RU2150315C1

RU2150315C1 - Centrifugal separation member

Info

Publication number: RU2150315C1
Application number: RU98123705A
Authority: RU
Inventors: С.И. Бойко; Н.К. Касапов; С.В. Килинник
Original assignee: Открытое акционерное общество Научно-исследовательский и проектный институт по переработке газа
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1998-12-30
Publication date: 2000-06-10

Abstract

FIELD: separation of gas-liquid flows; applicable in various industries, for instance, gas-processing one. SUBSTANCE: centrifugal separation member includes shell, two successively installed swirlers and trap of separated liquid. Installed inside shell, between swirlers is recirculating member made in the form of closed cavity having inlets and outlets. Shell wall has holes. Inlets of recirculating member are connected with shell over perimeter of holes, and outlet is located in shell central part at a distance equalling 0.8-1.0 shell diameter from the first swirler. Besides, recirculating member is made in the form of pipe section. Outlet cross-section area of recirculating member corresponds to 0.4-0.6 of inlets total cross-section area. The second swirler is made in the form of hollow cylinder whose diameter equals 0.3-0.5 shell diameter and whose ends are made in the form of hemisphere. The second swirler has guide blades located at angle of 55-60 deg to shell axis. EFFECT: higher efficiency of separating liquid from gas, low hydraulic resistance. 5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике разделения газожидкостных потоков и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например газоперерабатывающей. The invention relates to techniques for the separation of gas-liquid flows and can be used in various industries, such as gas processing.

Известен центробежный сепаратор, включающий обечайку, два последовательно установленных завихрителя с направляющими лопатками, ловушку отделенной жидкости и газоотводящий патрубок (пат. США N 3461652, кл. B 01 D 45/12, 1969 г.). Known centrifugal separator, including a casing, two sequentially installed swirl with guide vanes, a trap for the separated liquid and a gas outlet pipe (US Pat. US N 3461652, CL B 01 D 45/12, 1969).

Недостатком известного сепаратора является низкая эффективность при отделении мелкодисперсных капель, которые не успевают переместиться к стенке обечайки сепаратора и присутствуют во всем поперечном сечении потока. В результате происходит вторичное дробление капель жидкости и унос их вместе с газовым потоком. A disadvantage of the known separator is the low efficiency in the separation of fine droplets that do not have time to move to the wall of the shell of the separator and are present in the entire cross section of the flow. As a result, secondary splitting of the liquid droplets takes place and their entrainment together with the gas stream.

Общими признаками известного и предлагаемого устройства являются:
- обечайка;
- два последовательно установленных завихрителя;
- ловушка отделенной жидкости.Common features of the known and proposed device are:
- shell;
- two sequentially installed swirlers;
- trap of separated liquid.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является центробежный сепарационный элемент, включающий обечайку, два последовательно установленных завихрителя с направляющими лопатками, тонкослойную насадку, размещенную между завихрителями с кольцевым зазором к обечайке, ловушку отделенной жидкости и газоотводящий патрубок (пат. РФ N 2052272, кл. B 01 D 45/12, 1996 г.). The closest in technical essence and the achieved result to the proposed one is a centrifugal separation element, including a shell, two sequentially installed swirls with guide vanes, a thin-layer nozzle placed between swirls with an annular gap to the shell, a trap of separated liquid and a gas outlet pipe (US Pat. RF N 2052272 Cl. B 01 D 45/12, 1996).

Недостатками известного сепарационного элемента являются высокое гидравлическое сопротивление и низкая эффективность разделения газа и жидкости из-за вторичного уноса, вызванного циркуляционными токами в центральной части закрученного потока. The disadvantages of the known separation element are high hydraulic resistance and low efficiency of gas and liquid separation due to secondary entrainment caused by circulating currents in the central part of the swirling flow.

Общими признаками известного и предлагаемого элементов являются:
- обечайка:
- два последовательно установленных завихрителя:
- ловушка отделенной жидкости.Common features of the known and proposed elements are:
- shell:
- two sequentially installed swirl:
- trap of separated liquid.

Техническая задача заключается в повышении эффективности отделения жидкости от газа и снижении гидравлического сопротивления. The technical problem is to increase the efficiency of separation of liquid from gas and reduce hydraulic resistance.

Поставленная задача достигается тем, что в центробежном сепарационном элементе, включающем обечайку, два последовательно установленных завихрителя и ловушку отделенной жидкости, внутри обечайки между завихрителями установлен рециркуляционный элемент, выполненный в виде замкнутой полости, снабженной входами и выходом, а в стенке обечайки выполнены отверстия, причем входы рециркуляционного элемента соединены с обечайкой по периметру отверстий, а выход расположен в центральной части обечайки на расстоянии 0,8-1,0 диаметра обечайки от первого завихрителя. This object is achieved by the fact that in the centrifugal separation element including the casing, two successively installed swirlers and a trap of separated liquid, a recirculation element is installed inside the casing between the swirlers, made in the form of a closed cavity equipped with inputs and outputs, and holes are made in the casing wall, and the inputs of the recirculation element are connected to the shell along the perimeter of the holes, and the output is located in the Central part of the shell at a distance of 0.8-1.0 diameter of the shell from the per vogue swirler.

