Сепаратор газовый вихревого типа
VORTEX-TYPE GAS SEPARATOR

Изобретение относится к устройствам отделения дисперсных частиц от газов с использованием центробежных сил и может быть использовано в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.
Известен сепаратор газовый вихревого типа, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с верхним и нижним днищами, входной, выходной и сливной патрубки, жестко закрепленную в корпусе горизонтальную перегородку с дренажным отверстием, соединенным с нижней частью сепаратора дренажной трубкой, при этом горизонтальная перегородка разделяет внутреннее пространство сепаратора на вихревую и дополнительную камеры, радиальную пластину, вертикально закрепленную в дополнительной камере на горизонтальной перегородке, сепарационный пакет, дефлектор, выход которого расположен в вихревой камере, конический отбойник, установленный соосно с сепарационным пакетом, при этом к вершине конического отбойника прикреплен дренажный стержень [RU Патент №2366489, опубл. 10.09.2009].
Недостатком известного сепаратора является недостаточная глубина сепарации газового потока за счет того, что капли жидкости, соскальзывающие с нижних кромок сепарационных пластин и движущиеся с конического отбойника по дренажному стержню, проходят через зону движения газового потока и могут захватываться газовым потоком, а расположение оси вертикального сепарационного пакета со сдвигом относительно оси корпуса усложняет конструкцию.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является сепаратор газовый вихревого типа, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с верхним и нижним днищами и горизонтальной перегородкой, разделяющей внутреннее пространство корпуса на вихревую и дополнительную камеры и на кромках которой закреплены вертикальные радиальные пластины, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор с отражательной пластиной, сепарационный пакет и конический отбойник, установленный соосно с сепарационным пакетом, представляющий собой полый конус усеченной формы, нижний торец которого образует кольцевой зазор с внутренней поверхностью корпуса сепаратора. В вихревой камере на трубопроводе расположен шнек, при этом отражательная пластина дефлектора имеет высоту, равную шагу шнека. Конический отбойник расположен в вихревой камере таким образом, что его меньшее основание входит в нижнюю часть сепарационного пакета с зазором, при этом к большему нижнему торцу конического отбойника с внешней стороны прикреплена шайба с отбортовкой, обращенной к сепарационному пакету [RU Патент №2432195, опубл. 27.10.2011].
Недостатком данного сепаратора также является недостаточная глубина сепарации газового потока, вызванная:
- увеличенным содержанием жидкости в потоке газа в верхней дополнительной камере с вертикальными пластинами, что приводит к дополнительному диспергированию капель жидкости;
- «соскальзыванием» жидкости с поверхности шнека внутрь сепарационного пакета и как следствие ее унос газовым потоком;
- накоплением твердых частиц в верхней дополнительной камере с вертикальными радиальными пластинами, что приводит к уменьшению эффективного объема камеры.
Кроме того, верхняя дополнительная камера с вертикальными радиальными пластинами на входе газового потока и применение шнека значительно усложняет конструкцию, увеличивают габаритные размеры и трудоемкость изготовления сепаратора.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение качества сепарации газов, в том числе газов с повышенным содержанием пленочных, капельных, мелкодисперсных и аэрозольных жидких и твердых частиц, за счет обеспечения стекания отделяемой жидкости вниз сепаратора и уменьшения возможности уноса жидкости вместе с газом.
Технический результат достигается тем, что в сепараторе газовом вихревого типа, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с верхним и нижним днищами и горизонтальной перегородкой, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор с дефлекторной пластиной, сепарационный пакет, закрепленный своей верхней частью на горизонтальной перегородке и состоящий из плоских изогнутых сепарационных пластин, формирующих в зоне нахлестки одинаковые и постоянные по размеру щелевые каналы, а также конический отбойник в виде полого конуса усеченной формы, нижний торец которого образует кольцевой зазор с внутренней поверхностью корпуса сепаратора, согласно изобретению нижняя часть сепарационного пакета установлена на опорной пластине, на другой стороне которой закреплен конусный отбойник, дефлекторная пластина установлена под углом от 0,1 до 10 градусов к продольной оси сепаратора и образует вместе с дефлектором, горизонтальной перегородкой и внутренней поверхностью корпуса улавливающий карман, при этом дефлекторная пластина пересекает поверхность конического отбойника и по длине выходит за пределы его нижней кромки не менее чем на высоту конусного отбойника, причем нижняя образующая дефлектора относительно опорной пластины расположена на расстоянии 0,3-0,5 высоты конуса. Сепаратор может быть оснащен горизонтальной накопительной емкостью.
Установка дефлекторной пластины под углом от 0,1 до 10 градусов к продольной оси сепаратора с образованием совместно с дефлектором горизонтальной перегородкой и внутренней поверхностью корпуса улавливающего кармана позволяет устранить негативный эффект запирания газовым потоком капельной жидкости, стекающей по внутренней поверхности корпуса сепаратора, и, как следствие, обеспечивает увеличение скорости отвода жидкости в накопительную часть сепаратора.
Выполнение дефлекторной пластины с длиной, выходящей за пределы его нижней кромки не менее чем на высоту конусного отбойника, препятствует уносу капельной жидкости при ее отрыве с нижней кромки улавливающего кармана.
Установка нижней части сепарационного пакета на опорной пластине позволяет разделить сепаратор на две зоны: зону сепарации и отстойную зону (накопительную часть сепаратора), и, в случае высокого уровня жидкости в отстойной зоне, препятствует нежелательному отводу этой жидкости от пристеночного пространства к центру сепарационного пакета и ее последующему уносу восходящим потоком газа.
