ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ
AXIAL FLOW SEPARATION ELEMENT

Изобретение относится к устройствам для очистки газа от жидких примесей с использованием центробежных сил, возникающих при закручивании газового потока, и может быть использовано для разделения газожидкостных потоков в нефтяной, газовой, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Известен центробежный сепарационный элемент, являющийся составной частью многоступенчатого центробежного сепаратора и содержащий обечайку с завихрителем, ловушкой жидкости и газоотводящим патрубком. Сепаратор снабжен осевой трубой, один конец которой размещен в полости обечайки, а другой - в выходном патрубке обечайки (авт. свид. СССР №768432, МПК В01D 45/12, опуб. 1980 г., ОБ №7).
Общими признаками известного центробежного сепарационного элемента с предлагаемым являются:
- обечайка;
- завихритель;
- каплеуловитель жидкости.
Недостатком известного устройства является низкоэффективное отделение жидкости от газа, обусловленное вторичным уносом капель, осевших в виде пленки на осевую трубу.
6
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является центробежный сепарационный элемент, включающий обечайку с ловушкой отделенной жидкости и завихритель. Внутри обечайки соосно ей размещено полое тело цилиндрической формы, один торец которого выполнен герметичным и выступающим над ловушкой отделенной жидкости, а другой торец выполнен в виде сопла и расположен над завихрителем, кроме того, выступающая торцовая часть полого тела снабжена газоподводящими патрубками (патент №2140317, МПК В01D 45/12, опуб. 12.10.1999, ОБ №30).
Общими признаками известного и предлагаемого устройств являются:
- обечайка;
- завихритель;
- каплесъемник;
- размещенное сосно с обечайкой полое тело;
- один торец полого тела расположен вблизи завихрителя и выполнен с отверстием;
- противоположный торец полого тела выполнен герметичным и снабжен газоподводящими патрубками.
Недостатком известного устройства является недостаточно высокая эффективность разделения газа и жидкости из-за вторичного уноса, вызванного осаждением части мелких капель, отскочивших на наружную поверхность полого центрального тела, и поступлением на нее в виде пленки части жидкости из внутренней полости полого центрального тела.
Техническая задача заключается в достижении высокой эффективности разделения газожидкостной смеси за счет снижения уноса газа с жидкостью.
Поставленная задача достигается тем, что в центробежном сепарационном элементе, содержащем обечайку, завихритель, каплесъемник и размещенное соосно с обечайкой полое тело, один торец которого расположен вблизи завихрителя и выполнен с отверстием, а противоположный торец выполнен герметичным и снабжен газоподводящими патрубками, полое тело выполнено с элементом, обеспечивающим разрушение регулярных токов пленки жидкости.
Кроме того, поверхность полого тела имеет перфорацию, выполненную вблизи герметичного торца.
Кроме того, проходное сечение перфорации поверхности полого тела равно или больше проходного сечения отверстия полого тела, выполненного на его торце.
Кроме того, элемент, обеспечивающий разрушение регулярных токов пленки жидкости, выполнен в виде сетки, закрепленной на внешней поверхности полого тела, расположенной вблизи его торца с отверстием.
Кроме того, элемент, обеспечивающий разрушение регулярных токов пленки жидкости, размещен от торца полого тела, расположенного вблизи завихрителя, на расстоянии 0,25-0,75 от длины полого тела.
Выполнение полого центрального тела с элементом, обеспечивающим разрушение регулярных токов пленки жидкости, позволяет осевшие аэрозоли, продвигающиеся по полому центральному телу в виде пленки по направлению движения газа, собирать в крупные капли, которые под действием сил динамического давления поступательно направленного вращающегося потока преодолевают силы сцепления и, оторвавшись от коалесцирующей поверхности, осаждаются на внутреннюю поверхность обечайки и отводятся из обечайки вместе с аэрозолью, осевшей на ее внутренней полости.
Выполнение поверхности полого центрального тела, расположенной вблизи герметичного торца, с перфорацией позволяет доулавливать пленку жидкости, скапливающуюся на внешней поверхности полого центрального тела в результате действия броуновского движения центростремительных и инерционных сил.
