Сепаратор для газожидкостной смеси с высокой удельной плотностью потока

Полезная модель относится к газовой, газоперерабатывающей, химической и нефтяной промышленности и может быть использована в процессах и аппаратах для сепарации жидкости из потока сжатого газа с высокой удельной плотностью после его контакта с жидкостью для улавливания мелкодисперсных жидких частиц из газового потока в поле центробежных сил.
Известны устройства для очистки сжатого воздуха от мелкодисперсных примесей и паров влаги (а.с. SU №413962, МПК B01D 45/12, опубл. 05.11.1974, а.с. SU №1775140 А1, МПК B01D 45/12, опубл. 15.11.1992; а.с. SU №1572682, А1, МПК B01D 45/12, опубл. 23.06.1990; патент GB №1209795, опубл. 21.10.1970; патент FR 2093452, опубл. 28.10.1972).
Однако в известных устройствах недостаточная эффективность газоочистки из-за разрушения структуры газового потока в узле разделения и высокой вероятности вторичного уноса отсепарированной жидкой фазы очищенным потоком газа с высокой удельной плотностью.
Известны устройства для очистки сжатого воздуха от паров влаги с использованием фильтрующих элементов (патент RU №2086294 С1 МПК B01D 53/26, опубл. 10.08.1997; а.с. SU №1088766, МПК B01D 53/26, опубл. 1984; а.с. SU №1242220. МПК B01D 53/26, опубл. 1986). Однако в известных устройствах низкая производительность по сжатому воздуху из-за значительного гидравлического сопротивления фильтрующих элементов.
Известен малогабаритный высокоэффективный сепаратор СЦВ-5 (патент RU №2221625, МПК B01D 45/12, опубл. 20.01.2004), предназначенный для улавливания мелкодисперсных жидких и твердых частиц из газового потока в поле центробежных сил, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную крышку, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, сепарационный пакет, состоящий из плоских изогнутых и дугообразных пластин, образующих в зоне нахлестки щелевые каналы. На внутренней поверхности вертикальной дугообразной пластины, расположенной по ходу движения газожидкостного потока непосредственно после плоских изогнутых пластин пакета, по всей высоте установлены сходящиеся дугообразные направляющие пластины, направленные под углом 30° к горизонтали, собирающие и транспортирующие пленочную жидкость с внутренней поверхности дугообразной пластины в зону щелевого канала. Для транспортировки жидкой фазы из зоны щелевого канала к внутренней поверхности корпуса аппарата предусмотрены прямоугольные открытые желоба, занимающие 1/7-1/8 часть площади сечения, ограниченного внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью пакета. В верхней 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.
Известен высокоэффективный циклон по улавливанию мелкодисперсных жидких и твердых частиц (патент RU 2379093, МПК B01D 45/12, опубл. 29.02.2008), предназначенный для разделения газовой фазы от жидких и твердых частиц и содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную крышку, входной и выходной патрубки, дефлектор, установленный по ходу вращения газового потока, ложное днище, вертикальный сепарационный пакет, состоящий из плоских сепарационных пластин, образующих щелевые каналы в зоне нахлестки, плоского днища, приподнятого относительно нижней кромки пластин и имеющего относительно них кольцевой радиальный зазор и соединенного посредством радиальных косынок с ложным днищем, накопительную емкость. В центре плоского днища пакета и ложного днища выполнены сквозные отверстия, в которые вмонтирована цилиндрическая трубка. Между внутренней поверхностью корпуса и началом вертикальной пластины дефлектора около входного патрубка образован вертикальный щелевой канал. Внутри накопительной емкости вмонтирован перфорированный цилиндр, к верхней части которого прикреплен перфорированный диск. По осевой линии перфорированного диска закреплен передвижной шток, на верхнем конце которого установлена глухая шайба. Ниже перфорированного цилиндра в верхней части накопительной емкости расположены вращающиеся на одной оси полукруглые плоски.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является сепаратор (патент RU №2349370, МПК B01D 45/12, опубл. 13.03.2006), предназначенный для очистки газов, который содержит вертикальный корпус, горизонтальную перегородку, входной, выходной, сливной патрубки, сепарационный пакет, состоящий из вертикальных пластин, дефлектор, имеющий входной патрубок, коаксиально размещенный во входном патрубке сепаратора с радиальным зазором 2-5 мм и проходящий через хордовую пластину, закрепленную на внутренней поверхности сепаратора под нижней поверхностью перегородки, образуя с внутренней поверхностью корпуса проходной сегментный канал в нижнюю часть сепаратора.
Однако известное устройство предназначено для получения качественного процесса разделения жидкости и газа при относительно низких рабочих давлениях и удельных расходах газожидкостной смеси. При их увеличении возрастает величина динамического напора газа, что может привести к возникновению восходящих пленочных течений на стенках камеры сепаратора и явления брызгоуноса с поверхности отделенной жидкой фазы.
