Жидкостно-газовый сепаратор
LIQUID-GAS SEPARATOR

Изобретение относится к области разделения газожидкостных сред, воды и углеводородных жидкостей, имеющих различный удельный вес, а также для выделения из этих жидкостей в процессе их разделения накопившейся в них газообразной среды, в частности к сепараторам, предназначенным для работы в составе жидкостных вакуум-создающих систем (ЖВС) на установках АВТ.
Известен жидкостно-газовый сепаратор, содержащий корпус, вертикальную разделительную перегородку, установленную в корпусе с разделением последнего на входную и выходную секции, сообщенные между собой в верхней части корпуса, трубопровод ввода газожидкостной смеси, установленный во входной секции, патрубки вывода газообразной и жидкой сред, пакет фазоразделительных насадок в виде системы параллельно установленных перфорированных пластин и переливную перегородку, установленную в выходной секции с формированием зоны отвода более легкой жидкой фракции между вертикальной разделительной перегородкой и зоны отвода более тяжелой жидкой фракции, при этом сепаратор снабжен сливным лотком и жалюзийным пакетом, причем входное сечение трубопровода ввода газожидкостной смеси расположено ниже верхней кромки вертикальной разделительной перегородки, сливной лоток совмещен своим верхним краем с верхней кромкой вертикальной разделительной перегородки и своим нижнем краем - с пакетом фазоразделительных насадок со стороны входа в него, жалюзийный пакет установлен в выходной секции между вертикальной разделительной перегородкой, а зона отвода более тяжелой фракции расположена между переливной перегородкой и жалюзийным пакетом. (Пат. РФ №2153383, МПК B01D 19/00, опубл. 27.07.2000 г.)
Недостатками конструкции данного сепаратора являются низкая интенсивность отделения газа от жидкой среды, так как основное отделение газа происходит при течении газожидкостной смеси по лотку, что снижает качество жидкой среды.
Известен жидкостно-газовый сепаратор, содержащий корпус, входную и выходную секции, трубопровод ввода газожидкостной смеси, сообщенный с входной секцией, патрубки вывода газообразной среды, более легкой и более тяжелой фракций жидкой среды. Кроме того, в корпусе размещены пакет фазоразделительных насадок в виде перфорированных пластин, переливная перегородка в выходной секции, сливной лоток и вертикальный гидроциклон, герметично встроенный в корпус и оснащенный концентрично установленной каплеотбойной камерой, внутреннее пространство которой выше уровня жидкости сообщено с патрубком вывода газообразной среды, при этом трубопровод ввода газожидкостной смеси тангенциально встроен в корпус гидроциклона. (Пат. РФ №2308313, МПК B01D 19/00, опубл. 20.10.2007 г.)
Известный сепаратор предназначен для качественного разделения газожидкостной смеси на газ, более тяжелую фракцию (воду) и менее тяжелую (нефть - углеводородную жидкость), однако он не обеспечивает необходимый минимум концентрации воды в углеводородной жидкости (дизельной фракции) - ~0,1% масс., применяемой в струйных аппаратах ЖВС для создания вакуума на установках АВТ.
Кроме того, работа известного сепаратора в условиях вакуума может быть небезопасной в случае создания аварийной ситуации, например при остановке насоса.
Технической задачей изобретения является повышение качества разделения газожидкостной смеси на газ, более тяжелую и более легкую фракции жидкой среды, а также повышение надежности работы сепаратора.
Вышеуказанная задача решается жидкостно-газовым сепаратором, включающим корпус с входной и выходной секциями, гидроциклон с трубопроводом ввода жидкостно-газовой смеси, патрубки вывода газообразной среды, более легкой и более тяжелой фракции жидкой среды, в котором согласно изобретению гидроциклон размещен в корпусе с возможностью нахождения ниже уровня жидкостно-газовой смеси в сепараторе и выполнен в виде стакана, в нижнюю часть которого тангенциально подведен трубопровод ввода жидкостно-газовой смеси, при этом сепаратор оснащен трубопроводом ввода свежей дизельной фракции и трубопроводом вывода рабочей дизельной фракции на рециркуляцию, а в нижней выходной части корпуса сепаратора установлен успокоительный экран, связанный с пакетом жалюзийных пластин.
Трубопровод ввода жидкостно-газовой смеси выполнен вертикальным.
Диаметр рабочей камеры гидроциклона составляет 0,1-0,3 диаметра корпуса сепаратора.
Трубопровод отвода рабочей дизельной фракции на рециркуляцию снабжен заборником, сообщенным с трубопроводом ввода свежей дизельной фракции.
Успокоительный экран выполнен в виде горизонтальной перфорированной перегородки.
Устройство сепаратора с гидроциклоном представлено на прилагаемой фигуре.
