СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ И ГАЗА
METHOD OF FLUID AND GAS SEPARATION

Изобретение относится к очистке газов от жидкости, например воды, масла, углеводородов, перемещающихся в системах под действием избыточного давления, и может использоваться для повышения надежности и долговечности транспортных трубопроводных систем, а также обеспечения функционирования систем автоматики.
Известен способ (1) отделения жидкости в дисперсном потоке, заключающийся в создании завихрителями закрученных во взаимно противоположных направлениях внутренних и внешних потоков, где влагоотделение идет по внутренней поверхности обечайки за счет действия сил инерции. Причем отклонение от соосности обуславливает усиление эффекта. Однако при этом не происходит отделение парообразной части влаги, а также не предусматривается эффективное удаление жидкой фазы из рабочего объема.
Известен способ (2) отделения жидкости в дисперсном потоке, заключающийся в закрутке потока дисперсной среды в сепарирующей обечайке завихрителем, подаче его на сетчатую обечайку, отделении и эвакуации жидкости по перфорированной образующей обечайки при создании перепада давления на ней. Однако при этом отделяется не вся жидкость и на эффективность может существенно влиять температура на входе, значительное повышение которой резко снижает отделение жидкости.
Известен способ (3), принятый за ближайший аналог, заключающийся в том, что разделение происходит при прямом и обратном движении потока соответственно во внешней сепарирующей и внутренней дополнительной обечайках, предварительно закрученного завихрителями, транспортировке жидкости по периферийным образующим обечаек при создании перепада давления на них, доотделении жидкой и паровой фазы на фильтрах, установленных в дополнительной обечайке, с коалесцирующими и сорбирующими свойствами, регенерации последнего отдувом нагретым воздухом. Причем, интенсивность разделения возрастает при подохлаждении дисперсной среды на входе завихрителя по тепловому мосту, связывающему приосевую зону дополнительной обечайки с объемом между ними. Однако отсутствие термостабилизации приводит к колебаниям содержания жидкой и паровой фаз в потоке дисперсной среды, что затрудняет функционирование коалесцирующего и сорбирующего фильтров, и снижает эффективность разделения.
Анализ приведенного уровня техники свидетельствует о том, что задачей изобретения является повышение эффективности разделения дисперсной среды.
Это достигается тем, что разделяют дисперсный поток при предварительном захолаживании объемов сепарирующей и дополнительной обечаек и сборников при байпасировании сепарирующей обечайки с испарением части капельной влаги дисперсной среды на развитых цилиндрических поверхностях с дренажными окнами конденсаторов, выполненных из высокопористых ячеистых металлов и коаксиально установленных с обеспечением беззазорного прилегания к внутренним образующим сепарирующей и дополнительной обечаек и образованием тепловых мостов, отключают байпасирование, подают поток в дополнительную обечайку, отделяют сконденсированную влагу на развитых поверхностях конденсаторов с одновременным их подохлаждением при ее испарении.
На фиг.1 и 2 представлена схема устройства для реализации способа.
Устройство содержит корпус 1 с крышкой 2 и фланцем 3, снабженным входным 4 и выходным 5 патрубками, коаксиально расположенные внешнюю сепарирующую 6 и внутреннюю дополнительную 7 обечайки с конденсаторами 8, 9 и соответствующими завихрителями 10, 11, дисковыми диафрагмами 12, 13, сетчатыми обечайками 14, 15 и фильтры 16, 17 с коалесцирующими и сорбирующими свойствами. Крышка 2 снабжена патрубком 18 с вентилем 19, связанными с байпасом 20 для обеспечения предварительного захолаживания объемов сепарирующей 6 и дополнительной 7 обечаек и сборников 27, 28 с наборами 29, 30 кольцевых элементов из высокопористых ячеистых металлов (открытая пористость до 95%). Обечайки конденсаторов 8, 9 выполнены из высокопористых ячеистых материалов цилиндрическими с развитыми боковыми поверхностями 21 с порами 25 и дренажными окнами 22 и установлены коаксиально с обеспечением беззазорного прилегания к внутренним образующим сепарирующей 6 и дополнительной 7 обечаек и образованием тепловых мостов, связывающих интенсивно охлаждаемые объемы конденсаторов 8, 9, сепарирующую 6 и дополнительную 7 обечайки и цилиндрическую оболочку 23. Для снижения внешних теплопритоков наружные поверхности 44 корпуса 1 выполнены теплоизолированными. Сепарирующая 6 и дополнительная 7 обечайки снабжены кожухами 24, 26 с образованием полостей сборников 27, 28 с размещенными в них наборами кольцевых элементов 29, 30 из высокопористых ячеистых металлов, контактирующих по нижней торцевой поверхности с захолаживаемыми элементами теплового моста, что препятствует испарению сконденсированной и собранной влаги из сборников 27, 28, а также служит аккумуляторами холода. Образующие сепарирующей 6 и дополнительной 7 обечаек выполнены перфорированными, а для обеспечения перепада давления на них они связаны редуцирующими парубками 31 и 32, один конец которых расположен в приосевой разреженной зоне потока, а другой имеет выход в указанные 27 и 28 для создания в них разряжения. Подохлаждение выходного потока осуществляется по тепловому мосту, цилиндрическая оболочка 23 которого по наружной образующей снабжена коаксиальной обечайкой 33 из высокопористого ячеистого металла, обладающего коалесцирующими свойствами и установлена в приосевой зоне дополнительной обечайки 7 и крепится в ней на теплоизолированных пилонах 34. Для проведения регенерации фильтра 17 с сорбирующими свойствами выходной патрубок 5 с вентилем 35 снабжен отводом 36 с вентилем 37, а объем дополнительной 7 обечайки - патрубком 38 с вентилем 39 для отдува нагретым воздухом. Сборники 27, 28 снабжены патрубками 40, 41 с вентилями 42, 43 для слива жидкости. Фильтры 16, 17 с коалесцирующими и сорбирующими свойствами выполнены из высокопористых полимерных материалов пространственно-глобулярной структуры.
