СЕПАРАТОР ГАЗОЖИДКОСТНЫЙ ВИХРЕВОГО ТИПА

Область техники.
Заявляемая полезная модель относится к области отделения дисперсных частиц от газов с использованием центробежных сил. Заявляемый сепаратор газожидкостный вихревого типа может быть использован в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.
Уровень техники.
Среди газовых сепараторов известна группа сепараторов (патент РФ №58379 на полезную модель, МПК B01D 45/02, BOID 45/16, 2006 [1]; патент РФ №59436 на полезную модель, МПК B01D 45/12, 2006 [2]; патент РФ №2299756 на изобретение, МПК B01D 45/12, 2007 [3]; патент РФ №2304455 на изобретение, МПК B01D 45/12, 2007 [4]), содержащих вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор, вертикальный сепарационный пакет, состоящий из вертикальных плоских изогнутых сепарационных пластин, которые в зоне нахлестки образуют щелевые каналы, верхний и нижний осевые диски, расположенные в нижней части сепарационного пакета, соединенные посредством радиальных пластин.
Недостатком указанных устройств является конструкция области сепаратора на выходе из дефлектора между корпусом и сепарационным пакетом. При высокой концентрации жидкой фазы в газожидкостном потоке (около 50% и более) значительная ее часть попадает на поверхность сепарационных пластин и уносится восходящим потоком газа в выходной патрубок, что приводит к снижению эффективности сепарации.
Известен так же сепаратор газожидкостный вертикальный вихревого типа (патент РФ №73801 на полезную модель, МПК B01D 45/02, B01D 45/16, B01D 45/18, 2008 [5]), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю и нижнюю крышки, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор и сепарационный пакет. При этом сепаратор дополнительно содержит вдоль внутренней поверхности непосредственно за выходом дефлектора одну или более вертикальные пластины, установленные одним краем без зазора к корпусу, вертикальную разделяющую пластину и вертикальные пластины прямого или криволинейного горизонтального сечения, развернутые навстречу набегающему потоку, при этом задний край последней пластины образует щелевой канал с краем задней пластины дефлектора.
Недостатком указанного аналога является наличие вертикальных пластин, установленных одним краем без зазора к корпусу, что приводит к направлению выходящих из дефлектора жидкости и механических примесей, прижатых к корпусу, на поверхность сепарационного пакета. Это приводит к проникновению этих жидкости и примесей в сепарационный пакет и далее, в выходной патрубок, что ухудшает качество сепарации. Другим недостатком является направление щелевых каналов между вертикальными пластинами прямого или криволинейного горизонтального сечения навстречу движения газожидкостного потока. Это в случае большого содержания жидкости в потоке приводит нежелательному отводу этой жидкости от пристеночного пространства к сепарационному пакету и ее последующему уносу восходящим потоком газа, что ухудшает качество сепарации. Недостатком является также расположение вертикальной разделяющей пластины с большим зазором к выходу дефлектора. Это, в случае высокой концентрации жидкости в газожидкостном потоке приводит к попаданию большей части жидкой фазы на сепарационный пакет в зоне этого зазора, что приводит к уносу этой жидкости восходящим потоком газа и ухудшает качество сепарации.
Раскрытие полезной модели.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемой полезной моделью, является уменьшение количества жидкости и механических примесей, которые могут достичь сепарационного пакета при выходе из дефлектора. При высоком содержании жидкости во входном газожидкостном потоке (около 50% и более) это приводит к значительному повышению качества сепарации.
Сущность полезной модели состоит в том, что сепаратор газожидкостный вихревого типа содержит вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки, дефлекторную пластину, отражательную пластину, сепарационный пакет, состоящий из вертикальных плоских изогнутых сепарационных пластин. При этом вдоль корпуса сепаратора от конца дефлекторной пластины до начала отражательной пластины размещены по крайней мере две вертикальные разделительные пластины, образующие жидкостный канал. При этом разделительные пластины установлены на всю высоту сепарационного пакета с зазором друг относительно друга, к дефлекторной и отражательной пластинам. При этом начало первой разделительной пластины размещено по касательной относительно конца дефлекторной пластины, начало каждой последующей разделительной пластины размещено по касательной относительно конца предыдущей разделительной пластины, а начало отражательной пластины размещено по касательной относительно конца последней разделительной пластины. При этом каждая разделительная пластина по всей высоте со стороны набегающего газожидкостного потока снабжена выполненной под тупым углом к ней отбортовкой, направленной к сепарационному пакету.
Площадь поперечного сечения жидкостного канала на выходе из дефлектора преимущественно меньше суммарной площади следующих сечений:
- площади нормального к отбортовке сечения между краем дефлекторной пластины и отбортовкой первой разделительной пластины;
- суммы площадей нормальных к отбортовкам сечений между отбортовками и краями смежных разделительных пластин;
- площади зазора между краем последней разделительной пластины и краем отражательной пластины.
