СЕПАРАТОР ГАЗОВЫЙ ВИХРЕВОГО ТИПА
VORTEX-TYPE GAS SEPARATOR

Изобретение предназначено для улавливания мелкодисперсных и аэрозольных жидких и твердых частиц из газового потока и применяется в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.
Газовые сепараторы вихревого типа известны. Известна, например, группа сепараторов, каждый из которых содержит вертикальный корпус с горизонтальными перегородками, расположенные на них многозаходные спиральные пакеты с осевыми воронкообразными сливными отверстиями у оснований, плоские крышки, установленные с зазором над отверстиями, патрубки ввода и вывода. Указанные сепараторы известны из описаний изобретений к а.с. СССР №1066629 (МПК B01D 45/12, В04С 7/00, 1984 г. [1]), а.с. СССР №1261691 (МПК B01D 45/12, 1986 г. [2]). Указанные сепараторы имеют большую материалоемкость и сложность конструкции, относительно низкую эффективность.
6
7
Известна также группа сепараторов (описание изобретений к патентам РФ №2136350, МПК B01D 45/12, 1999 [3]; №2188062, МПК B01D 45/12, 2002 [4]), каждый из которых содержит вертикальный цилиндрический корпус, разделенный кольцевой перегородкой на нижнюю и верхнюю сепарационные камеры, входной и выходной патрубки, дефлектор, сепарационный элемент с вертикальными пластинами, составляющими щелевые каналы, отражатель. Сепаратор снабжен ложным днищем. Во внутреннем отверстии отражателя смонтирована труба, входящая с кольцевыми зазорами одним концом в выходной патрубок, а другим - в отверстие конфузора.
7
7
Известна также группа сепараторов (описание изобретений к патентам РФ №2221625, МПК B01D 45/12, 2004 [5]; №2244584, МПК B01D 45/12, 2005 [6]), каждый из которых содержит вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную крышку, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, вертикальный сепарационный пакет, содержащий плоские изогнутые пластины, которые в зоне нахлестки образуют щелевые каналы. В верхней внутренней части сепарационного пакета в отверстии горизонтальной крышки установлена кольцевая карман-ловушка, образованная наружной нижней частью цилиндрической поверхности выходного патрубка, нижней поверхностью крышки и внутренней поверхностью верхней части сепарационных пластин.
Недостатком всех вышеуказанных сепараторов является вертикальное размещение входного патрубка, что приводит к необходимости применения сложной системы подводящих и отводящих каналов при монтаже сепаратора на существующем трубопроводе.
По совокупности существенных признаков наиболее близким сепаратором к заявляемому изобретению является сепаратор газовый вихревого типа, известный из описания изобретения к патенту РФ №2304455, МПК B01D 45/12, 2007 [7]. Указанный сепаратор содержит вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, горизонтальные входной и выходной патрубки, сливной патрубок, дефлектор с отражательной пластиной, образующие с внутренней стенкой корпуса, 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 также содержит горизонтальную перегородку, расположенную над сепарационным пакетом, и тонкослойный отбойник, содержащий соосно расположенные над горизонтальной перегородкой конусообразные пластины разного размера, и кольцевой гидравлический карман, причем сепаратор также содержит дренажную трубку, гидравлически соединяющую гидравлический карман с нижней частью сепаратора.
Недостатком указанного сепаратора является такое расположение входного и выходного патрубков, при котором монтаж сепаратора в существующий трубопровод имеет большую материалоемкость и подразумевает сложную конструкцию подводящего или отводящего канала, имеющего несколько колен.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является повышение технологичности сепаратора, проявляющееся в сокращении материалоемкости способов его монтажа, и одновременное сохранение эффективности, присущей вертикальным сепараторам вихревого типа. Достижение указанного результата обеспечивает удобство, сокращение сроков и удешевление монтажа сепаратора.
Сущность изобретения состоит в том, что сепаратор газовый вихревого типа содержит 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, сепарационный пакет с карманом-ловушкой, дефлектор, расположенный у входного патрубка. При этом горизонтальная перегородка разделяет внутреннее пространство сепаратора на вихревую и дополнительную камеры, а выход дефлектора расположен в вихревой камере. Входной и выходной патрубки расположены соосно и нормально закреплены в цилиндрическом корпусе сепаратора в области дополнительной камеры. Сепаратор дополнительно содержит спиральную пластину, размещенную в нижней части сепаратора, и конический отбойник, жестко прикрепленный к верхнему днищу в дополнительной камере соосно с сепарационным пакетом. К вершине конического отбойника прикреплен дренажный стержень.
По преимущественному исполнению сепаратор дополнительно содержит радиальную пластину, вертикально закрепленную в дополнительной камере на горизонтальной пластине.
Целесообразно размещать сепарационный пакет в осевой зоне сепаратора так, что его ось параллельна оси цилиндрического корпуса сепаратора и смещена относительно нее в направлении от дефлектора на расстояние, равное половине среднего расстояния от дефлектора до корпуса сепаратора.
