ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР
CENTRIFUGAL SEPARATOR

Изобретение относится к оборудованию для очистки газов и жидкости от механических примесей и может быть использовано в газовой, нефтяной, энергетической промышленности и в других областях промышленности.
Известен центробежный сепаратор, содержащий вертикальный корпус с крышкой и днищем, установленную в корпусе обойму, выполненную из верхней цилиндрической части и нижней конической части, снабженной соосной трубой, тангенциальный ввод газожидкостной смеси, проходящий через корпус во внутреннюю полость обоймы, патрубок вывода газа, подсоединенный к внутренней полости обоймы при помощи газоотводящей трубы, проходящей через крышку корпуса, патрубок вывода жидкости, сообщенный с корпусом вблизи его днища, и патрубок вывода отстоя, соединенный с днищем корпуса (патент РФ №2311945, МПК B01D 45/12, 2007).
Однако известный сепаратор характеризуется низкой эффективностью сепарации газа, обусловленной рядом причин:
- отсутствие в сепараторе доочистки газа, т.к. циклон, каковым является данный центробежный сепаратор, не обеспечивает глубокую очистку газа, особенно при большом содержании жидкости в потоке, в нем постоянно наблюдается повышенный унос жидкости с газом;
- заявленная в сепараторе вторая ступень сепарации газа, на самом деле, является дополнительной ступенью разгазирования жидкости, незначительной по сравнению с сепарацией свободного газа, не влияет на сепарацию выходящего из циклона газа от жидкости, а заявленная третья ступень сепарации газа путем отсоса, на самом деле, только интенсифицирует разгазирование жидкости и, как сказано выше, не влияет на сепарацию газа от жидкости;
- разделение жидкости и отстоя перед патрубком вывода отстоя будет происходить недостаточно эффективно вследствие ограниченного времени отстоя, уноса части механических примесей с жидкостью.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является принятый за прототип центробежный сепаратор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и днищем, тангенциальный ввод газожидкостной смеси в корпус, патрубок вывода газа, подсоединенный к крышке корпуса, патрубок вывода жидкости, сообщенный с корпусом вблизи его днища, патрубок вывода осадка, соединенный с днищем корпуса, горизонтальную перегородку с установленным в ней осушителем пара, размещенными в верхней части корпуса над тангенциальным вводом газожидкостной смеси, воронку, перфорированный осевой патрубок и экранирующий усеченный конус, обращенный вершиной к крышке корпуса, расположенный под тангенциальным вводом газожидкостной смеси в нижней части корпуса и образующий с ним по периметру зазор, причем перфорированный осевой патрубок установлен под горизонтальной перегородкой концентрично с корпусом и снабжен герметичной перемычкой сверху, соединяющей перфорированный осевой патрубок с корпусом, образуя торообразную приемную камеру ввода смеси с цилиндрической зоной осаждения на внутреннюю поверхность корпуса, переходящей в воронку с зазором по периметру корпуса, кольцевую щель вывода первично разделенной смеси, ниже расположен зазор по периметру на входе экранирующего усеченного конуса, снабженного вверху отверстием с цилиндрической отбортовкой, внутри перфорированного осевого патрубка вертикально установлены направляющие лопатки (патент на полезную модель РФ №80768, МПК B01D 45/12, 2008).
Однако патрубок слива жидкости известного сепаратора расположен вдали от оси корпуса, не защищен от попадания сверху любых твердых частиц, что отрицательно сказывается на качестве очистки жидкости, выводимой из сепаратора, от осадка. Воронка будет захватывать газ с большим количеством жидкости, а лопатки, резко останавливающие вращение потока, исключают дальнейшее осушение газа, которое проводится в осушителе, требующем частую очистку и смену из-за наличия большого количества жидкости в газе. Кроме того, в известном сепараторе отсутствует возможность контроля уровня жидкости в корпусе во время работы.
Задачами изобретения являются расширение функциональных возможностей сепаратора за счет проведения отдельно очистки пара и воды, увеличение межремонтного периода сепаратора и повышение качества очистки воды и пара.