Способ осуществляется следующим образом.
Для предварительного захолаживания устройства перекрывается выходной патрубок 5 вентилем 35, открывается вентиль 19 байпасного патрубка 18, поток дисперсной среды подается в кольцевую полость между кожухом 24 и сепарирующей обечайкой 6 по входному патрубку 4, где поджимается на кольцевой диафрагме 12, отделяется от капельной влаги на сетчатой обечайке 14 и закручивается завихрителем 10. Под действием сил инерции жидкость отбрасывается на боковую поверхность конденсатора 8, где за счет разрежения по порам 25 и дренажным окнам 22 высокопористого металла конденсатора 8 и перфорациям сепарируещей обечайки 6 частично эвакуируется в сборник 27, а частично скоростным потоком выносится в байпасную линию 20, подвергаясь испарению на развитых поверхностях конденсатора 8, захолаживая по тепловым мостам объемы сепарирующей 6 и дополнительной 7 обечаек, цилиндрическую оболочку 23, объемы сборников 27, 28 с наборами кольцевых элементов 29, 30 из высокопористых ячеистых металлов, которые при этом заполняются сконденсированной влагой, являющейся хорошим теплоносителем, и аккумулируют холод. После захолаживания байпас 20 отключается, закрывается вентиль 19 и открывается вентиль 35 выходного патрубка 5. Поток дисперсной среды подается по входному патрубку 4 в кольцевую полость между кожухом 24 и сепарирующей обечайкой 6, где поджимается на кольцевой диафрагме 12, отделяется от капельной влаги на сетчатой обечайке 14 и закручивается завихрителем 10. Паровая часть влаги, контактируя с захоложенными развитыми поверхностями конденсатора 8, эффективно конденсируется и по порам и дренажным окнам 22 последнего 8 и стекает по перфорациям сепарирующей обечайки 6 в сборник 27. Оставшаяся часть паровой влаги в потоке при подохлаждении по тракту сепарирующей обечайки 6 частично конденсируется. Дисперсный поток разворачивается на профилированной расточке крышки 2 и подается в кольцевую полость между кожухом 26 и дополнительной 7 обечайкой, где также поджимается кольцевой диафрагмой 13, на сетчатой обечайке 15 отделяется образовавшийся конденсат, подкручивается завихрителем 11, капельная фракция, являясь центрами конденсации, активно переводит пар в жидкую фракцию на развитых охлажденных поверхностях конденсатора 9 и фильтра с коалесцирующими свойствами 16, а также коаксиальной пористой обечайке 33 цилиндрической оболочки 23, оставшаяся часть паровой фазы отделяется на фильтре 17 с сорбирующими свойствами. Регенерация последнего 17 осуществляется при закрытых вентилях 19, 35, 42, 43 и открытых вентилях 37, 39 отдувом нагретым воздухом. После регенерации производят предварительное захолаживание устройства.
Использование предлагаемого способа за счет термостабилизации и предварительного аккумулирования холода в развитых объемах с хорошими тепло- и массообменными свойствами - конденсаторов, сборников с теплоносителем, цилиндрической оболочке, выполненных с применением высокопористых ячеистых металлов, позволяет существенно снизить долю паровой фазы, расширив при этом возможности удаления конденсата, и тем самым увеличить межрегенерационный период работы фильтра с сорбционными свойствами при более полном разделении дисперсной среды.
Литература
1. Патент №2048925, кл. B04C 3/00, РФ, 1995 г.
2. Авт. свид. №701713, кл. B04C 3/00, СССР, 1979 г.
3. Патент №2152244, кл. B04C 3/00, РФ, 1998 г.