ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР
CENTRIFUGAL SEPARATOR

Изобретение относится к конструкциям центробежных сепараторов, которые применяются в процессах очистки газа, разделения двухфазных сред, преимущественно газ-жидкость, и может найти применение во многих технологических процессах в газовой, нефтяной, химической и других смежных отраслях промышленности.
Известен центробежный сепаратор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, тангенциальное устройство подачи очищаемого потока, центральную газоотводящую трубу, патрубок отвода жидкости, отсекающую тарелку с осевым отверстием, расположенную в нижней части корпуса, и отражатель, установленный над осевым отверстием отсекающей тарелки и с зазором по отношению к ней (RU №2147913, МПК В01D 45/12, 27.04.2000 г.).
Данное устройство работает недостаточно эффективно, так как отсутствуют элементы, отделяющие поток отсепарированной дисперсной фазы от газового потока в этой области, что приводит к захвату отсепарированных частиц газовым потоком и повышению вторичного уноса.
Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому результату является центробежный сепаратор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с тангенциальным патрубком для подачи двухфазного потока, выхлопной трубой для отвода газа, патрубком для удаления дисперсной фазы и коническим отбойником в нижней части (RU №2206023, МПК F22B 37/32, 10.06.2003 г.).
В сепараторе патрубок отвода пара размещен внутри корпуса, при этом нижний край этого патрубка расположен ниже патрубков подвода пароводяной смеси на величину не менее 0,2 диаметра патрубков подвода пароводяной смеси и выше нижней торцевой стенки на величину не менее диаметра корпуса, кроме того, на нижнем крае патрубка отвода пара установлена диафрагма, внешний край которой расположен с кольцевым периферийным радиальным зазором относительно корпуса.
Недостатком указанной конструкции центробежного сепаратора является то, что в зоне взаимодействия с газовым потоком отсутствуют устройства для отделения отсепарированной на стенках корпуса дисперсной фазы, что может привести к срыву отсепарированной пленки жидкости и увлечению сорванных капель жидкости в патрубок отвода пара. Эффективность сепарации также снижает возникновение вторичных вихрей в зоне разделения фаз за счет поворота газового потока на 180°, что повышает вероятность уноса из аппарата неотсепарированной мелкодисперсной жидкой фракции.
Задачей изобретения является повышение эффективности улавливания из двухфазных потоков мелкодисперсных частиц.
Указанная задача достигается за счет эффективного отвода отсепарированной пленки дисперсной фазы в подводящей камере со сливным желобом и патрубком для первичного удаления дисперсной фазы, а также с помощью вертикальной перегородки-ловушки, выполненной в нижней части корпуса.
Повышение эффективности процесса сепарации также обеспечивается за счет уменьшения количества мелкодисперсных капель, уносимых в выхлопную трубу для отвода газа, путем их осаждения в ней за счет дополнительной закрутки при прохождении газового потока через кольцевой элемент выхлопной трубы, сбора отсепарированной пленки жидкости, имеющей восходящее движение, в отсекателе дисперсной фазы и отвода через патрубок для удаления дисперсной фазы.
Эффективное разделение потока также обеспечивается за счет исключения возникновения вторичных вихрей при повороте газового потока в выхлопную трубу из-за наличия кольцевого элемента, способствующего разделению выходящего потока и уменьшению, в конечном счете, величины уноса дисперсной фазы, а также за счет отделения собранной в нижней части корпуса дисперсной фазы от зоны взаимодействия с газовым потоком путем установки конического отбойника.
Указанная задача достигается тем, в центробежном сепараторе для разделения двухфазного потока, преимущественно газожидкостного, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с тангенциальным патрубком для подачи газожидкостного потока, выхлопной трубой для отвода газа, патрубком для удаления дисперсной фазы и коническим отбойником в нижней части, согласно изобретению корпус в верхней части снабжен подводящей камерой, нижняя часть которой выполнена со сливным желобом и патрубком для первичного удаления дисперсной фазы, корпус на внутренней поверхности в нижней части снабжен вертикальной перегородкой-ловушкой для дисперсной фазы, выхлопная труба для отвода газа в верхней части снабжена отсекателем дисперсной фазы в виде обратного усеченного конуса с отводящим дисперсную фазу патрубком и в нижней части - соосно расположенным кольцевым элементом из перекрывающих друг друга набора вертикальных пластин, образующих сопловые каналы и ориентированных навстречу набегающему газожидкостному потоку.
Схематично на фиг.1 изображен центробежный сепаратор, на фиг.2 - разрез по А-А, на фиг.3 - разрез по Б-Б.
Центробежный сепаратор содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, подводящую камеру 2 с тангенциальным патрубком 3 для подачи газожидкостного потока, выхлопную трубу 4 для отвода газа и патрубок 5 для удаления дисперсной фазы.