Техническим результатом, достигаемым изобретением, является исключение возможности засорения сепаратора твердыми фракциями, в том числе при срыве потока смеси или падении давления.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что центробежный сепаратор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и днищем, тангенциальный ввод пароводяной смеси в корпус, патрубок вывода пара, подсоединенный к крышке корпуса, патрубок вывода воды, сообщенный с корпусом вблизи его днища, патрубок вывода осадка, соединенный с днищем корпуса, горизонтальную перегородку с установленным в ней осушителем пара, размещенными в верхней части корпуса над тангенциальным вводом пароводяной смеси, воронку, перфорированный осевой патрубок и экранирующий усеченный конус, обращенный вершиной к крышке корпуса, расположенный под тангенциальным вводом пароводяной смеси в нижней части корпуса и образующий с ним по периметру зазор, согласно изобретению снабжен по меньшей мере одним дополнительным экранирующим усеченным конусом, перфорированный осевой патрубок расположен под тангенциальным вводом пароводяной смеси в нижней части корпуса и подсоединен к патрубку вывода воды, экранирующие усеченные конусы установлены на перфорированном осевом патрубке над его отверстиями, а осушитель пара выполнен в виде стакана с перфорированным дном и размещенной в нем свернутой пластиной, соединенного через промежуточный элемент с воронкой.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что свернутая пластина осушителя пара может быть выполнена с просечками, края которых отогнуты.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что свернутая пластина осушителя пара может быть выполнена гофрированной.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что промежуточный элемент осушителя пара может быть выполнен из сборных изогнутых пластин, образующих цилиндр с вертикальными щелями, противоположно направленными тангенциальному вводу пароводяной смеси.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что сепаратор может быть дополнительно снабжен подводящим патрубком с коническим сужением, сообщенным с тангенциальным вводом пароводяной смеси.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что сепаратор может быть дополнительно снабжен успокоительной трубой с установленными на ней указателем уровня и предохранительным клапаном, связанной с корпусом при помощи двух патрубков.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что сепаратор может быть дополнительно снабжен стабилизатором осадка, расположенным на днище корпуса и выполненным из вертикальных пластин, соединенных между собой длинной стороной.
На фиг.1 представлен предлагаемый центробежный сепаратор.
На фиг.2 - разрез А-А фиг.1.
На фиг.3 - стакан с перфорированным дном осушителя пара.
На фиг.4 - промежуточный элемент осушителя пара, выполненный из сборных изогнутых пластин.
На фиг.5 - воронка.
На фиг.6 - свернутая пластина осушителя пара, выполненная с просечками, края которых отогнуты.
На фиг.7 - вариант свернутой пластины осушителя пара, выполненной с просечками, края которых отогнуты.
На фиг.8 - свернутая пластина осушителя пара, выполненная гофрированной.
На фиг.9 - разрез Б-Б фиг.1.
На фиг.10 - стабилизатор осадка.
Предлагаемый центробежный сепаратор (фиг.1) содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с крышкой 2 и конусным или сферическим днищем 3, тангенциальный ввод 4 пароводяной смеси в корпус 1, патрубок 5 вывода пара, подсоединенный к крышке 2 корпуса 1, патрубок 6 вывода воды, сообщенный с корпусом 1 вблизи его днища 3, патрубок 7 вывода осадка, соединенный с днищем 3 корпуса 1, и горизонтальную перегородку 8 с установленным в ней осушителем пара, размещенными в верхней части корпуса 1 над тангенциальным вводом 4 пароводяной смеси. Осушитель пара выполнен в виде стакана 9 с перфорированным дном 10 и размещенной в нем свернутой пластиной 11, соединенного через промежуточный элемент 12 с воронкой 13 (фиг.3-5), продольными стяжками, например, соединением болт-гайка 14 или Г-образными пластинами по концам (не показано). Осушитель пара поднимается за ручку 15 (фиг.3), вставляется в верхнюю часть корпуса 1 и опирается на горизонтальную перегородку 8 в виде кольца опорным кольцом 16, приваренным к верхней части стакана 9. Сепаратор снабжен перфорированным осевым патрубком 17, расположенным под тангенциальным вводом 4 пароводяной смеси в нижней части корпуса 1 и подсоединенным к патрубку 6 вывода воды, и экранирующими усеченными конусами 18, обращенными вершиной к крышке 2 корпуса 1, расположенными под тангенциальным вводом 4 пароводяной смеси в нижней части корпуса 1, образующими с ним по периметру зазор 19 и установленными на перфорированном осевом патрубке 17 над его отверстиями 20. Свернутая пластина 11 (фиг.6, 7) осушителя пара может быть выполнена с просечками 21, края которых отогнуты. В варианте свернутая пластина 11 (фиг.8) может быть выполнена гофрированной. Промежуточный элемент 12 (фиг.2, 4) осушителя пара может быть выполнен из сборных изогнутых пластин 22, образующих цилиндр с вертикальными щелями 23, противоположно направленными тангенциальному вводу 4 пароводяной смеси. Сепаратор может быть дополнительно снабжен подводящим патрубком 24 с коническим сужением 25, сообщенным с тангенциальным вводом 4 пароводяной смеси. Сепаратор также может быть дополнительно снабжен успокоительной трубой 26 с установленными на ней указателем 27 уровня и предохранительным клапаном 28, связанной с корпусом 1 при помощи двух патрубков 29. Кроме того, сепаратор может быть дополнительно снабжен стабилизатором 30 осадка (фиг.9, 10), расположенным на днище 3 корпуса 1 и выполненным из вертикальных пластин 31, соединенных между собой длинной стороной.
Описываемый центробежный сепаратор работает следующим образом.