Кроме того, рециркуляционный элемент выполнен в виде участка трубы. In addition, the recirculation element is made in the form of a pipe section.

При этом площадь поперечного сечения выходного отверстия рециркуляционного элемента соответствует 0,4-0,6 суммарной площади поперечного сечения входных отверстий. Moreover, the cross-sectional area of the outlet of the recirculation element corresponds to 0.4-0.6 of the total cross-sectional area of the inlets.

Кроме того, второй завихритель выполнен в виде полого цилиндра диаметром, равным 0,3-0,5 диаметра обечайки, торцы которого выполнены в виде полушарий. In addition, the second swirl is made in the form of a hollow cylinder with a diameter equal to 0.3-0.5 of the diameter of the shell, the ends of which are made in the form of hemispheres.

Кроме того, второй завихритель снабжен направляющими лопастями, расположенными под углом 55-60^o к оси обечайки.In addition, the second swirler is equipped with guide vanes located at an angle of 55-60 ^o to the axis of the shell.

Размещение внутри обечайки между завихрителями рециркуляционного элемента, выполненного в виде замкнутой полости, снабженной входами и выходом, а также соединение входов рециркуляционного элемента с обечайкой по периметру отверстий и расположение выхода рециркуляционного элемента в центральной части обечайки на расстоянии 0,8-1,0 диаметра обечайки от первого завихрителя объясняется тем, что на таком расстоянии окончательно формируется центробежный поток с зоной пониженного давления в центре, который обеспечивает подачу газа, унесенного с жидкостью, извне через входы рециркуляционного элемента и его выход в закрученный поток. The placement inside the shell between the swirlers of the recirculation element, made in the form of a closed cavity equipped with inputs and outputs, as well as the connection of the inputs of the recirculation element with the shell around the perimeter of the holes and the location of the outlet of the recirculation element in the central part of the shell at a distance of 0.8-1.0 diameter of the shell from the first swirler is explained by the fact that at such a distance a centrifugal flow is finally formed with a zone of reduced pressure in the center that provides gas supply th liquid, recirculation via the inputs and its output element in the swirling flow.

Выполнение выходного отверстия рециркуляционного элемента с площадью поперечного сечения, соответствующей 0,4-0,6 суммарной площади поперечного сечения входных отверстий, обеспечивает достаточную рециркуляцию газа, что предотвращает вторичный унос жидкости. The implementation of the outlet of the recirculation element with a cross-sectional area corresponding to 0.4-0.6 of the total cross-sectional area of the inlet openings provides sufficient gas recirculation, which prevents secondary entrainment of the liquid.

Выполнение второго завихрителя в виде полого цилиндра диаметром, равным 0,3-0,5 диаметра обечайки, с торцами, выполненными в виде полушарий, позволяет снизить гидравлическое сопротивление сепарационного элемента, а также предотвращает возникновение циркуляционных токов и вторичного уноса. The implementation of the second swirler in the form of a hollow cylinder with a diameter equal to 0.3-0.5 of the diameter of the shell, with ends made in the form of hemispheres, allows to reduce the hydraulic resistance of the separation element, and also prevents the occurrence of circulating currents and secondary entrainment.

Размещение направляющих лопастей на поверхности второго завихрителя под углом 55-60^o к оси обечайки позволяет стабилизировать крутку потока после прохождения им рециркуляционого элемента и исключить воздействие вихрей и противотоков в зоне сепарации.The placement of the guide vanes on the surface of the second swirl at an angle of 55-60 ^o to the axis of the shell allows you to stabilize the twist of the stream after passing through the recirculation element and to exclude the effects of vortices and countercurrents in the separation zone.

Центробежный сепарационный элемент представлен на чертеже, где на фиг.1 показан общий вид, на фиг.2 - вид сверху. A centrifugal separation element is shown in the drawing, in which Fig. 1 shows a general view, and Fig. 2 is a top view.

