СЕПАРАТОР ГАЗОЖИДКОСТНЫЙ ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ВИХРЕВОГО ТИПА

Полезная модель предназначена для осаждения и удаления мелкодисперсных и аэрозольных жидких и твердых частиц из газового потока в поле центробежных сил и применяется в нефтяной, газовой, машиностроительной, пищевой, химической и других отраслях промышленности.
Известен сепаратор СЦВ-5 (патент RU 2188062) [1], содержащий вертикальный цилиндрический корпус, входной и выходной патрубки, дефлектор, сепарационный пакет.
Недостатком сепаратора СЦВ-5 является то, что желоба, сужающиеся по ходу движения в них жидкостной пленки к внутренней поверхности корпуса аппарата, закрывают значительную часть живого сечения между корпусом и сепарационным пакетом, что в последнем случае приводит к росту потерь напора в аппарате и хаотическому движению газожидкостной смеси в этом пространстве и уносу значительной части жидкой фазы во внутрь сепарационного пакета; кроме того, щель, расположенная за желобами по ходу движения потока, полностью перекрыта, т.е. не участвует в сепарационном процессе и создает дополнительные потери напора; наличие двух сепарационных камер - верхней и нижней, связанных между собой гидрозатворным сливом, делает конструкцию громоздкой и малопроизводительной. Увеличение нагрузки по газу приводит к увеличению сопротивления сепарационного блока, т.е. к увеличению разности давления в нижней и верхней камерах. Чтобы гидрозатвор справился, необходимо его увеличивать по высоте, т.е. увеличивать высоту корпуса аппарата.
Известен также малогабаритный высокоэффективный сепаратор СЦВ-5 (патент RU 2221625, дата публикации 2004.01.20) [2], содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную крышку, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, вертикальный сепарационный пакет, состоящий из плоских изогнутых и дугообразных пластин, которые в зоне нахлестки образуют щелевые каналы, в верхней внутренней 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.
Недостатком указанного сепаратора является то, что прижатая на выходе из дефлектора жидкостная (тяжелая) фаза газожидкостного потока с механическими примесями на всем протяжении своего пути от дефлектора до ложного днища непосредственно контактирует с вращающейся вокруг сепарационного пакета газовой (легкой) фазой. Это, а также то, что скорость движения тяжелой фазы снижается в
результате трения о внутреннюю поверхность корпуса, приводит к нежелательному обратному захвату части жидкости и примесей указанной газовой фазой, что увеличивает нагрузку на сепарационный пакет, и, следовательно, приводит к снижению эффективности сепарации.
Известен также сепаратор газожидкостный вертикальный вихревого типа по патенту №55636 [3], содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю и нижнюю крышки, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, сепарационное устройство и карман, образованный сверху горизонтальной пластиной, с боков - цилиндрической стенкой корпуса, вертикальной пластиной, перпендикулярной корпусу, и вертикальной изогнутой пластиной, причем карман является открытым навстречу движения газожидкостного потока и снизу.
Недостатком указанного сепаратора является то, что при падении нагрузки вследствие падения давления на входе в сепаратор и/или уменьшении подачи газожидкостной смеси в сепаратор со стороны открытой части кармана возникают вихревые возмущения потока. Вихревые возмущения возникают следствие недостатка скорости потока и отсутствия в кармане выхода потока по ходу его движения. Возникающие вихревые возмущения запирают карман и препятствуют его нормальной работе, а также препятствуют равномерному движению потока вокруг сепарационного пакета и, следовательно, приводят к снижению эффективности сепарации.
Указанный сепаратор по патенту №55636 является по совокупности существенных признаков наиболее близким сепаратором того же назначения к заявляемой полезной модели. Поэтому он принят в качестве прототипа заявляемой полезной модели.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение эффективности сепарации и качества газового потока на выходе сепаратора во всем диапазоне нагрузок.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемой полезной моделью, является более раннее изолирование основной массы выделенных жидкости и механических примесей от остального газожидкостного потока, исключающее эффект обратного захвата жидкости этим потоком, что приводит к повышению эффективности сепарации, и, следовательно, повышению качества газа на выходе сепаратора. Данный технический результат достигается за счет наличия в сепараторе одной или более вертикальных пластин, установленных одним краем без зазора к корпусу, вертикальной разделяющей пластины и вертикальных пластин прямого или криволинейного горизонтального сечения, развернутых навстречу набегающему потоку.
