УДАРНО-ИНЕРЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗА
IMPACT-INERTIAL GAS CLEANER

Изобретение предназначено для улавливания жидких и твердых аэрозолей из газового потока и может быть использовано в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.
Известен сепаратор газовый вихревого типа (патент РФ на полезную модель №58379, кл. МПК B01D 45/02 и B01D 45/16, дата приоритета 10.05.2006 г.) [1].
Сущность полезной модели состоит в том, что сепаратор газовый вихревого типа содержит вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор, улавливающий карман, сепарационный пакет, состоящий из вертикальных, плоских, изогнутых сепарационных пластин, которые в зоне нахлестки образуют щелевые каналы, ложное днище, карман-ловушку, расположенную в верхней части сепарационного пакета. При этом выходной патрубок расположен вертикально, причем, сепаратор дополнительно содержит горизонтальную перегородку, расположенную над сепарационным пакетом, и конусообразные направляющие конфузоры, расположенные преимущественно над горизонтальной перегородкой между сепарационным пакетом и выходным патрубком соосно с сепарационным пакетом и выходным патрубком. При этом направляющие конфузоры расположены один над другим с частичным перекрытием и образуют в зоне перекрытия кольцевые зазоры. Сепарационный пакет расположен в корпусе сепаратора со смещением в направлении от дефлектора на расстояние, равное половине расстояния от дефлектора до корпуса сепаратора.
Основной недостаток аналога, как впрочем и других устройств, принцип работы которого основан на действии центробежных сил на частицы пыли, заключается в том, что он имеет ограниченную область применения. Достаточно эффективно работая при больших скоростях газа, он резко снижает эффективность при уменьшении скорости газового потока вследствие ослабления центробежных сил. Особенно это проявляется при пульсирующих газовых потоках.
Этого недостатка практически лишены ударно-инерционные сепараторы.
Наиболее близким к заявленному техническому решению и потому принятому за прототип является «Устройство для сепарации жидкости из газа» (свидетельство на полезную модель РФ №8276, кл. МПК B01D 45/06, В04С 5/12, дата приоритета 03.02.1998) [2]. Действие устройства (так же как и заявляемого технического решения) основано на ударно-инерционном механизме удаления капель жидкости из газа.
Устройство содержит вертикальный цилиндрический корпус, разделенный конической перегородкой на размещенный в его нижней части инерционный сепаратор с тангенциальным входным патрубком и фильтрующий элемент из пористого материала, заключенный между двумя соосно установленными цилиндрическими обечайками, наружная из которых частично снабжена перфорацией и имеет коническое днище с патрубком для слива жидкости, установленным в днище инерционного сепаратора, а внутренняя обечайка выполнена перфорированной и соединена с выходным патрубком.
Отличительной особенностью прототипа является то, что нижняя часть внутренней обечайки снабжена перфорацией и кольцевой полостью, образованной двумя коническими стенками, верхняя из которых выполнена перфорированной. Отверстия перфорации имеют отбортовку, направленную в сторону пористого фильтрующего материала, а нижняя стенка установлена сплошнотелой и образует зазор с коническим днищем наружной обечайки, причем перфорация наружной обечайки выполнена в ее верхней части и снабжена лопаточным закручивателем потока.
Недостатки технического решения, заявленного в прототипе, связаны с использованием фильтрующего элемента из пористого материала. С одной стороны, его применение сильно увеличивает гидравлическое сопротивление сепаратора, а с другой - при наличии в очищаемом газе твердых загрязнений требуются периодические остановки устройства для регенерации фильтрующего элемента с целью удаления накопившегося твердого осадка, дополнительно увеличивающего гидравлическое сопротивление.
Задачей заявляемого технического решения является создание устройства, способного эффективно эксплуатироваться в широком диапазоне скоростей газового потока (вплоть до импульсных режимов) с минимальным гидравлическим сопротивлением и не требующего периодических остановок для удаления накопившегося осадка.
Решение поставленной задачи заключается в том, что в известной конструкции устройства для очистки газа от жидких и твердых аэрозолей, содержащей вертикальный корпус, входной, выходной и сливной патрубки, а также перегородки и центральную трубу, через которую выходит очищенный газ, вместо ударно-инерционно-фильтрующего механизма очистки применен ударно-инерционно-центростремительный механизм. В заявляемом техническом решении центростремительный сепарационный узел состоит из двух секций, содержащих плоские прямые лопатки, установленные таким образом, что расстояние между лопатками на периферии центростремительного сепарационного узла больше такового в центре (то есть между лопатками образуются конфузоры с тангенциально направленными потоками очищаемого газа). Лопатки расположены так, что газ в каждой секции закручивается в противоположном направлении. Из центростремительного сепарационного узла очищенный газ удаляется через центральную трубу, ось которой смещена относительно центральной оси корпуса, по которой расположен сливной патрубок. Таким образом, в заявляемом ударно-инерционном устройстве для очистки газа очищаемый газовый поток после удара об отбойник (первого этапа удаления аэрозолей) закручивается с центростремительным ускорением в противоположных направлениях в каждой секции центростремительного сепарационного узла, проходя от периферии к центру. Возникающие в результате этого процесса инерционные силы, а также столкновение двух противоположно закрученных потоков вызывает отделение основного количества аэрозолей (это второй этап их удаления). Третий этап отделения аэрозолей происходит за счет адиабатического расширения газа при его выходе из центральной трубы в корпус устройства.
