ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ГАЗОЖИДКОСТНЫЙ СЕПАРАТОР
CENTRIFUGAL GAS LIQUID SEPARATOR

Изобретение относится к оборудованию для очистки газов и жидкости от механических примесей и может быть использовано в газовой, нефтяной, энергетической промышленности и в других областях промышленности.
Известен центробежный двухступенчатый газожидкостный сепаратор, содержащий вертикальный корпус, разделенный горизонтальной перегородкой на верхнюю и нижнюю сепарационные камеры, тангенциальный ввод разделяемой смеси, расположенный под перегородкой, осевую трубу, соединяющую верхнюю и нижнюю камеры, установленный с зазором над ней осевой выходной патрубок, экранирующую пластину, расположенную в нижней камере под осевой трубой, рециркуляционную трубу, соединяющую верхнюю и нижнюю камеры и размещенную по оси корпуса, при этом один конец рециркуляционной трубы присоединен к верхней камере через стенку осевой трубы, а другой расположен над экранирующей пластиной с зазором относительно ее поверхности (авторское свидетельство СССР №1492522, МПК B01D 45/12, 1994).
Однако данный сепаратор характеризуется, во-первых, повышенной сложностью конструкции, обусловленной большим количеством узлов и деталей; во-вторых, низкой эффективностью очистки газа, а также слабым отсосом газа из вертикального корпуса в патрубок отвода газа.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является принятый за прототип центробежный газожидкостный сепаратор, содержащий вертикальный корпус с крышкой и днищем, установленную в корпусе обойму, выполненную из верхней цилиндрической части и нижней конической части, снабженной соосной трубой, тангенциальный ввод газожидкостной смеси, проходящий через корпус во внутреннюю полость обоймы, патрубок вывода газа, подсоединенный к внутренней полости обоймы при помощи газоотводящей трубы, проходящей через крышку корпуса, патрубок вывода жидкости, сообщенный с корпусом вблизи его днища, и патрубок вывода отстоя, соединенный с днищем корпуса (патент РФ №2311945, МПК B01D 45/12, 2007).
Однако известный сепаратор характеризуется низкой эффективностью сепарации газа, обусловленной рядом причин:
- отсутствие в сепараторе доочистки газа, т.к. циклон, каковым является данный центробежный сепаратор, не обеспечивает глубокую очистку газа, особенно, при большом содержании жидкости в потоке, в нем постоянно наблюдается повышенный унос жидкости с газом;
- заявленная в сепараторе вторая ступень сепарации газа на самом деле является дополнительной ступенью разгазирования жидкости, незначительной по сравнению с сепарацией свободного газа, не влияет на сепарацию выходящего из циклона газа от жидкости, а заявленная третья ступень сепарации газа путем отсоса, на самом деле, только интенсифицирует разгазирование жидкости и, как сказано выше, не влияет на сепарацию газа от жидкости;
- разделение жидкости и отстоя перед патрубком вывода отстоя будет происходить недостаточно эффективно вследствие ограниченного времени отстоя, уноса части механических примесей с жидкостью.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей сепаратора за счет проведения отдельно очистки газа и жидкости, а также освобождения газа при малом содержании жидкости и жидкости при малом содержании газа; увеличение межремонтного периода сепаратора и повышение качества очистки жидкости и газа.
Техническим результатом, достигаемым изобретением, является исключение возможности засорения сепаратора твердыми фракциями, в том числе при срыве потока смеси или падении давления.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в центробежном газожидкостном сепараторе, содержащем вертикальный корпус с крышкой и днищем, установленную в корпусе с зазором по периметру обойму, выполненную из верхней цилиндрической части и нижней конической части, снабженной соосной трубой, тангенциальный ввод газожидкостной смеси, проходящий через корпус во внутреннюю полость обоймы, патрубок вывода газа, подсоединенный к внутренней полости обоймы при помощи газоотводящей трубы, проходящей через крышку корпуса, патрубок вывода жидкости, сообщенный с корпусом вблизи его днища, и патрубок вывода отстоя, соединенный с днищем корпуса, согласно изобретению цилиндрическая часть обоймы по периметру прикреплена к внутренней стороне крышки корпуса, выполнена с вертикальными прорезями и снабжена фильтрующим элементом, примыкающим к стенке цилиндрической части со стороны внутренней полости обоймы, соосная труба конической части обоймы телескопически вставлена в патрубок вывода отстоя, а зазор между корпусом и обоймой сообщен с газоотводящей трубой при помощи газоотводящего патрубка.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что газоотводящая труба может быть продолжена во внутреннюю полость обоймы, выполнена на конце с косым срезом и снабжена внутренним шнеком, выполненным из витой пластины, края которой наклонены навстречу движению газа.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что газоотводящая труба может быть дополнительно снабжена наружным шнеком с направляющими пластинами.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что направляющие пластины наружного шнека могут быть выполнены в виде гофрированных поверхностей, имеющих поперечные прорези и выступы.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что в конической части обоймы может быть размещена отбойная пластина.
На фиг.1 представлен предлагаемый центробежный газожидкостный сепаратор.
На фиг.2 - обойма, выполненная из верхней цилиндрической части и нижней конической части, снабженной соосной трубой.
На фиг.3 - направляющие пластины наружного шнека.