Наличие одной или более вертикальных пластин, установленных одним краем без зазора к корпусу является дополнительной рабочей сепарационной поверхностью. Это приводит к тому, что набегающий газожидкостный поток ударяет по касательной о пластину и теряет часть жидкости в виде осевшей пленки. Осевшая пленочная жидкость
под действием гравитационных сил и под воздействием набегающего потока двигается по нисходящей спирали к краю пластины. За краем пластины возникает вихрь вследствие образовавшегося между пластиной и корпусом сепаратора замкнутого пространства - кармана. Образующийся вихрь затягивает пленку и капли жидкости в карман, где отсепапрированная жидкость уже не подвергается воздействию вихревого газожидкостного потока и под действием гравитационных сил удаляется из зоны сепарации.
Наличие вертикальной разделяющей пластины приводит к разделению набегающего газожидкостного потока на два. Один движется по кругу вдоль сепарационного пакета. Другой - вдоль корпуса. При этом в работу включается ряд вертикальных пластин от вертикальной разделяющей пластины до дефлектора.
Наличие вертикальных пластин, находящихся за вертикальной разделяющей пластиной, внутренние края которых находятся на линии окружности, являющейся продолжением окружности вертикальной изогнутой пластины дефлектора, приводит к следующему:
а) созданию равномерного криволинейного пространства в его вертикальном сечении вокруг сепарационного устройства, что позволяет сохранять структуру вращающегося потока и препятствует возникновению вихревых возмущений;
б) наличию дополнительной рабочей сепарационной поверхности.
Придание вертикальным пластинам изогнутой формы в горизонтальном сечении, причем в горизонтальной плоскости касательная к окружности, проходящей через внутренние концы пластин, совпадает с прямой - касательной к пластине в крайней точке, придает осевшей на пластинах жидкости такое же касательное направление движения и препятствует попаданию (срыву) капель жидкости в криволинейное пространство, образованной стенкой корпуса и пластинами.
Сущность полезной модели состоит в том, что сепаратор содержит вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю и нижнюю крышки, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, сепарационный пакет, отличающийся тем, что сепаратор вдоль внутренней поверхности корпуса непосредственно за выходом дефлектора дополнительно содержит одну или более вертикальные пластины, установленные одним краем без зазора к корпусу, вертикальную разделяющую пластину и вертикальные пластины прямого или криволинейного горизонтального сечения, развернутые навстречу набегающему потоку, при этом задний край последней пластины образует щелевой канал с краем задней пластины дефлектора;
При этом вертикальная разделяющая пластина выполнена дугообразной;
при этом сечение образующегося щелевого канала между корпусом сепаратора и гранью последней пластины со стороны набегающего потока больше, чем щелевого канала между краем дефлектора и пластиной;
при этом края вертикальных пластин заходят один за другой и попарно образуют щелевые каналы, причем сечение образующегося щелевого канала между корпусом сепаратора и краем пластины со стороны набегающего потока больше, чем сечение щелевого канала между краями пластин.
На фиг.1 изображен сепаратор в продольном сечении,
на фиг.2а - разрез А-А фиг.1.
Сепаратор газожидкостный вертикальный вихревого типа (фиг.1) состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1, верхней крышки 2, в которой расположен выходной патрубок 3, нижней крышки 4, в которой расположен сливной патрубок 5, входного патрубка 6, соединенного с корпусом 1 в верхней его части, дефлектора 7, формирующего вращательное движение газожидкостного потока внутри сепаратора, сепарационного пакета 8, состоящего из вертикальных сепарационных пластин, которые в зоне нахлестки образуют щелевые каналы.