Поток перегретой воды через подводящий патрубок 24 с коническим сужением 25 поступает в тангенциальный ввод 4. За коническим сужением 25 происходит резкое снижение статического давления и частичное вскипание жидкости с выделением пузырьков пара, которые, проходя ввод 4, укрупняются и поступают в среднюю часть корпуса 1. В подводящем патрубке 24 предусмотрена установка сменных конических сужений 25 разного диаметра, после которых следует расширение ввода 4 для выделения пара и снижения скорости потока на достаточном участке до входа в корпус 1. Сменные конические сужения 25 позволяют экспериментальным путем определить оптимальное по технико-экономическим критериям соотношение долей парообразования за счет частичного снижения давления (дросселирование) на входе в корпус 1. Благодаря тангенциальному вводу 4 с коническим сужением 25 паровой поток, образуя направленное круговое движение, устремляется вверх под действием центробежной силы вдоль внутренней стенки корпуса 1. При выходе из тангенциального ввода 4 вскипевшая перегретая вода устремляется в среднюю часть корпуса 1. В корпусе 1 происходит вращение потока с образованием воронки и дальнейшее отделение пара от воды. Влага, унесенная в паровой объем корпуса 1, продолжает подвергаться действию центробежных сил, которые заставляют взвешенные в паре частицы влаги перемещаться от оси к внутренней стенке корпуса 1, по которой эта влага под действием силы тяжести стекает вниз. Более плотная вода с взвешенными частицами и другими растворенными примесями опускается в нижнюю часть корпуса 1 к его днищу 3 и стабилизатору 30 осадка, который своими пластинами 31 успокаивает закрученный поток, останавливает вращение воды с осадком, исключая ее подъем вверх, и помогает равномерному осаждению осадка на днище 3 корпуса 1. Осадок в виде твердых фракций удаляется из корпуса 1 через патрубок 7 во время продувки. Продувка осуществляется периодически. Время между продувками зависит от степени загрязнения воды, из которой вырабатывают пар. Патрубок 17 расположен вдоль оси корпуса 1, где линейная скорость потока минимальна, и выше патрубка 7. Экранирующие конусы 18 являются отбойниками твердых частиц, защищая от них отверстия 20 патрубка 17, и сужают проходное сечение корпуса 1, увеличивая линейную скорость потока и, как следствие (согласно закону Бернулли), снижая давление у стенок корпуса 1, что дополнительно содействует выделению пара из воды и вытеснению твердых частиц из зоны отбора воды - от отверстий 20 патрубка 17. При этом открытое верхнее отверстие 32 патрубка 17 исключает в нем скапливание пара, который, понимаясь вверх по патрубку 17, препятствует попаданию твердых частиц внутрь него. Очищенная сконденсированная перегретая вода поднимается вверх под экранирующие конусы 18 и через отверстия 20 по осевому патрубку 17 и патрубку 6 выводится из корпуса 1. Выделившийся из перегретой воды пар под действием центробежной силы круговыми движениями поднимается в верхнюю часть корпуса 1 в осушитель пара. Пар, меняя свое направление движения на противоположное, пройдя через вертикальные щели 23 между сборными изогнутыми пластинами 22 и обтекая последние, попадает внутрь цилиндра промежуточного элемента 12 осушителя пара. Поскольку на уровне ввода 4 скорость вращения потока смеси максимальна, то ближе к оси корпуса 1 образуется наибольшее разрежение, что позволяет создать в этой зоне наиболее благоприятные условия для отделения пара при минимальной влажности. Выделившийся пар вместе с паром из перфорированного патрубка 17 поднимается вверх по оси через низ воронки 13 в цилиндр промежуточного элемента 12 осушителя пара, где перемешивается с предварительно осушенным на пластинах 22 паром. Затем пар поднимается вверх и проходит через перфорированное дно 10 стакана 9, обтекая размещенную в нем свернутую пластину 11. Сборные изогнутые пластины 22 и свернутая пластина 11 увеличивают площадь соприкосновения с насыщенным влажным паром на пути его движения, увеличивая тем самым массообмен между частицами воды, находящимися в паре, и каплями воды, образовавшимися на поверхностях осушителя пара. Капельки воды, находящиеся в паре, сталкиваясь на своем пути с выступающими частями изогнутых пластин 22 промежуточного элемента 12, поверхностью перфорированного дна 10 стакана 9, поверхностью свернутой пластины 11, укрупняются в более крупные капли за счет увеличения массообмена, а затем стекают через воронку 13 в нижнюю часть корпуса 1. Далее осушенный пар поднимается к крышке 2 корпуса 1 и выводится через патрубок 5.
При вращении пароводяного потока в корпусе 1 образуется воронка. При снижении давления в вводе 4 образовавшаяся воронка опускается вниз, при повышении давления образовавшаяся воронка поднимается вверх. Патрубки 29 и успокоительная труба 26 создают зону, где вода не вращается, а уровень воды в трубе 26 уравнивается за счет сглаживания всех изменений крутящего потока в корпусе 1, что измеряется указателем 27 уровня, который показывает гидростатический уровень воды в корпусе 1. При снижении уровня на указателе 27 уровня подачу пароводяной смеси через ввод 4 увеличивают, а при подъеме уровня - уменьшают. При превышении давления в корпусе 1 выше безопасного открывается предохранительный клапан 28, сбрасывая это давление до безопасного.