СЕПАРАТОР ГАЗОВЫЙ ВИХРЕВОГО ТИПА
GAS SEPARATOR OF VORTEX TYPE

Изобретение относится к области улавливания мелкодисперсных, аэрозольных и растворенных жидких частиц, а также механических примесей из газового потока с использованием центробежных сил и может применятся в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.
Известен сепаратор, содержащий 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. Во входном патрубке сепаратора установлен конус-рассекатель [1].
Недостатком известного устройства являются большие потери напора при значительном содержании количества жидкости на входе в сепаратор и в случае пробкового режима его работы (при поступлении большого количества газа на вход).
Известен сепаратор газовый вихревого типа эжекционный, принятый за прототип [2]. Сепаратор содержит вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор с отражательной пластиной, сепарационный пакет, состоящий из вертикальных плоских изогнутых сепарационных пластин, которые в зоне нахлестки образуют щелевые каналы, ложное днище. Сепаратор дополнительно содержит расположенные в цилиндрическом корпусе горизонтальную перегородку, горизонтальную крышку, газоотборный элемент и N конусообразных направляющих конфузоров.
Недостатком указанного устройства является унос отсепарированной жидкости с верхнего осевого диска восходящим вихревым потоком отсепарированного газа, что снижает эффективность сепарации.
Техническим результатом является эффективное отделение взвешенных капель влаги и мелких частиц механических примесей из газожидкостного потока, при упрощении конструкции и эксплуатации сепаратора.
Технический результат достигается тем, что предлагаемый сепаратор газовый вихревого типа содержит вертикальный цилиндрический корпус, разделенный горизонтальной перегородкой на верхнюю и нижнюю камеры, верхнее и нижнее днища, сепарационный элемент, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор, газоотборный элемент и конфузор. Сепарационный элемент расположен горизонтально в верхней камере, а в нижней сепарационный элемент расположен вертикально. Каждый сепарационный элемент выполнен в виде спирали с уменьшающимся от периферии к центру шагом навивки из тонкой плоской пластины с ребрами, расположенными по ширине пластины снаружи спирали. При этом ширина и выступ ребра сопоставимы по размеру от 3 до 5 мм, а расстояние между соседними ребрами на порядок больше, причем первое ребро расположено на расстоянии не менее 10 мм от края пластины. За каждым ребром по ширине пластины выполнен ряд продолговатых отверстий, образующих сепарационные каналы. Торец вертикального сепарационного элемента приварен к горизонтальной перегородке, на которую в верхней камере установлен конфузор, выполненный в виде полого усеченного конуса, верхнее основание которого совпадает и приварено к наружной поверхности горизонтального сепарационного элемента, ось которого перпендикулярна оси выходного патрубка. В конфузоре размещен газоотборный элемент. В горизонтальной перегородке под конфузором выполнено отверстие по центру и отверстия, в которые вставлены трубки для прохождения газа. Вне конфузора в перегородке выполнены отверстия, в которые вставлены дренажные трубки, длина которых выходит за пределы вертикального сепарационного элемента, такая же трубка вставлена в центральное отверстие под конфузором, входной патрубок расположен эксцентрично относительно центра корпуса, эксцентриситет равен 1/3 внутреннего диаметра входного патрубка, во входном патрубке установлен конфузор в виде усеченного конуса, а к вертикальному сепарационному элементу приварен дефлектор напротив входного патрубка, на торцы горизонтального сепарационного элемента также приварены дефлекторы, противоположно входному патрубку на корпусе установлен уровнемер, сливной патрубок имеет кран.
Для упрощения разборки сепаратора, в случае его поломки, горизонтальная перегородка закреплена к верхнему днищу с возможностью перемещения ее вдоль корпуса.
Корпус, разделенный герметично горизонтальной перегородкой на верхнюю и нижнюю камеры, позволяет вести предварительную и чистовую сепарацию газового потока. Достигается высокая степень очистки за счет предотвращения уноса отсепарированной жидкости восходящим вихревым потоком.
Сепарационный элемент в сочетании с установленным в нем дефлектором позволяет создать направленный поток по касательной к внутренней стенке камеры корпуса. В результате воздействия центробежных и гравитационных сил в сепарационном элементе, расположенном вертикально в нижней камере, происходит отделение твердых частиц и капель жидкости, которые стекают в сливной патрубок. Очищенный газ поднимается в сепарационный элемент, расположенный горизонтально в верхней камере, и далее к выходному патрубку.
