ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ КАПЕЛЬ ЖИДКОСТИ ОТ ГАЗОВОГО ПОТОКА
CENTRIFUGAL SEPARATOR FOR SEPARATION OF LIQUID DROPS FROM GAS FLOW

Изобретение относится к области устройств, применяемых для отделения капельной влаги от газового потока, и может быть применено для мокрой очистки выбрасываемых в атмосферу газов, а также отделения капель воды, нефти и газового конденсата от газового потока в любой области промышленности.
Известен (патент DE 1471602) пенно-вихревой аппарат для очистки газов от капель жидкости, содержащий частично заполненный жидкостью корпус с патрубками для ввода и вывода газа и жидкости, при этом по оси корпуса расположена трубка, в нижней части которой установлен с зазором относительно дна аппарата полый цилиндр, а в верхней части корпуса над жидкостной ванной расположены вихревая камера и сепаратор.
Недостатком известного аппарата следует признать низкую эффективность очистки газа, обусловленную несовершенством конструкции аппарата.
Известен также (авторское свидетельство SU 1611452) центробежный сепаратор, содержащий корпус с крышкой, тангенциально установленный патрубок ввода очищаемого газа, установленную выше него поперечную перегородку с укрепленными в ней вертикальными трубчатыми прямоточными сепарационными элементами с завихрителями на входе и системой охлаждения, а также в корпусе закреплен патрубок вывода очищенного газа. При этом система охлаждения включает вертикальные тепловые трубы, испарительные зоны которых в виде осевых вытеснителей обтекателей размещены в сепарационных элементах, а оребренные конденсационные зоны выведены через крышку корпуса наружу.
Недостатком известного аппарата следует признать низкую эффективность очистки газа, обусловленную несовершенством конструкции аппарата.
Известен (патент RU 2190450) газожидкостный сепаратор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, трубопроводы подвода газожидкостной смеси и отвода газа и жидкости, сливные трубы, перегородку, разделяющую сепаратор на камеры, при этом он дополнительно снабжен газоуравнительным трубопроводом, соединяющим корпус сепаратора с трубопроводом отвода газа, при этом перегородка в корпусе сепаратора выполнена конической, одна из камер - входная - снабжена сливными трубами и концентрично установленной каплеотбойной камерой с завихрителем, конусной нижней частью и сливными трубами, нижние концы которых расположены ниже концов сливных труб входной камеры и установлены в гидрозатворный стакан в нижней части корпуса.
Недостатком известного аппарата следует признать низкую эффективность очистки газа, обусловленную несовершенством конструкции аппарата.
Известен также (патент US 3815339) сепаратор, предназначенный для удаления влаги из газового потока, содержащий корпус, в нижней части которого размещены сборник сепарированной жидкости и осевой патрубок ввода разделяемого потока, кроме того, в корпусе размещены лопаточный завихритель с полыми лопатками, центральная труба с коническим дном, являющимся верхней крышкой завихрителя, при этом нижняя часть конического дна соединена патрубком со сборником сепарированной жидкости. В верхней части корпуса дополнительно расположен кольцевой карман с отсекателем.
Известен также (авторское свидетельство SU 827123) центробежный сепаратор, содержащий корпус, размещенные в его нижней части сборник сепарированной жидкости и осевой патрубок ввода разделяемого потока, лопаточный завихритель, центральную трубу с коническим дном, представляющим собой верхнюю крышку завихрителя и имеющим патрубок для слива сепарированной жидкости, при этом в верхней части корпуса расположен кольцевой карман с отсекателем потока. Кроме того, сепаратор дополнительно снабжен установленными в центральной трубе кольцевым козырьком и дополнительным лопаточным завихрителем, соединенным патрубком с верхней частью кольцевого канала, и присоединенными к отсекателю потока и центральной трубе конфузорными насадками для отвода очищенного потока.
В обоих известных устройствах осуществлен принцип двухстадийной очистки потока, причем на первой стадии происходит центробежная сепарация, а часть газа, проходя по каналам полых лопаток в центральную трубу, проходит дополнительную инерционную сепарацию, причем сепарированная при этом жидкость поступает в общий сборник.
Недостатком обоих известных устройств является недостаточная эффективность разделения газа и жидкости.
Технический результат, получаемый при реализации изобретения, состоит в повышении эффективности отделения капель жидкости от высокоскоростного газового потока.
Центробежный сепаратор для отделения капель жидкости от газового потока содержит цилиндрический корпус с осевыми патрубками для ввода и вывода газового потока и узлом вывода отделенной жидкости, расположенным на торцевой поверхности корпуса, причем в корпусе соосно со стороны входа газа последовательно расположены завихритель и центральная труба. В центральной трубе, выполненной перфорированной, установлен конусный вытеснитель, причем между центральной трубой и конусным вытеснителем по всей его длине расположены лопатки ступени сепарации, а между центральной трубой и корпусом на том же уровне расположены лопатки гидрозатвора. Лопатки ступени сепарации выполнены в виде пластин, которые по спирали поднимаются по ходу движения потока.
