Газодинамический сепаратор

Полезная модель относится к области аппаратуры для осушки газов. Предлагается газодинамический сепаратор, содержащий: по существу вертикальное сопло, имеющее конфузор (6) и диффузор (1), завихритель потока (8), установленный на входе в сопло, верхний и нижний кольцевые карманы для сбора жидкости, имеющие кольцевые щели (3) для улавливания жидкости, сообщающиеся с внутренней полостью конфузора (6) и диффузора (1) и патрубки (2) для отвода жидкости (2), регулятор (4), выполненный в виде обтекаемого в направлении движения газа удлиненного массивного тела, установленного во внутренней полости сопла соосно вертикальной оси с возможностью перемещения в вдоль оси сопла на предварительно заданное расстояние, и содержащий расширяющуюся верхнюю часть, расположенную в диффузоре (1), и имеющую диаметр больше диаметра самой узкой части сопла, характеризующийся тем, что масса регулятора подобрана таким образом, чтобы скорость его падения в восходящем потоке газа при оптимальном значении критического сечения приближалось к нулю. Технический результат - конструкция сепаратора позволяет при снижении начального давления газожидкостной смеси эффективно осуществлять автоматическое регулирование критического сечения сопла за счет силы тяжести груза-стержня, противодействующей давлению газожидкостной смеси.

ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ СЕПАРАТОР

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ

Полезная модель относится к оборудованию для низкотемпературной обработки газов и может быть использована для осушки, переработки, отбензинивания углеводородных газов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известна установка для газодинамической осушки газа, сепарационная камера которой содержит осевой обтекатель и установленную с примыканием к выходным кромкам сопловых каналов подвижную перегородку (патент РФ на изобретение 2407582).

Такое устройство вносит сложность в обеспечении герметичности между подвижным штоком и корпусом сепарационной камеры.

В качестве ближайшего аналога настоящей полезной модели выбрано устройство для автоматической настройки сверхзвукового циклонного сепаратора, содержащее стержень, автоматически регулирующий критическое сечение с помощью пружины и регулировочного винта, а также имеющее импульсную трубку для соединения регулирующей части устройства с его выходной частью (патент КНР на полезную модель 202569815).

Это устройство имеет следующие недостатки:

- со временем пружина теряет упругость;

- импульсная трубка засоряется за счет кристаллизации компонентов газожидкостной смеси.

1

СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Задачей предложенного устройства является повышение эффективности сепарации сконденсированной жидкости в газодинамическом сепараторе.

Технический результат, обеспечиваемый устройством при его использовании состоит в том, что регулирование критического сечения сопла для компенсации изменения начального давления газожидкостной смеси осуществляется в автоматическом режиме за счет за счет силы тяжести груза-стержня, противодействующего давлению газожидкостной смеси, что исключает недостатки, характерные для ближайшего аналога.

Вышеуказанная задача решена благодаря тому, что предлагаемый газодинамический сепаратор содержит:

по существу вертикальное сопло, имеющее конфузор (6) и диффузор (1),

завихритель потока (8), установленный на входе в сопло,

верхний и нижний кольцевые карманы для сбора жидкости, имеющие кольцевые щели (3) для улавливания жидкости, сообщающиеся с внутренней полостью конфузора (6) и диффузора (1) и патрубки для отвода жидкости (2),

регулятор (5), выполненный в виде обтекаемого в направлении движения газа удлиненного массивного тела, установленного во внутренней полости сопла соосно вертикальной оси с возможностью перемещения в вдоль оси сопла на предварительно заданное расстояние, и содержащий расширяющуюся верхнюю часть, расположенную в диффузоре (1), и имеющую диаметр больше диаметра критического сечения сопла;

при этом сепаратор характеризуется тем, что масса регулятора подобрана таким образом, чтобы скорость его падения в восходящем потоке газа при оптимальном значении критического сечения приближалось к нулю.

Поставленная задача решается за счет того, что регулятор, расположенный внутри соплового пространства, при изменении давления газожидкостной смеси на входе в сопло

2

способен автоматически выравнивать положение по высоте, изменяя критическое сечение сопла.

Предпочтительно, когда в сепараторе максимальное расстояние, на которое может перемещаться регулятор (5) определяется посредством ограничителя высоты (7).

Также предпочтительно, когда регулятор имеет продольную полость, например, вдоль своей оси, для установки грузов. Это позволяет варьировать массу регулятора, изменяя площадь критического сечения сопла.

Также предпочтительно, когда сепаратор имеет фланцы для присоединения к трубопроводной арматуре.

Также предпочтительно, когда регулятор (5) дополнительно снабжен направляющими, выполненными с возможностью фиксации регулятора (5) вдоль оси вышеупомянутого сопла. Это позволяет исключить удары регулятора о внутреннюю поверхность сопла.

В одной из предпочтительных форм выполнения длина упомянутого конфузора (6), по меньшей мере, в 2 раза больше длины упомянутого диффузора (1) при, по существу, одинаковом входном и выходном сечениях упомянутого сопла.

В еще одной предпочтительной форме выполнения конфузор (6) и диффузор (1) выполнены коническими.

