Сепаратор

Полезная модель относится к технике разделения газожидкостных смесей и может использоваться в газовой, нефтяной и химической промышленности.
Известно устройство для осушки и очистки природных газов (патент РФ №2497573, МПК B01D 53/26, опубликовано: 10.11.2013). Способ и устройство для осушки и очистки природных газов включает смешение с рециркулируемым газом регенерации, сепарацию от капельной жидкости и механических примесей, двухступенчатую адсорбцию паров тяжелых углеводородов и воды на синтетическом углеродном адсорбенте и адсорбенте композитного типа, соответственно, при одновременном косвенном охлаждении адсорбентов хладоагентом до температуры адсорбции, но не выше 50°С, и не ниже температуры замерзания воды или температуры гидратообразования, регенерацию адсорбентов при пониженном давлении путем косвенного нагрева адсорбентов теплоносителем до температуры регенерации 80-150°С, и от вдува десорбирующихся паров очищенным газом, подаваемым в количестве от 0,1% до 2,0% к расходу очищаемого газа, рециркуляцию газа регенерации с помощью жидкостно-кольцевого насоса с использованием конденсата водяного пара в качестве рабочей жидкости, а регенерированные адсорбенты охлаждают путем косвенного охлаждения хладоагентом до температуры адсорбции. Технический результат заключается в повышении выхода товарного газа, уменьшении энергоемкости процесса, упрощении устройства, уменьшении кол-во выбросов вредных веществ.
Известен сепаратор для осушки газа (патент №2446001, МПК B01D 53/26, опубликовано: 27.03.2012), наиболее близкий к заявляемому и принятый за прототип, включающий корпус, патрубок входа неочищенного газа, патрубок выхода очищенного газа, дренажный штуцер для слива выделенной из газа жидкости, сборники влаги, отбойник и сепарационные элементы. В корпусе закреплена центральная перфорированная труба с заглушкой на нижнем конце. Сепарационные элементы, представляющие собой свернутую в спираль сетку, и сборники влаги образуют блоки сепарации, закрепленные с равномерным шагом по высоте перфорированной трубы. Однако известное техническое решение не обеспечивает высокую степень очистки газа от влаги при высоких скоростях движения газожидкостного потока.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение заключается в повышение эффективности сепарации жидкости от газа в полидисперсном потоке, содержащем как крупные, так и мелкие (менее 10 мкм) частицы.
Технический результат достигается тем, что в сепараторе, включающем корпус, входной патрубок двухфазного газожидкостного потока, патрубок выхода очищенного газа, канал выхода выделенной из газа жидкости, сепарационное устройство, новым является то, что в корпусе сепаратора вдоль его осевой составляющей расположен коллектор с форсунками, сообщенный с каналом выхода выделяемой из газа жидкости, посредством канала отбора жидкости, в котором имеется, вентиль - дозатор и фильтр, оси форсунок в коллекторе расположены перпендикулярно оси сепаратора, при этом отверстия ориентированы по направлению к периферии корпуса сепаратора.
Сепарационное устройство выполнено щелевым и регулируемым, расположено в нижней части корпуса сепаратора и снабжено датчиком сплошности, установленным в канале выхода жидкости, и механизмом регулирования сепарационного устройства.
На фиг. представлена схема сепаратора.
Сепаратор включает корпус 1, входной патрубок двухфазного газожидкостного потока 2, патрубок выхода очищенного газа 3, канал выхода выделенной из газа жидкости 4, регулируемое сепарационное устройство 5. В корпусе 1 сепаратора вдоль его осевой составляющей расположен коллектор 6 с форсунками 7, сообщенный с каналом выхода выделяемой из газа жидкости 4, посредством канала отбора жидкости 8, в котором имеется вентиль - дозатор 9 и фильтр 10. Оси форсунок 7 в коллекторе 6 расположены перпендикулярно оси сепаратора или под углом к ней, при этом отверстия ориентированы по направлению к периферии сепаратора. Сепарационное устройство 5 выполнено щелевым и регулируемым, расположено в нижней части корпуса 1 сепаратора и снабжено датчиком сплошности 11, установленным в канале выхода выделяемой из газа жидкости 4, усилителем 12, механизмом регулирования 13 сепарационного устройства 5. Выход оставшейся после отбора выделенной жидкости осуществляется через канал 14.