Установка нижней образующей дефлектора относительно опорной пластины на расстоянии 0,3-0,5 высоты конуса обеспечивает наиболее оптимальный (минимальный) зазор между внутренней стороной дефлектора и конусным отбойником в пределах от 2 до 10 мм, что, в случае большого содержания пленочной жидкости в газовом потоке, обеспечивает непрерывный отвод ее в накопительную часть сепаратора и препятствует попаданию жидкости внутрь сепарационного пакета по кратчайшему пути на поверхность опорной пластины и последующему уносу восходящим потоком газа.
Оснащение сепаратора горизонтальной накопительной емкостью позволяет уменьшить время пребывания жидкости в зоне сепарации и снизить влияние вторичного уноса жидкости при неравномерном (залповом) поступлении газожидкостного потока на сепарацию.
Изобретение поясняется графически, где на фиг. 1 показан продольный разрез сепаратора газового вихревого типа; на фиг. 2 представлен поперечный разрез сепаратора - сечение Б-Б фиг. 1; на фиг. 3 представлен поперечный разрез сепаратора - сечение В-В фиг. 1; на фиг. 4 представлено место А фиг. 1 (увеличено); на фиг. 5 показан продольный разрез Г-Г фиг. 2; на фиг. 6 представлен продольный разрез сепаратора с горизонтальной накопительной емкостью.
Сепаратор газовый вихревого типа содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, верхнее 2 и нижнее 3 днища, входной 4, выходной 5 и сливной 6 патрубки, последний из которых расположен в нижнем днище 3 сепаратора, дефлектор 7, горизонтальную перегородку 8, вертикальный сепарационный пакет 9, конусный отбойник, выполненный в виде полого усеченного конуса 10, дефлекторную пластину 11, установленную под углом α (см. фиг. 5) от 0,1 до 10 градусов к оси сепаратора.
Дефлектор 7 расположен у входного патрубка 4 и предназначен для формирования вращательного (вихревого) движения газового потока внутри сепаратора. Внутренняя стенка корпуса 1, дефлектор 7, дефлекторная пластина 11 и горизонтальная перегородка 8 образуют улавливающий карман 12. Карман 12 предназначен для отвода из вихревого потока движущихся жидкости и механических примесей, прижатых центробежной силой к внутренней стенке корпуса 1 сепаратора, и их транспортировки в нижнюю накопительную часть сепаратора. Сепарационный пакет 9 выполнен цилиндрической формы и содержит плоские изогнутые сепарационные пластины 13, расположенные в его образующей поверхности, и формирующие в зоне нахлестки одинаковые и постоянные по размеру щелевые каналы. Сепарационные пластины 13 устанавливаются на опорной пластине 14, которая представляет собой глухой диск. С другой стороны на пластине 14 установлен конус 10, нижняя торцевая поверхность которого установлена с кольцевым зазором 15 относительно корпуса 1.
1
Дефлекторная пластина 11 пересекает поверхность конуса 10 и по длине выходит за пределы его нижней кромки на расстояние h, которое по значению не меньше, чем высота h конуса 10 (h1≥h) вплоть до погружения в жидкую фазу.
Конус 10 располагается по отношению к нижней образующей дефлектора 7 таким образом, чтобы обеспечить минимальный зазор b (см. фиг. 4) с внутренней стороной дефлектора 7 в пределах от 2 до 10 мм (в зависимости от типоразмера сепаратора). Такое расстояние обеспечивается установкой нижней образующей дефлектора относительно опорной пластины 14 на расстоянии а (см. фиг. 1), в пределах от 0,3-0,5h (высоты конуса 10).
Сепаратор может оснащаться горизонтальной накопительной емкостью 16 (см. фиг. 6).
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Газ, подлежащий очистке, поступает в сепаратор через входной патрубок 4. Дефлектор 7 плавно изменяет направление движения газа и формирует его вихревое движение вокруг сепарационного пакета 9.
В пространстве, образованном стенкой корпуса 1 и сепарационным пакетом 9, из газового потока выделяется основная масса жидкости и механические примеси. Капли жидкости и механическая примесь отбрасываются центробежной силой на стенки корпуса 1 сепаратора и под действием гравитационных сил движутся вдоль этой стенки по нисходящей спирали по ходу вращения газового потока и стекают по стенкам корпуса 1 вниз к конусу 10. Достигая конуса 10, жидкость и механические примеси проходят через кольцевой зазор 15 между корпусом 1 и конусом 10 и транспортируются к сливному патрубку 6. Часть жидкости и механических примесей попадает в улавливающий карман 12, пересекающий поверхность конуса 10, и сразу направляется в нижнюю накопительную часть сепаратора. Благодаря наклону дефлекторной пластины 11 уменьшается негативный эффект запирания газовым потоком капельной жидкости, стекающей по внутренней поверхности корпуса сепаратора.
Мелкодисперсная капельная жидкость, не осевшая на стенке корпуса 1, попадает на наружную и внутреннюю поверхность плоских изогнутых пластин 13. Опускаясь по внешней и внутренней поверхности пластин 13, частицы жидкости, приблизившись к нижним кромкам этих пластин 13, соскальзывают с них и попадают на поверхность конуса 10, откуда движутся по нисходящей спирали по ходу вращения газового потока через кольцевой зазор 15 и транспортируются к сливному патрубку 6. Наклонная поверхность конуса 10 препятствует скапливанию жидкости на поверхности и ее последующему уносу восходящим потоком газа, что улучшает качество сепарации.
Очищенный газовый поток направляется в выходной патрубок 5.
Наличие опорной пластины 14 препятствует выносу жидкости из накопительной части сепаратора восходящими потоками газа.
Применение предложенного изобретения позволяет осуществлять качественную очистку газа от жидкости и механических примесей, за счет обеспечения максимального стекания жидкости в накопительную часть сепаратора и уменьшения уноса капель жидкости вместе с газом из сепаратора.