Жидкостно-газовый сепаратор содержит корпус 1, входную секцию 2 и выходную секцию 3. Входная секция 2 снабжена вертикальным трубопроводом 4 ввода жидкостно-газовой смеси на разделение, выходная секция - трубопроводом 5 подвода свежей дизельной фракции из вакуумной колонны (на фиг. не показана), связанным с заборником 6 и трубопроводом 7 вывода рабочей дизельной фракции на рециркуляцию. В верхней части сепаратора размещен патрубок 8 с каплеотбойником 9 для вывода газа на утилизацию, в нижней части сепаратора расположен отстойник 10 с патрубком 11 дренажа для воды и патрубком 12 для отвода избыточной дизельной фракции на регенерацию. Внутри корпуса сепаратора размещены гидроциклон 13, представляющий собой цилиндрический стакан, в нижней части которого тангенциально установлен патрубок 14. В центральной части сепаратора размещен пакет жалюзийных пластин 15. Гидроциклон 13 установлен таким образом, чтобы его верхний край был ниже уровня жидкостно-газовой смеси в сепараторе 1. В нижней части сепаратора горизонтально размещен успокоительный экран 16, выполненный в виде перфорированной перегородки, связанной с пакетом жалюзийных пластин 15.
ц
Диаметр рабочей камеры гидроциклона зависит от заданной производительности установки и колеблется от 0,3 до 1,0 метра. Проходное сечение тангенциально установленного патрубка и канал вертикальной сливной магистрали рассчитываются с учетом параметров смеси на выходе из камеры смешения струйного аппарата, с учетом эффекта частичной конденсации компонентов смеси и эффекта влияния повышения давления в зависимости от высоты столба смеси в канале сливной магистрали. Скорость потока на выходе из патрубка тангенциального подвода смеси в центробежную камеру гидроциклона при использовании сепаратора в ЖВС может составлять . Поэтому, в случае необходимости, (при минимальном диаметре рабочей камеры и максимальной скорости ввода смеси в гидроциклон) может быть получен коэффициент центробежного ускорения К (иначе фактор разделения), достигающий 50 g, что дает возможность при разделении газо-жидкостной смеси снизить содержание воды в углеводородной жидкости - дизельной фракции до необходимого минимума - ~0,1% масс., позволяющего использовать ее в вакуум-создающем устройстве.
Жидкостно-газовый сепаратор работает следующим образом.
Жидкостно-газовая смесь из вакуумного жидкостно-газового струйного аппарата ЖВС, подлежащая разделению, поступает по трубопроводу 4 и входному тангенциальному патрубку 14 в рабочую камеру гидроциклона 13, затопленного под уровень жидкости.
ц
При вращении жидкостно-газовой смеси в рабочей камере гидроциклона с окружной скоростью 3-10 м/с, создается поле центробежных сил, в котором фактор разделения К достигает 20-50 g, что в десятки раз превышает его величину, достижимую в существующих сепараторах, работающих в естественном гравитационном поле. При работе гидроциклона отделяющиеся газы сосредотачиваются в области оси его рабочей камеры и из «воронки», образованной жидкостью, поступают в пространство над уровнем жидкости, откуда через патрубок 8 и каплеотбойник 9 направляются на утилизацию. В процессе работы гидроциклона 13 происходит не только эффективное сепарирование и сосредоточение газовой фазы в приосевой зоне, но и разделение компонентов, составляющих жидкую фазу, по плотностям. Так, вода, находящаяся во вращающемся потоке смеси в свободном состоянии при работе гидроциклона концентрируется и начинает коалесцироваться в пристеночном слое его рабочей камеры. Жидкая фаза, состоящая из дизельной фракции, с водой и растворенными в ней легкими углеводородами, выйдя из рабочей камеры гидроциклона, проходит через жалюзийный пакет 15, способствующий дальнейшей коалесценции капель свободной воды и переливается в выходную секцию 3, в которой происходит отстаивание воды под успокоительным экраном 16, который образует придонную застойную зону, где продолжается коалесценция и оседание свободной воды, затем стекающей в отстойник 10 и далее в дренаж 11. Дизельная фракция с легкими углеводородами и остаточным содержанием воды направляется на регенерацию из отстойника 10 по трубопроводу 12.
Для снижения заброса легких углеводородных фракций и остатков воды с рабочей дизельной фракцией после ее сепарирования в вакуумный струйный аппарат, по трубопроводу 5 осуществляют подачу свежей дизельной фракции из вакуумной колонны ABT непосредственно в зону заборника 6, откуда ее направляют на рециркуляцию по трубопроводу 7 напорным насосом (на фиг. не показан). Обычно на обновление в емкость сепаратора подается 5-15% свежей фракции от циркулирующего потока и столько же отбирается на регенерацию или в товарный парк. При установившемся режиме работы установки, через некоторое время после пуска, состав и концентрация воды и легких углеводородов стабилизируется.
В случае аварийной ситуации (например, остановки насоса) происходит самопроизвольная блокировка вакуумной системы за счет гидростатического затвора, образованного вертикальным трубопроводом 4 подачи жидкостно-газовой смеси в гидроциклон 13.
Таким образом, предлагаемый сепаратор обеспечивает необходимое разделение жидкостно-газовой смеси с получением дизельной фракции - рабочей жидкости, используемой в жидкостно-газовых эжекторах вакуум-создающих систем, и, кроме того, повышает надежность системы в процессе ее эксплуатации.