Многоступенчатый сепаратор

 

Использование: в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: в многоступенчатом сепараторе, содержащем вертикальный корпус, входную камеру, расположенные последовательно по ходу газа ступень центробежной сепарации, включающую множество расположенных параллельно прямоточных циклонных элементов, и ступень инерционного отделения, включающую множество инерционных сепарационных элементов, перекрывающих проходное сечение корпуса, входная камера снабжена закручивающим устройством, ступень инерционного отделения выполнена в виде тарелки с продольными окнами, снабженными наклонными козырьками, при этом инерционные сепарационные элементы установлены вертикально на тарелке, верхним торцом примыкая к козырьку. 3 з. п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области очистки газа и жидкости от твердых и жидких примесей и может быть использовано в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.

Известны разнообразные конструкции сепараторов, содержащих корпус с патрубками подвода и отвода фаз и размещенные внутри корпуса сепарирующие элементы [1, 2, 3] Эти сепараторы применяются в основном при очистке газа с относительно небольшим содержанием жидкой фазы и характеризуются циклическим характером работы, так как необходимо периодически очищать сепарирующие элементы, что снижает производительность и эффективность работы.

Известны также конденсаторы, предназначенные для разделения газожидкостных смесей, содержащие корпус с патрубками подвода газожидкостной смеси, отвода газа и жидкости, внутри которых размещены ступени разделения с сепарирующими элементами [4, 5] В конструкции этих сепараторов недостаточно используется кинетическая энергия газожидкостного потока, что снижает эффективность процесса разделения, при этом известные устройства имеют значительные габариты.

Наиболее близким к заявленному сепаратору по совокупности признаков (как по конструкции имеет функционально различные ступени сепарации, так и по назначению) является сепаратор, содержащий корпус с патрубками подвода газожидкостной смеси, отвода газа и жидкости, внутри которого размещены ступени разделения с сепарирующими элементами [6] В этом сепараторе интенсификация разделения газа и жидкости достигается за счет совокупного действия центробежных сил, а также сил поверхностного натяжения.

Однако производительность такого сепаратора сравнительно невысока, так как процесс разделения протекает недостаточно интенсивно из-за наличия ступеней разделения, работающих за счет сил поверхностного натяжения и чисто гравитационных сил.

Данное изобретение направлено на решение задачи по обеспечению надежной и эффективной работы многоступенчатого сепаратора, особенно при больших расходах газожидкостных смесей.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в многоступенчатом сепараторе, содержащем вертикальный корпус, входную камеру, расположенные последовательно по ходу газа ступень центробежной сепарации, включающую множество расположенных параллельно прямоточных циклонных элементов, и ступень инерционного отделения, включающую множество инерционных сепарационных элементов, перекрывающих проходное сечение корпуса, согласно изобретению входная камера снабжена закручивающим устройством, ступень инерционного отделения выполнена в виде тарелки с продольными окнами, снабженными наклонными козырьками, при этом инерционные сепарационные элементы установлены вертикально на тарелке, верхним концом примыкая к козырьку.

Кроме того, закручивающее устройство может быть выполнено в виде тангенциально присоединенного к входной камере патрубка ввода потока, а входная камера расположена в нижней части корпуса. Дополнительно входная камера может быть расположена в верхней части корпуса и снабжена осевым патрубком ввода потока, а закручивающее устройство выполнено в виде диска с лопастями и коническим выступом по центру на стороне, обращенной к патрубку ввода.

Техническим результатом от использования заявленного сепаратора является повышение производительности и надежности работы многоступенчатого сепаратора за счет рационального использования при разделении фаз кинетической энергии потока газожидкостной смеси и снижения вероятности засорения сепарирущих элементов смолистыми веществами, содержащимися в сепарируемой смеси.

На фиг. 1 представлена схема заявленного многоступенчатого сепаратора, продольный разрез, с прямоточной схемой движения фаз; на фиг.2 то же, с противоточной схемой движения фаз; на фиг.3 сечение А-А на фиг.1; на фиг.4 сечение Б-Б на фиг.3; на фиг.5 показан фрагмент сепаратора, продольный разрез (ступень очистки); на фиг.6 сечение В-В на фиг.1; на фиг.7 сечение Г-Г на фиг.1; на фиг. 8 вид по стрелке Д на фиг.7; на фиг.9 узел I на фиг.2.

Многоступенчатый сепаратор с прямоточной схемой движения газа и жидкости (в данном примере газожидкостная смесь движется сверху вниз, см. фиг.1) содержит вертикальный корпус 1 с осевым патрубком 2 подвода газожидкостной смеси, который расположен соосно корпусу 1, патрубков 3 и 4 вывода соответственно газа и жидкости.

