СЕПАРАТОР ГАЗОВЫЙ ВИХРЕВОГО ТИПА
VORTEX-TYPE GAS SEPARATOR

Изобретение предназначено для улавливания пленочных, капельных, мелкодисперсных и аэрозольных жидких и твердых частиц из газового потока и найдет применение в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.
Известен сепаратор (патент РФ №2188062, МПК B01D 45/12, публ. 2002 г.), содержащий корпус, разделенный кольцевой перегородкой на нижнюю и верхнюю сепарационные камеры, входной и выходной патрубки, дефлектор, сепарационный пакет с вертикальными пластинами, составляющими щелевые каналы, и с сужающимися к стенке корпуса и отходящими от вертикальных пластин желобами, конусный рассекатель, установленный с кольцевым зазором относительно поверхности корпуса.
Недостаток этого сепаратора заключается в снижении напора в живом сечении между корпусом и сепарационным пакетом, хаотичном движении газожидкостной смеси в этом пространстве и уносе значительной части жидкой фазы во внутрь сепарационного пакета, так как желоба, сужающиеся по ходу движения в них жидкостной пленки к внутренней поверхности корпуса, закрывают значительную часть живого сечения между корпусом и сепарационным пакетом. Кроме того, при стекании отсепарированной жидкости с нижних кромок пластин сепарационного пакета она может захватываться газовым потоком.
Известен также высокоэффективный жидкостно-газовый сепаратор (патент РФ №2320395, МПК B01D 45/12, публ. 2007 г.), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, установленный по ходу вращения газожидкостного потока, вертикальный сепарационный пакет с плоским днищем и ложное днище. В центре плоского днища и ложного днища выполнены сквозные отверстия, в которые вмонтирован пустотелый цилиндр, основание которого установлено на ложном днище, а верхняя кромка цилиндра приподнята относительно поверхности плоского днища, по наружному диаметру нижней поверхности ложного днища смонтирован цилиндрический вертикальный рассеиватель, а под пустотелым цилиндром прикреплен диск.
Недостатком данного сепаратора является захват жидкости газовым потоком из-за соскальзывания частиц жидкости с нижних кромок сепарационных пластин. Кроме того, сдвиг оси вертикального сепарационного пакета относительно оси корпуса усложняет конструкцию.
По совокупности существенных признаков наиболее близким сепаратором к заявляемому изобретению является сепаратор газовый вихревого типа (патент РФ №2366489, МПК B01D 45/16, публ. 2009 г.), содержащий вертикальный цилиндрический корпус с верхним и нижним днищами, входной, выходной и сливной патрубки, жестко закрепленную в корпусе горизонтальную перегородку с дренажным отверстием, соединенным с нижней частью сепаратора дренажной трубкой, при этом горизонтальная перегородка разделяет внутреннее пространство сепаратора на вихревую и дополнительную камеры, радиальную пластину, вертикально закрепленную в дополнительной камере на горизонтальной перегородке, сепарационный пакет, дефлектор, выход которого расположен в вихревой камере, конический отбойник, установленный соосно с сепарационным пакетом, при этом к вершине конического отбойника прикреплен дренажный стержень.
Недостатком прототипа является недостаточная глубина сепарации газового потока за счет того, что капли жидкости, соскальзывающие с нижних кромок сепарационных пластин и движущиеся с конического отбойника по дренажному стержню, проходят через зону движения газового потока и могут захватываться газовым потоком. Расположение оси вертикального сепарационного пакета со сдвигом относительно оси корпуса усложняет конструкцию.
Задача изобретения - устранение отмеченных недостатков.
Техническим результатом изобретения является повышение глубины сепарации газового потока за счет устранения прохождения капель жидкости через движущийся газовый поток и упрощение конструкции за счет соосного расположения осей сепарационного пакета и корпуса сепаратора.
Технический результат достигается тем, что в сепараторе газовом вихревого типа, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с верхним и нижним днищами, входной, выходной и сливной патрубки, жестко закрепленную в корпусе горизонтальную перегородку с дренажным отверстием, соединенным с нижней частью корпуса дренажной трубкой, при этом горизонтальная перегородка разделяет внутреннее пространство корпуса на вихревую и дополнительную камеры, радиальную пластину, вертикально закрепленную в дополнительной камере на горизонтальной перегородке, размещенный в вихревой камере сепарационный пакет, дефлектор с отражательной пластиной, выход которого расположен в вихревой камере, и конический отбойник, установленный соосно с сепарационным пакетом, выходной патрубок установлен на трубопроводе, расположенном соосно в корпусе и проходящем через дополнительную камеру от верхнего днища в вихревую камеру, в горизонтальной перегородке выполнен радиальный паз от наружной поверхности трубопровода до внутренней поверхности корпуса, соединяющий дополнительную и вихревую камеры, при этом радиальная пластина установлена на одной кромке паза, а на второй кромке паза установлена вторая радиальная пластина, которые с горизонтальной перегородкой, внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью трубопровода образуют полость, в нижнюю часть которой встроен входной патрубок, в вихревой камере на трубопроводе расположен шнек, верхний конец спирали которого соединен с первой вертикальной пластиной, при этом вторая радиальная пластина доходит до верхнего витка шнека, отражательная пластина дефлектора имеет высоту, равную шагу шнека, один конец ее закреплен на наружной поверхности трубопровода, а второй установлен с зазором относительно внутренней поверхности корпуса, конический отбойник выполнен полым, имеет усеченную форму и расположен в вихревой камере таким образом, что его меньшее основание входит в нижнюю часть сепарационного пакета с зазором, к большему нижнему торцу конического отбойника с внешней стороны прикреплена шайба с отбортовкой, образующая с внутренней поверхностью корпуса зазор, отбортовка обращена к сепарационному пакету, а в шайбе имеются дренажные отверстия, жестко соединенные с дополнительными трубками, направленными к нижнему днищу, под коническим отбойником расположено ложное днище с зазором относительно внутренней поверхности корпуса и с зазором относительно нижнего торца конического отбойника, при этом ложное днище имеет отверстия для жесткого крепления в них дополнительных трубок, а в коническом отбойнике установлены радиальные пластины, жестко соединенные с ложным днищем. Входной патрубок сепаратора имеет горизонтальное смещение относительно оси корпуса.
