СЕПАРАТОР ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ВИХРЕВОГО ТИПА ВЕРТИКАЛЬНЫЙ "СЦВ-Г"

Изобретение предназначено для осаждения и выделения из газожидкостного потока пленочной, капельной, мелкодисперсной жидкостей и твердых частиц в поле центробежных сил, как с высоким, так и низким газовым факторами с более высокой производительностью и эффективностью сепарации. Применяется в нефтегазовой, машиностроительной, химической промышленности и других отраслях производства.
Известен сепаратор, 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 сепаратора. Дефлектор имеет максимально допустимое сечение, причем, по ходу потока, он сужается по горизонтали и увеличивается 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°. По ходу вращения газожидкостного потока, с зазором к внутренней стороне корпуса, установлена изогнутая пластина, которая своим нижним концом заходит под нижнюю крышку дефлектора. (Смотри патент RU №2244584, МПК В01D 45/12 «Малогабаритный высокоэффективный сепаратор «Колибри).
Недостаток этого устройства заключается в том, что исходя из оптимальных геометрических размеров (отношение диаметра корпуса сепаратора к высоте корпуса, диаметру сепарационного пакета, его высоте, ширине дефлектора и других размеров), отработанных и определенных гидродинамическими испытаниями, «узким» местом оказалось расстояние между поверхностью дефлектора и наружной поверхностью сепарационного пакета. В результате чего в процессе разделения жидкой и газовой фазы в центральной части вращающегося потока возникает зона пониженного давления, которая втягивает часть отсепарированной воздушной массы вовнутрь, влияя тем самым на конечную производительность сепаратора.
Более близким к предлагаемому инженерному решению является сепаратор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную крышку, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, установленный по ходу вращения газожидкостного потока, вертикальный сепарационный пакет с плоским днищем, состоящий из плоских изогнутых сепарационных пластин, образующих в зоне нахлестки щелевые каналы. Пластины вертикальными изогнутыми концами направлены в противоположные стороны касательно к наружному и внутреннему диаметрам сепарационного пакета. 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. (Смотри патент RU 2320395, МПК B01D 45/12 «Высокоэффективный жидкостно-газовый сепаратор «СЦВ-7»)
Недостаток известного сепаратора заключается в том, что при необходимых для центробежной сепарации скоростях набегающего потока, на плоские прямоугольные (подразумеваемые таковыми по умолчанию в прототипе, других патентах и фактически имеющиеся в эксплуатации) входные кромки сепарационных пластин, образующих сепарационные щели, возникают завихрения, местные зоны уплотнения и разрежения, искривляющие, поджимающие поток в сепарационных щелях, вызывающие местные пульсации скорости и давления, которые, при малой жесткости пластин в срединной по высоте их части, могут, при определенных режимах, вызывать пульсирующие скручивающие и изгибающие упругие деформации пластин, генерирующие периодическое возникновение автоколебаний отдельных пластин с различными, вплоть до ультразвуковых, частотами, с лавинообразным распространением автоколебаний и высокой турбулентности на всю срединную часть сепарационных пластин. Вследствие чего происходит мгновенное стряхивание и распыление уже осевшей на пластины, скоагулировавшейся и стекающей из верхней и срединной части сепарационного пакета мелкодисперсной и пленочной жидкости и унос ее в выходной патрубок сепаратора.
Кроме того, часть капель жидкости в набегающем потоке, ударяясь о множественные плоские прямоугольные входные кромки сепарационных пластин, дробится, превращаясь в еще более мелкую аэрозольную взвесь, которую еще труднее удалить из сепарируемого потока. При этом резко обрывающиеся, тупые прямоугольные профили выходных кромок создают множество зон завихрения, разрежения, порождающих турбулентность, в результате чего снижается общая эффективность сепарации, производительность, а гидродинамические потери в сепараторе увеличиваются.
Техническим решением задачи является увеличение производительности, эффективности сепарации, расширение диапазона устойчивой работы при снижении гидродинамических потерь в газожидкостном сепараторе.
