СЕПАРАТОР ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ ИЗ ГАЗОВОГО ПОТОКА
SEPARATOR FOR FLUID SEPARATION FROM GAS FLOW

Изобретение предназначено для сепарации жидкости из газового потока после его контакта с жидкостью или для разделения газожидкостного потока и может быть использовано в газовой, газоперерабатывающей, химической и нефтяной промышленности. Изобретение может быть использовано в процессах и аппаратах для абсорбции влаги жидкими поглотителями, сепарации жидкости из газа, например, при осушке природного и нефтяного газа.
Известно устройство для разделения газожидкостного потока на газовую и жидкостную фазы в поле центробежных сил при закручивании газового потока по патенту РФ №1619528, МПК 5: В04С 3/06.
В указанном устройстве производят:
- закручивание основного газового потока на завихрителе;
- разделение газожидкостного потока в поле центробежных сил с образованием пленки жидкости на внутренней стенке патрубка;
- отвод пленки жидкости с частью газа через каналы, зазор между патрубком и колпачковым пленкосъемником.
Устройство включает прямоточно-центробежный элемент, состоящий из цилиндрического патрубка, завихрителя на входе, пленкосъемника на выходе и вытеснителя между ними для переноса жидкости с оси на радиус, каналов отбора жидкости.
Недостатком устройства является не эффективное отделение капель жидкости из осевой зоны элемента, т.е. на малых радиусах, из-за малых центробежных сил, повторное дробление жидкости на элементах крепления вытеснителя, пересекающие патрубок.
Известно устройство (патент РФ №1769722, МПК B01D 45/12, 50/00) - прототип, в котором устранены вышеуказанные недостатки за счет дополнительной фильтрации газожидкостного потока через замкнутую пористую поверхность тела вращения и переноса капель жидкости с нулевого радиуса оси элемента в канал отбора жидкости. Это повышает эффективность отделения жидкости от газа.
Устройство включает основание с прямоточно-центробежными элементами, с завихрителями на входе цилиндрических патрубков, колпачковых пленкосъемников на выходе патрубков, вытеснителями, установленными между ними по оси патрубка, выполненными в виде тела вращения, который расположен на стенке канала (трубке) подачи жидкости, фильтрующей замкнутой поверхностью на выходе.
Недостатками устройства являются:
- снижение эффективности сепарации газожидкостной смеси за счет повторного дробления жидкости на стенках канала;
- неравномерность диаметра капель, срывающихся с кромки вытеснителя газовым потоком;
- значительные гидравлические потери на замкнутой пористой поверхности - фильтре;
- неэффективная центробежная сепарация капель малого диаметра.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании эффективного устройства сепарации жидкости из закрученного газового потока, в том числе, при изменяющихся нагрузках по газу и жидкости.
Технический результат достигается тем, что в сепараторе для отделения жидкости из газового потока, включающем цилиндрический корпус с вихревым устройством на входе, каплесъемником на выходе и телом вращения - вытеснителем между ними, каналы отбора жидкости, вихревое устройство выполнено из осевого завихрителя и тангенциального завихрителя меньшего диаметра, соосно расположенного на осевом завихрителе и направлением закрутки потока в одну сторону. Осевой завихритель выполнен многоступенчатым, с расположением каждой ступени меньшего диаметра на ступени большего диаметра. Вытеснитель выполнен в виде торцевой заглушки тангенциального завихрителя с большим, чем у него, диаметром и с отбортованными по кромке в сторону каплесъемника наклонными зубьями. Каплесъемник выполнен из пористого фильтрующего материала в виде заглушенного или открытого на торце цилиндра или расширяющегося по ходу газа тела вращения.
Техническое решение позволяет повысить эффективность сепарации жидкости от газа за счет того что:
- тангенциальный закрученный поток, направленный от центра к периферии, при пересечении с осевым потоком дополнительно прижимает (переносит) и укрупняет мелкодисперсные капли осевого потока к стенке патрубка на более коротком участке;
- сепарация проводится на трех ступенях с предварительным отбором жидкости на входе, отбором жидкости за счет центробежных сил и отбором отфильтрованной жидкости на пористой поверхности открытого или закрытого тела вращения;
- возможна сепарация жидкости с рециркуляцией газожидкостного потока на всех ступенях сепарации.
Авторам и заявителям не известны сепараторы жидкости из газового потока, в которых бы повышение эффективности сепарации и расширение диапазона достигалось бы подобным образом.
