ЦИКЛОН, ЦИКЛОННЫЙ КАПЛЕУЛОВИТЕЛЬ И СПОСОБ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
CYCLONE, CYCLONE MIST ELIMINATOR AND METHOD OF USE

Уровень техники
[0001] Настоящее изобретение относится, в общем, к устройствам для отделения капель жидкости, захваченных газом в протекающем потоке пара, а более конкретно - к циклонам, циклонным каплеуловителям и способам их использования для отделения капель жидкости от газа из протекающего потока пара.
[0002] Циклонные каплеуловители используют для обеспечения высокопроизводительного удаления капель жидкости и тумана из потока пара, для повышения эффективности процесса, уменьшения потерь продукта и предотвращения повреждения оборудования при осуществлении различных процессов. В одном обычном типе циклонного каплеуловителя множество циклонов расположено бок о бок внутри корпуса, и множество таких корпусов, содержащих циклоны, установлены с нижней стороны полотна тарелки, расположенной внутри резервуара. Каждый циклон содержит внутреннюю камеру с открытым концом, выполненную в виде цилиндрической стенки или стенки в виде усеченного конуса. Поток пара проходит через отверстия в дне корпуса и заходит во впускной конец внутренней камеры. С помощью завихрителя потоку пара сообщают вращательное вихревое движение для понуждения капель жидкости и тумана к соударению с внутренней поверхностью стенки и слиянию капель. Газ, из которого была удалена жидкость, пропускают в осевом направлении через выпускной конец внутренней камеры и выпускают через полотно тарелки для последующего его удаления из резервуара.
[0003] Пленка жидкости, образующаяся на внутренней поверхности стенки циклонов, продвигается под воздействием небольшого количества газа через узкие отверстия в стенке в открытый объем корпуса. Затем жидкость отделяется от газа и собирается на дне корпуса, где она заходит в сточную трубу для прохода на дно резервуара для последующего удаления. Газ, с помощью которого перемещают пленку жидкости в открытый объем корпуса, затем повторно используют во внутренних камерах циклонов.
[0004] Усовершенствование конструкции циклонных каплеуловителей является желательным для обеспечения высокой эффективности отделения в диапазоне рабочих давлений при уменьшении сложности изготовления и сборки циклонных каплеуловителей.
Сущность изобретения
[0005] Настоящее изобретение, согласно одному его аспекту, направлено на создание циклона для циклонного каплеуловителя. Циклон содержит: внутреннюю стенку, охватывающую внутреннюю камеру, содержащую впускной конец и противоположный выпускной конец; наружную стенку, окружающую внутреннюю стенку и отстоящую наружу от внутренней стенки для создания наружной камеры в пространстве между внутренней стенкой и наружной стенкой; отверстия, выполненные во внутренней стенке для обеспечения возможности прохода текучей среды, находящейся во внутренней камере, через отверстия в наружную камеру; завихритель, расположенный у впускного конца внутренней камеры; и волокнистую прокладку, расположенную в наружной камере. В одном варианте осуществления внутренняя стенка и наружная стенка выполнены в виде усеченных конусов, а выпускная камера открыта с одного конца для обеспечения возможности выхода текучей среды из выпускной камеры через открытый конец.
[0006] Изобретение, согласно другому его аспекту, направлено на создание циклонного каплеуловителя, в котором ряд циклонов, описанных выше, непосредственно прикреплен к стороне полотна тарелки, расположенной против стороны, с которой поступает поток текучей среды. Циклоны не сгруппированы внутри корпусов, как в некоторых обычных конструкциях циклонных каплеуловителей, а просто установлены на полотне тарелки, и нет стенок или конструктивных элементов, отделяющих циклоны друг от друга.