Задача достигается тем, что сепарационные пластины, образующие в зоне нахлестки щелевые каналы, выполнены с аэродинамически хорошо обтекаемыми входными и выходными кромками. Сепарационный пакет в срединной по высоте своей части имеет определенное, для достижения необходимой устойчивости, количество горизонтально встроенных в сепарационные пластины колец или иных элементов жесткости, выполненных также с аэродинамически хорошо обтекаемыми входными и выходными кромками. Кольца соединяют все сепарационные пластины, в зоне их наименьшей устойчивости, в единую жесткую конструкцию, аэродинамически оптимальную, предохраняющую сепарационные пластины от поперечных и скручивающих колебаний в срединной по высоте части пакета.
По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружено заявляемой совокупности признаков, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.
На фиг.1 изображен сепаратор «СЦВ-Г» - сепаратор центробежный вертикального типа газожидкостный.
На фиг.2 - разрез А-А фиг.1
На фиг.3 - увеличенный фрагмент сепарационного пакета.
Сепаратор состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с осью О, верхней крышки 2 с цилиндрическим выходным отверстием 3, над которым расположен выходной конус 4, входного патрубка 5, расположенного в верхней части корпуса 1, дефлектора 6, установленного по ходу вращения потока и формирующего вращательное движение газожидкостного потока внутри сепаратора. Ось О1 вертикального сепарационного пакета 7 смещена относительно оси корпуса сепаратора О таким образом, что зазор между дефлектором 6 и наружной поверхностью пакета 7 соответствует зазору с противоположной стороны, т.е. между наружной поверхностью сепарационного пакета 7 и внутренней поверхностью корпуса сепаратора 1.
Сепарационный пакет 7 состоит из плоских пластин 8, с изогнутыми в противоположные стороны, с аэродинамически хорошо обтекаемыми потоком, входными 9 и выходными кромками 10, направленными касательно к наружной и внутренней образующим пакета. Сепарационные пластины закреплены по внутреннему периметру верхней крышки 2 вокруг выходного отверстия и образуют в зоне нахлестки постоянного сечения сепарационные щели 11. Сепарационный пакет в срединной по высоте своей части имеет определенное, для достижения необходимой устойчивости, количество горизонтально встроенных в сепарационные пластины колец 12 или иных элементов жесткости, так же имеющих аэродинамически хорошо обтекаемые входные и выходные кромки. Кольца или иных элементов жесткости соединяют все сепарационные пластины 8 в зоне их наименьшей устойчивости в единую жесткую, аэродинамически оптимальную конструкцию, которая предохраняет сепарационные пластины от поперечных и скручивающих колебаний в срединной по высоте части пакета.
В верхней части сепарационного пакета 7, между нижней наружной поверхностью выходного патрубка 13 и внутренней поверхностью верхней части пластин 8, образован кольцевой зазор, формирующий совместно с внутренней поверхностью верхней крышки 2 карман-ловушку 14.
Внутри нижней части сепарационных пластин 8 расположено плоское днище 15, приподнятое относительно нижней кромки пластин 8, образующее с ними кольцевой радиальный зазор 16 и соединенное посредством радиальных пластин 17 на расстоянии 0,1-0,15 диаметра сепарационного пакета с ложным днищем 18. Между корпусом сепаратора 1 и ложным днищем 18 образован кольцевой зазор 19.
По ходу вращения газожидкостного потока, непосредственно перед входным патрубком, с зазором к внутренней стенке корпуса 1, установлена изогнутая пластина 20, превышающая высоту дефлектора и заходящая своей правой нижней частью под нижнюю крышку дефлектора.
