СЕПАРАТОР ГАЗОЖИДКОСТНЫЙ ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ВИХРЕВОГО ТИПА "КОЛИБРИ ПЛЮС"

Полезная модель предназначена для осаждения мелкодисперсных и аэрозольных жидких и твердых частиц из газового потока в поле центробежных сил и применяется в нефтяной, газовой, машиностроительной, пищевой, химической и других отраслях промышленности.
Известен сепаратор СЦВ-5 (патент RU 2188062) [1], содержащий вертикальный цилиндрический корпус, разделенный кольцевой перегородкой на нижнюю и верхнюю сепарационные камеры, входной и выходной патрубки, дефлектор, сепарационный пакет с вертикальными пластинами, составляющими щелевые каналы, на кольцевой горизонтальной перегородке установлены с незначительным перекрытием и кольцевым зазором концентрические кольца, над верхней кромкой которых смонтированы карманы-ловушки, состоящие из соединенных между собой горизонтальной шайбы и цилиндрического кольца.
Недостаток известного устройства заключается в том, что желоба, сужающиеся по ходу движения в них жидкостной пленки к внутренней поверхности корпуса аппарата, закрывают значительную часть живого сечения между корпусом и сепарационным пакетом, что в последнем случае приводит к росту потерь напора в аппарате и хаотическому движению газожидкостной смеси в этом пространстве, и уносу значительной части жидкой фазы во внутрь сепарационного пакета; кроме того, щель, расположенная за желобами по ходу движения потока, полностью перекрыта, т.е. не участвует в сепарационном процессе и создает дополнительные потери напора; наличие двух сепарационных камер - верхней и нижней, связанных между собой гидрозатворным сливом, делает конструкцию громоздкой и
малопроизводительной. Увеличение нагрузки по газу приводит к увеличению сопротивления сепарационного блока, т.е. к увеличению разности давления в нижней и верхней камерах. Чтобы гидрозатвор справился, необходимо его увеличивать по высоте, т.е. увеличивать высоту корпуса аппарата.
Известен также малогабаритный высокоэффективный сепаратор СЦВ-5 (патент №2221625, дата публикации 2004.01.20) [2], содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную крышку, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, вертикальный сепарационный пакет, состоящий из плоских изогнутых и дугообразных пластин, которые в зоне нахлестки образуют щелевые каналы, причем на внутренней поверхности вертикальной дугообразной пластины, расположенной по ходу движения газожидкостного потока непосредственно после плоских изогнутых пластин пакета, по всей высоте установлены сходящиеся дугообразные направляющие пластины, направленные под углом 30 градусов к горизонтали, а в верхней внутренней части сепарационного пакета в отверстии горизонтальной крышки установлена кольцевая карман-ловушка, образованная наружной нижней частью цилиндрической поверхности выходного патрубка, нижней поверхностью крышки и внутренней поверхностью верхней части сепарационных пластин.
Недостатком известных сепараторов является конструктивное решение отвода очищенного газа, при котором выходной патрубок устанавливается непосредственно в отверстие выходной крышки. В случае большой разницы внутренних диаметров сепарационного пакета и выходного патрубка сепаратора при отводе очищенного газа происходит увеличение скорости выходного очищенного потока по отношению к скорости потока в сепарационной части сепаратора. Это приводит к уносу аэрозольной и мелкодисперсной влаги
на больших скоростях потока в сепарационной части сепаратора, что ухудшает качество сепарации.
По совокупности существенных признаков наиболее близким сепаратором того же назначения к заявляемой полезной модели является МАЛОГАБАРИТНЫЙ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЙ СЕПАРАТОР «КОЛИБРИ» (Патент №2244584, дата публикации 2005.01.20, B01D 45/12) [3], содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную перегородку, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, вертикальный сепарационный пакет, состоящий из вертикальных плоских изогнутых сепарационных пластин, которые в зоне нахлестки образуют щелевые каналы.
вп
сп
вп
сп
Недостатком указанного сепаратора является конструктивное решение отвода очищенного газа, при котором выходной патрубок устанавливается непосредственно в отверстие горизонтальной перегородки, при этом незначительная часть выходного патрубка опущена ниже горизонтальной перегородки. При технической реализации изобретения по патенту 2244584 внутренний диаметр (D) выходного патрубка может оказаться значительно уже внутреннего диаметра (D) сепарационного пакета, т.е. D>D. Это случается, когда в месте установки сепаратора присоединительные патрубки имеют диаметры, значительно отличающиеся от внутреннего диаметра сепарационного пакета, а патрубки сепаратора изготавливаются равного диаметра с присоединительными патрубками в месте установки.
По закону неразрывности скорость течения жидкости в трубах обратно пропорциональна площади их поперечного сечения. Другими словами, чем уже сечение канала, тем с большей скоростью движется в нем жидкость.
