ГАЗОЖИДКОСТНЫЙ СЕПАРАТОР
GAS-LIQUID SEPARATOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится влагоотделителям или туманоуловителям для сепарации жидкости, такой как капли жидкости из газа, такого как пар.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Влагоотделитель, также именуемый каплеуловителем, - это устройство для отделения капель воды от пара. Влагоотделители широко применяются в энергетической области, а также в нефтегазовой промышленности для удаления капель жидкости из газа или пара. По существу удалять туман требуется по нескольким причинам, как будет описано ниже.
Одной причиной является повышение кпд цикла электростанции. Обычно в тепловых электростанциях пар, генерируемый в котле, несколько раз расширяется в так называемых турбинах высокого, среднего и низкого давления. На атомной электростанции во время первого расширения в турбине высокого давления, в этой турбине высокого давления возникает явление нуклеации, которое приводит к выпуску влажного пара. Для повышения кпд перед повторным нагреванием влажного пара может быть полезным механически сепарировать воду от насыщенного пара, чтобы рабочая среда, направляемая на пучки трубок пароперегревателей, была влажным паром с низким содержанием влаги. Поскольку скрытая теплота парообразования воды достаточно велика, предпочтительно удалить водяную составляющую влажного пара и вернуть собранную воду в термодинамический цикл, вместо того, чтобы использовать большое количество энергии для испарения влаги, тем самым ограничивая тепловые нагрузки на пучки трубок, которые, кроме того, создаются процессами испарения.
Другим положительным эффектом, который дает удаление влаги, является защита расположенного дальше оборудования от коррозионных повреждений. Одним типом влагоотделителей, который широко применяется в нефтегазовой промышленности и в электроэнергетике, является так называемые волновые пластинчатые уловители мелкодисперсных брызг. В сепараторе такого типа используется принцип инерции, благодаря которой большие капли воды стремятся продолжить движение по прямой, когда направление потока смеси воздуха и пара, несущей капли воды, меняется. Такие волновые пластинчатые уловители мелкодисперсных брызг содержат множество разнесенных на небольшое расстояние пластинчатых волнистых или гофрированных металлических листов, ориентированных в одну линию с направлением потока воздуха/пара. Двухфазный поток (смесь пара и капель воды) принудительно направляют через извилистые каналы и заставляют многократно изменять направление потока. Капли воды, которые в силу инерции не способны следовать таким изменениям направления, отклоняются от основного потока и попадают на стенки канала, к которым они прилипают и слипаются. Когда количество жидкости становится достаточно большим, формируются пленка и струйки жидкости, которые непрерывно стекают из волнового пластинчатого уловителя мелкодисперсных брызг под действием силы тяжести. Движением капель через каналы движением капель через каналы инерция капель и тяга, создаваемая паром.
В процессе проектирования сепараторов такого типа обычно полезно найти конфигурацию, которая минимизирует в максимально возможной степени потери давления, поскольку это оказывает прямое влияние на энергетический кпд электростанции в целом. Кроме того, повышая кпд сепарации единственного канала сепаратора, можно уменьшить размер всей панели сепаратора и, следовательно, если применяется сепаратор-пароперегреватель, этот сепаратор-пароперегреватель можно сделать меньшим по размеру и более дешевым. Таким образом, сохраняется постоянная потребность в поисках новых путей преодоления этих проблем.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предлагается газожидкостный сепаратор, обладающий улучшенными характеристиками отделения воды и меньшими потерями давления.
В нем предпринята попытка решить эти проблемы за счет предмета изобретения, определенного в независимом пункте формулы. Преимущественные варианты определены в зависимых пунктах.
Настоящее изобретение основано на общей идее создания гофрированного пластинчатого газожидкостного сепаратора, предназначенного для задержки момента сепарации основного потока газа от стенок сепаратора после каждого пика гофры.
Согласно одному общему аспекту изобретения предлагается газожидкостный сепаратор для отделения капель жидкости от газа, текущего по существу в основном направлении потока газа через газожидкостный сепаратор. Этот газожидкостный сепаратор содержит множество пластин, расположенных параллельно друг другу и разнесенных друг от друга для формирования проточного канала. Каждая из множества пластин имеет множество гофров, при этом по меньшей мере один из гофров имеет камеру внешней поверхностью в форме профиля крыла.
Другие аспекты могут иметь один или более из следующих признаков. Гофры содержат последовательность камер с внешней поверхностью в форме профиля крыла. Газожидкостный сепаратор сконфигурирован так, чтобы в основном направлении газового потока множество пластин не имели прямых участков. По меньшей мере один из гофров содержит верхнюю поверхность, соответствующую конфигурации аэродинамической поверхности по спецификациями Национального консультативного комитета по аэронавтике (NACA). Множество пластин содержит канавки, проходящие ортогонально основному направлению газового потока, сконфигурированные как дренажные канавки. Канавки также создают эффект увеличения энергии турбулентного граничного слоя, возникающего у стенки, способствуя, тем самым, прикреплению потока к стенке и, следовательно, задержке момента сепарации.
Газожидкостный сепаратор может быть сконфигурирован как пароводяной сепаратор.
