ГАЗОВЫЙ СЕПАРАТОР

Полезная модель относится к устройствам очистки газовых потоков от дисперсных частиц и капельной жидкости.
В настоящее время известно множество сепараторов для очистки газовых потоков.
Так, из описания к патенту РФ на изобретение №2404838 (опубликован 27.11.2010) известно устройство содержит размещенные в корпусе, имеющем патрубки для ввода и вывода жидкости и газа, одну или более смесительных ступеней, расположенных соосно по вертикали, каждая из которых выполнена в виде завихрителя, представляющего собой цилиндрическую обечайку с тангенциальными щелями и прямыми лопатками, установленными по касательной к внутренней окружности. Торец обечайки, обращенный к поступающему потоку смеси, закрыт диском таким образом, чтобы при растекании смесь попадала через щели в пространство между лопатками, а с другого торца лопатки обечайки закреплены на диске с центральным отверстием, предназначенным для выхода закрученного вспененного газожидкостного потока. Сепаратором служит жестко закрепленный статичный элемент (плоский диск или конус), размещенный под центральным отверстием диска последней смесительной ступени, перекрывающий сечение выходящего потока и использующий для разделения жидкости и газа центробежные силы от закрутки газожидкостного потока на выходе из завихрителя.
Из описания к патенту на полезную модель №90701 (опубликован 20.01.2010) известен сепаратор газовый вихревого типа содержит вертикальный цилиндрический корпус с верхним и нижним днищами, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор с отражательной пластиной, сепарационный пакет, состоящий из вертикальных плоских изогнутых сепарационных пластин, которые в зоне нахлестки образуют щелевые каналы, газоотборный элемент цилиндрической формы, установленный внутри сепарационного пакета и выполненный из коалесцирующего материала с возможностью пропускать газ через боковую поверхность, при этом газоотборный элемент сепаратора может быть выполнен сплошным или снабженным перфорационными отверстиями.
Наиболее близким аналогом к патентуемому решению является сепаратор газовый вихревого типа, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор с отражательной пластиной, образующие с внутренней стенкой корпуса улавливающий карман, сепарационный пакет, состоящий из вертикальных плоских изогнутых сепарационных пластин, которые в зоне нахлестки образуют щелевые каналы, ложное днище, карман-ловушку, расположенную в верхней части сепарационного пакета, причем выходной патрубок расположен вертикально, причем сепаратор дополнительно содержит горизонтальную перегородку, расположенную над сепарационным пакетом, и конусообразные направляющие конфузоры, расположенные преимущественно над горизонтальной перегородкой между сепарационным пакетом и выходным патрубком и соосно с сепарационным пакетом и выходным патрубком, при этом направляющие конфузоры расположены один над другим с частичным перекрытием и образуют в зоне перекрытия кольцевые зазоры, причем сепаратор также содержит дренажную трубку, расположенную в улавливающем кармане и гидравлически соединяющую пространство, образованное конфузорами, верхней частью вертикального корпуса, верхним днищем и горизонтальной перегородкой с нижней частью сепаратора (патент РФ №2304455, опубликован 20.08.2007).
Недостатками аналога являются сложность конструкции, высокая металлоемкость.
Техническим результатом патентуемой полезной модели является обеспечение эффективной работы в широком диапазоне производительностей (по газу), жидкостной нагрузке и скорости газового потока, упрощение конструкции, снижение гидравлического сопротивления, возможность улавливать жидкостные «пробки» ввиду наличия достаточно большого свободного объема сепаратора и сливных труб, возможность работы с сильно загрязненными газами и жидкостями, а также с газами содержащими большое количество механических примесей (песок, металлическая окалина и т.п.).
Дополнительным преимуществом конструкции является возможность использования патентуемого сепаратора в качестве первой (входной) ступени для предварительной очистки от мелкодисперсных частиц газового потока перед направлением его в другие очистные устройства (абсорберы, фильтры и т.п.).
Заявленный результат достигается за счет использования для очистки газового потока от дисперсных частиц и капельной жидкости газового сепаратора, содержащего цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки и сепарационный пакет. Согласно настоящему решению, сепарационный пакет представляет собой часть корпуса, ограниченную боковой стенкой с расположенным в ней коаксиально направляющим элементом, выполненным в виде пластины, сопряженной с элементом в виде незамкнутого цилиндра, и с обеих торцевых сторон закрытого верхней и нижней крышками, в нижней крышке расположена, по меньшей мере, одна сливная трубка, сообщающаяся с нижней частью корпуса, а в верхней крышке выполнено центральной отверстие, сообщающее сепарационный пакет с верхней частью корпуса, при этом на внешней поверхности элемента в виде незамкнутого цилиндра и по высоте внутренней поверхности части корпуса, равной высоте направляющего элемента, равномерно расположены отбойные элементы, сепарационный пакет расположен напротив входного патрубка.
