Центробежный сепарационный элемент

Полезная модель относится к устройствам для очистки газа от жидких примесей с использованием центробежных сил, возникающих при закручивании газового потока, и может быть использована для разделения газожидкостных потоков в нефтяной, газовой, нефтехимической и других отраслях промышленности. Центробежный сепарационный элемент включает обечайку с завихрителем потока и размещенную над кромкой обечайки ловушку отделенной жидкости, выполненную в виде кольца с вертикальными бортовыми поверхностями, образующими с внешней и внутренней сторонами обечайки сообщающиеся кольцевые каналы. Новым является то, что на внешней поверхности обечайки установлены направляющие элементы стержнеобразного вида, ориентированные в сторону закручивания потока завихрителем и присоединенные одним концом к внешней поверхности обечайки, а другим концом - к внешней бортовой поверхности ловушки. Кроме того, верхняя кромка обечайки изогнута в сторону движения потока. Кроме того, с зазором к обечайке и ловушке установлена дополнительная ловушка, по форме соответствующая ловушке отделенной жидкости. 2 з.п. ф-лы, 2 илл.

Полезная модель относится к устройствам для очистки газа от жидких примесей с использованием центробежных сил, возникающих при закручивании газового потока, и может быть использована для разделения газожидкостных потоков в нефтяной, газовой, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Известен центробежный сепарационный элемент, включающий обечайку, два последовательно установленных завихрителя с направляющими лопатками и тонкослойной насадкой между ними, установленный внутри обечайки газоотводящий патрубок и ловушку отделенной жидкости, представляющую собой примыкающее к газоотводящему патрубку кольцо с вертикальным бортом, при этом поверхность обечайки образует с бортом и с внешней поверхностью газоотводящего патрубка сообщающиеся кольцевые каналы (патент РФ 2052272, МПК В01Д 45/12, опуб. 20.01.1996 г.).

Общими признаками известного центробежного сепарационного элемента с предлагаемым являются:

- обечайка;

- завихритель потока;

- размещенная над кромкой обечайки ловушка отделенной жидкости, выполненная в виде кольца с бортовыми поверхностями.

Недостатком известного устройства является повышенное гидравлическое сопротивление из-за наличия двух завихрителей и недостаточно эффективное отделение жидкости от газа, обусловленное вторичным уносом капель, осевших на газоотводящем патрубке в виде пленки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой полезной модели является центробежный сепарационный элемент, включающий обечайку с ловушкой отделенной жидкости и завихритель. Внутри обечайки соосно ей размещено полое тело цилиндрической формы, один торец которого выполнен герметичным и выступающим над ловушкой отделенной жидкости, а другой торец выполнен в виде сопла и расположен над завихрителем, кроме того, выступающая торцовая часть полого тела снабжена газоподводящими патрубками. Ловушка для улавливания отделенной жидкости представляет собой кольцо с вертикальными бортами, образующими с внешней и внутренней сторонами обечайки сообщающиеся кольцевые каналы (патент 2140317, МПК⁶ В01Д 45/12, опуб. 12.10.1999, ОБ 30).

Общими признаками известного и предлагаемого устройств являются:

- обечайка;

- завихритель потока;

- размещенная над кромкой обечайки ловушка отделенной жидкости, выполненная в виде кольца с вертикальными бортовыми поверхностями, образующими с внешней и внутренней сторонами обечайки сообщающиеся кольцевые каналы.

Недостатком известного устройства является недостаточно высокая эффективность разделения газа и жидкости из-за вторичного уноса, вызванного осаждением части мелких капель, отскочивших на наружную поверхность полого центрального тела, и поступлением на нее в виде пленки части жидкости из внутренней полости полого центрального тела, а также недостаточно высокая производительность сепарационного элемента за счет организации рециркуляции части потока и повышенного гидравлического сопротивления.

Техническая задача заключается в достижении высокой эффективности разделения газожидкостной смеси за счет снижения уноса газа с жидкостью и в повышении производительности сепарационного элемента.

Поставленная задача достигается тем, что в центробежном сепарационном элементе, включающем обечайку с завихрителем потока и размещенную над кромкой обечайки ловушку отделенной жидкости, выполненную в виде кольца с вертикальными бортовыми поверхностями, образующими с внешней и внутренней сторонами обечайки сообщающиеся кольцевые каналы, на внешней поверхности обечайки установлены направляющие элементы стержнеобразного вида, ориентированные в сторону закручивания потока завихрителем и присоединенные одним концом к внешней поверхности обечайки, а другим концом - к внешней бортовой поверхности ловушки.

Кроме того, верхняя кромка обечайки изогнута в сторону движения потока.

Кроме того, с зазором к обечайке и ловушке установлена дополнительная ловушка, по форме соответствующая ловушке отделенной жидкости.