Выполнение проходного сечения перфорации поверхности полого центрального тела равным или большим проходного сечения отверстия полого центрального тела, выполненного на его торце, позволяет уловить всю жидкость, поднимающуюся в виде пленки вверх по полому телу.
Выполнение элемента, обеспечивающего разрушение регулярных токов пленки жидкости, в виде сетки, закрепленной на внешней поверхности полого центрального тела, позволяет при сохранении основного эффекта - достижении высокой эффективности разделения газожидкостной смеси за счет снижения уноса газа с жидкостью - упростить изготовление самого элемента по сравнению с другими видами разрушающих поверхностей.
Размещение элемента, обеспечивающего разрушение регулярных токов пленки жидкости, от торца полого центрального тела, расположенного вблизи завихрителя, на расстоянии 0,25-0,75 от длины полого центрального тела, как было экспериментально установлено, охватывает весь рабочий диапазон поверхности, на которой наиболее эффективно протекает процесс коалесценции.
Центробежный сепарационный элемент представлен на чертеже. Центробежный сепарационный элемент состоит из обечайки 1, завихрителя 2, расположенного на одном торце обечайки 1, каплесъемника 3, расположенного на противоположном торце обечайки 1, и полого тела 4, расположенного соосно с обечайкой 1. Полое тело 4 выполнено с элементом 5, обеспечивающим разрушение регулярных токов пленки жидкости. Элемент 5 выполнен в виде сетки с размером ячеек 1÷2 мм, закрепленной на внешней поверхности полого тела 4 со стороны его торца, расположенного вблизи завихрителя 2. Элемент 5, обеспечивающий разрушение регулярных токов пленки жидкости, размещен от торца полого тела 4, расположенного вблизи завихрителя 2, на расстоянии 0,25-0,75 от длины полого тела 4. В торце полого тела 4, расположенном вблизи завихрителя 2, выполнено отверстие 6. Противоположный торец 7 полого тела 4 выполнен герметичным и снабжен газоподводящими патрубками 8, соединяющими внутреннюю полость полого тела 4 с внешним пространством. Поверхность полого тела 4, расположенная вблизи герметичного торца 7, имеет перфорации 9. Проходное сечение перфорации 9 поверхности полого тела 4 равно или больше проходного сечения отверстия 6 полого тела 4.
Центробежный сепарационный элемент работает следующим образом. Газожидкостный поток поступает внутрь завихрителя 2, где под действием центробежных сил, возникающих за счет наклонного расположения лопаток, закручивается и делится на центральный газовый с зоной пониженного давления и периферийный газожидкостный с зоной повышенного давления. За счет размещения соосно обечайке 1 полого тела 4 центральный газовый поток объединяется с периферийным газожидкостным, что устраняет вторичный унос, вызванный обратными токами. Жидкость под действием центробежных сил осаждается на внутреннюю поверхность обечайки 1 и через каплесъемник 3 с частью газа отводится из потока. Основной поток газа, отделившись от жидкости, выходит через пространство между полым телом 4 и каплесъемником 3. Часть газа, вышедшего через каплесъемник 3 вместе с жидкостью, засасывается через патрубки 8 во внутреннюю полость полого тела 4 и через отверстие 6 подается в зону пониженного давления центробежного поля.
Далее основная часть жидкости отбрасывается на внутреннюю поверхность обечайки 1 и выводится через каплесъемник 3. Мелкодисперсная часть жидкости осаждается на внешнюю поверхность полого тела 4 и силами трения вращающегося газового потока направляется вверх в виде пленки, в которой содержатся также капли вторичного уноса (разбрызгивание, турбулентные пульсации и т.д.). Жидкость попадает в ячейки, образованные структурой элемента 5, выполненного в виде сетки, и поверхностью полого тела 4, где накапливается до размеров, при которых под действием сил динамического давления поступательно направленного вращающегося потока преодолевают силы сцепления и, оторвавшись от коалесцирующей поверхности, осаждаются на внутренней поверхности обечайки 1. Оставшаяся в виде пленки жидкость, осевшая на наружную поверхность полого центрального тела 4, через перфорированную часть 9 поступает во внутреннюю полость полого тела 4, откуда через отверстие 6 поступает во внутреннюю полость обечайки 1.