Центробежный сепарационный элемент включает обечайку 1 с установленными в ней последовательно первым и вторым завихрителями 2 и 3 и ловушкой отделенной жидкости 4. Внутри обечайки 1 между завихрителями 2 и 3 установлен рециркуляционный элемент 5, выполненный в виде замкнутой полости, имеющей входы 6 и выход 7. В стенке обечайки 1 выполнены отверстия 8. Входы 6 рециркуляционного элемента 5 соединены с обечайкой 1 по периметру отверстий 8. Выход 7 расположен в центральной части обечайки 1 на расстоянии 0,8-1,0 диаметра обечайки. Площадь поперечного сечения выходного отверстия 7 соответствует 0,4-0,6 суммарной площади поперечного сечения входных отверстий 6. Завихритель 3 выполнен в виде полого цилиндра диаметром 0,3-0,5 диаметра обечайки 1. Верхний и нижний торцы 9 и 10 завихрителя 3 выполнены в виде полушарий. Завихритель 3 имеет направляющие лопасти 11, расположенные под углом 55-60^o к оси обечайки 1.The centrifugal separation element includes a casing 1 with the first and second swirlers 2 and 3 sequentially installed in it and a trap of separated liquid 4. Inside the casing 1, between the swirls 2 and 3, a recirculation element 5 is installed, made in the form of a closed cavity having inputs 6 and 7. Holes are made in the wall of the shell 1. The inlets 6 of the recirculation element 5 are connected to the shell 1 along the perimeter of the holes 8. The outlet 7 is located in the central part of the shell 1 at a distance of 0.8-1.0 of the shell diameter. The cross-sectional area of the outlet 7 corresponds to 0.4-0.6 of the total cross-sectional area of the inlets 6. The swirler 3 is made in the form of a hollow cylinder with a diameter of 0.3-0.5 of the diameter of the shell 1. The upper and lower ends 9 and 10 of the swirl 3 made in the form of hemispheres. The swirler 3 has guide vanes 11 located at an angle of 55-60 ^o to the axis of the shell 1.

Рециркуляционный элемент 5 может быть выполнен в виде участка трубы. The recirculation element 5 can be made in the form of a pipe section.

Центробежный сепарационный элемент работает следующим образом. Газожидкостный поток поступает внутрь элемента через вертикальные щели завихрителя 2, где под действием центробежных сил, возникающих за счет наклонного расположения лопаток завихрителя, он закручивается и делится на центральный газовый с зоной пониженного давления и периферийный газожидкостный с зоной повышенного давления. Centrifugal separation element operates as follows. The gas-liquid flow enters the element through the vertical slots of the swirler 2, where under the action of centrifugal forces arising from the inclined arrangement of the swirl blades, it swirls and is divided into a central gas with a zone of reduced pressure and peripheral gas-liquid with a zone of high pressure.

За счет размещения завихрителя 3 предлагаемой конструкции центральный газовый поток объединяется с периферийным газожидкостным, что устраняет вторичный унос, вызванный обратными токами, и снижает гидравлическое сопротивление аппарата. Жидкость под действием центробежных сил осаждается на внутреннюю поверхность обечайки 1 и потоком направляется к ловушке 4. Через кольцевой зазор между обечайкой 1 и ловушкой 4 жидкость с частью газа отводится из потока. Основной поток газа, отделившись от жидкости, выходит из сепарационного элемента. Часть газа, вышедшего через ловушку 4 вместе с жидкостью, засасывается через входы 6 рециркуляционного элемента 5 и из выходного отверстия 7 подается в зону пониженного давления центробежного поля на доочистку от капель жидкости. Due to the placement of the swirl 3 of the proposed design, the central gas stream is combined with the peripheral gas-liquid, which eliminates the secondary ablation caused by reverse currents and reduces the hydraulic resistance of the apparatus. The liquid under the action of centrifugal forces is deposited on the inner surface of the shell 1 and flow is directed to the trap 4. Through the annular gap between the shell 1 and the trap 4, liquid with a part of the gas is discharged from the stream. The main gas stream, separated from the liquid, leaves the separation element. Part of the gas released through the trap 4 along with the liquid is sucked in through the inlets 6 of the recirculation element 5 and is supplied from the outlet 7 to the zone of reduced pressure of the centrifugal field for purification from liquid droplets.

Направляющие лопасти 11 стабилизируют крутку потока и возникшие вихри в результате прохождения им рециркуляционного элемента 5. The guide vanes 11 stabilize the twist of the flow and the resulting vortices as a result of the passage of the recirculation element 5.

Claims

1. A centrifugal separation element comprising a casing, two sequentially installed swirlers and a trap of separated liquid, characterized in that a recirculation element is installed inside the casing between the swirlers, made in the form of a closed cavity equipped with inputs and outputs, and openings are made in the wall of the casing, with inputs the recirculation element is connected to the shell along the perimeter of the holes, and the outlet is located in the Central part of the shell at a distance of 0.8 - 1.0 diameter of the shell from the first swirler.

2. The centrifugal separation element according to claim 1, characterized in that the recirculation element is made in the form of a pipe section.

3. The centrifugal separation element according to claim 1, characterized in that the cross-sectional area of the outlet of the recirculation element corresponds to 0.4 - 0.6 of the total cross-sectional area of the inlets.

4. The centrifugal separation element according to claim 1 or 2, characterized in that the second swirler is made in the form of a hollow cylinder with a diameter equal to 0.3 - 0.5 of the diameter of the shell, the ends of which are made in the form of hemispheres and equipped with guide vanes.

5. The centrifugal separation element according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the guide vanes are located at an angle of 55-60 ^o to the axis of the shell.