Предпочтительно выполнять сепарационный пакет цилиндрической формы содержащим изогнутые сепарационные пластины, расположенные в его образующей поверхности, и формирующие в зоне нахлестки одинаковые и постоянные по размеру щелевые каналы. Изогнутые пластины должны быть жестко закреплены в верхней части к горизонтальной перегородке, а в нижней части - к нижнему осевому диску, который закреплен к нижнему концу дренажного стержня.
Сущность изобретения поясняется следующими графическими материалами. На фиг.1 показана схема сепаратора, продольный разрез; на фиг.2 - схема сепаратора, поперечный разрез (сечение А-А фиг.1); на фиг.3 - схема сепаратора, поперечный разрез (сечение В-В фиг.1); на фиг.4 - схема сепаратора, поперечный разрез (сечение Г-Г фиг.1).
Сепаратор газовый вихревого типа (фиг.1) содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, верхнее 2 и нижнее 3 днища, входной 4, выходной 5 и сливной 6 патрубки, дефлектор 7 с отражательной пластиной 8 (фиг.1, 3), жестко закрепленную в корпусе горизонтальную перегородку 9 с радиальной пластиной 10 и дренажным отверстием 11 (фиг.2), сепарационный пакет 12 и спиральную пластину 13 (фиг.1, 4).
Горизонтальная перегородка 9 разделяет внутреннее пространство сепаратора на две камеры: вихревую камеру 14 снизу и дополнительную камеру 15 сверху.
Входной 4 и выходной 5 патрубки расположены соосно. Эти патрубки нормально закреплены в цилиндрическом корпусе 1 сепаратора в области дополнительной камеры 15. Сливной патрубок 6 расположен в нижнем днище 3 сепаратора.
Дефлектор 7 расположен у входного патрубка 4. Выход дефлектора 7 расположен в вихревой камере 14. Дефлектор 7 предназначен для формирования вращательного (вихревого) движения газового потока в вихревой камере 14 сепаратора. Дефлектор 7 также препятствует поступлению газового потока в дополнительную камеру 15 и в осевую зону вихревой камеры 14 без его предварительного разделения.
Внутренняя стенка корпуса 1, дефлектор 7 и отражательная пластина 8 образуют улавливающий карман 16 (фиг.3). Карман 16 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 12 выполнен цилиндрической формы и содержит изогнутые сепарационные пластины 17, расположенные в его образующей поверхности, и формирующие в зоне нахлестки одинаковые и постоянные по размеру щелевые каналы 18. Изогнутые пластины 17 жестко закреплены в верхней части к горизонтальной перегородке 9, а в нижней части - к нижнему осевому диску 19 (фиг.1). Над нижним осевым диском 19 расположен верхний осевой диск 20, соединенный с ним посредством радиальных пластин 21. Пластины 21 также предназначены для исключения вращательного движения газового потока в сепараторе ниже зоны их расположения.
При этом сепарационный пакет 12 расположен в осевой зоне сепаратора так, что его ось параллельна оси цилиндрического корпуса 1 сепаратора и смещена относительно нее в направлении от дефлектора 7 на расстояние, равное половине среднего расстояния от дефлектора 7 до корпуса 1 сепаратора.
В отверстии горизонтальной перегородки 9, расположенном соосно с сепарационным пакетом 12, размещена труба 22, жестко соединенная с горизонтальной перегородкой 9. Верхний край трубы 22 расположен выше горизонтальной перегородки 9, а нижний край - ниже горизонтальной перегородки 9. В верхней части сепарационного пакета 12 между наружной поверхностью трубы 22 и внутренней поверхностью верхней части изогнутых пластин 17 образован кольцевой зазор, который совместно с нижней поверхностью горизонтальной пластины 9 сформировал карман-ловушку 23.
Сепаратор содержит также вертикальную дренажную трубку 24, расположенную в кармане 16. Один конец дренажной трубки 24 закреплен в дренажном отверстии 11 горизонтальной перегородки 9, а другой конец расположен ниже верхнего края спиральной пластины 13 и снабжен гидравлическим затвором (не показан). Дренажная трубка гидравлически соединяет дополнительную камеру 15 с нижней частью сепаратора.
Радиальная пластина 10 вертикально закреплена в дополнительной камере 15 на горизонтальной перегородке 9 и предназначена для предотвращения организации кругового течения жидкости, собирающейся на горизонтальной перегородке 9 (фиг. 1, 2). Радиальная пластина 10 также направляет указанную жидкость к дренажному отверстию 11 горизонтальной перегородки 9.
В дополнительной камере 15 к верхнему 2 днищу жестко прикреплен конический отбойник 25, предназначенный для улавливания частиц жидкости, оставшихся в газовом потоке, который прошел вихревую камеру 14. Конический отбойник 25 расположен соосно с сепарационным пакетом 12. К вершине конического отбойника 25 прикреплен дренажный стержень 26. Второй конец дренажного стержня 26 соединен с центром нижнего осевого диска 19 так, что дренажный стержень 26 проходит по оси сепарационного пакета 12. Коническая форма отбойника 25 и расположение дренажного стержня 26 в области низкого давления во вращающемся потоке приводят к созданию условий для отвода влаги, выделенной на поверхности конического отбойника 25, к нижнему осевому диску 19 и далее - к сливному патрубку 6.
