DE2107908A1 - Separator and method for separating liquid from a gas and liquid mixture - Google Patents
Separator and method for separating liquid from a gas and liquid mixtureInfo
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Description
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Abscheider und Verfahren zum Abscheiden von Flüssigkeit aus einem Gas-Flüssigkeits-GemischSeparator and method for separating liquid from a gas-liquid mixture
Die Erfindung bezieht sich auf einen Abscheider und auf ein Verfahren zum Abscheiden von Flüssigkeit aus einem Gas-Flüssigkeits-Gemisch. The invention relates to a separator and to a method for separating liquid from a gas-liquid mixture.
Ein Abscheider der genannten Art lab erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen Mantel mib einem Einlaß und einem Auslaß, durch eine Anzahl l/irbelfohre, welche jeweils einen Einlaß und einen Auelaß haban iuid lait ihren Längsachsen im wesentlichen parallel ssur L-in^üa^htst do*j llu^bels ;u diafifui an-A separator of the type mentioned lab characterized according to the invention through a jacket with an inlet and an outlet, through a number of l / irbelfohre, each having an inlet and an Auelaß haban iuid lait essentially their long axes parallel ssur L-in ^ üa ^ htst do * j llu ^ bels; u diafifui an-
geordnet sind, so daß der Einlaß und der Auslaß jedes Wirbelrohres mit dem Einlaß bzw. dem Auslaß des Mantels strömungsverbunden ist, durch eine Flüssigkeits-Abscheidekammer innerhalb des Mantels, durch eine mit der Kammer strömungsverbundene Flüssigkeits-Sammeleinrichtung, wobei jedes Wirbelrohr zwei in Längsrichtung mit gegenseitigem Abstand derart befestigte Rohrabschnitte aufweist, daß nahe dem Auslaß des Rohres ein axialer Spalt gebildet ist, über welchen das Innere des Wirbelrohres mit der Kammer strömungsverbunden ist, durch im oder nahe dem Einlaßteil jedes Wirbelrohres angeordnete Einrichtungen zum Verändern der Strömungsrichtung des in das Wirbelrohr strömenden Gemisches zu einer schraubenförmigen Bewegung entlang der Innenfläche des Wirbelrohres und durch eine S br Ömungs verbindung zwischen dem Innenraum der Kammer und dem Innenraum jedes Wirbelrohres.are ordered so that the inlet and outlet of each vortex tube is in fluid communication with the inlet and outlet of the shell, respectively, through a liquid separation chamber within of the jacket, through a flow-connected to the chamber Liquid collecting device, each vortex tube so attached two longitudinally spaced apart Tube sections has that near the outlet of the tube an axial gap is formed, over which the interior of the vortex tube is fluidly connected to the chamber arranged in or near the inlet part of each vortex tube means for changing the direction of flow of the into the Vortex tube causes a helical movement along the inner surface of the vortex tube and through it a Sbr Ömungs connection between the interior of the chamber and the interior of each vortex tube.
Ferner betrifft die Erfindung einen Abscheider zur Rückgewinnung von in einem Gas mitgeführter Flüssigkeit, das durch eine Rohrleitung strömt, welcher gekennzeichnet ist durch einen in die Rohrleitung einsetzbaren Mantel, durch in gegenseitigem Abstand innerhalb des Mantels quer zu seiner Längsachse angeordnete erste und zweite, von öffnungen durchsetzte Platten, welche jeweils nahe dem Einlaß und dem Auslaß des Mantels abdichtend an der Wandung des Mantels anliegen, durch eine Anzahl sich zwischen den beiden Platten erstreckender, in den die Platten durchsetzenden Öffnungen gehaltener Wirbelrohre, durch sjine diu"jh den Mantel, and die Platten begrenzte fiehwerkraftibrfcneLdekaEüaer, dur.:h ölne mit der iV.hwerkraft-Abscheidekammer rir.as der erafcsri Pi.-ri.ti» U xlömimßf> verbunden« Flussisrkaits-Saniinel- <mn-x·, ,'/QboL jede-:; ./L'adlrohr uxnt-it. länglichen W.irbelrohrkör- i'V- !">n .im !amtlichen kr ei ;;i" >cmL -., Querschnitt wiThe invention also relates to a separator for the recovery of liquid entrained in a gas which flows through a pipeline, which is characterized by a jacket that can be inserted into the pipeline, by first and second openings arranged at a mutual distance within the jacket transversely to its longitudinal axis interspersed plates, which in each case close to the inlet and the outlet of the shell lie sealingly on the wall of the shell, through a number of vortex tubes extending between the two plates, held in the openings penetrating the plates, through the shell and the Plates limited fiehwerkraftibrfcneLdekaEüaer, dur.:h oilne with the iV.hwerkraft separation chamber rir.as of the erafcsri Pi.-ri.ti »U x l ömimßf> connected« Flussisrkaits-Saniin- <mn-x ·,, '/ QboL each - :; ./L'adlrohr uxnt-it. Elongated W.irbelrohrkör- i'V- ! "> N .im! Official kr ei ;; i"> cmL -., Cross-section wi
BADBATH
welcher zwei zur Bildung eines axialen Spaltes nahe dem Auslaß des Rohres in Längsrichtung mit gegenseitigem Abstand befestigte Rohrabschnitte aufweist, so daß der axiale Spalt eine Strömungsverbindung zwischen dem Innenraum des Wirbelrohres und der Schwerkraft-Abscheidekammer herstellt, und durch jeweils einen innerhalb eines Wirbelrohres nahe dessen Einlaß angeordneten Drallkörper, welcher zusammen mit der Wandung des Wirbelrohres einen ringförmigen Durchlaß zum Hauptteil von dessen Innenraum bildet und welcher einen die Schwerkraft-Abscheidekammer an einem Punkt nahe der Längsachse des Wirbelrohres mit dem Hauptteil des Innenraums des Wirbelrohres Strömungsverbindenden Durchlaß sowie in den ringförmigen Durchlaß ragende Leitschaufeln aufweist, mittels deren dem in das Wirbelrohr eintretenden Gas-Flüssigkeits-Gemisch ein Drall für das Abscheiden unter Zentrifugalwirkung erteilbar ist.which two to form an axial gap near the outlet of the pipe in the longitudinal direction at a mutual distance having fastened pipe sections, so that the axial gap has a flow connection between the interior of the vortex tube and the gravity separation chamber, and by one each within a vortex tube near it Inlet arranged swirl body, which together with the wall of the vortex tube an annular passage to Main part of its interior and which one forms the gravity separation chamber at a point near the longitudinal axis of the vortex tube with the main part of the interior of the vortex tube flow connecting passage as well as into the having annular passage protruding guide vanes, by means of which gives the gas-liquid mixture entering the vortex tube a swirl for the separation under centrifugal action is grantable.