Выхлопная труба 4 для отвода газа в нижней части снабжена соосно расположенным кольцевым элементом 6, составленным из перекрывающих друг друга 30% от ширины набора вертикальных пластин 7, образующих сопловые каналы и ориентированных навстречу набегающему газожидкостному потоку. Вертикальные пластины 7 закреплены с двух сторон на кольцевых основаниях 8. В корпусе 1 установлена перегородка-ловушка 9 для дисперсной фазы, представляющая собой вертикальную пластину, прикрепленную одним ребром к внутренней стенке корпуса. Сепаратор снабжен коническим отбойником 10, примыкающим к внутренней стенке нижней части корпуса 1 по всему периметру, за исключением зазора 11 в месте расположения перегородки-ловушки 9 для дисперсной фазы.
Выхлопная труба 4 для отвода газа в верхней части снабжена отсекателем 12 дисперсной фазы в виде обратного усеченного конуса с отводящим дисперсную фазу патрубком 13.
Подводящая камера 2 в нижней части снабжена сливным желобом 14 и патрубком 15 для первичного удаления дисперсной фазы.
Устройство работает следующим образом. Газ, содержащий капельную жидкость, поступает в подводящую камеру 2 через тангенциальный патрубок 3, приобретая вращательное движение. Под действием центробежной силы крупные капли осаждаются на внутренней поверхности подводящей камеры 2, образуя жидкую пленку, которая, вращаясь, собирается в сливном желобе 14 и отводится через патрубок 15 для первичного удаления дисперсной фазы.
Неотсепарированные в подводящей камере 2 капли жидкости, двигаясь вниз вдоль корпуса 1 под действием центробежной силы, осаждаются на его внутренней поверхности корпуса, образуя вращающуюся пленку жидкости, которая собирается в перегородке-ловушке 9 для дисперсной фазы и стекает вниз через зазор 11 между коническим отбойником 10 и внутренней стенкой корпуса 1, а затем отводится через патрубок 5 для удаления дисперсной фазы.
Повышение эффективности процесса сепарации также обеспечивается за счет уменьшения количества мелкодисперсных капель, уносимых в выхлопную трубу 4 для отвода газа. Газовый поток с оставшейся неотсепарированной мелкодисперсной фазой, сохраняя вращение, опускается и проходит через кольцевой элемент 6 выхлопной трубы 4, при этом, распределяясь на струи, поступающие в расположенные по ходу вращения него сопловые каналы между вертикальными пластинами 7. При этом происходит дополнительная закрутка газового потока, осаждение мелких неотсепарированных капель на внутренней поверхности стенки выхлопной трубы 4, образование вращающейся восходящей жидкости и ее сбор в отсекателе 12 дисперсной фазы и отвод через патрубок 13.
Очищенный газовый поток через выхлопную трубу 4 удаляется из аппарата.
Эффективность сепаратора дополнительно увеличивается за счет наличия кольцевого элемента 6 выхлопной трубы 4 для отвода газа для исключения возникновения вторичных вихрей при повороте газового потока в выхлопную трубу 4 путем разделения выходящего потока и уменьшения, в конечном счете, величины уноса дисперсной фазы.
Установка конического отбойника 10 обеспечивает оттеснение собранной на его поверхности дисперсной фазы к периферии и далее в зазор 11, а также отделение собранной в нижней части корпуса 1 дисперсной фазы от зоны взаимодействия с газовым потоком.
Предлагаемая конструкция центробежного сепаратора может быть получена при реконструкции известных сепараторов и позволяет расширить сферу применения центробежных сепараторов, повысить эффективность разделения двухфазных потоков до 97% за счет эффективного отвода отсепарированной пленки дисперсной фазы в подводящей камере со сливным желобом и патрубком для первичного удаления дисперсной фазы, а также с помощью вертикальной перегородки-ловушки, выполненной в нижней части корпуса.
Повышение эффективности процесса сепарации также обеспечивается за счет уменьшения количества мелкодисперсных капель, уносимых в выхлопную трубу для отвода газа, путем их осаждения в ней за счет дополнительной закрутки при прохождении газового потока через кольцевой элемент выхлопной трубы, сбора отсепарированной пленки жидкости, имеющей восходящее движение, в отсекателе дисперсной фазы и отвода через патрубок для удаления дисперсной фазы. Эффективное разделение потока также обеспечивается за счет исключения возникновения вторичных вихрей при повороте газового потока в выхлопную трубу из-за наличия кольцевого элемента, способствующего разделению выходящего потока и уменьшению, в конечном счете, величины уноса дисперсной фазы, а также за счет отделения собранной в нижней части корпуса дисперсной фазы от зоны взаимодействия с газовым потоком путем установки конического отбойника.