МАЛОГАБАРИТНЫЙ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР С ПРОТИВОГИДРАТНОЙ ЗАЩИТОЙ
SMALL HIGHLY EFFICIENT CENTRIFUGAL SEPARATOR WITH ANTI-HYDRATE PROTECTION

Изобретение предназначено как для осаждения пленочной, капельной, мелкодисперстной и аэрозольных жидких и твердых частиц в поле центробежных сил, как с высоким, так и низким газовым фактором, не снижая при этом эффективность сепарации, так и для работы аппарата в климатических условиях с отрицательной температурой, т.е. в условиях, когда для предотвращения образования гидратных пробок используется направленный в накопительную емкость поток газовой (воздушной) фазы с плюсовой температурой. При этом отпадает необходимость в электрообогреве или применении паровых рубашек для обеспечения нормального слива отсепарированной фазы. Применяется в нефтегазовой, машиностроительной, химической и других отраслях промышленности.
Известен сепаратор (патент RU 2244584), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную крышку, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, установленный по ходу вращения газожидкостного потока, вертикальный сепарационный пакет, состоящий из вертикальных плоских изогнутых пластин, образующих в зоне нахлестки щелевые каналы. Концы пластин изогнуты и направлены в разные стороны касательно к наружному и внутреннему диаметрам сепарационного пакета. Осевая линия входного патрубка по горизонтали смещена относительно осевой линии корпуса аппарата. Дефлектор, установленный по ходу вращения газожидкостного потока, имеет максимально допустимое сечение, причем по ходу потока он сужается по горизонтали и возрастает по высоте, сохраняя при этом площадь поперечного сечения. Дугообразная пластина, закрывающая дефлектор в верхней своей части, в конце по ходу потока направлена по отношению к горизонтали под углом 15-30 градусов. По ходу вращения газожидкостного потока с зазором к внутренней стороне корпуса установлена изогнутая пластина, которая своим нижним концом заходит под нижнюю крышку дефлектора.
Недостаток известного устройства заключается в том, что исходя из оптимальных геометрических размеров (отношение диаметра корпуса аппарата к высоте корпуса, диаметру сепарационного пакета, его высоте, ширине дефлектора и других размеров) отработанных и определенных гидрадинамическими испытаниями, самым важным фактором оказалось расстояние между поверхностью дефлектора и наружной поверхностью пакета.
При транспортировке газожидкостной среды в нижней части сепаратора (накопительной емкости) образуется застойная зона, которая при отрицательных температурах подвержена загидрачиванию.
Более близким к предлагаемому инженерному решению является сепаратор (патент №2320395), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную крышку, входной, выходной, сливной патрубок, дефлектор, установленный по ходу вращения газожидкостного потока, вертикальный сепарационный пакет с плоским днищем, состоящий из плоских изогнутых сепарационных пластин, образующих щелевые каналы в зоне нахлестки и своими вертикальными изогнутыми концами направленные в разные стороны касательно относительно наружного и внутреннего диаметров сепарационного пакета, ложное днище, в центре плоского днища сепарационного пакета и ложного днища выполнены сквозные отверстия, в которые вмонтирован пустотелый цилиндр, основание которого установлено на ложном днище, а верхняя кромка цилиндра приподнята относительно поверхности плоского днища, по наружному диаметру нижней поверхности ложного днища смонтирован цилиндрический вертикальный рассеиватель с просечками, а непосредственно под пустотелым цилиндром прикреплен диск.
Недостаток известного устройства заключается в том, что при дренаже отсепарированной жидкости в условиях отрицательных температур жидкая фаза замерзает в накопительной емкости (при отсутствии искусственного обогрева), слив прекращается, сепаратор заполняется жидкостью, наступает ее унос.
Техническим решением задачи является устранение этого недостатка (образование гидратов), создавая тем самым стабильную работу сепаратора с непрерывным сливом конденсата.
Задача достигается тем, что внутри накопительной емкости вмонтирован закрытый сверху крышкой перфорированный цилиндр, внутри которого расположены радиально, относительно вертикальной оси накопительной емкости, вертикальные пластины, обогреваемые проходящим газовым потоком; при этом центральное отверстие в верхней крышке перфорированного цилиндра соединено с нижней кромкой пустотелого цилиндра, верхний конец которого проходит через отверстие в плоском днище, располагаясь над ним в зоне пониженного давления.
По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружена заявляемость совокупности признаков, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.
На фиг.1 изображен газожидкостный сепаратор в поперечном сечении;
на фиг.2 - разрез А-А фиг.1;
на фиг.3 - сечение накопительной емкости по фиг.1
1
Сепаратор состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с осью О, горизонтальной крышки 2 с цилиндрическим отверстием 3, над которым расположен переходник 4 с выходным патрубком 5, входного патрубка 6, соединенного с корпусом 1 в верхней его части, дефлектора 7, установленного по ходу вращения потока и формирующего вращательное движение газожидкостного потока внутри сепаратора. Ось O вертикального сепарационного пакета 8 сдвинута относительно оси О корпуса аппарата таким образом, что зазор между дефлектором 7 и наружной поверхностью пакета 8 соответствует зазору с противоположной стороны, т.е. между наружной поверхностью сепарационного пакета и внутренней поверхностью корпуса сепаратора 1. Пакет 8 состоит из плоских пластин 9. Пластины 9 изогнутым наружным концом направлены навстречу газожидкостному потоку и укреплены по внутреннему периметру горизонтальной крышки 2 и позволяют сохранить одинаковый и постоянный размер щелевых каналов в зоне их нахлестки 10.