Заявляемое ударно-инерционное устройство для очистки газа представлено на чертежах: фиг.1 - общий вид заявляемого ударно-инерционного устройства для очистки газа в разрезе, фиг.2 - центростремительный сепарационный узел заявляемого ударно-инерционного устройства для очистки газа, фиг.3 - разрез по верхней секции центростремительного сепарационного узла (вид А-А), фиг.4 - разрез по нижней секции центростремительного сепарационного узла (вид Б-Б).
Заявляемое ударно-инерционное устройство для очистки газа от жидких и твердых аэрозолей (фиг.1) включает в себя вертикальный корпус (1), входной патрубок (2), выходной патрубок (3), сливной патрубок (4), центростремительный сепарационный узел (5), состоящий из верхней (6) и нижней (7) секций, центральную трубу (8), отбойник (9) для разделения потоков газа на верхний и нижний, горизонтальную сегментную перегородку (10) с отверстием (11), под которым расположена центральная труба (8), а также сплошные перегородки -  вертикальную (12) и горизонтальную (13). Соединенные между собой и с корпусом (1) перегородки (10, 12 и 13) отделяют полость неочищенного газа (14) от полости очищенного газа (15).
Показанные на фиг.2 верхняя (6) и нижняя (7) секции центростремительного сепарационного узла (5) содержат лопатки. Лопатки (16) верхней секции (6) сверху соединены, например, приварены к сплошному диску (17), а снизу - к диску с центральным отверстием (18); лопатки (19) нижней секции (7) снизу соединены, например, приварены к горизонтальной сегментной перегородке (10), а сверху - к диску с центральным отверстием (18).
На фиг.3 (вид А-А) и фиг.4 (вид Б-Б) показаны в разрезе верхняя (6) и нижняя (7) секции центростремительного сепарационного узла (5).
На виде А-А показано, что разделенный отбойником (9) верхний поток очищаемого газа с помощью лопаток (16), расположение которых показано на фиг.2, в конфузорах (20) верхней (6) секции центростремительного сепарационного узла (5) закручивается против часовой стрелки.
На виде Б-Б изображена в разрезе нижняя секция (7) центростремительного сепарационного узла (5), где разделенный отбойником (9) нижний поток очищаемого газа благодаря другому расположению лопаток (19) нижней секции (7) центростремительного сепарационного узла (5), образующих также конфузоры (21), закручивается по часовой стрелке.
Работа заявляемого ударно-инерционного устройства для очистки газа происходит следующим образом. Газ, содержащий аэрозольные жидкие и твердые частицы, через входной патрубок (2) поступает в корпус (1) и ударяется в отбойник (9), так происходит начальный этап отделения жидких и твердых частиц, и делится на два потока. Один поток заходит в верхнюю секцию (6) центростремительного сепарационного узла (5) и закручивается ее лопатками (16) против часовой стрелки. Другой поток заходит в нижнюю секцию (7) и лопатками (19) закручивается по часовой стрелке. Инерционные силы, возникающие в результате раскрутки, а также столкновение двух противоположно закрученных потоков вызывают отделение основной массы жидких и твердых аэрозолей. Дополнительное отделение аэрозолей от газа происходит при его расширении, когда он выходит из конфузоров (20 и 21) соответственно верхней (6) и нижней (7) секций.
Образовавшаяся жидкость с присутствующими в ней твердыми частицами (пульпа) под действием сил гравитации стекает по внутренним стенкам центральной трубы (8). Третий этап отделения аэрозолей происходит за счет адиабатического расширения газа, выходящего из центральной трубы (8) в полость очищенного газа (15).
Очищенный газ выходит через выходной патрубок (3), а пульпа удаляется через сливной патрубок (4).
Заявляемая конструкция ударно-инерционного устройства для очистки газа использовалась для очистки природного газа от аэрозолей в диапазоне линейных скоростей от 1 до 25 м/с, давлений от 15 до 170 атм и температур от -50 до +200°С, что позволило обеспечить очистку с эффективностью 95-98%.
Источники информации
1. Патент РФ на полезную модель №58379 «Сепаратор газовый вихревого типа» (кл. МПК B01D 45/02, B01D 45/16, дата приоритета 10.05.2006 г.).
2. Свидетельство РФ на полезную модель №8276 «Устройство для сепарации жидкости из газа» (кл. МПК B01D 45/06, В04С 5/12, дата приоритета 03.02.1998 г.).