[0007] Изобретение, согласно дополнительному его аспекту, направлено на создание способа удаления капель жидкости и тумана от газа в потоке пара посредством использования циклонов и циклонных каплеуловителей, описанных выше. Способ включает этапы: пропуск потока пара через завихритель в циклон для сообщения потоку газа вихревого движения при его заходе во внутреннюю камеру циклона, где в результате вихревого движения потока газа капли жидкости, находящиеся в потоке пара, отбрасываются к внутренней поверхности внутренней стенки упомянутой внутренней камеры; удаление, по меньшей мере, некоторых из упомянутых капель жидкости с внутренней поверхности внутренней стенки посредством перемещения их с помощью части упомянутого газа через щели в упомянутой внутренней стенке в наружную камеру, окружающую внутреннюю камеру; улавливание упомянутых капель жидкости от упомянутой части газа посредством пропускания упомянутых капель жидкости и упомянутой части газа через волокнистую прокладку, находящуюся в упомянутой наружной камере; и удаление другой части упомянутого газа из внутренней камеры через открытый выпускной конец внутренней камеры для выпуска из циклона.
Краткое описание чертежей
[0008] На фиг. 1 изображен вертикальный разрез резервуара, где показан циклонный каплеуловитель согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, расположенный во внутренней открытой области резервуара;
[0009] На фиг. 2 изображен вертикальный разрез в увеличенном масштабе одного из циклонов, показанных на фиг. 1, установленный на части полотна тарелки; и
[00010] На фиг. 3 изображен вертикальный вид сбоку одного из циклонов.
Подробное описание изобретения
[00011] Резервуар обозначен, в общем, позицией номер 10 (см. фиг. 1) и содержит: вертикальную цилиндрическую оболочку 12, которой ограничена открытая внутренняя область 14. Резервуар 10 может быть каплеотбойником, выпарным аппаратом, паросборником, перегонной колонной, газоочистительной колонной или каким-либо резервуаром из различных других типов резервуаров, в котором должно происходить удаление капель жидкости из потока текучей среды. Впускной патрубок 16 расположен на предварительно выбранной высоте в оболочке 12 для введения потока текучей среды, обозначенной стрелкой 18, в открытую внутреннюю область 14. В одном варианте осуществления впускной патрубок 16 является радиально ориентированным патрубком. В другом варианте осуществления впускной патрубок 16 является тангенциально ориентированным патрубком.
[00012] Верхний выпускной патрубок 20 расположен в оболочке 12 для удаления обработанного потока текучей среды, обозначенной стрелкой 22, выводимой из резервуара 10. В одном варианте осуществления выпускной патрубок 20 расположен, в общем, на той же высоте в оболочке 12, на которой расположен впускной патрубок 16. В представленном на фиг. 1 варианте осуществления выпускной патрубок 20 расположен вверху оболочки 12 выше высоты расположения впускного патрубка 16. Когда выпускной патрубок 20 расположен выше впускного патрубка 16, парораспределитель 24 может быть расположен в открытой внутренней области 14, например, на высоте расположения впускного патрубка 16, для уменьшения скорости поступающего потока текучей среды 18 и для распределения его в горизонтальном направлении по поперечному сечению резервуара 10. Нижний выпускной патрубок 26 обеспечен внизу оболочки 12 для отвода жидкости 27, собирающейся внизу резервуара 10.
[00013] Циклонный каплеуловитель 28 согласно настоящему изобретению содержит предварительно выбранный ряд отдельных циклонов 30, расположенных на полотне тарелки 32 в открытой внутренней области 14 резервуара 10. Циклонный каплеуловитель 28 используют для удаления капель жидкости и тумана из поступающего потока текучей среды 18 до ее выпуска в виде обработанного потока текучей среды 22 через выпускной патрубок 20. Сетчатая прокладка 29 может быть расположена между парораспределителем 24 и циклонным каплеуловителем 28 для увеличения размера капель жидкости в потоке текучей среды 18, чтобы их можно было легче удалять в циклонном каплеуловителе 28.