Вышеописанный сепаратор может быть использован для низкотемпературной осушки, переработки, отбензинивания углеводородных газов под давлением.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА

На чертеже, приложенном к настоящему описанию, представлен продольный разрез одной из предпочтительных форм выполнения газодинамического сепаратора. Позициями 1-8 на фигуре обозначены следующие элементы:

1 - диффузор сопла,

3

2 - патрубки для отвода отсепарированной жидкости,

3 - щели для улавливания отсепарированной жидкости,

4 - входное отверстие диффузора (1) (выходное отверстие диффузора (1)),

5 - регулятор для изменения критического сечения сопла,

6 - конфузор сопла,

7 - ограничитель вертикального перемещения регулятора (5),

8 - завихритель газожидкостного потока.

В следующем разделе описания устройство и работа вышеописанного сепаратора поясняется на примере сепаратора, изображенного на чертеже.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Как показано на чертеже, газодинамический сепаратор включает в себя:

диффузор (1) сопла,

патрубки для отвода отсепарированной жидкости (2),

щели для улавливания отсепарированной жидкости (3),

входное отверстие (4) диффузора (1) (выходное отверстие диффузора (1)),

регулятор (5),

конфузор (6),

ограничитель (7) вертикального перемещения регулятора (5), и

завихритель потока (8).

Газодинамический сепаратор работает следующим образом. Газожидкостной поток после придания ему дополнительной тангенциальной составляющей скорости в завихрителе (8) и прохождения через конфузор (6) движется в регулируемое отверстие (4) диффузора (1) для выхода газожидкостной смеси, приподнимая регулятор (5), который, таким образом, парит в восходящем потоке. При этом в щели между регулятором (5) и диффузором (1) создается критическое сечение. Жидкость, которая в виде капель

4

движется по периферии сопла и жидкость, в виде пленки сконденсировавшаяся на стенках сопла, попадает в щели (3), поступая затем в патрубки (2). Очищенный от влаги газ движется вверх через диффузор (1).

При снижении напора газожидкостной смеси на входе в сопло регулятор (5) опускается ниже под действием силы тяжести, автоматически уменьшая критическое сечение сопла; при увеличении напора, регулятор приподнимается, увеличивая критическое сечение. Оптимальное значение массы регулятора (5) для каждого напора газожидкостной смеси определяют по номограмме и либо используют готовый регулятор (5) подходящей массы из набора, либо утяжеляют/облегчают имеющийся регулятор (5), Если необходимо облегчить имеющийся регулятор (5), в нем могут высверлить продольное отверстие на заданную глубину, убрав часть материала регулятора (5). Для утяжеления имеющегося регулятора (5) после высверливания продольного отверстия на расчетную глубину в него заливают заранее подготовленную навеску расплавленного свинца и, если необходимо, закрывают полость пробкой. Это позволяет варьировать массу регулятора (5), изменяя площадь критического сечения сопла.

Функционирование регулятора (5) не подразумевает каких-либо упругих деформаций, и не требует введения в конструкцию устройства каких-либо узлов, нуждающихся в дополнительном уплотнении для обеспечения герметичности. Эти преимущества повышают эффективность сепарации сконденсированной жидкости в газодинамическом сепараторе.

5

1. Газодинамический сепаратор, содержащий:

по существу, вертикальное сопло, имеющее конфузор (6) и диффузор (1), завихритель потока (8), установленный на входе в сопло,

верхний и нижний кольцевые карманы для сбора жидкости, имеющие кольцевые щели (3) для улавливания жидкости, сообщающиеся с внутренней полостью конфузора (6) и диффузора (1), и патрубки для отвода жидкости (2),

регулятор (5), выполненный в виде обтекаемого в направлении движения газа удлиненного массивного тела, установленного во внутренней полости сопла соосно вертикальной оси с возможностью перемещения вдоль оси сопла на предварительно заданное расстояние, и содержащий расширяющуюся верхнюю часть, расположенную в диффузоре (1) и имеющую диаметр больше диаметра самой узкой части сопла,

характеризующийся тем, что

масса регулятора (5) подобрана таким образом, чтобы скорость его падения в восходящем потоке газа при оптимальном значении критического сечения приближалась к нулю.

2. Сепаратор по п. 1, характеризующийся тем, что в нем максимальное расстояние, на которое может перемещаться регулятор (5), определяется посредством ограничителя (7).

3. Сепаратор по п. 1, характеризующийся тем, что в нем регулятор (5) дополнительно снабжен продольной полостью для установки грузов.

4. Сепаратор по п. 1, характеризующийся тем, что он дополнительно снабжен фланцами для присоединения к трубопроводной арматуре.

5. Сепаратор по п. 1, характеризующийся тем, что в нем длина упомянутого конфузора (6), по меньшей мере, в 2 раза больше длины упомянутого диффузора (1) при, по существу, одинаковых входном и выходном сечениях упомянутого сопла.

6. Сепаратор по п. 1, характеризующийся тем, что в нем конфузор (6) и диффузор (1) выполнены коническими.

7. Сепаратор по п. 1, характеризующийся тем, что в нем регулятор (5) дополнительно снабжен направляющими, выполненными с возможностью фиксации регулятора (5) вдоль оси вышеупомянутого сопла.