Сущность изобретения поясняется описанием и чертежами. На фиг.1 показан продольный разрез корпуса сепаратора, на фиг.2 - поперечный разрез (сечение А-А фиг.1), на фиг.3 - поперечный разрез (сечение Б-Б фиг.1), на фиг.4 - поперечный разрез (сечение В-В фиг.1), на фиг.5 - поперечный разрез (сечение Г-Г фиг.1).
Сепаратор газовый вихревого типа содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 (фиг.1) с верхним 2 и нижним 3 днищами, входным 4, выходным 5 и сливным 6 патрубками. Сливной патрубок 6 расположен в нижнем днище 3, а выходной патрубок 5 закреплен на трубопроводе 7, установленном соосно в корпусе 1. На трубопроводе 7 смонтирована горизонтальная перегородка 8 с дренажным отверстием 9 (фиг.2), разделяющая внутреннее пространство корпуса 1 на нижнюю вихревую камеру 10 и верхнюю дополнительную камеру 11. Трубопровод 7 проходит через верхнее днище 2 и горизонтальную перегородку 8 в вихревую камеру 10 и соединен с сепарационным пакетом 12.
В горизонтальной перегородке 8 выполнен радиальный паз 13 от наружной поверхности трубопровода 7 до внутренней поверхности корпуса 1, соединяющий вихревую камеру 10 с дополнительной камерой 11, а на кромках паза 13 горизонтальной перегородки 8 жестко закреплены вертикальные радиальные пластины 14 и 15. При этом горизонтальная перегородка 8, радиальные вертикальные пластины 14 и 15, внутренняя поверхность корпуса 1 и наружная поверхность трубопровода 7 образуют полость, в нижнюю часть которой встроен входной патрубок 4 с горизонтальным смещением относительно оси корпуса 1.
Сепарационный пакет 12 установлен в вихревой камере 10 под трубопроводом 7 соосно корпусу 1 и снабжен изогнутыми сепарационными пластинами 16 (фиг.5), расположенными в его образующей поверхности и формирующими в зоне нахлестки одинаковые и постоянные по размеру щелевые каналы 17. Изогнутые пластины 16 жестко скреплены в верхней части с нижним торцом трубопровода 7, а в нижней части - кольцом 18.
В вихревой камере 10 на трубопроводе 7 расположен шнек 19, нижний конец спирали которого находится примерно на середине сепарационного пакета 12, а верхний соединен с вертикальной радиальной пластиной 14. Вторая радиальная пластина 15 через паз 13 входит в вихревую камеру 10 до верхнего витка шнека 19. На верхнем конце спирали шнека 19 установлен дефлектор 20 с отражательной пластиной 21 (фиг.3), один конец которой закреплен на наружной поверхности трубопровода 7, а второй установлен с зазором относительно внутренней поверхности корпуса 1. Высота отражательной пластины 21 равна шагу шнека 19.
В нижней части сепарационного пакета 12 к кольцу 18 на перемычках 22 (фиг.4) соосно прикреплен полый конический отбойник 23 усеченной формы. Конический отбойник 23 расположен в вихревой камере 10 таким образом, что его меньшее основание входит в нижнюю часть сепарационного пакета 12 с зазором 24 между наружной конической поверхностью отбойника 23 и внутренней кромкой кольца 18 сепарационного пакета 12. К большему нижнему торцу конического отбойника 23 прикреплена шайба 25, снабженная на периферии отбортовкой 26, образующие с наружной поверхностью конического отбойника 23 карман 27, обращенный к сепарационному пакету 12. Отбортовка 26 расположена от внутренней поверхности корпуса 1 с зазором 28. В шайбе 25 выполнены дренажные отверстия 29, жестко соединенные с дополнительными трубками 30, направленными к нижнему днищу 3. Под нижним торцом конического отбойника 23 установлено ложное днище 31 таким образом, что оно образует относительно внутренней поверхности корпуса 1 зазор 32 и относительно нижнего торца конического отбойника 23 зазор 33. Ложное днище 31 имеет отверстия для жесткого крепления в них дополнительных трубок 30, проходящих через него. В коническом отбойнике 23 жестко закреплены радиальные пластины 34, выходящие за нижний его торец до ложного днища 31.