[00014] Каждый циклон 30 (см. фиг. 2 и 3) имеет по существу одинаковую конструкцию и содержит внутреннюю стенку 34, проходящую вверх от завихрителя 36, содержащего расположенные под углом лопатки 38, с помощью которых сообщают вращательное вихревое движение потоку текучей среды 18 при ее прохождении через завихритель 36. Внутренней стенкой 34 ограничена внутренняя камера 40 с открытым концом, которая открыта для прохода в осевом направлении части потока текучей среды 18 после ее прохода через завихритель 36. Внутренняя стенка 34 в одном варианте осуществления выполнена, в общем, в виде усеченного конуса, а в другом варианте осуществления выполнена, в общем, в виде цилиндра. Возможны и другие конфигурации, и они подпадают под объем действия изобретения. Внутренняя стенка 34 содержит ряд отверстий, которые в одном варианте осуществления выполнены в виде узких щелей 42, продолговатых в осевом направлении, с помощью которых обеспечивается возможность прохода наружу текучей среды сквозь внутреннюю стенку 34. В сочетании с щелями 42 или вместо них могут быть использованы другие варианты осуществления отверстий.
[00015] Наружной стенкой 44 окружена внутренняя стенка 34, и первая отстоит наружу от внутренней стенки 34 для создания кольцевой наружной камеры 46 в объеме между наружной стенкой 44 и внутренней стенкой 34. В одном варианте осуществления наружная стенка 44 выполнена в виде усеченного конуса, форма которого является дополнительной по отношению к форме внутренней стенки 34, чтобы кольцевая наружная камера 46 имела одинаковую ширину <по всей ее высоте>. В другом варианте осуществления наружная стенка 44 имеет цилиндрическую форму, которая является дополнительной по отношению к форме внутренней стенки 34, чтобы кольцевая наружная камера 46 имела одинаковую ширину <по всей ее высоте>. В других вариантах осуществления форма наружной стенки 44 не должна быть дополнительной по отношению к форме внутренней стенки 34, и при этом кольцевая наружная камера 46 имеет переменную ширину <по ее высоте>. Например, кольцевая наружная камера 46 может иметь меньшую ширину у отдаленного конца циклона 30, чем у впускного конца циклона 30.
[00016] Наружная стенка 44 может иметь такую же длину в осевом направлении, что и внутренняя стенка 34 и может быть расположена таким же образом, как и внутренняя стенка 34. В представленном варианте осуществления наружная стенка 44 имеет меньшую длину в осевом направлении, чем внутренняя стенка 34, и расположена таким образом, чтобы края наружной стенки 44 и внутренней стенки 34 около выпускного конца циклона 30 находились, в общем, в одной и той же плоскости, а противоположный край наружной стенки 44 расположен в промежуточном положении относительно высоты внутренней стенки 34 таким образом, чтобы часть 48 внутренней стенки 34 около впускного конца внутренней камеры 40 не была окружена наружной стенкой 44. В одном варианте осуществления часть 48 внутренней стенки 34, не окруженная наружной стенкой 44, имеет цилиндрическую форму скорее, чем форму в виде усеченного конуса.
[00017] Изогнутое внутрь кольцо 50 сформировано или расположено около отдаленного края наружной стенки 44 у выпускного конца циклона 30 для блокирования, или ограничения, одного конца кольцевой наружной камеры 46, тогда как противоположный конец кольцевой наружной камеры 46 остается открытым. Кольцо 50 может выступать внутрь внутренней стенки 34 на предварительно выбранное расстояние для образования выступа 52. В одном варианте осуществления зазор 54 выполнен посредством установки проставок 55 между отдаленным краем внутренней стенки 34 и кольцом 50 для обеспечения возможности прохода текучей среды из внутренней камеры 40 через зазор 54 в кольцевую наружную камеру 46. С помощью зазора 54 также обеспечивают возможность прохода текучей среды из кольцевой наружной камеры 46 во внутреннюю камеру 40. В другом варианте осуществления кольцо 50 выполнено в виде отдельной от наружной стенки 44 части, и оно расположено немного выше над отдаленными краями наружной стенки 44 и внутренней стенки 34 для обеспечения возможности выхода текучей среды из кольцевой наружной камеры 46 в пространство между отдаленным краем наружной стенки 44 и кольцом 50.