Таким образом, если выходной патрубок меньше диаметром, чем внутренний диаметр сепарационного пакета, то скорость U потока в нем определяется по формуле:
Следовательно, при отводе очищенного газа происходит увеличение его скорости по отношению к скорости потока в сепарационной части сепаратора. Это приводит к уносу аэрозольной и мелкодисперсной влаги на больших скоростях потока в сепарационной части сепаратора при максимальной нагрузке сепаратора в силу еще большего увеличения скорости потока на выходе из области сепарации.
вп
сп
На малых скоростях при недогруженности сепаратора (значительном падении рабочего давления или значительном уменьшении входного потока) на частицы газового потока воздействуют меньшие центробежные силы, и происходит менее интенсивное распределение частиц по массе от центра к краям вращающегося потока. При увеличении скорости потока на выходе из области сепарации (из-за разности диаметров D>D) происходит захват неотсепарированной части аэрозольной и мелкодисперстной жидкости, которая не успевает формироваться в капельную и пленочную жидкость, что соответственно ухудшает качество сепарации.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является предотвращение уноса аэрозольной и мелкодисперсной влаги за счет изменения конструкции отвода газового потока из зоны сепарации.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемой полезной моделью, является повышение качества сепарации.
Сущность полезной модели состоит в том, что сепаратор газожидкостный вертикальный вихревого типа содержит вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю и нижнюю крышки, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, кольцевую карман-ловушку, вертикальный сепарационный пакет, горизонтальную перегородку, на которой закреплен сепарационный пакет, причем внутри сепарационного пакета размещен цилиндр, максимально возможного диаметра без соприкосновения с сепарационным пакетом, при этом длина цилиндра I менее 1/2 длины L сепарационного пакета; при этом горизонтальная перегородка разделяет сепаратор на две камеры: рабочую и компенсационную, причем в рабочей камере в верхней части сепарационного пакета между наружной поверхностью цилиндра и внутренней поверхностью верхней части сепарационных пластин сепарационного пакета образован кольцевой зазор, формирующий совместно с внутренней поверхностью горизонтальной перегородки карман-ловушку.
На фиг.1 изображен сепаратор в продольном сечении, на фиг.2 - разрез А-А, на фиг.3 - вид Б (увеличено).
Сепаратор газожидкостный вертикальный вихревого типа «КОЛИБРИ плюс» состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 верхней 2 крышки, над которой расположен выходной патрубок 3, входного патрубка 4, соединенного с корпусом 1 в верхней его части, сливного патрубка 5, дефлектора 6, формирующего вращательное движение газожидкостного потока внутри сепаратора, вертикального сепарационного пакета 7. Внутри сепарационного пакета 7 размещен цилиндр 8. Цилиндр 8 имеет максимально возможный диаметр без соприкосновения с сепарационным пакетом.
Соприкосновение пластин с цилиндром недопустимо, поскольку наружная поверхность цилиндра 8, верхняя внутренняя поверхность пластин 9 и внутренняя плоскость горизонтальной перегородки 10 образуют кольцевой зазор 14. Такое конструктивное решение, когда диаметры внутренней части сепарационного пакета и цилиндра примерно равны (нет значительной разницы в диаметрах), приводит к тому, что скорость протекания газового потока из рабочей камеры (20) через цилиндр в компенсационную камеру (21) равна скорости потока в внутри сепарационного пакета. Длина цилиндра 1 менее 1/2 длины L сепарационного пакета 7 (I<1/2 L). Наличие цилиндра 8 позволяет создать значительную зону «затенения» для затухания вихревого движения восходящего потока (т.е. снижения скорости потока). Однако слишком большое «затенение» негативно скажется на эффективности работы сепарационного пакета, т.к. верхняя часть сепарационного пакета может перестать работать вообще: нет вихря - нет центробежных сил - нет разделения частиц по массе. Экспериментальным путем заявитель выявил, что величина I<1/2 L является достаточной для создания зоны «затенения».
Вертикальный сепарационный пакет 7 состоит из плоских изогнутых пластин 9, находящихся на равном расстоянии от вертикальной оси сепарационного пакета и на равном расстоянии между собой, что позволяет сохранить одинаковый и постоянный размер вертикальных щелевых каналов 11 между пластинами 9. Горизонтальная перегородка 10 разделяет сепаратор на две камеры: рабочую 18 и компенсационную 19. В рабочей камере 18 в верхней части сепарационного пакета 7 между наружной поверхностью цилиндра 8, внутренней поверхностью верхней части плоских изогнутых пластин 9 образован кольцевой зазор 14, который совместно с внутренней поверхностью горизонтальной перегородки 10 сформировал карман-ловушку. Компенсационная камера 19 служит для отделения рабочего пространства сепаратора от влияния
конкретных параметров газопровода (либо устройства), к которому подключен сепаратор, и позволяет варьировать условными проходами выходного патрубка в зависимости от конкретного потребителя.