В зависимости от монтажа сепаратора в технологической цепочке входной патрубок может располагаться тангенциально относительно корпуса или перпендикулярно пластине сепарационного пакета.
Сливные трубки расположены в нижней крышке под отбойным элементом в пространстве, образуемым между отбойным элементом и боковой поверхностью корпуса или между отбойным элементом и боковой поверхностью элемента в виде незамкнутого цилиндра, при этом, для более эффективной работы, количество сливных трубок должно быть выбрано равным количеству отбойных элементов.
Отбойные элементы могут быть выполнены, в частности, в виде прямоугольных пластин, расположенных вертикально под углом 10÷35° относительно внешней поверхности элемента в виде незамкнутого цилиндра и внутренней боковой поверхности стенки корпуса, на которой они расположены.
Крепление деталей осуществляется сваркой либо резьбовыми соединениями, при этом верхняя крышка устройства выполняется съемной, что позволяет производить очистку элементов в случае их забивания механическими примесями.
Широкий диапазон работы обусловлен тем, что при малых скоростях движения газа превалирующую роль играют силы инерции, при росте скорости дополнительный эффект оказывают центробежные силы.
Все элементы сепаратора имеют простую геометрическую форму и изготавливаются из листового металла, что обеспечивает высокую технологичность производства.
Низкое гидравлическое сопротивление обеспечивается снижением скорости потока в рабочем канале устройства из-за достаточно большой площади его поперечного сечения.
За счет наличия достаточно большого свободного объема сепаратора и сливных труб обеспечивается улавливание жидкостных «пробок».
Далее конструкция сепаратора поясняется ссылками на фигуры. На фигуре 1 приведен общий вид сепаратора (3D модель);
На фигуре 2 - разрез А-А фигуры 1 (входной патрубок расположен перпендикулярно пластине сепарационного пакета);
На фигуре 3 - разрез А-А фигуры 1 (входной патрубок расположен тангенциально относительно корпуса);
На фигуре 4 - продольный разрез сепаратора;
На фигуре 5 - разрез Б-Б фигуры 4.
Сепаратор содержит цилиндрический корпус 1, нижнее и верхнее днища 7 и 8, входной 6, выходной 9 и сливной 10 патрубки и сепарационный пакет, который представляет собой часть корпуса, ограниченную боковой стенкой с расположенным в ней коаксиально направляющим элементом, выполненным в виде пластины 3, сопряженной с элементом в виде незамкнутого цилиндра 11 (фигуры 2-3), и с обеих торцевых сторон закрытого нижней 2 и верхней 4 крышками, в нижней крышке расположены сливные трубки 12 (фигуры 4,5), сообщающиеся с нижней частью корпуса и объемом, образуемым нижним днищем 7, а в верхней крышке выполнено центральное отверстие, сообщающее сепарационный пакет с верхней частью корпуса, при этом на внешней поверхности элемента в виде незамкнутого цилиндра и по высоте внутренней поверхности части корпуса равномерно расположены отбойные элементы 5, а сепарационный пакет расположен напротив входного патрубка 6. Верхняя крышка 4 выполнена съемной.
Сепаратор работает следующим образом.
Загрязненный поток газа поступает в сепаратор через входной патрубок 6 и далее движется по каналу, образованному корпусом и направляющей пластиной 3, переходящему в канал, образованный между корпусом и элементом в виде незамкнутого цилиндра 11. При этом загрязненный поток последовательно проходит ряд отбойных элементов 5, выполненных в виде вертикально ориентированных прямоугольных пластин. Частицы механических примесей и капли жидкости под действием сил инерции и центробежной силы попадают в карманы, образованные отбойными элементами и корпусом, собираются в них и под действием силы тяжести оседают и отводятся через сливные трубки 12 в нижнюю часть корпуса, откуда затем отводятся через сливной патрубок 10. Нижние концы трубок погружены под слой жидкости в нижней части. Очищенный поток движется вверх через центральное отверстие в верхней крышке 4 и далее через выходной патрубок 9 выводится из сепаратора.
Тангенциальное либо перпендикулярное расположение патрубка входа газа выбирают исходя из удобства размещения сепаратора в технологической цепочке.