АППАРАТ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПРИМЕСИ ИЗ ГАЗА
DEVICE FOR EXTRACTION OF IMPURITIES FROM GAS

Изобретение относится к технике очистки газов от примесей в виде твердых частиц, капельной жидкости и может быть применено преимущественно в системах с высоким давлением и переменным расходом газа.
Для разделения газа, нефти, воды применяются сепараторы гравитационного типа с большими объемами и металлоемкостью, состоящие из секций отделения нефти от газа, разделения нефти и воды, улавливания примеси. Секция для извлечения дисперсной примеси из газа может быть расположена в верхней части сепаратора или вынесена из него (Лутошкин Г.С. Сбор и подготовка нефти, газа и воды: Учебник для вузов. - М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. - 319 (с. 146)).
В большинстве случаев для извлечения капельной жидкости из газов применяют различные виды насадок, которые устанавливаются на выходе газов из сепараторов. Очистка газа от примеси (взвесь твердых частиц, капельной нефти, воды) проводится преимущественно в жалюзийных аппаратах. Преимуществом жалюзийных аппаратов является малое гидравлическое сопротивление и удобство компоновки в сепараторах нефтяного газа, газопромывателях, абсорберах, осушителях газа. В таких аппаратах эффективность отделения капель зависит от скорости потока: с увеличением скорости потока до некоторого предельного значения инерционные эффекты взаимодействия капель с поверхностями аппарата увеличиваются, что приводит к интенсификации процессов коалесценции капель, образования пленки и стеканию жидкости в приемник. При дальнейшем увеличении скорости потока преобладают эффекты дробления капель со значительным уносом жидкости с очищенным газом (Тронов В.П. Сепарация газа и сокращение потерь нефти. Казань: «ФЭН», 2002. 408 с. (с. 63, 73)).
Для очистки газов от примесей перед компрессорами применяют мультициклоны. Однако они работают эффективно только на капельной примеси. При работе на твердой примеси происходят процессы отложения пыли, абразивного износа элементов, возникновения гидравлической разрегулировки. Следствием является падение эффективности извлечения примеси из газа (Василевский М.В., Зыков Е.Г., Логинов B.C. Устойчивость газоочистки в циклонном пылеуловителе // Изв. РАН Энергетика, 2005. - №5. - С. 113-124).
Известен аппарат, содержащий закручиватель, ротор с лопатками, который приводится во вращение очищаемым газом. Этот аппарат имеет в 60 раз меньшую металлоемкость, чем гравитационный сепаратор (Лутошкин Г.С. Сбор и подготовка нефти, газа и воды: Учебник для вузов. - М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. - 319 (с. 147)). Он эффективно работает на газовых и газоконденсатных месторождениях для извлечения влаги из газа. Однако при работе на сухой пыли в роторе турбосепаратора произойдет отложение пыли и эффективность снизится. Кроме того, недостатком является невозможность регулирования процесса извлечения примеси при малых расходах газа.
Известен аппарат для очистки газов от жидких и твердых частиц, включающий улиточный корпус, спрямляющий газ аппарат, ротор с наклонными пластинами, образующие каналы для прохода газов, причем ротор вращается под действием очищаемого газового потока (А.С. СССР 778749).
Недостатком этого устройства является образование отложений на поверхностях пластин, возникновение вибраций, поломка сепарирующих пластин, трудность регулировки процесса газоочистки. Недостатком также является невозможность применения устройства для очистки газов высокого давления от примесей из-за деформации ограждающих поток поверхностей аппарата.
Задача - повышение эффективности очистки при переменных режимах работы и проведение процесса в условиях высокого давления газа.
Аппарат для извлечения примеси из газа содержит улиточный корпус, ротор с каналами, образованными наклонными к радиальному направлению пластинами, осевой патрубок со спрямляющими поток лопатками для вывода очищенного газа. Вал ротора выполнен полым и перфорированным, на валу закреплен перфорированный цилиндр. Улиточный корпус соединен с криволинейным каналом, на внутренней стенке которого за сечением ввода загрязненного газа установлена подпружиненная лопатка и выполнено окно для вывода части газа из улиточного корпуса в криволинейный канал. На периферии криволинейного канала перед входом в улиточный корпус для вывода отсепарированной примеси вмонтирован патрубок с гидравлическим затвором. Криволинейный канал, улиточный корпус, ротор, патрубок для вывода очищенного газа, патрубок с гидравлическим затвором закреплены в обечайке высокого давления с патрубками ввода газа и вывода примеси в виде суспензии. Причем ввод загрязненного газа в криволинейный канал совмещен с вводом загрязненного газа в обечайку высокого давления, осевой патрубок со спрямляющими поток лопатками для вывода очищенного газа совмещен с трубопроводом очищенного газа, а внутри осевого патрубка со спрямляющими поток лопатками вывода очищенного газа из ротора, в подшипниковом корпусе, закреплено сальниковое устройство с трубкой для ввода жидкости в полый перфорированный вал.
На фиг. 1 представлен аппарат для извлечения дисперсной примеси из газа - разрез А-А, на фиг. 2 - разрез Б-Б, на фиг.3 - разрез В-В.