Сепарационный элемент выполнен в виде спирали с уменьшающимся от периферии к центру шагом навивки из тонкой плоской пластины с ребрами, расположенными вдоль пластины. Уменьшение шага навивки приводит к уменьшению поперечного сечения для потока и, соответственно, нарастанию его скорости и возрастанию центробежных сил, способствующих разделению потока на составляющие части.
При этом ширина и выступ ребра сопоставимы по размеру от 3 до 5 мм, а расстояние между соседними ребрами на порядок больше, причем первое ребро расположено на расстоянии не менее 10 мм от края пластины. За каждым ребром по ширине пластины выполнен ряд продолговатых отверстий, образующих сепарационные каналы. Газовый поток ударяется в ребра и частично проходит через отверстия, что способствует дополнительной сепарации.
Ось горизонтального сепарационного элемента перпендикулярна оси выходного патрубка, в результате этого газовый поток из него попадает на внутреннюю поверхность верхней камеры, где происходит дополнительная сепарация.
Конфузор, выполненный в виде полого усеченного конуса, что позволяет сконцентрировать поток в полости конуса и направить его через газоотборный элемент в верхнюю камеру.
В горизонтальной перегородке под конфузором выполнено отверстие по центру и отверстия, в которые вставлены трубки для прохождения газа. Вне конфузора в перегородке выполнены отверстия, в которые вставлены дренажные трубки, длина которых выходит за пределы вертикального сепарационного элемента. Такая же трубка вставлена в центральное отверстие под конфузором, длина которой также выходит за пределы вертикального сепарационного элемента. Все это позволяет исключить унос отсепарированной жидкости из нижней в верхнюю камеру вихревым потоком.
Входной патрубок расположен эксцентрично относительно центра корпуса, эксцентриситет равен 1/3 внутреннего диаметра входного патрубка, что позволяет более эффективно направлять входящий газовый поток по касательной к стенке корпуса нижней камеры и тем самым улучшить сепарацию потока.
К вертикальному сепарационному элементу, напротив входного патрубка, приварен дефлектор, на торцы горизонтального сепарационного элемента также приварены дефлекторы так, что они направлены в одну сторону по часовой стрелке. Газовый поток движется вдоль внутренней поверхности камеры, а капли жидкости и твердые частицы стекают вниз под действием сил гравитации.
Противоположно входному патрубку на корпусе установлен уровнемер, который позволяет определять уровень накопившихся отходов. Наличие крана на сливном патрубке позволяет автоматизировать процесс удаления отходов.
На фиг. 1 представлен предлагаемый сепаратор газовый вихревого типа, где:
цилиндрический корпус 1;
горизонтальная перегородка 2;
верхнее днище 3;
нижнее днище 4;
горизонтальный сепарационный элемент 5;
вертикальный сепарационный элемент 6;
входной патрубок 7;
выходной патрубок 8;
сливной патрубок 9;
дефлектор вертикального сепарационного элемента 10;
дефлектор горизонтального сепарационного элемента 11;
газоотборный элемент 12;
конфузор 13;
пластина сепарационного элемента 14
ребро сепарационного элемента 15;
продолговатые отверстия сепарационных каналов 16;
трубки для прохождения газа 17;
дренажные трубки 18;
конфузор входного патрубка 19;
уровнемер 20;
кран сливного патрубка 21,
стойка 22,
отверстие 23.