Другие аспекты и преимущества настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего описания со ссылками на приложенные чертежи, на которых показаны примеры иллюстративных вариантов изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее следует более подробное описание варианта настоящего изобретения, со ссылками на приложенные чертежи, где:
Фиг. 1 - вид сбоку в перспективе двух пластин иллюстративного варианта газожидкостного сепаратора по настоящему изобретению, и
Фиг. 2 - сечение двух пластин по фиг. 1.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Далее следует описание иллюстративных вариантов изобретения со ссылками на чертежи, на которых одинаковыми позициями обозначены одинаковые детали. В нижеследующем описании для пояснения изложены различные конкретные детали, позволяющие получить полное понимание настоящего изобретения. Однако, настоящее изобретение может быть реализовано и без этих конкретных деталей и оно не ограничивается описанными иллюстративными вариантами.
В иллюстративном варианте, показанном на фиг. 1 газожидкостный сепаратор 10 содержит множество пластин 12. Множество гофрированных пластин 12 содержит две пластины 12, параллельные друг другу и разнесенные друг от друга для формирования проточного канала 14 между ними, по которому в основном направлении потока стечет смесь газа и жидкости. Основное направление потока определяется как направление массового потока между пластинами 12. Это направление потока обычно короче, чем маршрут, определенный средними точками между пластинами 12, как видно на фиг. 2. В результате между точкой 17 сепарации, в которой основной поток отрывается от поверхности пластины 12, и точкой 18 повторного соединения, в которой основной поток вновь прикасается к поверхности пластины 12, возникают застойные зоны 19.
Каждая гофрированная пластина 12 имеет множество гофров, при этом изгиб гофров определяет внутреннюю поверхность 22 и внешнюю поверхность 24, при этом внутренняя поверхность 22 определена как внутренний изгиб гофра, соответствующий вогнутой области пластины 12, а внешняя поверхность 24 определена как внешний изгиб гофра, соответствующий выпуклой области пластины 12.
В иллюстративном варианте, показанном на фиг. 1, каждая или обе из внутренней поверхности 22 и внешней поверхности 24 содержит канавки 26, расположенные ортогонально к направлению основного потока газа и, далее, сконфигурированы как дренажные канавки для удаления жидкости, собранной в застойной зоне 19.
В иллюстративном варианте по меньшей мере один из гофров 20 имеет камеру с внешней поверхностью в форме профиля крыла. Как показано на фиг. 2, в другом иллюстративном варианте камеры с внешней поверхностью в форме профиля крыла, образующие гофры 20, соединяются так, что в направлении основного потока газа пластины 12 не имеют прямых участков. Это может быть достигнуто с помощью данной поверхности пластины 12 в направлении основного потока газа, переходящего с внутренней поверхности 22, открытой для сепарированного потока, на внешнюю поверхность 24, открытую для безотрывного потока, и обратно на внутреннюю поверхность 22, или наоборот, между концами газожидкостного сепаратора 10.
Эффект камер гофров, образованных внешними поверхностями с профилем в форме крыла, заключается в том, что форма может запустить сепарацию основного потока в точке 17 сепарации, расположенной дальше вдоль пластины 12, чем если бы гофры 20 состояли из камер с фиксированным радиусом, соединенных прямыми участками, или имели бы синусоидальные изгибы. Это может иметь последствием то, что если в точке 17 сепарации произойдет повторный захват, влетевшие капли будут направлены к зонам застоя пара, где сила тяжести превышает срезающую силу, прилагаемую разделенным потоком на пленку воды, нанесенную на поверхность пластин 12, тем самым способствуя дренажу жидкости, улученному в иллюстративном варианте дренажными канавками 26. Дополнительно, отложенная точка 17 сепарации может уменьшить потери давления, что позволяет снизить общую энергию, необходимую для пропускания смеси газа и жидкости через сепаратор 10.
Точку 17 сепарации моно еще больше отдалить на основе известного принципа, согласно которому турбулентный пограничный слой менее склонен к сепарации, чем ламинарный пограничный слой. Это можно сделать, применяя канавки 26, которые увеличивают турбулентность пограничного слоя. Благодаря канавкам 26 потери давления в проточном канале 14 можно минимизировать по сравнению с пластинами 12 того же типа, но без канавок 26. Чем большая часть потока остается прикрепленной к поверхности пластины 12, тем меньше будут зоны застоя и, следовательно, меньше потери.
Хотя выше был описан считающийся в настоящее время наиболее практичный иллюстративный вариант, настоящее изобретение можно реализовать и в других конкретных формах. Описанные варианты, таким образом, во всех отношениях следует считать иллюстративными, а не ограничивающими. Объем изобретения определяется приложенной формулой, а не вышеприведенным описанием и все изменения, которые входят в объем настоящего изобретения, а также их эквиваленты, считаются входящими в объем защиты.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
10 - газожидкостный сепаратор
12 - пластина
14 - проточный канал
16 - основной поток газа
17 - точка сепарации
18 - точка повторного прикрепления
19 - застойная зона
20 - гофр
22 - внутренняя поверхность
24 - внешняя поверхность
26 - канавки