Аппарат содержит улиточный корпус 1 с входным сечением 2, ротор 3 с каналами на периферии, образованными наклонными против вращения ротора пластинами, и с полым перфорированным цилиндром 4, расположенным между периферийными каналами ротора 3 и полым перфорированным валом 5 (Фиг. 2). Ротор 3 установлен на полом перфорированном валу 5, закрепленном в подшипниках 6, 7. К ротору 3 примыкает осевой патрубок 8 со спрямляющими поток лопатками для вывода очищенного газа. Улиточный корпус 1 соединен с криволинейным каналом 9 с сечением входа загрязненного газа 10, за которым на внутренней поверхности криволинейного канала 9 расположено окно 11 для вывода части газа из улиточного корпуса 1 в криволинейный канал 9. За сечением входа загрязненного газа 10 расположена поворотная лопатка 12, перемещаемая пружиной 13, сжатие которой регулируется силой избыточного давления на лопатку 12 за сечением входа 10 загрязненного газа. На периферии криволинейного канала 9 перед входом в улиточный корпус 1 для вывода отсепарированной примеси вмонтирован патрубок 14 с гидравлическим затвором 15. Криволинейный канал 9, улиточный корпус 1 закреплены на станине 16 и расположены внутри разборной обечайки 17. Разборная обечайка 17 имеет патрубок ввода загрязненного газа 18 с переходником 19 и присоединительный патрубок к газопроводу очищенного газа 20. Для устранения утечки загрязненного газа в газопровод очищенного газа между соединительными фланцами установлено уплотнительное кольцо 21. Внутри осевого 8 патрубка со спрямляющими поток лопатками, в корпус подшипника 6, вмонтировано сальниковое устройство 22. В сальниковое устройство 22 вмонтирована трубка 23 для подвода жидкости в полость перфорированного вала 5. Внутри разборной обечайки высокого давления 17 выполнены опоры 24 для крепления станины 16, а также слив 25 для вывода отсепарированной примеси и отработанной жидкости в емкость 26.
Устройство работает следующим образом.
Загрязненный газ высокого давления поступает в патрубок 18, проходит через переходник 19, далее через сужение между концом лопатки 12 и стенкой криволинейного канала 9. При этом входящий в криволинейный канал 9 исходный поток эжектирует часть газа с примесью из улиточного корпуса 1 в криволинейный канал 9. При повороте суммарного потока отсепарированная примесь коагулирует на внешней стенке криволинейного канала 9 вследствие коалесценции, превращается в суспензию, которая проходит в патрубок 14, и выводится через гидравлический затвор 15 в слив 25 и емкость 26. Далее суммарный поток с неотсепарированной примесью проходит через сечение 2 и поступает в улиточный корпус 1, в котором закручивается, частично освобождается от мелких частиц и разделяется на два потока: внешняя меньшая часть потока с отсепарированными и скоагулированными частицами, вследствие коалесценции, выводится в криволинейный канал 9, в котором смешивается с входным потоком, внутренняя большая часть потока поступает в каналы ротора 3 и вращает его. В каналах ротора 3 происходит затухание турбулентности потока, что способствует повышенной сепарации частиц [Медведев Г.Г., Василевский М.В., Курочкин В.Н., Анисимов Ж.А. Расчет турбулентного течения аэрозоля во вращающихся каналах турбомашин // Известия АН СССР: Энергетика и транспорт, 1983, №5, с. 95-100]. При этом мелкая примесь сепарируется на поверхность пластин ротора 3. На пластины ротора 3 из полости цилиндра 4 поступает в виде струй промывочная жидкость, которая в виде пленки растекается по сепарационным поверхностям пластин ротора 3 и смывает возникающие отложения примеси. Эта жидкость поступает через трубку 23 в канал полого перфорированного вала 5, проходит в перфорированный цилиндр 4. При этом отсепарированные в каналах ротора жидкие частицы в виде сгустков жидкой пленки выбрасываются из каналов на внешнюю поверхность улиточного корпуса 1 и транспортируются в криволинейный канал 9. Очищенный газ выводится через осевой патрубок 8 со спрямляющими поток лопатками в газопровод очищенного газа. На всех этапах движения газа, в аппарате происходит сепарация частиц и коалесценция жидких частиц. Поверхность ротора и газ имеют близкие значения тангенциальных скоростей, поэтому диспергация жидких частиц на поверхности ротора мала. Для вращения ротора необходимо, чтобы массовый расход газа был большим по сравнению с массовым расходом жидкости, что в системах высокого давления выполняется.
Таким образом, отсепарированные частицы примеси в укрупненном виде, в виде суспензии, попадают в патрубок 14. Установка регулирующих проходные сечения потоков пружин 13 позволяет уменьшить колебания скоростей и давлений газа в криволинейном канале 9, улиточном корпусе 1 и перед ротором. Поскольку ротор 3 обладает значительным моментом инерции, малые колебания давления не оказывают влияния на скорость вращения. Вращение ротора происходит стабильно без вибраций.