Пример
Сепаратор газовый вихревого типа содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, разделенный горизонтальной перегородкой 2 на верхнюю и нижнюю камеры, верхнее 3 и нижнее днища 4, горизонтальный сепарационный элемент 5, вертикальный сепарационный элемент 6, входной 7, выходной 8 и сливной 9 патрубки, дефлектор 10 вертикального сепарационного элемента 6, два дефлектора 11 горизонтального сепарационного элемента 5, газоотборный элемент 12, конфузор 13. Каждый сепарационный элемент 5 или 6 выполнен в виде спирали с уменьшающимся от периферии к центру шагом навивки из тонкой плоской пластины 14, выполненной из стали 12X1810T, толщиной 1,5 мм. Вдоль пластины 14 выполнены ребра 15. При этом ширина и выступ ребра 15 сопоставимы по размеру от 3 до 5 мм, а расстояние между соседними ребрами 15 на порядок больше, причем первое ребро расположено на расстоянии 10 мм от края пластины 14. За каждым ребром 15 по ширине пластины 14 выполнен ряд продолговатых отверстий 16, образующих сепарационные каналы. Торец вертикального сепарационного элемента 6 приварен к горизонтальной перегородке 2, выполненной из стали 12X1810T. В верхней камере на перегородку 2 установлен конфузор 13, выполненный в виде полого усеченного конуса из стали 12X1810T. Верхнее основание конфузора 13 совпадает и приварено к наружной поверхности горизонтального сепарационного элемента 5, ось которого перпендикулярна оси выходного патрубка 8. В конфузоре 13 размещен газоотборный элемент 12, выполненный в виде плотноуложенной металлической стружки из стали 12X1810T между двумя концентричными сетками. В горизонтальной перегородке 2 под конфузором 13 выполнено отверстие 23 по центру и отверстия, в которые вставлены трубки 17 для прохождения газа. Вне конфузора 13 в перегородке 2 выполнены отверстия, в которые вставлены дренажные трубки 18, длина которых выходит за пределы вертикального сепарационного элемента 6, такая же трубка 18 вставлена в центральное отверстие 23 под конфузором 13. Входной патрубок 7 с внутренним диаметром 60 мм расположен эксцентрично относительно центра корпуса 1, эксцентриситет равен 20 мм. Во входном патрубке 7 установлен конфузор 19 в виде усеченного конуса, выполненный из стали 12X1810T. К вертикальному сепарационному элементу 6 напротив входного патрубка 7 приварен дефлектор 10, выполненный из стали 12X1810T в виде изогнутой пластины, свободный конец которой примыкает к внутренней поверхности нижней камеры корпуса 1. На торцы горизонтального сепарационного элемента 5 также приварены дефлекторы 11, выполненные из стали 12X1810T. Дефлектор 11 изготовлен в виде изогнутой пластины, свободный конец которой направлен по касательной к внутренней стенке верхней камеры корпуса 1. Противоположно входному патрубку 7 на корпусе установлен уровнемер 20, сливной патрубок 9 имеет кран 21.
Горизонтальная перегородка 2 закреплена к верхнему днищу 3 стойками 22 и может перемещаться вдоль корпуса 1.
Сепаратор газовый вихревого типа работает следующим образом. Поток текучей среды, в частности нефтегазовой смеси, из трубопровода поступает на вход корпуса 1 через конфузор 19 входного патрубка 7. Поток ударяется в дефлектор 10 и поступает в сепаратор 6, в котором происходит отделение мелкодисперсных капель жидкости и твердых частиц, которые стекают по стенкам сепаратора 6 и нижней камеры к сливному патрубку 9. Очищенный газ по трубкам 17 поступает в конфузор 13 и через газоотборный элемент 12 в горизонтальный сепаратор 5, где происходит чистовая очистка газа. Газ ударяется в дефлекторы 11 и закручивается по касательной к внутренней поверхности верхней камеры и происходит дополнительное выделение отходов. Очищенный газ выходит через патрубок 8, а отделившиеся мелкодисперсные частицы удаляются через дренажные трубки 18. При движении потока в сепараторах за счет трения происходит нагрев потока. Нагретый поток попадает из сепараторов в камеры с большим объемом и давление его снижается, происходит интенсивное образование мелкодисперсных капель жидкости и их выделение из газа.
В процессе работы сепаратора в нижнем днище 4 скапливаются отходы, объем которых измеряет уровнемер 20, и при достижении определенных значений открывается кран 21 сливного патрубка 9.
Предлагаемый сепаратор газовый вихревого типа прошел испытание на макетном образце. Испытания показали, что эффективность сепарации составляет свыше 99%. Горизонтальная перегородка закреплена к верхнему днищу с возможностью перемещения ее вдоль корпуса, что упрощает разборку сепаратора в случаях засора.
Предлагаемое устройство будет использовано в измерительной установке для разделения нефтегазовой смеси из скважины на составные части и измерения их количественного состава.
Источники информации
1. Патент RU №2188062, МПК B01D 45/12.
2. Патент RU, №59436 МПК B01D 45/12 - прототип.