Отражательная пластина по всей высоте со стороны набегающего газожидкостного потока предпочтительно снабжена выполненной под тупым углом к ней отбортовкой, направленной к сепарационному пакету.
При этом площадь поперечного сечения жидкостного канала на выходе из дефлектора преимущественно меньше суммарной площади следующих сечений:
- площади нормального к отбортовке сечения между краем дефлекторной пластины и отбортовкой первой разделительной пластины;
- суммы площадей нормальных к отбортовкам сечений между отбортовками и краями смежных разделительных пластин;
- площади нормального к отбортовке сечения между краем последней разделительной пластины и отбортовкой отражательной пластины.
Краткое описание чертежей.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется следующими графическими материалами: на фиг.1 показана схема сепаратора, продольный разрез, сечение А-А фиг.2, на фиг.2 - схема сепаратора, поперечный разрез, сечение Б-Б фиг.1.
Осуществление полезной модели.
Сепаратор газожидкостный вихревого типа (фиг.1, 2) содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, верхнее 2 и нижнее 3 днища, входной 4, выходной 5 и сливной 6 патрубки, дефлекторную пластину 7, отражательную пластину 8, вертикальные разделительные пластины 9, сепарационный пакет 10, ложное днище 11.
Внутренняя стенка корпуса 1 и дефлекторная пластина 7 образуют дефлектор 25. Дефлектор 25 расположен у входного патрубка 4. В нем происходит формирование вращательного (вихревого) движения газового потока внутри сепаратора. Внутренняя стенка корпуса 1, отражательная пластина 8 и дефлекторная пластина 7 образуют улавливающий карман 21. Карман 21 предназначен для отвода из вихревого потока движущихся жидкости и механических примесей, прижатых центробежной силой к внутренней стенке корпуса 1 сепаратора, и их транспортировки в нижнюю накопительную часть сепаратора.
Вертикальные разделительные пластины 9 размещены вдоль корпуса 1 сепаратора от конца дефлекторной пластины 7 до начала отражательной пластины 8, образуя жидкостный канал 24. При этом, разделительные пластины 9 установлены на всю высоту сепарационного пакета 10 с зазором 23 друг относительно друга, к дефлекторной 7 и отражательной 8 пластинам. При этом начало 26 первой разделительной пластины 9 размещено по касательной относительно конца дефлекторной пластины 7, начало каждой последующей разделительной пластины 9 размещено по касательной относительно конца предыдущей разделительной пластины 9, а начало отражательной пластины 8 размещено по касательной относительно конца последней разделительной пластины 9. Вертикальные разделительные пластины 9 ограждают сепарационный пакет 10 от жидкостного канала 24. При этом каждая разделительная пластина 9 по всей высоте со стороны набегающего газожидкостного потока снабжена выполненной под тупым углом к ней отбортовкой 22, направленной к сепарационному пакету 10. Отбортовка 22 служит дополнительной сепарационной поверхностью. Отбортовка 22 полностью или частично перекрывает зазор 23 между смежными дефлекторной 7 или разделительными пластинами 9 в проекции на плоскость, соединяющую края разделительных пластин 9 (край дефлекторной пластины 7 и край разделительной пластины 9 для первой разделительной пластины 9), ограничивающих соответствующий зазор 23. Целесообразно выполнять заявляемый сепаратор так, чтобы площадь поперечного сечения жидкостного канала на выходе из дефлектора 25 была меньше суммарной площади следующих сечений:
- площади нормального к отбортовке 22 сечения между краем дефлекторной пластины 7 и отбортовкой 22 первой разделительной пластины 9;
- суммы площадей нормальных к отбортовкам 22 сечений между отбортовками 22 и краями смежных разделительных пластин 9;
- площади зазора между краем последней разделительной пластины 9 и краем отражательной пластины 8.
Сепарационный пакет 10 выполнен цилиндрической формы и содержит плоские изогнутые сепарационные пластины 12, расположенные в его образующей поверхности и формирующие в зоне нахлестки одинаковые и постоянные по размеру щелевые каналы 13. Пластины 12 жестко закреплены в нижней части к антизавихрителю. Антизавихритель 17 состоит из нижнего осевого диска 14 и верхнего осевого диска 15, соединенных между собой пластинами 16. Пластины 16 предназначены для исключения вихревого движения газового потока ниже зоны их расположения. Нижний осевой диск 14 жестко закреплен к М пальцам 18. Концы пальцев 18 расположены без зазора, в отверстиях ложного днища 11. Ложное днище 11 расположено с кольцевым зазором 19 к вертикальному корпусу 1, и жестко закреплено к корпусу 1 с помощью Г-образных пластин 20.