Предлагаемый центробежный газожидкостный сепаратор (фиг.1) содержит вертикальный корпус 1 с крышкой 2 и днищем 3, установленную в корпусе 1 с зазором 4 по периметру обойму 5, выполненную из верхней цилиндрической части 6 и нижней конической части 7, снабженной соосной трубой 8, тангенциальный ввод 9 газожидкостной смеси с конусным сужением 10 на конце, проходящий через корпус 1 во внутреннюю полость 11 обоймы 5, патрубок 12 вывода газа, подсоединенный к внутренней полости 11 обоймы 5 при помощи газоотводящей трубы 13, проходящей через крышку 2 корпуса 1, патрубок 14 вывода жидкости, сообщенный с корпусом 1 вблизи его днища 3, и патрубок 15 вывода отстоя, соединенный с днищем 3 корпуса 1. Патрубки 12, 14 вывода газа и жидкости снабжены клапанными узлами (не показаны), не пропускающими соответственно жидкость или газ. Цилиндрическая часть 6 обоймы 5 по периметру прикреплена к внутренней стороне крышки 2 корпуса 1, выполнена с вертикальными прорезями 16 (фиг.2) и снабжена фильтрующим элементом 17, примыкающим к стенке 18 цилиндрической части 6 со стороны внутренней полости 11 обоймы 5 и выполненным, например, в виде навитой проволоки треугольного, прямоугольного или круглого сечения. Соосная труба 8 конической части 7 обоймы 5 телескопически вставлена в патрубок 15 вывода отстоя. Зазор 4 между корпусом 1 и обоймой 5 сообщен с газоотводящей трубой 13 при помощи газоотводящего патрубка 19.
Газоотводящая труба 13 может быть продолжена во внутреннюю полость 11 обоймы 5, выполнена на конце с косым срезом 20 и снабжена внутренним шнеком 21, выполненным из витой пластины, края которой наклонены навстречу движению газа.
Для создания направленного потока газожидкостной смеси вдоль фильтрующего элемента 17 сверху вниз газоотводящая труба 13 также может быть дополнительно снабжена наружным шнеком 22 с направляющими пластинами 23, которые могут быть выполнены в виде гофрированных поверхностей, имеющих поперечные прорези 24 и выступы 25, которые создают дополнительную площадь соприкосновения газожидкостной смеси со шнеком 22 (фиг.3).
Кроме того, в конической части 7 обоймы 5 может быть размещена круглая отбойная пластина 26, которая служит для уменьшения взмучивания отстоя. Патрубок 15 вывода отстоя через задвижку 27 связан с уплотнителем 28 отстоя.
Описываемый центробежный газожидкостный сепаратор работает следующим образом.
Поток газожидкостной смеси поступает через тангенциальный ввод 9 с конусным сужением 10 на конце в верхнюю часть внутренней полости 11 цилиндрической части 6 обоймы 5. Пройдя через конусное сужение 10, газожидкостная смесь вскипает, что улучшает разделение газа и жидкости. Благодаря тангенциальному вводу 9 весь газожидкостный поток, образуя направленное круговое движение, устремляется под действием центробежной силы вдоль фильтрующего элемента 17 сверху вниз, получив дополнительное завихрение, проходя между направляющими пластинами 23 шнека 22. Пластины 23 шнека 22 также способствуют направлению движения газожидкостного потока по кругу и сверху вниз вдоль всего фильтрующего элемента 17. Кроме того, пластины 23 благодаря своей гофрированной поверхности с поперечными прорезями 24 и выступами 25 создают дополнительную площадь соприкосновения газожидкостной смеси на пути продвижения между пластинами 23, увеличивая тем самым массообмен между частицами жидкости, находящимися в газожидкостном потоке, и различными поверхностями (фильтрующего элемента 17, гофрированной поверхностью пластин 23, капель 29 стекающей жидкости и другими). Частицы жидкости, находящиеся в газожидкостном потоке, соприкасаясь с любой поверхностью, начинают конденсироваться на поверхности. Происходит прямой массообмен между поверхностью и частичками жидкости, находящимися в газожидкостном потоке. На выступах 25 пластин 23 шнека 22 образуются капельки жидкости 29, которые укрупняются в большие капли за счет массообмена и сносятся газожидкостным потоком под действием центробежной силы к фильтрующему элементу 17 или стекают через прорези 24 вниз на следующий ряд пластин 23. Частицы жидкости тяжелее, чем газ, и при соприкосновении с любой поверхностью (это гофрированная поверхность пластин 23 шнека 22, поверхность фильтрующего элемента 17 и другие поверхности) происходит каплеобразование. Сами капли 29 жидкости, стекая вниз на следующие ряды пластин 23 через прорези 24, создают дополнительное соприкосновение мелким каплям газожидкостного потока с сформировавшимися большими каплями 29, увеличивая тем самым массообмен. Взвешенные частицы и крупные капли жидкости под действием центробежной силы отбрасываются к фильтрующему элементу 17. Очищенная жидкость просачивается через фильтрующий элемент 17 и, пройдя через вертикальные прорези 16 цилиндрической части 6 обоймы 5, поступает в патрубок 14 вывода жидкости, а взвешенные крупные частицы смываются с фильтрующего элемента 17 в коническую часть 7 обоймы 5. Круглая отбойная пластина 26, размещенная в конической части 7 обоймы 5, способствует уменьшению взмучивания скопившегося отстоя. Из конической части 7 собранный отстой через трубу 8, патрубок 15 и задвижку 27 отводится в уплотнитель 28 отстоя для его дальнейшей утилизации. Выделившийся из газожидкостной смеси газ поступает в газоотводящую трубу 13, косой срез 20 которой улучшает стекание конденсата, образующегося на нем. Поступающий в трубу 13 влажный газ соприкасается с внутренним шнеком 21, выполненным из витой пластины, края которой наклонены навстречу движению газа. Такое соприкосновение сопровождается конденсацией влаги, что способствует более полной осушке газа. Газ, скопившейся в зазоре 4 между корпусом 1 и обоймой 5, отводится в трубу 13 при помощи патрубка 19. Из трубы 13 газ поступает в патрубок 12 вывода газа.