ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ
CETRIFUGAL SEPARATION ELEMENT

Изобретение относится к технике разделения газожидкостных потоков и может быть использовано в газовой, нефтяной, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Известны сепарационные элементы различной конструкции, снабженные ловушкой для улавливания отделенной жидкости.
Так, известен центробежный сепарационный элемент (патент на изобретение №2052272, B01D 5/12, опуб. 20.01.96), включающий обечайку, два последовательно установленных завихрителя с направляющими лопатками и тонкослойной насадкой между ними, установленный внутри обечайки газоотводящий патрубок и ловушку отделенной жидкости, представляющую собой примыкающее к газоотводящему патрубку кольцо с вертикальным бортом, при этом поверхность обечайки образует с бортом и с внешней поверхностью газоотводящего патрубка сообщающиеся кольцевые каналы.
Общими признаками известного и предлагаемого решений являются наличие обечайки с завихрителем потока и размещенной над кромкой обечайки ловушкой отделенной жидкости, выполненной в виде кольца с вертикальной бортовой поверхностью, образующей с внешней стороной обечайки кольцевой канал, сообщающийся с кольцевым каналом с внутренней стороны обечайки.
Недостатком такого центробежного сепарационного элемента является повышенное гидравлическое сопротивление из-за наличия двух завихрителей и пониженная эффективность, т.к. в ловушку вместе с жидкостью попадает и поток газа, насыщенный частицами жидкости - до 10% от основного потока, который впоследствии плохо очищается в ловушке от жидкости и затем, смешиваясь с основным потоком, ухудшает его качество.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению, выбранным в качестве прототипа, является центробежный сепарационный элемент (патент на изобретение №2140317, В01D 45/12, опуб. 27.10.1999 г.), включающий обечайку с ловушкой отделенной жидкости и завихритель, а также установленное внутри обечайки для гашения кинетической энергии потока полое тело с газоподводящими патрубками, подсоединенными к его выступающему герметичному торцу. При этом конструкция ловушки для улавливания отделенной жидкости представляет собой кольцо с вертикальными бортами, образующими с внешней и внутренней сторонами обечайки сообщающиеся кольцевые каналы.
Общими признаками известного и предлагаемого решений являются наличие в сепарационном элементе обечайки с завихрителем потока и размещенной над кромкой обечайки ловушки отделенной жидкости, выполненной в виде кольца с вертикальными бортами, образующими с внешней и внутренней сторонами обечайки сообщающиеся кольцевые каналы.
Недостатком такой конструкции является снижение производительности сепарационного элемента за счет организации рециркуляции части потока и повышенного гидравлического сопротивления, а также пониженная эффективность из-за ухудшения качества газового потока, проходящего через сепарационный элемент, вследствие недостаточного отделения жидкости в ловушке части газожидкостного потока (до 20%), попадающего в нее вместе с отделившейся ранее жидкостью.
Техническая задача заключается в повышении эффективности сепарации жидкости от газа и повышении производительности сепарационного элемента.
Техническая задача достигается тем, что в центробежном сепарационном элементе, включающем обечайку с завихрителем потока и размещенную над кромкой обечайки ловушку отделенной жидкости, выполненную в виде кольца с вертикальными бортами, образующими с внешней и внутренней сторонами обечайки сообщающиеся кольцевые каналы, ловушка снабжена направляющими пластинами, размещенными с внешней стороны бортовой поверхности и ориентированными в направлении закручивания потока завихрителем, при этом вдоль свободных краев пластин выполнены карманы для улавливания и отвода жидкости, например, в виде отбортовок.
Кроме того, направляющие пластины выступают за пределы бортовой поверхности ловушки.
Кроме того, пластины могут быть выполнены с криволинейным профилем.
Также направляющие пластины, размещенные с внешней стороны бортовой поверхности, ориентированные в направлении закручивания потока завихрителем, расположены по касательной к ее окружности.
Выполнение ловушки с направляющими пластинами, размещенными с внешней стороны бортовой поверхности и ориентированными в направлении закручивания потока завихрителем, повышает эффективность сепарации и снижает гидравлическое сопротивление центробежного сепарационного элемента за счет сохранения направления движения потока. Кроме того, эффективность сепарации повышается за счет создания дополнительной зоны сепарации газа от капельной жидкости на самих пластинах, а выполнение вдоль краев пластин карманов для улавливания и отвода жидкости отделенной жидкости позволяет отводить жидкость из зоны разделения, исключая ее унос и вторичное перемешивание.
Выполнение направляющих пластин выступающими за пределы бортовой поверхности ловушки позволяет увеличить поверхность осаждения капельной жидкости, повышая эффективность сепарации.
Выполнение пластин с криволинейным профилем повышает эффективность сепарации за счет дополнительного воздействия на капельную жидкость инерционных сил, позволяющих выделить из потока и осадить на пластины большее количество жидкости.
Расположение направляющих пластин, размещенных с внешней стороны бортовой поверхности и ориентированных в направлении закручивания потока завихрителем, по касательной к окружности бортовой поверхности способствует максимальному осаждению аэрозолей под действием центробежных сил и исключает вторичный унос частиц с пленки осевшей жидкости.
На фиг.1 показан общий вид контактного устройства.
На фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.
Контактное устройство состоит из тангенциального завихрителя 1, выполненного в виде тангенциально дискретно расположенных пластин по периметру окружности, обечайки 2 и размещенной над кромкой обечайки ловушкой отделенной жидкости 3. Ловушка выполнена в виде кольца 4 с вертикальными бортами 5 и 6, образующими с внешней и внутренней сторонами обечайки сообщающиеся кольцевые каналы 7 и 8. Ловушка снабжена направляющими пластинами 9, размещенными с внешней стороны бортовой поверхности 5 и ориентированными по касательной к ее окружности в направлении закручивания потока завихрителем 1. Вдоль свободных краев пластин 9, противоположных линии их соединения с бортовой поверхностью 5, выполнены карманы 10 для улавливания и отвода жидкости, например, в виде отбортовок. Направляющие пластины 9 могут быть криволинейными и выступать за верхний и нижний края бортовой поверхности 5 ловушки 3.
Сепарационный центробежный элемент работает следующим образом. Газожидкостный поток поступает в завихритель 1, где поток приобретает вращательное движение. Далее поток, вращаясь, двигается по внутренней полости обечайки, при этом капельная жидкость под действием центробежных сил осаждается на внутреннюю поверхность обечайки 2, и пленкой, вращаясь, поднимается вместе с оставшимся потоком по направлению к ловушке 3. Основной поток очищенного от жидкости газа выходит из устройства через центральную незаглушенную часть операционного элемента - отверстие, ограниченное кольцом 4 с бортом 5, а жидкость и часть газового потока (до 20% от общего объема) попадают в кольцевой канал 7 ловушки 3 и, продолжая вращаться, переходят в зону внешней поверхности обечайки. Капли содержащейся в потоке жидкости осаждаются на криволинейных пластинах 9 и под действием центробежных сил продвигаются к их свободным кромкам, где улавливаются в карманы 10 и под действием силы тяжести отводятся вниз. Очищенный газ (примерно 20% от общего объема) далее объединяется с основным потоком и отводится из зоны разделения.