора, но приводит к увеличению размеров сепаратора.
В пространстве между корпусом (7) и обечайкой (9) вихревой поток разделяется по плотности частиц. Основная масса жидкости прижимается при этом к внутренней стенке корпуса (7). В этом состоит первая ступень сепарации.
Будучи ограниченным перегородкой (4) в своем восходящем движении предварительно разделенный по плотности частиц газожидкостный поток направляется во входное отверстие (3). Во входном отверстии не происходит резких изменений направления потока и завихрений потока, чем достигается уменьшение перепада давления в сепараторе в целом.
Продолжая вихревое движение в том же направлении закрутки внутри обечайки (9) газожидкостный поток продолжает свое разделение по плотности находящихся в нем частиц. Жидкость отбрасывается центробежной силой на внутреннюю стенку обечайки (9) и под действием инерционных и гравитационных сил движется вдоль этой стенки по нисходящей спирали по ходу вращения потока в накопительную емкость (2). По мере накопления в емкости (2) жидкость сбрасывается из сепаратора через сливной патрубок (1). Коническая форма нижней крышки накопительной емкости (2) способствует сливу жидкости в сливной патрубок (1). Уровнемер (13) показывает уровень жидкости в накопительной емкости. При наличии автоматической системы слива жидкости сигнал с уровнемера (13) поступает в эту систему, которая управляет запорным краном слива жидкости из накопительной емкости (2).
Для окончательной очистки газ поступает в сепарационное устройство (8). Из сепарационного устройства (8) очищенный газовый поток через выходное отверстие (6) и выходной патрубок (5) поступает потребителю.
Промышленная применимость
Заявляемое техническое решение реализовано с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлено на любом машиностроительном предприятии и найдет широкое применение на объектах нефтяной и газовой, химической промышленности.