Распределитель газожидкостного потока

Полезная модель относится к газораспределителям, используемым в технологических аппаратах для проведения процессов отделения жидкой фазы от газовой и массообменных процессов в системе газ-жидкость, и может быть использована в газодобывающей, нефтехимической и нефтегазоперерабатывающей промышленности.
Известно устройство для распределения газовых и жидкостных потоков по сечению аппарата и сепарации жидкости от газового потока, включающее перфорированную обечайку, установленную внутри корпуса аппарата против патрубка ввода газа с зазором к корпусу, перекрытым в верхней части перегородкой, на обечайке против перфорации размещены вертикально ориентированные ряды пористых объемных элементов, перекрывающие каналы перфорации, а зазор между обечайкой и корпусом и верх обечайки перекрыты полуглухой тарелкой с патрубками для прохода газа, соединенными с внутренней полостью обечайки [RU 2279302 С1, МПК B01D 3/32, B01D 53/18 (2006.01), опубл. 10.07.2006]. Обечайка в нижней части снабжена гидрозатвором или частично перекрыта и выполнена из плоских элементов, замкнутых корпусом аппарата.
Недостатками известного устройства являются повышенное гидравлическое сопротивление, связанное с наличием большого числа местных сопротивлений, недостаточная степень сепарации мелкодисперсных потоков, большие габаритные размеры, как следствие, повышенная металлоемкость, сложность изготовления и монтажа.
Известно газораспределительное устройство, предназначенное для равномерного распределения газа по сечению аппарата, выполненное в виде треугольной призмы, установленной внутри корпуса аппарата напротив патрубка ввода газа с зазором к корпусу, при этом основание призмы выполнено перфорированным и расположено ниже патрубка ввода газа [RU 2329849 С1, МПК B01D 3/00, B01D 3/32 (2006.01), опубл. 27.07.2008]. На боковых сторона призмы установлены блоки из вертикальных гофрированных листов, гофры которых расположены под углом к горизонту.
Недостатками известного устройства являются неравномерное распределение газового потока по сечению аппарата и недостаточная степень сепарации мелкодисперсных потоков при больших значениях фактора скорости в патрубке ввода газа.
Наиболее близким по технической сущности является газораспределительное устройство, установленное внутри корпуса аппарата против входа патрубка ввода газа с зазором к корпусу, выполненное в виде шестиугольной призмы, которая имеет соосно расположенный внутренний цилиндр, имеющий щели или перфорацию [RU 2394623 С1, МПК B01D 3/00, B01D 3/32 (2006.01), опубл. 20.07.2010]. Внутренний цилиндр по длине разделен на секции кольцевыми дисками с отверстиями, уменьшающимися от патрубка ввода газа. На боковых сторонах призмы установлены блоки из гофрированных листов.
Недостатками известного устройства является неравномерное распределение газового потока по сечению аппарата, связанное с конструктивными особенностями, и излишняя усложненность конструкции и способа ее монтажа в аппарате.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка конструкции устройства, обеспечивающего эффективное распределение входного газового потока на входе в аппарат, предварительное отделение механических примесей и диспергированной жидкости и, как следствие, повышение качества сепарации в технологическом аппарате.
Технический результат создания полезной модели заключается в расширении ассортимента распределителей газожидкостного потока, которое при этом обеспечивает равномерное распределение газожидкостного потока по сечению аппарата для повышения качества сепарации.
Указанный технический результат достигается тем, что в распределителе газожидкостного потока, установленном на входном патрубке внутри корпуса технологического аппарата, содержащем корпус, боковая поверхность которого образована секциями, внутри корпуса распределителя установлены элементы переменного сечения с постепенно уменьшающимся диаметром входного патрубка по длине распределителя, новым является то, что боковая поверхность корпуса, образованная указанными секциями, представляет собой цилиндрическую форму, при этом каждая секция состоит из рядов последовательно расположенных пластин, указанные пластины размещены радиально на боковых сторонах распределителя, а в смежных рядах установлены с различными углами наклона относительно входного патрубка ввода газожидкостного потока. Возможно выполнение пластин с загибами и вырезами, а элементы переменного сечения могут быть выполнены в виде колец или пластин.
Заявляемое конструктивное исполнение устройства позволяет улучшить равномерность распределения газожидкостного потока по сечению технологического аппарата, что обеспечивает равномерную загрузку внутренних элементов аппарата и предварительное отделение механических примесей и диспергированной жидкости, что позволяет создать условия для более эффективной работы внутренних устройств аппарата.
На фиг. 1 представлен распределитель газожидкостного потока в аксонометрической проекции, установленный в корпусе технологического аппарата на входном патрубке. На фиг. 2 схематично представлен распределитель газожидкостного потока, установленный внутри корпуса технологического аппарата, в разрезе. На фиг. 3 в аксонометрической проекции представлена секция распределителя, состоящая из рядов последовательно расположенных пластин, с разрезом.
Под технологическим аппаратом в рамках настоящей заявки понимаются такие аппараты, как входной сепаратор, низкотемпературный сепаратор, факельный сепаратор, исследовательский сепаратор, сепаратор-емкость, фильтр-сепаратор, фильтр, разделитель, абсорбер, десорбер и т.п. аппараты, предназначенные для разделения потоков.