[00018] Каждый завихритель 36 дополнительно содержит: цилиндрическую стенку 56, диаметр которой приблизительно равен диаметру цилиндрической части 48 внутренней стенки 34 соответствующего циклона 30; опорный фланец 58 на одном конце цилиндрической стенки 56 для привинчивания завихрителя 36 к полотну тарелки 32; и другой фланец 60 для привинчивания завихрителя 36 к контрфланцу 62 у конца цилиндрической части 48 внутренней стенки 34 циклона 30. В одном варианте осуществления лопатки 38 завихрителя 36 прикреплены их внутренними (в радиальном направлении) краями к центральной ступице 64 и их наружными (в радиальном направлении) краями - к несущему кольцу 66, расположенному между фланцами 60 и 62, и привинченному к ним. В представленном варианте осуществления обеспечено два комплекта лопаток 38 и связанных с ними центральных ступиц 64, и несущих колец 66. Один комплект лопаток 38 находится внутри цилиндрической стенки 56 завихрителя 36, а другой комплект лопаток находится внутри цилиндрической части 48 внутренней стенки 34 циклона 30. Угол атаки лопаток 38 внутри цилиндрической стенки 56 может быть больше угла атаки лопаток 38 внутри внутренней стенки 34 для уменьшения падения давления потока текучей среды 18 при проходе ее через завихритель 36. В другом варианте осуществления несущие кольца 66 завихрителя 36 просто приварены к внутренней поверхности цилиндрической части 48 внутренней стенки 34 для исключения, таким образом, необходимости в обеспечении цилиндрической стенки 56 и фланцев 58 и 60. Фланец 62 на конце цилиндрической части 48 внутренней стенки 34 при этом привинчивают непосредственно к полотну тарелки 32.
[00019] Отделяющее устройство, которым в одной форме является волокнистая прокладка 68, расположено в наружной камере 46 для удаления капель жидкости или тумана из потока текучей среды 18 при ее проходе через наружную камеру 46. Волокнистая прокладка 68 содержит тканевые или нетканевые волокна, на которых жидкость в виде капель или тумана сливается, и образуются более крупные капели жидкости, которые затем проходят сквозь волокнистую прокладку 68 и выходят через открытый конец кольцевой наружной камеры 46 до стекания на полотно тарелки 32. Волокнистой прокладкой 68 покрыты щели 42 и заполнена предварительно выбранная доля объема наружной камеры 46, например, более 50% объема или весь, или по существу весь ее объем. Плотность волокнистой прокладки 68 и толщину отдельных волокон выбирают таким образом, чтобы обеспечивалась желаемая эффективность отделения.
[00020] В одном варианте осуществления волокна, используемые в волокнистой прокладке 68, могут быть изготовлены из металла, металлического сплава, стекла, керамики, углерода или полимерного материала. Примеры металлов включают: титан, алюминий и медь. Примеры металлических сплавов включают: сплавы на основе нержавеющей стали и/или никеля, например, сплавы 100, 300, 400, 600, 800 и т.п. Примеры полимерных материалов включают: полипропилен, поливинилиденфторид, этиленхлоротрифторэтилен, политетрафторэтилен, волокна из сложного полиэфира или углерода.