На фиг.1 изображен общий вид сепаратора в разрезе, на фиг.2 показано вихревое устройство, в разрезе, состоящее из восьми осевых завихрителей и одного тангенциального завихрителя; на фиг.3 показано сечение Б-Б на фиг.2, на фиг.4 показано сечение А-А на фиг.2.
Сепаратор фиг.1 состоит из цилиндрического корпуса 1, внутри которого на входе установлен каплесъемник 2, за которым расположено вихревое устройство 3, выполненное из осевых завихрителей 4 и тангенциального завихрителя 5. За тангенциальным завихрителем 5 расположен вытеснитель 6. На выходе цилиндрического корпуса 1 установлен каплесъемник 7 с фильтром 8 из пористого фильтрующего материала. Для отбора жидкости из каплесъемника 2 цилиндрический корпус 1 оборудован патрубком 9, соединенным со сборником 10 для предварительно отделенной свободной жидкости. Сборник жидкости 10 снабжен трубкой рециркуляции газожидкостной смеси 11, соединяющей газовую шапку сборника жидкости 10 и цилиндрический корпус 1 за каплесъемником 2, штуцерами для регуляторов уровня 12 и линией отбора жидкости 13 с клапаном сброса жидкости 14.
Для отбора жидкости из каплесъемника 7 цилиндрический корпус 1 оборудован патрубком 15, соединенным со сборником 16 для отделения отсепарированной и отфильтрованной капельной жидкости. Сборник жидкости 16 снабжен трубкой рециркуляции газожидкостной смеси 17, соединяющей газовую шапку сборника жидкости 16 и цилиндрический корпус 1 по ее оси в зоне пониженного давления за вытеснителем 6 через отверстия 18, штуцерами для регуляторов уровня 19 и линией отбора жидкости 20 с клапаном сброса жидкости 21.
Фильтр 8 может быть выполнен закрытого типа с установленной заглушкой-вытеснителем 22 на его торце и открытого - при ее перемещении в сторону вытеснителя 6, в любом случае отверстия 18 всегда находятся между вытеснителем 6 и заглушкой-вытеснителем 22.
Лопатки 23 осевого завихрителя 4 показаны на фиг.3; каналы 24 тангенциального завихрителя 5 изображены на фиг.4.
Устройство работает следующим образом. Газожидкостной поток направляют на вход цилиндрического корпуса 1, где на входном каплесъемнике 2 отбирают свободную жидкость с внутренней стенки трубы с частью газа через патрубок 9 в сборник жидкости 10, откуда ее удаляют по линии отбора жидкости 13 через клапан сброса 14 в зависимости от уровня, а газ, отобранный с жидкостью, возвращают в цилиндрический корпус 1 по трубке рециркуляции газожидкостной смеси 11 за счет разности давлений на ее входе и выходе. Газожидкостную смесь после отбора свободной жидкости направляют на вихревое устройство 3, на котором поток закручивают, сначала часть потока на осевом завихрителе 4, после чего оставшуюся часть газожидкостной смеси - на тангенциальном завихрителе 5. При этом крупные капли жидкости центробежным полем отбрасывают к внутренней стенке цилиндрического корпуса 1, где формируют пленочное движение жидкости, которую направляют в сторону каплесъемника 7.
Не отброшенные мелкодисперсные капли жидкости коалесцируют тангенциальным потоком газожидкостной смеси, направленным от центра к периферии при пересечении с осевым потоком. Тангенциальный поток дополнительно прижимает (переносит) и укрупняет мелкодисперсные капли осевого потока к стенке патрубка на коротком участке цилиндрического корпуса 1. Последующее укрупнение капель жидкости производят на зубьях вытеснителя 6, крышки-вытеснителя 22 и поверхности фильтра 8. Жидкость с внутренней стенки цилиндрического корпуса 1 и поверхности фильтра 8 отбирают каплесъемником 7 через патрубок 15 в сборник жидкости 16, откуда ее удаляют по уровню через линию отбора жидкости 20 и клапан сброса 21. Отобранный газ по трубке рециркуляции газожидкостной смеси 17 через отверстия 18 возвращают в осевую зону пониженного давления цилиндрического корпуса 1, находящуюся за вытеснителем 6, где его соединяют с основным вращающимся газожидкостным потоком. Отсепарированный газ из цилиндрического корпуса 1 в виде готового продукта направляют потребителю.
Это позволило создать эффективное устройство сепарации жидкости из закрученного газового потока, в том числе, при изменяющихся нагрузках по газу и жидкости.