1
0
1
0
Сепаратор работает следующим образом. Двухфазный газожидкостный поток подается в корпус 1 сепаратора через входной патрубок 2 и закручивается. Под действием массовых сил происходит сепарация фаз и более тяжелая жидкая фаза перемешается в периферийную область потока. Условия разделения фаз зависят от скорости потока, размера дисперсной фазы, времени сепарации, размеров гидравлического тракта сепаратора (Шкоропад Д.Е., Новиков О.П. Центрифуги и сепараторы для химических производств. - М.: Химия, 1987. - 250 с.). Качество сепарации характеризуется коэффициентом k, равным отношению массы отсепарированой жидкой фазы m к массе всей жидкой фазы в потоке m, k=m/m. Экспериментальные и численные исследования условий разделения фаз (компонентов), составляющих дисперсные среды, в поле массовых сил (Медников Е.П. Турбулентный перенос и осаждение аэрозолей. М., Наука, 1980, 176 с.) показали, что качество сепарации существенно уменьшается с уменьшением размеров дисперсной фазы. Особенно отчетливо этот эффект проявляется при размере капель (частиц) менее 10 мкм. Например, для парожидкостного потока с размером дисперсной фазы 10 мкм качество сепарации k<0,9. Движение дисперсного потока, содержащего малые частицы, в тракте сепаратора приводит к тому, что через два и более витков в пристенной области сепаратора образуется слой отсепарированной жидкой фазы, а в тракте сепаратора будет двигаться двухфазный поток, содержащий, преимущественно, частицы с размером менее 10 мкм (Баянов И.М., Гортышов Ю.Ф., Тонконог В.Г. и др.; Моделирование динамики двухфазного потока в сепараторе. Вестник КГТУ им Туполева. 2013, №4, 34-42 с). Для повышения качества сепарации часть выделенной жидкости отбирается из канала выхода выделяемой жидкости 4 в канал отбора выделяемой из газа жидкости 8 и через трехходовой регулируемый вентиль-дозатор 10, насос 15 и фильтр 10 поступает в коллектор 6, из которого через форсунки 7 вводится в закрученный двухфазный поток перпендикулярно осевой составляющей корпуса 1 сепаратора или под углом, при этом угол может быть переменным в зависимости от удаленности форсунок от среза выходного канала 4. Форсунки 7 настраиваются таким образом, чтобы создавать струи жидкости либо крупные капли с размером боле 10 мкм. Отбор жидкости из сепаратора и подача жидкости в форсунки 7 обеспечивается насосом 15 и регулируется вентилем дозатором 9. Насос 15 обеспечивает давление жидкости в коллекторе 6, при котором скорость истечения жидкости из форсунок 7 равна или больше скорости потока в сепараторе. Струи жидкости или крупные капли, пересекая двухфазный поток, способствуют процессу коагуляции и укрупнения капель в дисперсном потоке и улучшают качество сепарации, поскольку способствуют улавливанию и укрупнению мелких капель. Для улучшения качества сепарации регулируемое сепарационное устройство 5 может перемещаться, увеличивая область выделения жидкой фазы в нижней части корпуса 1 сепаратора. Размер области отбора определяется датчиком сплошности 11. Как только в отсепарированной жидкости появиться паровая фаза, сигнал от датчика сплошности 11 поступает через усилитель 12 на исполнительный механизм регулирования 13, который уменьшает ширину области отбора. При отсутствии в отсепарированной среде паровой фазы ширина области отбора увеличивается до момента появления паровой фазы. Выход оставшейся после отбора выделенной жидкости из канала 4 в канал 8 осуществляется через канал 14.
Таким образом, введение крупных капель или струй, пересекающих закрученный двухфазный газожидкостный поток, способствует процессу коагуляции и укрупнению капель в этом потоке, что улучшает качество сепарации в полидисперсном потоке, содержащем как крупные, так и мелкие (менее 10 мкм) капли.