Сепаратор вдоль внутренней поверхности корпуса непосредственно за выходом дефлектора содержит одну или более вертикальную пластину 9. Вертикальные пластины 9 могут быть выполнены прямого или криволинейного сечения. Они установлены одним краем без зазора к корпусу и крепятся к верхней крышке или специальной горизонтальной перегородке, а снизу между собой, например, обручем по центру пластин для придания жесткости конструкции. Как было описано выше вертикальные пластины 9, установленные одним краем без зазора к корпусу служат дополнительной рабочей сепарационной поверхностью.
Сепаратор содержит также вертикальные пластины 10 прямого или криволинейного горизонтального сечения, для целей улавливания и транспортировки механических примесей, капельной и пленочной жидкости из зоны сепарации, развернутые навстречу набегающему потоку. Внутренние края пластин 10 находятся на линии окружности, являющейся продолжением окружности вертикальной изогнутой пластины 16 дефлектора. Это создает равномерное вертикальное сечение криволинейного пространства вокруг сепарационного устройства, что позволяет сохранять структуру вращающегося потока и препятствует возникновению вихревых возмущений. Придание вертикальным пластинам изогнутой формы в горизонтальном сечении, причем в горизонтальной плоскости касательная к окружности, проходящей через внутренние концы пластин, совпадает с прямой - касательной к пластине в крайней точке, придает осевшей на пластинах жидкости такое же касательное направление движения и препятствует попаданию (срыву) капель жидкости в криволинейное пространство, образованное стенкой корпуса и пластинами.
Сечение образующегося щелевого канала 17 между корпусом 1 сепаратора и гранью последней пластины 10 со стороны набегающего потока больше, чем щелевого канала 14
между краем дефлектора и пластиной. Края вертикальных пластин 10 заходят один за другой и попарно образуют щелевые каналы 18, при этом сечение образующегося щелевого канала 19 между корпусом 1 сепаратора и краем пластины 10 со стороны набегающего потока больше, чем сечение щелевого канала 18 между краями пластин.
Вертикальные пластины 10, находящиеся за вертикальной разделяющей пластиной 11, внутренние края которых находятся на линии окружности, являющейся продолжением окружности вертикальной изогнутой пластины дефлектора, создают равномерное криволинейное пространство в его вертикальном сечении вокруг сепарационного устройства 8, что позволяет сохранять структуру вращающегося потока и препятствует возникновению вихревых возмущений. Кроме того, указанные пластины создают дополнительную рабочую сепарационную поверхность.
Придание вертикальным пластинам изогнутой формы в горизонтальном сечении, причем в горизонтальной плоскости касательная к окружности, проходящей через внутренние концы пластин, совпадает с прямой - касательной к пластине в крайней точке, придает осевшей на пластинах жидкости такое же касательное направление движения и препятствует попаданию (срыву) капель жидкости в криволинейное пространство, образованной стенкой корпуса и пластинами.
В пространстве между последней вертикальной пластиной 9 и первой вертикальной пластиной 10 размещена вертикальная разделяющая пластина 11. Вертикальная пластина 11 может быть выполнена дугообразной. Вертикальная разделяющая пластина 11 служит для разделения набегающего газожидкостного потока на два. Один поток движется по кругу вдоль сепарационного пакета по стрелке N), а другой - вдоль корпуса (по стрелке М). При этом поток принимает на себя ряд вертикальных пластин 10 от вертикальной разделяющей пластины 11 до дефлектора 7.Вертикальные пластины 10 и 11 жестко закреплены к верхней крышке 2 или специальной горизонтальной перегородке, а снизу скреплены между собой, например, обручем по центру пластин (не показано).
Сепаратор работает следующим образом.
Газожидкостная смесь подводится в сепаратор через входной патрубок 5, расположенный в верхней его части. Дефлектор 7 препятствует поступлению газожидкостного потока в осевую зону сепарационного устройства 8 без предварительного, грубого разделения потока.