В корпусе 1 ниже ввода 2, например, на опорах из уголков установлено закручивающее устройство 5, выполненное в виде корпуса, обращенного к осевому патрубку 2, с направляющими пластинами 7, закрепленными на его верхней поверхности. Закручивающее устройство 5 и патрубок 2 образуют входную ступень сепаратора. На опорном кольце (на чертеже не показан) ниже входной ступени установлена глухая тарелка 8 с множеством расположенных параллельно прямоточных циклонных элементов, выполненных в виде обечаек 9 с завихрителями 10. Обечайки 9 установлены с зазором а относительно полотна тарелки 8 и радиальным зазором б относительно соосных им внутренних обечаек 11, образующих совместно с переливным патрубком 12 гидрозатвор для отсепарированной жидкости. Ниже тарелки 8 на опорном кольце установлена тарелка 13 с инерционными сепарационными элементами, выполненными в виде струнных сепараторов 14, представляющих собой многослойные струнные пакеты, при этом пакеты сепараторов 14 установлены с перекрытием продольных окон 15 (фиг.5), образованных направляющими пластинами 16, наклонно закрепленными на полотне тарелки 13. Для сбора и отвода отсепарированной жидкости струнные сепараторы снабжены желобами 17 и переливным патрубком 18, образующими гидрозатвор для отсепарированной жидкости.

В варианте выполнения многоступенчатого сепаратора с противоточной схемой движения газа и жидкости (в данном случае газожидкостная смесь движется снизу вверх, см. фиг.2) входная ступень сепаратора выполнена в виде тангенциально присоединенного к входной камере патрубка 2 ввода потока, при этом упомянутый патрубок 2 расположен в нижней части сепаратора над патрубком 4 вывода очищенной жидкости, а патрубок 3 вывода газа расположен в верхней части корпуса 1.

Работа многоступенчатого сепаратора осуществляется следующим образом: газ с конденсатом входит через патрубок ввода 2 и попадает на конус 6 и пластины 7 закручивающего устройства, закручивается и отбрасывается на стенку корпуса аппарата. Под действием центробежных сил жидкая фаза оседает на стенке и стекает по ней на глухую тарелку 8 с циклонными элементами. Газ с оставшимся в нем частично конденсатом направляется в циклонные элементы, на входе в которые он закручивается завихрителями 10, при этом жидкая фаза отбрасывается на стенки циклонных элементов и, стекая по ним, попадает на основание тарелки 8, откуда по переливным патрубкам сливается на следующую ступень сепарации (тарелку 13). Газ с частично оставшимися в нем каплями жидкости, пройдя циклонные элементы, также направляется на следующую ступень сепарации, где, пройдя через каплеуловитель в виде струн сепараторов 14, отклоняется направляющими пластинами 16 в направлении к выходному патрубку 3.

Благодаря тому, что вектор газа имеет вертикальную составляющую, совпадающую с направлением гравитационных сил, действующих на капли жидкости, стекающей по струнам сепараторов, повышается эффективность сепарации. Направляющие пластины 16, установленные под углом примерно 45^о, выполняют роль перегородок и одновременно направляющих для газа. Это позволяет разместить на площади тарелки максимальное количество струнных сепараторов 14 без существенного повышения гидравлического сопротивления, что в свою очередь повышает эффективность сепарации. Отсепарированная жидкость собирается в желобах 17, откуда по переливному патрубку 18 поступает в нижнюю часть аппарата и отводится из него через патрубок 4.

Исходя из условий работы, при необходимости, например при жестко заданной технологической схеме процесса, многоступенчатый сепаратор может быть выполнен с нижним вводом газожидкостной смеси, как это показано на фиг.2. В этом варианте входная ступень выполнена в виде свободно расширяющегося объема с тангенциальным вводом газожидкостной смеси (см. фиг.2). Кроме того, завихрители 10 установлены в основании обечаек 11, т.е. на входе сепарируемого газа, а ступень с циклонными элементами расположена ниже ступени со струнными сепарирующими элементами желоба 17, которые расположены на выходе из сепарирующих элементов при обеих схемах движения фаз.

В этом варианте выполнения работа промежуточных ступеней аналогична вышеописанной, с той лишь разницей, что в этом случае направление движения жидкой и газообразной фаз не совпадают, при этом на входной ступени газожидкостная смесь тангенциально вводится в нижнюю часть корпуса, где под действием центробежных сил жидкость отбрасывается на стенку корпуса, стекает по ней и совместно с жидкостью, поступающей с верхних ступеней сепарации, отводится через патрубок 4 вывода жидкости.

При использовании предложенного сепаратора его существенным преимуществом по сравнению с известным является высокая эффективность в широком диапазоне расходов газожидкостной смеси, обусловленная наличием двух типов насадок, а также их взаимной компоновкой.

Формула изобретения

1. МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ СЕПАРАТОР, содержащий вертикальный корпус, входную камеру, расположенные последовательно по ходу газа ступень центробежной сепарации, включающую множество расположенных параллельно прямоточных циклонных элементов, и ступень инерционного отделения, включающую множество инерционных сепарационных элементов, перекрывающих проходное сечение корпуса, отличающийся тем, что входная камера снабжена закручивающим устройством, ступень инерционного отделения выполнена в виде тарелки с продольными окнами, снабженными наклонными козырьками, при этом инерционные сепарационные элементы установлены вертикально на тарелке, верхним концом примыкая к козырьку.

2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что закручивающее устройство выполнено в виде тангенциально присоединенного к входной камере патрубка ввода потока.

3. Сепаратор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что входная камера расположена в нижней части корпуса.

4. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что входная камера расположена в верхней части корпуса и снабжена осевым патрубком ввода потока, а закручивающее устройство выполнено в виде диска с лопастями и коническим выступом по центру на стороне, обращенной к патрубку ввода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9