ЦИКЛОН
CYCLONE

Изобретение относится к области очистки газа от жидкости и мехпримесей на объектах газовой, нефтяной и нефтехимической промышленности и может быть использовано на газовых и нефтяных промыслах, а также на компрессорных станциях магистральных газопроводов.
Известен циклон для удаления примесей из газа (патент США №3169842, кл. US 55-449, от 16.02.1965 г.), включающий корпус, выпускную трубу, расположенную в осевом направлении в корпусе, снабженную в нижней цилиндрической части коническим отражателем потока, прикрепленным к ней меньшим своим основанием, лопатки завихрителя. Каждая лопатка имеет искривление, придающее потоку газа движение вдоль нее к заднему краю. Увеличивающаяся компонента скорости сообщает направление движения по касательной к корпусу, что способствует возникновению завихрения газового потока до его поступления в выпускную трубу. Отделяемые примеси сбрасываются в нижнюю часть корпуса.
Циклон для удаления примесей из газа обладает рядом недостатков. Пленка жидкости, которая образуется на наружной поверхности выпускной трубы над завихрителем (вследствие осаждения капель жидкости (аэрозоля) на поверхности выпускной трубы за счет действия инерционных сил), движется по наружной поверхности выпускной трубы вместе с газовым потоком. Завихритель не разрушает пленки. При перетекании пленки на конический отражатель под завихрителем часть ее разрывается газовым потоком и капли жидкости за счет действия вращающегося потока и инерционных сил переносятся на внутреннюю поверхность корпуса и далее выводятся из циклона. Часть жидкости, оставшаяся на поверхности конического отражателя в виде пленки, перетекает на его внутреннюю поверхность и выносится из циклона через выпускную трубу газовым потоком. Все это ведет к снижению эффективности работы аппарата.
3
Известен циклон с усовершенствованным направляющим устройством (патент DE №3230280, МКИ В04С 5/107 от 14.08.82 г. (прототип)) для закручивания входящего газового потока, включающий корпус, выпускную трубу и конический отражатель.
Данное техническое решение позволяет частично устранить недостатки аналога за счет того, что конический отражатель закреплен меньшим своим основанием коаксиально на выпускной трубе и непосредственно под направляющим устройством для завихрения газового потока. Большее основание конического отражателя расположено в сепарационной камере циклона ниже выпускной трубы. Выпускная труба установлена вдоль продольной оси корпуса.
Однако уменьшение проходного сечения для газового потока в направляющем устройстве и во всей полости формирования потока от направляющего устройства до большего основания конического отражателя вызывает повышенное гидравлическое сопротивление, а повышение скорости газового потока в зауженной части циклона в зоне большего основания конического отражателя не обеспечивает срыв всей части пленки, формирующейся на коническом отражателе, и оставшаяся часть пленки за счет сил поверхностного натяжения перетекает в карман, образованный коническим отражателем и выпускной трубой, накапливается в узкой верхней его части и перетекает по выпускной трубе вниз с наружной ее поверхности на внутреннюю. Все вышесказанное ведет к уменьшению эффективности циклона.
Таким образом, целью изобретения является повышение эффективности, увеличение производительности и снижение гидравлического сопротивления циклона.
Указанная цель достигается за счет того, что над завихрителем монтируется конический отражатель, причем большее его основание примыкает к лопаткам завихрителя, а меньшее основание плотно соединено с наружной поверхностью выпускной трубы.
Благодаря этому основная часть пленки жидкости с наружной поверхности выпускной трубы уже на входе в циклон перетекает на конический отражатель, срывается с него и в виде укрупненных капель попадает на лопатки завихрителя. За счет действия центробежных сил уже в полости завихрителя капли переносятся на внутреннюю поверхность корпуса циклона. Тем самым повышается эффективность очистки в зоне завихрителя; уменьшается толщина пленки на наружной поверхности выпускной трубы ниже завихрителя. За счет этого создаются благоприятные условия для отвода жидкости с наружной поверхности конического отражателя, прикрепленного на входе газа в выпускную трубу, при этом большее его основание находится в одной плоскости с нижним обрезом выпускной трубы, что позволяет повысить производительность и эффективность циклона при увеличении скорости газа.
Снижение гидравлического сопротивления достигается тем, что большее основание конического отражателя потока, прикрепленного на входе газа в выпускную трубу, расположено в одной плоскости с нижним обрезом выпускной трубы, угол раскрытия конусов конических отражателей составляет 60°, а наружный диаметр большего основания отражателей составляет:
,
Где k=2,2-2,5,
k
D - наружный диаметр отражателя, мм;
n
d - наружный диаметр выпускной трубы, мм;
в
D - внутренний диаметр корпуса циклона, мм;
k - коэффициент;
k<2,2 - приводит к увеличению гидравлического сопротивления;
k>2,5 - снижает эффективность сепарации.
Вышеуказанное соотношение элементов обеспечивает срыв практически всей пленки, а динамика газового потока препятствует накоплению пленки жидкости в карманах под отражателями.
Авторам не известны из существующего уровня техники циклоны, в которых снижение гидравлического сопротивления, повышение эффективности и производительности достигалось бы подобным образом.
Целью данного изобретения является повышение эффективности, увеличение производительности и снижение гидравлического сопротивления.
На фиг.1 изображен эскиз циклона.
На фиг.2 - узел А.
Циклон включает в себя корпус 1, лопатки завихрителя 2, выпускную трубу 3, конический отражатель потока 4, смонтированный над лопатками завихрителя, отражатель потока 5, прикрепленный на входе газа в выпускную трубу. В нижней части корпуса циклон оснащен отверстием 6 для отвода отсепарированной жидкости и мехпримесей. Циклон монтируется между двумя решетками 7, 8.
Работает циклон следующим образом. Неочищенный газ с каплями жидкости (аэрозоля) и мехпримесями поступает в верхнюю часть циклона. Часть капель жидкости вместе с газом поступает на лопатки завихрителя 2, часть их до завихрителя оседает на наружной поверхности выпускной трубы 3, образуя на ней пленку. Пленка жидкости по наружной поверхности выпускной трубы стекает вниз под действием сил тяжести и воздействия движущегося газового потока. Далее пленка жидкости перетекает на наружную поверхность конического отражателя 4, срывается с его поверхности и в виде крупных капель попадает на лопатки завихрителя. За счет действия центробежных сил уже в полости завихрителя укрупненные капли вместе с аэрозолем переносятся на внутреннюю поверхность корпуса циклона и в виде пленки транспортируются к отверстию 6. Оставшаяся на наружной поверхности отражателя 4 в небольшом количестве пленка жидкости перетекает на наружную поверхность выпускной трубы в полости завихрителя и транспортируется по ней к отражателю 5. Поскольку количество пленочной жидкости на поверхности выпускной трубы существенно уменьшено, создаются благоприятные условия для отвода жидкости с наружной поверхности отражателя 5. Эти благоприятные условия позволяют увеличить рабочие скорости и производительность циклона.