Сливной патрубок 6 расположен в нижнем днище 3 сепаратора.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. Отражательная пластина 8 по всей высоте со стороны набегающего газожидкостного потока снабжена выполненной под тупым углом к ней отбортовкой, направленной к сепарационному пакету 10. Указанная отбортовка полностью или частично перекрывает зазор 23 между отражательной пластиной 8 и смежной разделительной пластиной 9 в проекции на плоскость, соединяющую края этих пластин 9 и 8. При этом желательно выполнять заявляемый сепаратор так, чтобы площадь поперечного сечения жидкостного канала на выходе из дефлектора 25 была меньше суммарной площади следующих сечений:
- площади нормального к отбортовке 22 сечения между краем дефлекторной пластины 7 и отбортовкой 22 первой разделительной пластины 9;
- суммы площадей нормальных к отбортовкам 22 сечений между отбортовками 22 и краями смежных разделительных пластин 9;
- площади нормального к отбортовке 22 сечения между краем последней разделительной пластины 9 и отбортовкой 22 отражательной пластины 8.
Реализация конструктивных элементов заявляемой полезной модели не ограничивается приведенными выше примерами.
Заявляемый газожидкостный сепаратор вихревого типа работает следующим образом,
Газ, подлежащий очистке, подводят в аппарат через входной патрубок 4. Дефлекторная пластина 7 плавно изменяет направление движения газа, и формирует его вихревое движение в жидкостном канале 24 вокруг сепарационного пакета 10.
В жидкостном канале 24 из газожидкостного потока выделяется основная масса жидкости и механические примеси. Большая часть жидкости и механические примеси отбрасываются центробежной силой на стенки корпуса 1 сепаратора и под действием гравитационных сил движутся вдоль этой стенки по нисходящей спирали по ходу вращения газового потока. Наличие разделительных пластин 9 с отбортовками 22 приводит к тому, что практически вся жидкость удерживается в жидкостном канале 24. При этом частицы жидкости, движущиеся вдоль одной разделительной пластины 9, срываются с ее края, и, двигаясь по инерции, попадают на отбортовку 22 следующей по ходу движения пластины 9. Благодаря тому, что отбортовка 22 выполнена под тупым углом к пластине 9, частицы жидкости, двигаясь по инерции вдоль отбортовки 22, возвращаются в пространство между разделительными пластинами 9 и корпусом 1 сепаратора.
Часть жидкости и механических примесей, движущиеся в жидкостном канале 24, попадают в улавливающий карман 21, и стекают по его стенкам вниз, к ложному днищу 11. Достигая плоскости ложного днища 11, жидкость и механические примеси проходят через кольцевой зазор 19 между корпусом 1 и ложным днищем 11, и транспортируются к сливному патрубку 6.
Газ, выходя из дефлектора 25 и двигаясь вдоль разделительных пластин 9, огибает отбортовку, и попадает на наружную поверхность плоских изогнутых пластин 12 сепарационного пакета 10. Мелкодисперсная капельная жидкость, увлеченная этим газовым потоком, транспортируется им через щелевые каналы 13 сепарационного пакета 10 на внутреннюю поверхность сепарационных пластин 12. Опускаясь по внутренней поверхности пластин 12, частицы жидкости, приблизившись к нижним кромкам этих пластин 12, соскальзывают с них и попадают на поверхность ложного днища 11, откуда через кольцевой зазор 19 между корпусом 1 и ложным днищем 11 транспортируются к сливному патрубку 6.
Очищенный газовый поток направляется в выходной патрубок 5.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что в заявляемой полезной модели заявляемый технический результат: «уменьшение количества жидкости и механических примесей, которые могут достичь сепарационного пакета при выходе из дефлектора» достигается за счет того, что сепаратор газожидкостный вихревого типа содержит вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки, дефлекторную пластину, отражательную пластину, сепарационный пакет, состоящий из вертикальных плоских изогнутых сепарационных пластин. При этом вдоль корпуса сепаратора от конца дефлекторной пластины до начала отражательной пластины размещены по крайней мере две вертикальные разделительные пластины, образующие жидкостный канал. При этом разделительные пластины установлены на всю высоту сепарационного пакета с зазором друг относительно друга, к дефлекторной и отражательной пластинам. При этом начало первой разделительной пластины размещено по касательной относительно конца дефлекторной пластины, начало каждой последующей разделительной пластины размещено по касательной относительно конца предыдущей разделительной пластины, а начало отражательной пластины размещено по касательной относительно конца последней разделительной пластины. При этом каждая разделительная пластина по всей высоте со стороны набегающего газожидкостного потока снабжена выполненной под тупым углом к ней отбортовкой, направленной к сепарационному пакету.
Заявляемая полезная модель реализована с применением промышленно выпускаемых материалов, может быть изготовлена на машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Патент РФ №58379 на полезную модель, МПК B01D 45/02, опубл. 2006 г.
2. Патент РФ №59436 на полезную модель, МПК BOID 45/12, опубл. 2006 г.
3. Патент РФ №2299756 на изобретение, МПК B01D 45/12, опубл. 2007 г.
4. Патент РФ №2304455 на изобретение, МПК B01D 45/12, опубл. 2007 г.
5. Патент РФ №73801 на полезную модель, МПК B01D 45/02, B01D 45/16, B01D 45/18, опубл. 2008 г.