Внутри нижней части сепарационных пластин 9 расположено плоское днище 11, приподнятое относительно нижней кромки пластин 9, и имеющее относительно их кольцевой радиальный зазор 12, и соединенное посредством радиальных пластин 13 на расстоянии 0,1-0,15 диаметра сепарационного пакета с ложным днищем 14.
По ходу вращения газожидкостного потока непосредственно перед выходным патрубком с зазором к внутренней стороне корпуса аппарата, превышающего высоту дефлектора, установлена изогнутая пластина 15. В центре плоского днища 11 сепарационного пакета, ложного днища 14, перегородки 16 над сливным штуцером 17 диаметром менее 100 мм имеются центральные отверстия, в которые вмонтирован пустотелый цилиндр 18, нижний конец которого вмонтирован в верхнюю крышку 19 перфорированного цилиндра 20. Накопительная емкость 21 соединяется с корпусом 1 сливным штуцером 17 диаметром менее 100 мм. Внутри накопительной емкости 21 расположен перфорированный цилиндр 20 с закрытый сверху крышкой 19, внутри перфорированного цилиндра 20 расположены радиально, относительно вертикальной оси накопительной емкости 21, вертикальные пластины 22. Для автоматического регулирования верхнего и нижнего уровня жидкости в накопительной емкости предусмотрен штуцер 23. Дренаж отсепарированной жидкой фазы осуществляется через сливной патрубок 24. Периодическое удаление твердого остатка производится открытием заглушки 25.
Сепаратор работает следующим образом: газожидкостная смесь подводится в аппарат через входной патрубок 6, расположенный в верхней его части. Установка входного патрубка, смещенного по горизонтали относительно осевой линии корпуса, позволяет создать скользящий удар о поверхность дефлектора 7, установленного по ходу вращения потока, предельная величина смещения определяется фактором, при котором не следует применять дополнительных средств, усиливающих прочность шва детали.
Дефлектор 7 препятствует поступлению газа в осевую зону сепарационного пакета 8 без предварительного разделения газовзвеси. Использование дефлектора с изменяющимся сечением (по ходу движения газожидкостной смеси сужается по горизонтали и возрастает по высоте) позволяет: до минимума снизить потери напора на этом участке, удалить по горизонтали на выходе из дефлектора газожидкостный поток от щелевых каналов сепарационного пакета 8, а по высоте равномерно рассредоточить нагрузку по жидкой фазе и в то же время за счет минимального зазора дефлектора на выходе и поверхностного натяжения «придавить» жидкую фазу к внутренней поверхности корпуса сепаратора, что, в конечном счете, улучшает процесс сепарации.
В 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 действием гравитационных сил по ходу вращения газового потока по нисходящей спирали транспортируются к сливному штуцеру 17 с диаметром менее 100 мм, соединяющий накопительную емкость 21 с сепарационным корпусом 1. Применение штуцера менее 100 мм позволяет при должном соотношении Р(атм)·V(литров) уйти от их освидетельствования в органах Росгостехнадзора. Кроме того, на пути этой пленки имеется жидкостная ловушка, образованная изогнутой пластиной 15 и внутренней поверхностью корпуса сепаратора 1.
Мелкодисперсная капельная жидкость, не осевшая на внутренней поверхности корпуса сепаратора 1, попадает на наружную поверхность вертикальных плоских пластин 9 и транспортируется газовым потоком через входные тангенциальные щели, попадая на их внутреннюю поверхность.
Так как тангенциальные щели по ходу потока не сужаются, снижаются потери напора на местные сопротивления, что в целом скажется на потерях напора в аппарате.
Применение плоских пластин 9, изогнутые концы которых направлены навстречу газожидкостному потоку, позволяет жидкостной пленке, движущейся по ходу вращения газового потока, транспортироваться с конца одной пластины на начало другой, сохраняя при срыве с пластин касательную траекторию своего движения относительно внутреннего диаметра сепарационного пакета.
Наличие вращательного движения газового (воздушного) потока внутри сепарационного пакета создает зону пониженного давления в центральной части вращающейся воздушной массы, в результате чего, при наличии пустотелого цилиндра 18, ранее неподвижный в накопительной емкости очищенный поток проходит через перфорированный цилиндр 20, находящийся в накопительной емкости 21, и пустотелый цилиндр 18, направляясь при этом через центральную часть сепарационного пакета к выходному патрубку 5, что способствует увеличению производительности и обогреву конденсата за счет контакта жидкой фазы с вертикальными пластинами 22.
При прохождении газового (воздушного) потока через накопительную емкость пластины 22 прогревают жидкую фазу, которая находиться в неподвижном состоянии (кроме периода слива) и при низких температурах окружающей среды при отсутствии подогрева подвержена загидрачиванию. Использование обогреваемых пластин 22 позволяет поддерживать температуру конденсата до уровня температуры транспортируемой среды.
Таким образом, внедрение предлагаемого инженерного решения позволяет:
1. Увеличить производительность по газовой фазе за счет подсоса внутри сепарационного пакета, создаваемого вращающимся вихревым потоком.
2. Снизишь потери напора за счет энергии, ранее идущей на образование «смерча».
3. Исключить необходимость осуществлять электрообогрев, и применение паровой рубашки (отпадает необходимость в подводе электросети и котельной) для ликвидации гидратных пробок.