Соединение нижней части ловушки с обечайкой с помощью равномерно установленных по периметру обечайки направляющих элементов стержнеобразного вида, ориентированных в сторону закручивания потока завихрителем, позволяет собрать на направляющих элементах мелкодисперсные частицы аэрозолей и по ним отвести жидкость на внешнюю поверхность обечайки. Это, в свою очередь, исключает вторичный контакт уловленной жидкости с газом и, соответственно, ее вторичный унос.

Выполнение верхней кромки обечайки изогнутой формы позволяет исключить дробление проходящей кромку пленки жидкости и образование мелкодисперсных капель, что также повышает эффективность сепарации.

Размещение между кромкой обечайки и поверхностью ловушки дополнительной ловушки, соответствующей по форме основной ловушке отделенной жидкости с зазорами относительно внутренней поверхности ловушки и относительно обечайки позволяет сохранить пленочное течение жидкости осевшей на внутреннюю поверхность обечайки при развороте ее направления движения на 180 градусов. При этом устраняется одна из составляющих вторичного уноса - дробление пленки в момент удара о поверхность ловушки.

Центробежный сепарационный элемент представлен на чертежах, где на фиг.1 показан общий вид, на фиг.2 - график уноса аэрозолей с газом на выходе из центробежных сепарационных элементов в зависимости от расхода газа при атмосферных условиях и средней дисперсности аэрозолей на входе в сепарационный элемент 10 мкм.

Центробежный сепарационный элемент состоит из обечайки 1 с завихрителем 2 потока, размещенную над кромкой обечайки 1 ловушку 3 отделенной жидкости, выполненную в виде кольца 4 с вертикальными бортовыми поверхностями 5, образующими с внешней и внутренней сторонами обечайки сообщающиеся кольцевые каналы 6 и 7. На внешней поверхности обечайки 1 установлены направляющие элементы 8 стержнеобразного вида, например, в виде стержней, прутков, трубок и т.д. Направляющие элементы 8 ориентированы в сторону закручивания потока завихрителем 2 и присоединены одним концом к внешней поверхности обечайки 1, а другим концом - к внешней бортовой поверхности ловушки 3.

Верхняя кромка 9 обечайки 1 выполнена изогнутой в сторону движения потока. С зазором 10 к обечайке 1 и ловушке 3 установлена дополнительная ловушка 11, по форме соответствующая ловушке 3 отделенной жидкости.

Устройство работает следующим образом: исходная смесь газа и мелкодисперсных частиц через завихритель 2, далее закрученный поток поступает во внутреннюю полость обечайки 1, где под действием центробежных сил жидкость отбрасывается на периферию к стенкам обечайки 1, а газ концентрируется в центральной части обечайки 1.Очищенный газ отводится через центральное отверстие ловушки 3, а жидкость, в основном в виде пленки, вместе с частью газа и аэрозолей поступает в пространство между внутренней поверхностью обечайки 1 и ловушки 3, откуда отводится через зазор 10 между верхней изогнутой кромкой 9 обечайки 1 и дополнительной ловушкой 11, при этом ловушка 11 с вертикальными бортовыми поверхностями выполняет направляющую функцию. Вращаясь под действием остаточного центробежного поля, выйдя из ловушки 3, остатки газа и уловленная жидкость поступают на поверхность направляющих элементов 8, расположенных под острым углом к торцу ловушки 3, по направлению совпадающих с углом закрутки завихрителя 2. Жидкость и аэрозоли коалесцируют на поверхности направляющих элементов 8 и по ним, не смешиваясь вторично с газом, отводятся из зоны контакта. Часть газа, отделившаяся от жидкости, смешивается с основным потоком.

На фиг.2 представлена зависимость уноса аэрозолей с газом на выходе из сепарационных центробежных элементов (прототипа и заявляемого, соответственно) от расхода газа при средней дисперсности аэрозолей 10 мкм. Результаты получены на гидродинамическом стенде ОАО «НИПИгазпереработка».

Как видно из графиков, изображенных на фиг.2, при равных расходах заявляемый сепарационный элемент примерно в 4 раза эффективней прототипа - центробежного сепарационного элемента по патенту РФ 2140317.

1. Центробежный сепарационный элемент, включающий обечайку с завихрителем потока и размещенной над кромкой обечайки ловушкой отделенной жидкости, выполненной в виде кольца с вертикальными бортовыми поверхностями, образующими с внешней и внутренней сторонами обечайки сообщающиеся кольцевые каналы, отличающийся тем, что на внешней поверхности обечайки установлены направляющие элементы стержнеобразного вида, ориентированные в сторону закручивания потока завихрителем и присоединенные одним концом к внешней поверхности обечайки, а другим концом - к внешней бортовой поверхности ловушки.

2. Центробежный сепарационный элемент по п.1, отличающийся тем, что верхняя кромка обечайки изогнута в сторону движения потока.

3. Центробежный сепарационный элемент по п.1, отличающийся тем, что с зазором к обечайке и ловушке установлена дополнительная ловушка, по форме соответствующая ловушке отделенной жидкости.