В центре плоского днища 15 и ложного днища 18 выполнены сквозные отверстия, в которые вмонтирован пустотелый цилиндр 21 основанием на ложном днище 18, а верхняя кромка цилиндра приподнята относительно поверхности плоского днища 15. С помощью скоб 22 и кольца 23, прикрепленного к пластинам 8 фиксируется плоское днище 15. По наружному диаметру нижней поверхности ложного днища 18 смонтирован цилиндрический вертикальный рассеиватель с просечками 24, а непосредственно под пустотелым цилиндром 21 прикреплен диск 25. Отсепарированная жидкая фаза по стенкам корпуса 1 стекает в накопительную часть сепаратора 26, откуда по днищу сепаратора 27-в сливное отверстие 28. В днище 27 установлен патрубок 29 для периодического удаления накопившегося осадка твердых или иных примесей, если таковые будут иметь место.
Работа сепаратора.
Газожидкостная смесь подводится в сепаратор через входной патрубок 5. Установка входного патрубка 5 с определенным смещением по горизонтали относительно осевой линии корпуса О позволяет создать скользящий удар о поверхность дефлектора 6, формирующего скоростной поток. Дефлектор 6 препятствует поступлению газожидкостного потока в осевую зону сепарационного пакета 7 без предварительного разделения газовзвеси. Использование дефлектора с изменяющимся сечением (в начале увеличивает свое сечение до максимально допустимой величины, после чего сужается по горизонтали и возрастает по высоте, сохраняя при этом площадь поперечного сечения в максимально широком участке) позволяет обеспечить минимальные потери напора. Удалить по горизонтали на выходе из дефлектора газожидкостный поток от щелевых каналов сепарационного пакета 7, а по высоте равномерно рассредоточить нагрузку по жидкой фазе, что улучшает процесс сепарации.
В пространстве, между стенкой корпуса 1 и сепарационными пластинами 8, из газового потока выделяется основная масса жидкости. Капли жидкости отбрасываются центробежными силами на стенку корпуса сепаратора 1, далее под действием гравитационных сил и вращения газового потока, по нисходящей спирали перемещаются через кольцевой зазор 19 к сливному патрубку 29.
Мелкодисперсная капельная жидкость, не осевшая на корпусе 1, вращаясь с газовым потоком, оседает на сепарационные пластины 8, образующие в зоне нахлестки равные по площади сечения сепарационные щели 11, имеющие аэродинамические, обеспечивающие минимальные потери напора входы и выходы. Сепарационные пластины усилены, для необходимой устойчивости, поперечными кольцами 13 или иными элементами жесткости, ускоряющими к тому же коагуляцию и отекание мелкодисперсной и аэрозольной влаги с верхней части сепарационных пластин. Затем, перемещаясь под действием вращающегося потока и гравитационных сил по нисходящей спирали вниз, стекая с одной пластины на другую, сохраняя при этом касательную траекторию движения относительно внутренней образующей сепарационного пакета, жидкость попадает на поверхность ложного днища 18, далее через кольцевой зазор 19 стекает в накопительную часть сепаратора 26.
Вращаясь внутри сепарационного пакета, газовый поток создает область пониженного давления в приосевой зоне потока. В результате чего ранее неподвижный, очищенный поток поступает через пустотелый цилиндр 21 к выходному патрубку 13. Способствуя тем самым движению части газожидкостного потока между корпусом сепаратора и наружной поверхностью сепарационного пакета по нисходящей спирали вниз, облегчая и ускоряя перемещение пленочной жидкости по стенке корпуса к сливному патрубку 29. Часть отсепарированного потока, проходя сквозь просечку 24, теряет центробежную силу и в спокойном состоянии засасывается пустотелым цилиндром 21 и перемещается вместе с основным потоком к выходному патрубку 13.
Реализация предлагаемых технических решений в сепараторе позволяет:
1) Увеличить производительность сепаратора по газожидкостной фазе.
2) Увеличить диапазон стабильных рабочих режимов сепаратора за счет увеличения жесткости сепарационного пакета.
3) Увеличить эффективность сепарации в газожидкостном и жидкостно-газовом режимах работы сепаратора.
4) Снизить потери напора за счет повышения жесткости и улучшения аэродинамики сепарационного пакета.