Внутри нижней части пластин 9 расположено плоское днище 17, приподнятое относительно нижней кромки пластин, и имеющее относительно их кольцевой радиальный зазор 13, и соединенное с ложным днищем 15, расположенным над шайбой 16, установленной над сливным патрубком 5. Кольцевой радиальный зазор 13 образован между корпусом сепаратора 1 и шайбой 16. Корпус имеет нижнюю крышку (не обозначено).
Сепаратор работает следующим образом.
Газожидкостная смесь подводится в аппарат через входной патрубок 3, расположенный в верхней его части. Дефлектор 6 препятствует поступлению газожидкостного потока в осевую зону сепарационного пакета 7 без предварительного разделения потока.
В криволинейном пространстве, образованном стенкой корпуса 1 и пластинами 9 из газового потока выделяется основная масса жидкости. Капли жидкости отбрасываются центробежной силой на стенки корпуса 1 сепаратора и под действием гравитационных сил по ходу газового потока по нисходящей спирали транспортируются через кольцевой радиальный зазор 13 к сливному патрубку 5. Мелкодисперсная капельная жидкость, не осевшая на корпусе 1, попадает на наружную поверхность пластин 9 и транспортируется газовым потоком через входные тангенциальные щели 11 на их внутреннюю поверхность.
Транспортируясь с пластины на пластину, жидкость под влиянием вращающегося газового потока в пространстве между корпусом 1 и пакетом 7 транспортируется и отбрасывается к внутренней поверхности стенки корпуса с
последующей транспортировкой ее к сливному патрубку 5. Образовавшаяся в нижней части сепарационного пакета жидкостная пленка удаляется из сепарационного элемента через кольцевой радиальный зазор 13 к сливному парубку 5.
Последняя ступень сепарации расположена в верхней части пакета 7. Неотсепарированная мелкодисперсная и аэрозольная часть жидкой фазы по восходящей спирали поступает в кольцевую карман-ловушку 12 (фиг.3), образованную наружной поверхностью цилиндра 8, верхней внутренней поверхностью пластин 9 и внутренней плоскостью горизонтальной перегородки 10.
Из-за отсутствия выхода («затенения» верхней части сепарационного пакета цилиндром 8) скорость вращения потока в верхней части сепарационной камеры у горизонтальной перегородки падает. Вследствие этого из неотсепарированной мелкодисперсной и аэрозольной части жидкой фазы на пластинах 9, внешней поверхности цилиндра 8 формируется капельная и пленочная жидкость (с увеличением массы частиц), которая под действием гравитационных и центробежных сил транспортируется на корпус сепаратора 1 и стекает в нижнюю часть сепарационной камеры, где удаляется через сливной патрубок 5. Сепаратор рассчитывается таким образом, что скорости восходящего потока (или выходящего очищенного газа) недостаточно для вторичного уноса сформировавшихся капель и пленки жидкости.
Очищенный газ через цилиндр 8 без изменения скорости потока из рабочей камеры 18 (области сепарации) попадает в компенсационную камеру 19 и далее на выход из сепаратора. При этом исключается влияние параметров выходного патрубка на выходной газовый поток.
Конструктивное решение отвода очищенного газового потока из зоны сепарации в предлагаемом сепараторе "Колибри Плюс" позволяет улучшить качество сепарации за счет предотвращения уноса аэрозольной и мелкодисперсной влаги. Поскольку выход из рабочей камеры 18 отделен от выходного патрубка посредством установки цилиндра 8 и наличием компенсационной камеры 19, то можно применять выходной патрубок любого диаметра (варьировать его условный проход) в зависимости от требования присоединения у конкретного потребителя (от диаметра газопровода, в который врезается сепаратор) без дополнительных переходных устройств.
Дополнительным преимуществом заявляемого сепаратора является то, что при больших давлениях горизонтальная крышка сепаратора должна быть значительной толщины, что увеличивает вес конструкции. В заявляемом сепараторе большое рабочее давление никак не влияет на толщину горизонтальной перегородки, а сферическая верхняя крышка значительно легче, т.к. более тонкостенная. Таким образом, заявляемая конструкция позволяет улучшить качество сепарации без увеличения веса или материалоемкости аппарата.
Изготовление заявляемого малогабаритного высокопроизводительного сепаратора "Колибри Плюс" возможно на любом машиностроительном предприятии.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Патент РФ №2188062, В01D 45/12, 2002.
2. Патент РФ №2221625, В01D 45/12, 2004.
3. Патент РФ №2244584, В01D 45/12, 2005 (прототип).