[00021] Полотно тарелки 32, на которой установлены циклоны 30, является, в общем, плоским и содержит ряд проходов 70, совмещенных с внутренними камерами 40 циклонов 30 таким образом, чтобы поток текучей среды 18 мог проходить через проходы 70 и заходить в циклоны 30. В одном варианте осуществления полотно тарелки 32 расположено вертикально, а циклоны 30 расположены горизонтально на поверхности полотна тарелки 32 со стороны, противоположной поверхности, обращенной к впускному патрубку 16. В представленном варианте осуществления полотно тарелки 32 расположено горизонтально вдоль всего поперечного сечения резервуара 10, а циклоны 30 выступают вертикально вверх над верхней поверхностью полотна тарелки 32. Одна или большее количество сточных труб 72 проходят вниз от одного или большего количества отверстий 74 в полотне тарелки 32 до высоты ниже парораспределителя 24.
[00022] Согласно способу, раскрытому в настоящем изобретении, поток текучей среды 18 подают в резервуар 10 через впускной патрубок 16, и этот поток разделяется при заходе в циклонные каплеуловители 28 через проходы 70 в полотне тарелки 32. Разделенные потоки текучей среды 18 проходят через завихрители 36 в циклонах 30, <обтекают> расположенные радиально наклоненные лопатки 38, приобретают вихревое движение при проходе через завихрители 36 и заходят во внутренние камеры 40 циклонов 30.
[00023] Под воздействием вихревого движения капли жидкости или тумана из потока текучей среды 18 отбрасываются к внутренним поверхностям внутренних стенок 34, тогда как большая часть газа из потока текучей среды 18 проходит в осевом направлении через внутренние камеры 40 и выходит из циклонов 30 через открытые выпускные концы внутренних камер 40. Жидкость, отброшенная к внутренним стенкам 34, сливается в пленку жидкости, движущуюся вдоль внутренних стенок 34. Затем пленка жидкости выходит из внутренних камер 40 и заходит в наружные камеры 46, проходя через щели 42 во внутренних стенках 34 вместе с небольшой, или незначительной, частью газа из потока текучей среды 18. Любая пленка жидкости, обошедшая щели 42, захватывается выступами 52 вверху внутренних стенок 34, а затем проходит через зазоры 54 в наружные камеры 46 с другой небольшой частью газа из потока текучей среды 18.
[00024] Жидкость и небольшие части газа в наружной камере 46 затем движутся в противоположном осевом направлении через волокнистую прокладку 68. Жидкость отделяется от газа при соударении капель жидкости с волокном в волокнистой прокладке 68 и сливается в более крупные капли, которые движутся через волокнистую прокладку 68 и стекают через открытый конец наружной камеры 46. Когда полотно тарелки 32 ориентировано горизонтально, отделенная жидкость стекает на верхнюю поверхность полотна тарелки 32 и уходит в сточные трубы 72, откуда она попадает в нижнюю часть резервуара 10 под парораспределителем 24. Когда полотно тарелки 32 ориентировано вертикально, отделенная жидкость просто стекает в нижнюю часть резервуара 10. Жидкость затем удаляют из резервуара 10 через нижний выпускной патрубок 26.
[00025] Основная часть потока текучей среды 18, обработанная посредством удаления капель жидкости или тумана из газа, выходит через открытые концы внутренних камер 40. Небольшие части газа из потока текучей среды 18, которые проходят через волокнистые прокладки 68, выходят через открытые концы наружных камер 46 и снова соединяются с основной частью потока текучей среды 18 до выхода из резервуара 10, в виде обработанного потока текучей среды 22 через верхний выпускной патрубок 20.
[00026] Из сказанного выше должно быть понятно, что данное изобретение хорошо приспособлено к достижению всех целей и решению всех задач, указанных выше, и обладает другими преимуществами, присущими предложенной конструкции.
[00027] Должно быть понятно, что определенные признаки и субкомбинации являются полезными, и их можно использовать без ссылки на другие признаки и субкомбинации. Это предусмотрено изобретением и подпадает под объемом действия изобретения.
[00028] Так как возможны многие варианты осуществления изобретения без отступления от его объема, должно быть понятно, что все сущностные признаки изобретения, представленные в данном описании или показанные на прилагаемых чертежах, следует интерпретировать как иллюстративные, а не ограничивающие объем изобретения.