Расположенная в нижней части сепаратора спиральная пластина 13 предназначена для предотвращения вихревого движения потока в зоне ее установки и направления частиц жидкости от стенки сепаратора к сливному патрубку 6 (фиг.1, 4). Последний фактор определяет направление установки спиральной пластины 13 - радиус ее витков уменьшается при обходе спирали по ходу вихревого движения газа в вихревой камере 14.
Заявляемый сепаратор газовый вихревого типа работает следующим образом.
Газ, подлежащий очистке (сырой газ), подводят в аппарат через входной патрубок 4. Дефлектор 7 плавно изменяет направление движения газа и формирует его вихревое движение вокруг сепарационного пакета 12 в вихревой камере 14.
В пространстве, образованном стенкой корпуса 1 и сепарационным пакетом 12, 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. Часть жидкости и механических примесей попадает при этом в улавливающий карман 16 и стекает по его стенкам вниз, к спиральной пластине 13 и сливному патрубку 6.
Мелкодисперсная капельная жидкость, не осевшая на стенке корпуса 1, попадает на наружную поверхность изогнутых пластин 17 и транспортируется газовым потоком через щелевые каналы 18 на их внутреннюю поверхность. Опускаясь по внутренней поверхности пластин 17, частицы жидкости, приблизившись к нижним кромкам этих пластин 17, соскальзывают с них и попадают в нижнюю область вихревой камеры, где установлена спиральная пластина 13. Спиральная пластина 13 предотвращает вихревое движение в нижней области вихревой камеры 14 сепаратора и направляет частицы жидкости к сливному патрубку 6.
Вращаясь в направлении газового потока, неотсепарированная пленочная часть жидкости захватывается карманом-ловушкой 23 (ее наружный диаметр больше внутреннего диаметра сепарационного пакета 12) и, продолжая свое вращательное движение в направлении газового потока, и будучи прижатой к горизонтальной перегородке 9, под действием центробежной силы, прижимается к верхней внутренней части пластин 17. После накопления в кармане-ловушке 23 достаточного количества жидкости она под действием силы тяжести стекает вниз по пластинам 17 и далее транспортируется к сливному патрубку 6.
Оставшаяся более легкая пленочная часть жидкости, не задержанная карманом-ловушкой 23, поступает вместе с выходным газовым потоком в дополнительную камеру 15, где она за счет инерционных сил при повороте выходного газового потока попадает на верхнее днище 2 и конический отбойник 25. С конического отбойника 25 за счет сил тяжести пленочная жидкость транспортируется по поверхности дренажного стержня 26 к нижнему осевому диску 19, откуда она попадает в область спиральной пластины 13 и далее - к сливному патрубку 6. Пленочная жидкость, попавшая на периферийную часть верхнего днища 2 и стенки дополнительной камеры 15, под действием сил тяжести стекает на горизонтальную перегородку 9, откуда она через дренажное отверстие 11 и дренажную трубку 24 отводится в нижнюю часть сепаратора, а оттуда - к сливному патрубку 6.
В заявляемом изобретении заявляемый технический результат: «повышение технологичности сепаратора, проявляющееся в сокращении материалоемкости способов его монтажа, и одновременное сохранение эффективности, присущей вертикальным сепараторам вихревого типа» достигается за счет того, что сепаратор газовый вихревого типа содержит 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, сепарационный пакет с карманом-ловушкой, дефлектор, расположенный у входного патрубка. При этом горизонтальная перегородка разделяет внутреннее пространство сепаратора на вихревую и дополнительную камеры, а выход дефлектора расположен в вихревой камере. При этом входной и выходной патрубки расположены соосно и нормально закреплены в цилиндрическом корпусе сепаратора в области дополнительной камеры. При этом сепаратор дополнительно содержит спиральную пластину, размещенную в нижней части сепаратора, и конический отбойник, жестко прикрепленный к верхнему днищу в дополнительной камере соосно с сепарационным пакетом. При этом к вершине конического отбойника прикреплен дренажный стержень.
Заявляемый сепаратор реализован из промышленно выпускаемых материалов, может быть собран на машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в промышленности.
Источники информации
1. Описание изобретения к а.с. СССР №1066629, МПК B01D 45/12, В04С 7/00, 1984 г.
2. Описание изобретения к а.с. СССР №1261691, МПК B01D 45/12, 1986 г.
6
3. Описание изобретения к патенту РФ №2136350, МПК B01D 45/12, 1999.
7
4. Описание изобретения к патенту РФ №2188062, МПК B01D 45/12, 2002.
7
5. Описание изобретения к патенту РФ №2221625, МПК B01D 45/12, 2004.
7
6. Описание изобретения к патенту РФ №2244584, МПК B01D 45/12, 2005.
7. Описание изобретения к патенту РФ №2304455, МПК B01D 45/12, 2007.