Лопатки гидрозатвора выполнены в виде вертикальных пластин, изогнутых по радиусу и ходу вращения основного потока, причем со стороны центральной перфорированной трубы края пластин плотно соединены, а со стороны корпуса установлены с зазором.
В корпусе по ходу потока между центральной трубой и осевым патрубком для вывода газового потока может быть установлен выпрямитель потока.
Сепаратор может содержать дополнительный узел вывода отделенной жидкости, расположенный на противоположной торцевой поверхности корпуса.
Предлагаемый центробежный сепаратор в предпочтительном варианте реализации схематично приведен на чертеже, при этом использованы следующие обозначения: корпус 1, входной фланец 2, патрубок 3 для ввода газового потока, завихритель 4, центральная перфорированная труба 5, конусный вытеснитель 6, выпрямитель 7 потока, патрубок 8 для вывода очищенного газового потока, выходной фланец 9, лопатки 10 гидрозатвора, лопатки 11 ступени сепарации, узел 12 и дополнительный узел 13 вывода отделенной жидкости, дроссельное устройство 14.
В предпочтительном варианте реализации центробежный сепаратор для отделения капель жидкости от газового потока содержит корпус 1, снабженный осевым патрубком 3 для ввода газового потока, с входным фланцем 2. К патрубку 3 подсоединен соосно установленный в корпусе 1 завихритель 4, к которому в свою очередь подсоединена центральная перфорированная труба 5. В центральной перфорированной трубе 5 установлен конусный вытеснитель 6, вокруг которого по всей его длине расположены лопатки 11 ступени сепарации. На одном уровне с конусным вытеснителем 6 между корпусом 1 и центральной перфорированной трубой 5 по всей длине вытеснителя расположены лопатки 10 гидрозатвора. Вывод очищенного газа осуществляется посредством патрубка 8 и выходного фланца 9. По ходу потока между центральной перфорированной трубой 5 и патрубком 8 может быть установлен выпрямитель 7 потока. Отвод отделенной жидкости осуществляется посредством узла 12. Корпус 1 может быть снабжен дополнительным узлом 13 для вывода отделенной жидкости, расположенным на противоположной стороне корпуса 1. Узлы 12 и 13 для вывода отделенной жидкости могут быть снабжены дроссельными устройствами 14, расход через которые подбирается под заданные характеристики потока на входе в сепаратор.
Устройство работает следующим образом. Поток газа с небольшим содержанием влаги в виде капелек воды или газового конденсата поступает через входной фланец 2 и патрубок 3 на завихритель 4, где происходит изменение его характера течения с поступательного вдоль трубы во вращательное по спирали. В завихрителе 4 поток разбивается на несколько самостоятельных параллельных потоков, которые затем идут в канале, образованном с внутренней стороны конусным вытеснителем 6, а с наружной - центральной перфорированной трубой 5 и лопатками 11 ступени сепарации. Течение в канале такой геометрии имеет диффузорный характер. Здесь за счет сил инерции происходит оттеснение влаги к внутренним стенкам центральной трубы 5. Затем через отверстия в центральной перфорированной трубе 5 и зазор между лопатками 10 гидрозатвора капельки попадают на внутреннюю поверхность стенки корпуса 1 и наружную поверхность лопаток 10 гидрозатвора. Тут происходит их собирание и стекание за счет силы гравитации в нижнюю часть корпуса 1, откуда влага удаляется через узел 12 для вывода отделенной жидкости путем продувки. Узел 12 для вывода отделенной жидкости может быть снабжен дроссельным устройством 14, расход через которое подбирается под заданные характеристики потока на входе в сепаратор. Корпус 1 может быть снабжен дополнительным узлом 13 для вывода отделенной жидкости, расположенным на противоположной стороне корпуса 1. Наличие дополнительного узла позволяет использовать один сепаратор в любом положении. После конусного вытеснителя 6 перед выходным патрубком 8 может быть установлен выпрямитель 7 потока для снятия закрутки потока на выходе из сепаратора.
Лопатки 10 гидрозатвора выполнены из вертикальных пластин, изогнутых по радиусу и ходу вращения основного потока, края которых со стороны центральной перфорированной трубы соединены плотно, а со стороны корпуса имеют щелевой зазор. Тем самым образуется гидродинамический замок для обратного выхода капелек влаги.
Такие отдельные модули могут оптимизироваться под конкретные характеристики потока и устанавливаться последовательно для глубокой осушки газа. С другой стороны, можно объединить в одно устройство модули, оптимизированные под несколько разных входных условий, и получить устройство, работающее в достаточно широком диапазоне изменения параметров среды. На базе предлагаемой конструкции можно разработать целую серию сепарационных устройств, которые могут устанавливаться на трубопроводы диаметром от 30 до 1500 мм.
Предлагаемая конструкция может работать как в вертикальном, так и в горизонтальном положении, а также «вверх ногами» и в любом другом промежуточном положении, что существенно упрощает компоновку сепаратора с другим оборудованием. Это возможно благодаря тому, что центробежная сила, возникающая при закрутке потока, в несколько раз превышает силу тяжести.