ГАЗОВЫЙ ДРОССЕЛИРУЮЩИЙ СЕПАРАТОР

Техническое решение относится к газовой промышленности и может быть использовано в любых отраслях промышленности для очистки газовых смесей от капельной жидкости, в частности, в автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях.
Известен газовый дросселирующий сепаратор, содержащий корпус, в котором расположены камера наполнения и дросселирующее устройство, соединенное с выходным патрубком корпуса, при этом дросселирующее устройство выполнено в виде звукового сопла и снабжено регулятором расхода газа, расположенного с возможностью осевого перемещения. Регулятор расхода газа снабжен штоком с направляющей втулкой, выполненным в виде полого цилиндра, в верхней части которого установлена крышка с отверстиями, а в нижней - размещены тангенциальные прорези, образующие со стенками корпуса и направляющей втулкой камеру наполнения (авторское свидетельство СССР №413962 «Центробежный сепаратор», B 01 d 45/12, опубликованное 05.11.1974).
Известный достаточно сложный и громоздкий сепаратор не позволяет производить очистку газа от паров воды, а служит только для грубой очистки от механических примесей и жидкости. Кроме того, в данном сепараторе, имеющим низкую эффективность сепарации при восходящем потоке уловленной жидкой фазы с механическими примесями, существует возможность вторичного уноса жидкости с мелкодисперсными частицами, что ухудшает качество сепарации.
Известен газовый дросселирующий сепаратор, описанный в патенте РФ №2262377 «Газовый дросселирующий сепаратор», B 01 D 45/12, опубликованном 20.10.2005 и выбранным в качестве прототипа.
Данный газовый дросселирующий сепаратор, содержит корпус, в котором расположены камера наполнения и дросселирующее устройство,
соединенное с выходным патрубком корпуса, при этом дросселирующее устройство выполнено в виде трубы, снабженной регулятором расхода газа, расположенного с возможностью осевого перемещения, а в нижней части трубы выполнены отверстия, корпус выполнен из двух соосно установленных цилиндрических обечаек, верхняя из которых имеет меньший диаметр, причем ее нижняя кромка расположена внутри нижней обечайки, верхняя кромка накопительной камеры расположена с образованием кольцевой щели между ней и верхней обечайкой, при этом нижняя часть накопительной камеры выполнена с образованием кольцевой камеры для накопления шлама.
Данный конструктивно сложный и громоздкий сепаратор не позволяет производить очистку газа от паров воды, а служит только для грубой очистки от механических примесей и жидкости. Кроме того, за счет встречного направления струй газа через отверстия в дросселирующем устройстве происходит подогрев газа, что одновременно приводит к подогреву жидкости в накопительной камере и образованию паров воды, которые вовлекаются в газовый поток, что снижает эффективность сепарации.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое решение, является создание конструктивно простого малогабаритного газового сепаратора, способного эффективно очищать газ, в том числе и от паров воды.
Поставленная задача решается тем, что в газовом дросселирующем сепараторе, содержащем корпус, в котором расположены камера наполнения и дросселирующее устройство, выход которого связан с выходным патрубком сепаратора, новым является то, что, дросселирующее устройство, вход которого соединен с входным патрубком сепаратора, выполнено в виде сверхзвукового сопла, а камера наполнения, расположенная в нижней части корпуса, снабжена перфорированной перегородкой.
Дросселирующее устройство может содержать регулятор расхода газа, расположенного с возможностью осевого перемещения. Выходной патрубок
сепаратора может быть выполнен в виде сверхзвукового сопла, а перфорированная перегородка камеры наполнения может быть расположена поперек корпуса или под углом к стенкам корпуса.
Использование на входе сепаратора дросселирующего устройства в виде сверхзвукового сопла позволяет разгонять газ до сверхзвуковой скорости, в результате чего происходит его охлаждение до температуры ниже 200°К и находящиеся в газе пары воды обращаются в лед или переходят в сверхкритическое состояние.
Накопительная камера, расположенная в нижней части корпуса, служит для сбора образовавшегося льда и твердых частиц, содержащихся в газе, а перфорированная перегородка препятствует их уносу из камеры. Кроме того, наличие перфорированной перегородки, которая может быть расположена поперек корпуса, обеспечивает очистку газа от паров воды, за счет образования на перегородке снега, который потоком газа сбивается в накопительную емкость. При расположении перфорированной перегородки под углом к стенкам корпуса, облегчается процесс ее очистки от налипшего снега.
Наличие в дросселирующем устройстве регулятора расхода газа, расположенного с возможностью осевого перемещения, позволяет за счет изменения площади критического сечения сверхзвукового сопла подобрать, в зависимости от параметров газа, наиболее эффективный режим очистки. В аварийной ситуации с помощью регулятора расхода газа, за счет полного перекрытия критического сечения сопла, происходит отсечение потока газа. Выполнение выходного патрубка сепаратора в виде сверхзвукового сопла позволяет за счет отсечки газодинамических возмущений, возникающих ниже по потоку, обеспечить более стабильную работу сепаратора.
При проведении поиска по источникам патентной и научно-технической литературы не обнаружено решений, содержащих совокупность предлагаемых признаков для решения поставленной задачи, что позволяет
сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «новизна».
Заявляемое техническое решение иллюстрируется чертежом, где схематично изображен общий вид газового дросселирующего сепаратора.
Газовый дросселирующий сепаратор состоит из корпуса 1, в котором расположены камера 2 наполнения и дросселирующее устройство 3, выполненное в виде сверхзвукового сопла (далее сопло 3), которое состоит из дозвуковой части 4, критического сечения 5 и сверхзвуковой части 6. Вход дозвуковой части 4 сопла 3 соединен с входным патрубком 7 сепаратора, а выход сверхзвуковой части 6 сопла 3 через канал 8 связан с выходным патрубком 9 сепаратора. Камера 2 наполнения расположена в нижней части корпуса 1 и снабжена перфорированной перегородкой 10, расположенной или поперек корпуса 1, или под углом к стенкам корпуса 1. Сопло 3 содержит регулятор 11 расхода газа, снабженного штоком 12 для осевого перемещения регулятора 11. Нижняя часть сверхзвуковой части 6 сопла 3 снабжен теплоизоляцией 13.Выходной патрубок 9 сепаратора выполнен в виде сверхзвукового сопла.
Габариты сепаратора, рассчитанного на очистку 24 кубометров газа в сутки (что эквивалентно ~20 литрам бензина), не превышают 0,4×0,4×0,4 м, а сопло 3 имеет длину 0,15 м.
Под действием давления в подающей магистрали (на чертеже не показана) газ поступает через патрубок 7 на вход сверхзвуковой части 4 сопла 3. Изменяя площадь критического сечения 5 сопла 3 путем перемещения штока 12 с регулятором 11 обеспечивают требуемый режим работы сепаратора. В сверхзвуковой части 6 сопла 3 газ разгоняется до сверхзвуковой скорости и при этом охлаждается до температуры ниже 200°К.
Находящиеся в газе пары воды обращаются в лед или переходят в сверхкритическое состояние. Лед накапливается в камере 2, а перфорированная перегородка 10 препятствует его уносу из камеры 2. Из образуется снег, который потоком газа сбивается в накопительную емкость 2.
Газ, очищенный от паров воды по каналу 8 через выходной патрубок 9, поступает к потребителю.
Сочетание простоты конструкции, малые габариты и высокая эффективность очистки газа от паров воды позволяет широко использовать заявляемый сепаратор в любых отраслях промышленности для очистки газовых смесей от капельной жидкости.