При выходе из дефлектора 7 капли жидкости и механические примеси отбрасываются центробежной силой на вертикальную(ые) пластину(ы) 9, где вместе с осевшей на пластине(ах) жидкостной пленкой захватываются вихрем, образующимся за краем пластин(ы), тормозятся в замкнутом пространстве кармана, выпадают на стенку корпуса и внутреннюю поверхность пластин(ы) и под действием гравитационных сил,
транспортируются в нижнюю часть сепаратора, и далее - к сливному патрубку 5. После разделительной пластины 11 из части потока, вращающаяся вдоль сепарационного пакета 8 под действием центробежных сил выделяется основная масса жидкости и механических примесей, которые отбрасываются на пластины 10, где транспортируясь с пластины на пластину по нисходящей спирали под действием гравитационных сил и попадают в нижнюю часть сепаратора. Мелкодисперсная капельная жидкость, не осевшая на пластинах 10, попадает на сепарационное устройство 8, задерживается им, а затем транспортируется в нижнюю часть сепаратора, и далее к сливному патрубку 5.
Другая часть потока после разделительной пластины 11 попадает в криволинейное пространство между корпусом сепаратора и рядом вертикальных пластин 10. За счет центробежных сил выделяется основная масса жидкости и механических примесей, которая оседает на корпусе сепаратора 1 и в дальнейшем транспортируется под действием гравитационных сил в нижнюю часть сепаратора, и далее - к сливному патрубку 5. Мелкодисперсная капельная жидкость, не осевшая на корпусе 1, попадает на пластины 10, задерживается ими, а затем под действием гравитационных сил, транспортируется в нижнюю часть сепаратора, и далее - к сливному патрубку 5.
В криволинейном пространстве, образованной стенкой корпуса 1 и сепарационным устройством 8, из газового потока выделяется основная масса жидкости и механические примеси. Капли жидкости и механические примеси отбрасываются центробежной силой на стенки корпуса 1 сепаратора и под действием инерционных и гравитационных сил движутся по ходу газового потока вдоль этой стенки по нисходящей спирали и попадают через щелевой канал в пространство, образованное вертикальной пластиной 9, корпусом сепаратора 1 и задней стенкой дефлектора 7. Образованное пространство сверху ограничено верхней крышкой сепаратора 2, к которой крепится пластина 9, а снизу открыто. После прохождения щелевого канала капли жидкости, пленка и механические примеси тормозятся о стенку дефлектора. Выступающая навстречу набегающему потоку часть вертикальной изогнутой пластины 16 дефлектора 7 препятствует срыву капель и пленки жидкости и их уносу потоком через щелевой канал 14 между краем дефлектора и пластиной. Наличие «выходного» щелевого канала 14 препятствует возникновению вихревых возмущений перед вертикальной пластиной, что наблюдалось перед карманом в патенте №55626. Далее под действием гравитационных сил, через открытую нижнюю часть, жидкость и механические примеси транспортируются в нижнюю часть сепаратора, и далее - к сливному патрубку 5. За счет наличия вертикальной пластины 9, нижний край которой размещен ниже нижнего края вертикальной изогнутой пластины 16 дефлектора, отсепарированные жидкость и механические примеси защищены от захвата вращающимся газожидкостным потоком. Мелкодисперсная капельная жидкость, не осевшая на корпусе 1, попадает на сепарационное устройство 8, задерживается им, а затем транспортируется в нижнюю часть сепаратора, и далее к сливному патрубку 5.
Производство заявляемого сепаратора возможно на предприятиях машиностроительной промышленности.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Патент РФ №2188062, B01D 45/12, 2002.
2. Патент РФ №2221625, B01D 45/12, 2004.
3. Патент РФ №55636, на полезную модель, B01D 45/02; B01D 45/16; B01D 45/18, 2006 (наиболее близкий аналог).
Производство заявляемого сепаратора возможно на предприятиях машиностроительной промышленности.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Патент РФ №2188062, B01D 45/12, 2002.
2. Патент РФ №2221625, B01D 45/12, 2004.
3. Патент РФ №55636, на полезную модель, B01D 45/02; B01D 45/16; B01D 45/18, 2006 (наиболее близкий аналог).