ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР
CENTRIFUGAL SEPARATOR

Изобретение относится к конструкциям прямоточных сепараторов, которые применяются в процессах очистки природного газа, разделения двухфазных сред, преимущественно газ-жидкость, и может найти применение во всех технологических процессах в нефтяной, газовой, химической и других смежных отраслях промышленности.
Известен пылегазоразделитель для очистки газов от механических примесей (пылей), содержащий приемную камеру с тангенциальным входным патрубком для запыленного газа, корпус, выхлопную трубу с выполненной на ее наружной поверхности спирально-винтовой направляющей, установленной с радиальным зазором к корпусу, пылесборник (Патент РФ №2253515, МПК B04C 5/103, опубл. 10.06.2005 г.). В этом устройстве запыленный газ по тангенциальному патрубку поступает в приемную камеру, вращаясь, входит в спирально-винтовой канал, образованный витками спирально-винтовой вставки и поверхностями труб, и движется по каналу в направлении к пылесборнику. Под действием центробежной силы, действующей на частицы пыли при их движении в винтовом канале, они устремляются к внутренней стенке корпуса, осаждаются на ней и под действием силы тяжести сползают по стенке в виде цилиндрического кольцевого слоя в направлении пылесборника. Достигнув нижней кромки корпуса, частицы пыли срываются с нее и устремляются в пылесборник, и по мере накопления, по патрубку удаляются из аппарата. Отсепарированнный газовый поток на выходе из спирально-винтового канала мощной струей ударяется о внутреннюю поверхность полого цилиндра, вращаясь внутри цилиндра, теряет энергию и скорость и в виде спокойного потока входит в выхлопную трубу и по ней уходит на выброс.
Данное устройство работает недостаточно эффективно, так как попадающие на внутреннюю стенку корпуса под действием центробежной силы мелкодисперсные частицы при ударе со стенкой корпуса отскакивают от нее и возвращаются в винтовой поток, что приводит к повышению вторичного уноса частиц.
Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому результату является пылеуловитель мелкодисперсной пыли, содержащий цилиндрический корпус с коническим днищем, в верхней части которого размещен тангенциальный патрубок в виде плоского щелевого канала, вертикально расположенный выхлопной патрубок для отвода газа (Патент РФ №2316397, МПК B04C 5/107, опубл. 10.02.2008 г.). По образующим внутренней поверхности корпуса на длине, равной высоте плоского входного участка, в направлении движения потока запыленного газа, установлены направляющие.
Недостатком указанной конструкции пылеуловителя является то, что направляющие служат для отклонения потока от стенок с последующим возвращением его к стенке, что порождает значительные турбулентные пульсации и крупномасштабные турбулентные вихри, которые уносят часть отсепарированных на стенке корпуса частиц вглубь потока, что увеличивает вторичный унос, от которого зависит эффективность улавливания мелкодисперсных частиц.
Задачей изобретения является повышение эффективности улавливания из двухфазных потоков мелкодисперсных частиц.
Повышение эффективности процесса сепарации достигается за счет уменьшения величины вторичного уноса капель жидкости, отсепарированных на внутренней стенке аппарата с помощью ее задержки в винтовых каналах между стенкой аппарата и направляющими, выполненными в виде пластины в форме непрерывной спирали; а также в уменьшении крупных турбулентных образований и вихрей вблизи стекающей пленки жидкости на корпусе аппарата, тем самым исключении вторичного уноса капель жидкости, попавших в винтовые каналы между стенкой корпуса и спиральной перегородкой за счет уменьшения продольной скорости движения капель жидкости в винтовых каналах при установке таковых.
Эффективное разделение потока обеспечивается отводом жидкости в патрубок для слива жидкости с помощью винтовых каналов, по которым она стекает вниз.
Указанная задача достигается тем, в центробежном сепараторе для разделения двухфазного потока, преимущественно газожидкостного, содержащем вертикально расположенный цилиндрический корпус с днищем, в верхней части которого размещен тангенциальный патрубок для ввода потока, выхлопной патрубок для отвода газа и патрубок для удаления дисперсной фазы в его нижней части с направляющими на внутренней поверхности корпуса, согласно изобретению корпус снабжен распределителем потока, выполненным в виде полого обратного усеченного конуса, размещенного между тангенциальным патрубком и направляющими, при этом направляющие выполнены в виде пластины в форме непрерывной спирали, расположенной под углом к образующей корпуса навстречу газожидкостному потоку, и образующей со стенкой корпуса винтовые каналы для сбора жидкости, кромка каждого нижележащего витка спиральной пластины расположена выше места крепления к корпусу вышележащего витка.