Сепаратор содержит также вертикально расположенную дренажную трубку 35, один конец которой закреплен в дренажном отверстии 9 горизонтальной перегородки 8, а другой конец проходит через конический отбойник 23 и ложное днище 31.
Сепаратор газовый вихревого типа работает следующим образом.
Газ, подлежащий очистке, поступает в сепаратор через входной патрубок 4. Установка входного патрубка 4, смещенного по горизонтали относительно оси корпуса 1, позволяет создать скользящий удар о внутреннюю поверхность корпуса 1. При этом происходит предварительное разделение газового потока, из которого выделяются наиболее крупные жидкие и твердые частицы, оседающие благодаря гравитационным силам на горизонтальной перегородке 8. Газовым потоком эти частицы доносятся до второй вертикальной радиальной пластины 15, при этом на горизонтальной перегородке 8 образуется конденсат, который вместе с твердыми частицами через дренажное отверстие 9 и дренажную трубку 35 перетекает на нижнее днище 3.
Далее газовый поток поднимается вверх, переходит через вертикальную радиальную пластину 15 и затем через радиальный паз 13 попадает в вихревую камеру 10. Газовый поток поступает на верхний виток шнека 19 и начинает завихренное движение по шнеку 19. Дефлектор 20, установленный на верхнем витке шнека 19, позволяет за счет минимального зазора на выходе увеличить скорость и поверхностное натяжение газового потока и «придавить» жидкую фазу к внутренней поверхности корпуса 1, что улучшает эффективность процесса сепарации. В зоне шнека из газового потока выделяется основная масса влаги. Капли влаги отбрасываются центробежной силой на внутренние стенки корпуса 1 и под действием гравитационных сил по ходу вращения газового потока по нисходящей спирали транспортируются к нижнему днищу 3. Менее крупные капли влаги, не осевшие на внутренней поверхности корпуса 1, попадают на поверхность конического отбойника 23 и в карман 27 и оседают на них. Капли, осевшие на конической поверхности отбойника 23, стекают в карман 27, скапливаются, а затем через дренажные отверстия 29 в шайбе 27 и дополнительные трубки 30 попадают на нижнее днище 3.
Самая мелкодисперсная капельная жидкость попадает на наружную поверхность изогнутых пластин 16, транспортируется газовым потоком через щелевые каналы 17, срывается с наружной поверхности изогнутых пластин 16 и, двигаясь по касательной, оседает на внутренней поверхности изогнутых пластин 16. Опускаясь по поверхности изогнутых пластин 16, частицы влаги, приблизившись к кольцу 18, соскальзывают с него и попадают на наружную поверхность конического отбойника 23, под действием гравитационных сил опускаются в карман 27 и через дополнительные трубки 30 попадают на нижнее днище 3.
Очищенный газовый поток проходит в зазор между отбортовкой 26 и внутренней поверхностью корпуса 1, затем в зазор между шайбой 25 и ложным днищем 31 и поступает во внутреннюю полость конического отбойника 23. Наличие радиальных пластин 34 предотвращает вихревое движение газового потока.
Газовый поток, проходящий через щелевые каналы 17 сепарационного пакета 12, благодаря тангенциальному их расположению сохраняет вращательное движение внутри сепарационного пакета 12 около изогнутых пластин 16. Продолжая движение по спирали вниз внутри сепарационного пакета 12, газовый поток попадает в карман, образованный внутренней поверхностью изогнутых пластин 16 и наружной поверхностью конического отбойника 23, где улавливается оставшаяся жидкая фаза. Наличие вращательного движения газового потока внутри сепарационного пакета 12 около изогнутых пластин 16 создает зону пониженного давления в центральной части, в результате чего очищенный газовый поток приходит в движение и транспортируется из внутренней полости конического отбойника 23 к выходному патрубку 5.
Наличие ложного днища 31 препятствует захвату газовым потоком частиц жидкости с нижнего днища 3.
Таким образом, изобретение позволяет повысить эффективность сепарации газового потока за счет устранения прохождения капель жидкости через движущийся газовый поток и упрощает конструкцию за счет соосного расположения осей сепарационного пакета и корпуса сепаратора. При соосном расположении сепарационного пакета и корпуса вихревое движение газового потока происходит в постоянном поперечном сечении, благодаря чему исключается появление дополнительных завихрений, возникающих при движении в переменном сечении, что, в свою очередь, улучшает сепарацию газового потока. Применение шнека позволяет сделать вихревому газовому потоку несколько оборотов вокруг сепарационного пакета, что также улучшает его сепарацию. Наличие дополнительной камеры с вертикальными пластинами на входе газового потока позволяет произвести предварительное разделение газового потока.