ВИХРЕВАЯ КАМЕРА

Изобретение относится к устройствам для разделения многофазных потоков и может быть использовано в нефтегазовой, химической, пищевой промышленности.
Известна вихревая камера, состоящая из корпуса с тангенциальным входным патрубком и вставки, разделяющей корпус на рабочую и приемную полости. Вставка выполнена в виде двух сопряженных частей цилиндрической и усеченной конической перфорированной поверхностей. Высота вставки составляет 0,2-0,4, а высота цилиндрической части вставки 0,05-0,15 высоты корпуса вихревой камеры. Отношение диаметра камеры к диаметру цилиндрической части вставки 1,15-1,30, а угол наклона образующей конической поверхности вставки к горизонтали составляет 50-70° /А.С. 1349799 SU, МПК В 04 С 5/081, опубл. 1987/.
Причинами, препятствующими достижению требуемого технического результата известной вихревой камерой, являются: отсутствие сетчатого отбойника улавливающего капли жидкости, уносимые выделяющимся газом, наличие одного входного патрубка, который не может обеспечить формирование более упорядоченной симметричной структуры вихря, что влечет за собой снижение эффективности работы вихревой камеры, а также наличие перфорации на конической поверхности вставки, приводящее к «подсосу» наиболее мелких твердых частиц.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка вихревой камеры, обеспечивающей достижение технического результата, который заключается в повышении производительности вихревой камеры при неизменном качестве разделения многофазного потока.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной вихревой камере, содержащей цилиндрический корпус с тангенциальным входным патрубком и вставкой, разделяющей корпус на рабочую и приемную полости, особенностью является то, что она дополнительно содержит три тангенциальных входных патрубка, все указанные патрубки равномерно расположены по окружности цилиндрического корпуса, относительно друг друга под углом в 90°, образуя при этом пары, в которых патрубки расположены диаметрально противоположно. Внутри цилиндрического корпуса в верхней его части установлен сетчатый отбойник. Вставка выполнена в виде усеченной конической поверхности с перфорированной верхней частью, при этом отношение диаметра цилиндрического корпуса к диаметру основания вставки составляет 1,10-1,25, а угол наклона образующей конической поверхности вставки к горизонтали α составляет 60-80.
Заявляемое конструктивное решение отличается тем, что в цилиндрический корпус вихревой камеры дополнительно устанавливают еще три аналогичных имеющемуся патрубку тангенциальных входных патрубка, равномерно расположенных по окружности корпуса перпендикулярно друг другу. Видоизменена вставка вихревой камеры, а именно: убрана ее цилиндрическая часть и перфорация боковой конической поверхности. Также вихревая камера снабжена коническим сетчатым отбойником.
Предлагаемое техническое решение позволило достичь максимально возможной для данной конструкции производительности за счет сокращения уноса твердых частиц потоком жидкости в результате формирования структуры вихря более упорядоченной структуры, более эффективного отделения твердых частиц и сокращения уноса капель жидкости отсепарированным газом. Дальнейшее увеличение количества патрубков невозможно из-за возникающего наложения струй жидкости, выходящих из сопел, нарушения симметричности закрученного потока его частичного торможения и как следствие, снижение не только производительности вихревой камеры, но и ухудшения качества разделения многофазного потока.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 - представлен общий вид вихревой камеры, на фиг.2 - вид сверху.
б
Вихревая камера содержит цилиндрический корпус 1, имеющий четыре аналогичных тангенциальных входных патрубка 2. Вставка 3, установленная в корпусе 1, разделяет его на рабочую 4 и приемную полости 5. Высота (Н) вставки 3 составляет 0,2-0,4 общей высоты (Н) цилиндрического корпуса 1, а сама она выполнена в виде усеченной конической поверхности с перфорированной верхней частью. Отношение диаметра цилиндрического корпуса 1 к диаметру основания вставки 3 составляет 1,10-1,25. Угол наклона образующей конической поверхности вставки 3 к горизонтали α составляет 60-80°. Внутри цилиндрического корпуса 1 в верхней его части установлен сетчатый отбойник 6. Вихревая камера снабжена штуцерами 7, 8, 9 для вывода соответственно: 7 - газов, 8 - твердых и 9 - жидких продуктов. Тангенциальные входные патрубки 2 равномерно расположены по окружности цилиндрического корпуса 1 под углом 90° относительно друг к другу, и образуют пары, в которых патрубки расположены диаметрально противоположно.
Вихревая камера работает следующим образом.
При подаче в корпус 1 камеры под давлением через тангенциальные входные патрубки 2 жидкости, содержащей растворенный газ и твердые частицы, в рабочей полости 4 камеры образуется вихрь - закрученный поток жидкости. Благодаря наличию четырех тангенциальных входных патрубков 2 формируется симметричная
упорядоченная структура вихря. За счет разности в плотности компонентов, составляющих поток, под действием центробежных сил более тяжелые частицы отбрасываются к стенкам корпуса 1, за счет собственного веса опускаются вдоль стенки корпуса 1 и выгружаются через штуцера 8 для вывода твердых продуктов. Более легкие концентрируются в центральной части рабочей полости 4. Газ, выделившийся из смеси, в виде закрученного потока поднимается к сетчатому отбойнику 6 и под действием избыточного давления выходит через штуцер 7. Дегазированная жидкость, проходя через перфорированную часть вставки 3, прекращает вращаться и отводится через штуцер 9.
Предлагаемая конфигурация вставки 3 позволяет более эффективно отделить от потока дегазированной жидкости твердые частицы за счет выполнения сплошной боковой конической поверхности и размеров и формы, позволяющей направлять твердые частицы непосредственно к соответствующему штуцеру.
Таким образом, происходит отделение от исходной жидкости твердых частиц и ее разделение на два потока: дегазированную жидкость и газ.
Испытания разработанной вихревой камеры показали высокую эффективность ее применения в процессе гетеродеасфальтизации нефти. Так, унос жидкости в предлагаемой вихревой камере по сравнению с известной снижается с 6-8 до 3-5%. Процент дегазации составил 96-98%.
Вихревую камеру целесообразно использовать для сепарации трехкомпонентных систем (газ - жидкость - твердые частицы).