1
2
Длина участка, снабженного направляющими, h может быть равна 0,5÷0,7 высоты цилиндрической части корпуса h. Угол крепления пластин может быть равен α=20°÷45°. Длина шага между витками спиральной пластины h может быть равна 0,5÷0,8 ширины пластины а.
Схематично на фиг.1 изображен центробежный сепаратор.
1
2
Центробежный сепаратор содержит вертикально расположенный цилиндрический корпус 1 с днищем 2, в верхней части которого размещен тангенциальный патрубок для ввода газожидкостного потока 3, выхлопной патрубок для отвода газа 4 и патрубок для удаления дисперсной фазы в его нижней части 5. Корпус на внутренней поверхности снабжен направляющими 6, выполненными в виде пластины в форме непрерывной спирали, расположенной под углом к образующей корпуса навстречу газожидкостному потоку α=20°÷45°, и образующей со стенкой аппарата винтовые каналы для сбора жидкости 7. Длина участка, снабженного направляющими, h равна 0,5÷0,7 высоты цилиндрической части корпуса h. Кромка каждого нижележащего витка спиральной пластины расположена выше места крепления к корпусу вышележащего витка. Длина шага между витками спиральной пластины h равна 0,5÷0,8 ширины пластины а. В верхней части корпус снабжен распределителем потока 8, выполненным в виде полого обратного усеченного конуса, размещенного между тангенциальным патрубком и направляющими.
Устройство работает следующим образом. Газожидкостный поток поступает в аппарат через тангенциально расположенный к корпусу 1 аппарата патрубок 3. Под действием центробежной силы капли движутся к боковым стенкам корпуса 1. Капли, попадая на наклонные направляющие 6, не разбрызгиваются, так как их поверхность установлена под наклоном к траектории движения капли. При этом капли теряют кинетическую энергию (при соприкосновении со стенкой скорость их снижается), что также исключает разбрызгивание капель. Далее капли стекают по направляющим 6 и попадают в винтовые каналы 7, где продольное движение газожидкостного потока мало, что исключает возникновение крупных вихревых турбулентных образований, которые могли бы осуществить вторичный унос отсепарированной жидкости на стенке аппарата. Отсепарированная жидкость по винтовым каналам 7 стекает в нижнюю часть корпуса, попадает в днище 2 и удаляется через патрубок для удаления дисперсной фазы 5. Распределитель потока 8, расположенный между тангенциальным патрубком и направляющими, отжимает газожидкостный поток от стенки корпуса, что приводит к тому, что вблизи внутренних краев винтовых каналов вертикальные скорости потока незначительны, велики только азимутальные скорости, что создает оптимальные условия для осаждения капель на винтовых каналах, а также исключает рождение крупных турбулентных вихрей вблизи внутренних стенок винтовых каналов.
Установка направляющих, выполненных в виде пластины в форме непрерывной спирали, позволяет:
а) образовывать со стенкой корпуса винтовые каналы, по которым отсепарированная жидкость стекает на дно аппарата;
б) капле, попавшей на наклонные поверхности направляющих, не разбрызгиваться, так как их поверхность установлена под наклоном к траектории движения капли, стекать к стенке корпуса, попадая в винтовые каналы, при этом капля теряет кинетическую энергию, и при соприкосновении со стенкой скорость ее снижается, что также исключает разбрызгивание капли;
в) исключить возникновение крупных вихревых турбулентных образований, которые могли бы осуществить вторичный унос жидкости со стенки корпуса, так как в винтовых каналах между направляющими и корпусом продольное движение газового потока мало.
Установка распределителя потока позволяет отжимать газожидкостный поток от стенки корпуса, что приводит к тому, что вблизи внутренних краев винтовых каналов вертикальные скорости потока незначительны, велики только азимутальные скорости, что создает оптимальные условия для осаждения капель на винтовых каналах, а также исключает рождение крупных турбулентных вихрей вблизи внутренних стенок винтовых каналов.
Предлагаемая конструкция центробежного сепаратора позволяет расширить сферу применения центробежных сепараторов, повысить эффективность разделения двухфазных потоков до 99,9%, она проста в изготовлении и может быть получена при реконструкции известных сепараторов, согласно изобретению путем размещения направляющих, выполненных в виде пластины в форме непрерывной спирали и распределителя потока, позволяющих уменьшить величину вторичного уноса капель жидкости из аппарата.