Техническая проблема, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в создании высокопроизводительного и эффективного устройства для очистки сжатого газа от дисперсных включений жидкости.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, заключается в повышении качества очистки сжатого газа от дисперсных включений жидкости при высоких рабочих давлениях и удельных расходах газожидкостной смеси, путем предотвращения восходящих пленочных течений на стенках камеры сепаратора и явления брызгоуноса с поверхности отделенной жидкой фазы, за счет снижения локального динамического напора газа в зонах повышенной концентрации жидкой фазы.
Технический результат достигается тем, что в сепараторе для газожидкостный смеси с высокой удельной плотностью потока, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной дефлектор с тангенциальным входом, выходной патрубок очищенного газа, сливной патрубок жидкости, закрепленный на нижнем днище, новым является то, что выходной патрубок очищенного газа расположен на нижнем днище цилиндрического корпуса, а присоединенный к нему выходной коллектор для сбора очищенного газа расположен внутри цилиндрического корпуса, закреплен осесимметрично на его нижнем днище с образованием между ним и вышеупомянутым цилиндрическим корпусом кольцевой ниши, внутри которой на внешней поверхности выходного коллектора по его высоте размещены ребра, входное сечение выходного коллектора расположено в центральной части цилиндрического корпуса, а перед входным сечением выходного коллектора расположен гаситель закрутки потока.
На фиг. 1 представлена схема предлагаемого сепаратора для газожидкостной смеси.
На фиг. 2 - разрез А - А фиг. 1.
На фиг. 3 - разрез В - В- фиг. 1.
На фиг. 4 - разрез С - С фиг. 1.
На фиг. 5 представлена схема течения газожидкостной смеси в сепараторе.
Сепаратор для газожидкостный смеси с высокой удельной плотностью потока содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, верхнее 2 и нижнее днища 3, входной дефлектор 4 с тангенциальным входом, выходной патрубок очищенного газа 5, сливной патрубок жидкости 6, закрепленный на нижнем днище 3. Выходной патрубок очищенного газа 5 расположен на нижнем днище 3 цилиндрического корпуса 1, а присоединенный к нему выходной коллектор 7 для сбора очищенного газа расположен внутри цилиндрического корпуса 1, закреплен осесимметрично на его нижнем днище 3 с образованием между ним и цилиндрическим корпусом 1 кольцевой ниши 8. Входное сечение выходного коллектора 7 расположено в центральной части цилиндрического корпуса 1 сепаратора. На внешней поверхности выходного коллектора 7 по его высоте размещены ребра 9, по меньшей мере, одно, или равномерно по окружности несколько ребер, а перед входным сечением выходного коллектора 7 расположен гаситель закрутки потока 10.
Ребра 9 на внешней поверхности выходного коллектора 7 по его высоте служат для усиления полезного эффекта подавления тангенциальной составляющей скорости потока и, следовательно, динамического напора течения. Гаситель закрутки 10 предназначен для дополнительного подавления тангенциальной компоненты скорости перед входом в коллектор.7.
Принцип работы сепаратора для газожидкостный смеси с высокой удельной плотностью потока заключается в следующем. Газожидкостная смесь поступает во входной дефлектор 4 с тангенциальным входом, где происходит разворот и закрутка потока в тангенциальном направлении. Помимо закрутки потока происходит выравнивание объемного распределения дисперсных частиц жидкости в смеси и осаждение крупных частиц жидкости на стенки цилиндрического корпуса 1, за счет резкой смены направления течения. Жидкость движется вдоль стенок цилиндрического корпуса по направлению к нижнему днищу 3 с большой тангенциальной составляющей скорости, за счет которой происходит осаждение дисперсных частиц жидкости на стенки цилиндрического корпуса 1. Осажденная на стенки жидкость под действием силы тяжести стекает на нижнее днище 3 сепаратора и отводится через сливной патрубок 6. Дойдя до нижнего днища 3, очищенный газовый поток разворачивается вверх и движется в нише 8 вдоль боковой поверхности выходного коллектора 7. За счет наличия ребер 9 на внешней поверхности выходного коллектора 7 происходит подавление тангенциальной составляющей скорости потока и, следовательно, динамического напора течения. Последнее является основополагающим фактором, исключающим возникновение брызгоуноса и восходящих пленочных течений в области концентрации жидкой фазы у нижнего днища 3. Удаление очищенного газа из сепаратора происходит через входное сечение коллектора 7, перед которым газовый поток снова меняет направление движения. С целью дополнительного подавления тангенциальной компоненты скорости перед входом в коллектор 7 установлено устройство подготовки потока - гаситель закрутки 10.
Сущность полезной модели состоит в том, что конструкция предлагаемого устройства обеспечивает локальное снижение динамического напора газа в зоне повышенной концентрации отсепарированной жидкой фазы в кольцевой нише 8 между выходным коллектором 7 и цилиндрическим корпусом 1 сепаратора, что исключает вынос уже отделенной жидкости в выходной коллектор 7. Ребро или ребра 9 на внешней поверхности выходного коллектора 7 способствуют снижению тангенциальной составляющей и полной скорости потока в кольцевой нише 8, тем самым повышается допустимое максимальное значение расхода газожидкостной смеси через сепаратор, при котором сохраняется высокая степень очистки.