2
1
Распределитель содержит цилиндрической формы корпус 1, установленный на входном патрубке 2 внутри технологического аппарата 3 с зазором к нему (фиг. 1). Боковая поверхность цилиндрического корпуса 1 образована секциями (фиг. 3), содержащими ряды последовательно расположенных разделенных определенным расстоянием одинаковых плоских элементов - пластин 4, закрепленных на опорных элементах 6 каркаса корпуса 1. Пластины 4 размещены радиально на боковых сторонах распределителя и в смежных рядах установлены с различными (положительными - α и отрицательными - α) углами наклона относительно входного патрубка 2 ввода газожидкостного потока, обеспечивающими его перераспределение. Опорные элементы 6 каркаса представляют собой удлиненные элементы (например, стержень, прут), ориентированные по длинной стороне корпуса распределителя и расположенные на определенном расстоянии друг от друга. Секции зафиксированы на каркасе с обеспечением внешней и внутренней цилиндрической формы корпуса 1.
1
2
3
4
n
Внутри корпуса распределителя равномерно установлены внутренние элементы 5 переменного сечения, выполненные, например, в виде колец или пластин, с постепенно изменяющимся диаметром по длине распределителя газожидкостного потока D>D>D>D…D (фиг. 2). Каждая из пластин 4 может быть выполнена с противоположно расположенными загибами, которые дополнительно обеспечивают вход и выход газа перпендикулярно входному потоку, и вырезами, обеспечивающими пересечение потоков газа в соседних рядах (фиг. 3).
Предлагаемая конструкция распределителя газожидкостного потока работает следующим образом.
2
1
Входной поток, состоящий из газа с содержащимися в нем механическими примесями и мелкодисперсными частицами жидкости, поступает по входному патрубку 2 в распределитель газожидкостного потока. Расположенные вдоль оси распределителя газожидкостного потока элементы 5, выполненные в виде пластин или колец с уменьшением проходного диаметра от входного патрубка к торцевой стенке распределителя, обеспечивают равномерное распределение входного потока по его длине, обеспечивая равномерную загрузку. Цилиндрическая форма корпуса 1 обеспечивает максимально равномерное распределение входного потока без мертвых зон вдоль всей длины распределителя при прохождении через его корпус 1. Ряды последовательно расположенных пластин 4, размещенных радиально на боковых сторонах распределителя, разделяют общий входной поток на множество разнонаправленных потоков, которые, проходя через щели между соседними пластинами 4, обтекают их, что под действием инерционных сил приводит к осаждению на поверхности пластин мелкодисперсных частиц жидкости. Осажденные мелкодисперсные частицы жидкости образуют на поверхности пластин 4 жидкостную пленку, которая под действием гравитационных сил стекает в нижнюю часть корпуса технологического аппарата 3. Площадь выхода потока из устройства через его образующую значительно больше площади сечения входного патрубка 2, что приводит к значимому уменьшению скорости потока, что предотвращает вторичный унос осажденных на радиальных пластинах 4 мелкодисперсных частиц жидкости. Радиально расположенные пластины 4 в соседних рядах, составляющих образующую цилиндра 1, имеют различные углы относительно входного потока (положительными - α и отрицательными - α), что в силу взаимного пересечения пластин 4 в соседних рядах, создает условия для более мелкого дробления входного потока и обеспечивает лучшее обтекание пластин 4 потоком. Механические частицы, содержащиеся во входном потоке, при резком изменении вектора скорости при прохождении потока через устройство и благодаря уменьшению скорости потока за счет значительного увеличения площади входного сечения отбиваются пластинами 4 и под действием гравитационных сил осаждаются в нижней части корпуса технологического аппарата 3.
Материальное исполнение основных элементов распределителя газожидкостного потока - конструкционная низколегированная или нержавеющая сталь (преимущественное исполнение), пластины могут быть изготовлены из тонколистного металла. Для соединения между собой элементов конструкции распределителя используют известные методы и стандартные средства. Технологические параметры распределителя определяют в соответствии с производственными условиями эксплуатации.
1
8
1
2
нар
2
В качестве одного из возможных вариантов реализации заявляемого распределителя газожидкостного потока можно рассмотреть конструкцию распределителя газожидкостного потока фильтр-сепаратора с диаметром входного патрубка 320 мм, материальное исполнение - нержавеющая сталь. На сварном каркасе распределителя расположены восемь колец, изменяющие диаметр входного патрубка с D=315 мм до D=160 мм. С помощью болтовых соединений, обеспечивающих возможность демонтажа, на каркасе закреплены восемь секций, каждая из которых содержит четыре ряда (на фиг. 3 показано: ряд 1, ряд 2, ряд 3, ряд 4) последовательно расположенных пластин, закрепленных помощью сварки. Углы α и α составляют 45° (угол взаимного расположения пластин в соседних рядах составляет 90°), обеспечивая взаимное пересечение потоков. Шаг расположения пластин в ряду составляет 35 мм, при длине секции 700 мм. Внешний диаметр распределителя (D) составляет 920 мм, что обеспечивает площадь выхода потока из распределителя, равную 2 м.
Заявляемая конструкция распределителя газожидкостного потока позволяет расширить ассортимент аналогичной продукции, добиться равномерного распределения газожидкостного потока по сечению аппарата, снизить и выровнять скорость входного потока в аппарате за счет распределения по значительно большей площади распределителя относительно площади входного патрубка, и обеспечить равномерную загрузку внутренних элементов аппарата, что позволяет повысить качество сепарации мелкодисперсных потоков и механических примесей. Эффективное распределение потока по сечению технологического аппарата и предварительное отделение механических частиц и диспергированной жидкости обеспечивают более эффективную работу других разделительных устройств, которые могут быть установлены в аппарате, что позволит повысить эффективность работы технологического аппарата в целом.