Weiterhin schafft die Erfindung einen Abscheider zur Rückgewinnung von in einem Gas-Flüssigkeits-Gemisch mitgeführter Flüssigkeit, der gekennzeichnet ist durch einen Mantel, durch eine Schwerkraft-Abscheidekammer innerhalb des Mantels, durch eine Anzahl die Kammer in Längsrichtung des Mantels durchsetzender Wirbelrohre, welche jeweils einen axialen Spalt zur Strömungsverbindung zwischen dem Wirbelrohr und der Kammer aufweisen, durch Einrichtungen am oder nahe dem Einlaß jedes Wirbelrohres mittels welcher dem Gemisch bei seiner Strömung durch das Rohr eine Schraubenbewegung erteilbar ist, und durch eine Strömungsverbindung jeweils zwischen dem Innenraum der Kammer und einer Niederdruckzone im Innenraum eines Wirbelrohres.The invention also provides a separator for recovery of liquid entrained in a gas-liquid mixture, which is characterized by a jacket a gravity separation chamber within the shell a number of vortex tubes penetrating the chamber in the longitudinal direction of the jacket, each of which has an axial gap to the Have flow communication between the vortex tube and the chamber by means at or near the inlet of each Vortex tube by means of which the mixture can be given a helical movement as it flows through the tube, and through a flow connection between the interior of the chamber and a low-pressure zone in the interior of a vortex tube.
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Bei einem Verfahren zum Abscheiden kleiner Mengen von in einem Gas mitgeführter Flüssigkeit, das unter Druck eine Rohrleitung durchströmt, ist nach einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgesehen, daß man die Strömung in eine Anzahl Teilströmungen unterteilt, daß man aus den einzelnen Teilströmungen jeweils einen rotierenden Gaskörper in einem abgesehlossenen, im wesentlichen zylindrischen Raum "bildet, welcher an · einem Ende einen axialen Auslaß und in geringem Abstand von dem axialen Auslaß einen entlang dem Umfang verlaufenden Spalt aufweist, wodurch eine Trennung der Flüssigkeit von dem Gas unter Zentrifugalwirkung und eine Ansammlung im wesentlichen der gesamten Flüssigkeit im äußeren Bereich des zylindrischen Raumes eintritt und die Hauptmenge des Gases im mittleren Teil des Raumes einen Wirbel bildet, daß man die angesammelte Flüssigkeit und einen Teil des Gases durch die Spalte hindurch in einen gemeinsamen, abgeschlossenen Raum saugt, der mittels Strömungsverbindung mit Niederdruckzonen in den zylindrischen Räumen unter einem verringerten Druck gehalten ist, daß man die Flüssigkeit und das Gas mit verringerter Strömungsgeschwindigkeit entlang eines Strömungsweges innerhalb des gemeinsamen Raumes leitet, um die Abscheidung der Flüssigkeit von dem Gas unter Einwirkung der Schwerkraft zu bewirken, daß man die abgeschiedene Flüssigkeit sammelt und daß man das Gas aus dem gemeinsamen Raum zurück in die zylindrischen Räume entweichen läßt.In a method for separating small amounts of liquid entrained in a gas, which under pressure a pipeline flows through, it is provided according to a further idea of the invention that the flow is divided into a number of partial flows divided into a rotating gas body from the individual partial flows in a closed, substantially cylindrical space "forms, which at one end has an axial outlet and at a small distance from the axial outlet has a circumferential gap thereby separating the liquid from the gas under centrifugal action and an accumulation of substantially all of the liquid in the outer region of the cylindrical Space enters and the bulk of the gas in the middle part of the space forms a vortex, so that the accumulated Sucks liquid and part of the gas through the gap into a common, closed space, which by means of Flow connection with low pressure zones in the cylindrical spaces is kept under a reduced pressure that one the liquid and gas at reduced flow velocity along a flow path within the common Space conducts in order to cause the separation of the liquid from the gas under the action of gravity that the separated Liquid collects and that the gas can escape from the common space back into the cylindrical spaces leaves.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In dieser zeigt:Further features, details and advantages of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments based on the drawing. In this shows:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abscheiders,Fig. 1 is a longitudinal section through a first embodiment of the invention Separator,
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Fig. 2 eine teilweise weggebrochene Schrägansicht eines Wirbelrohres des Abscheiders nach Fig. 11 Fig. 2 is a partially broken away perspective view of a swirl tube of the separator of FIG. 1 1
Fig. 5 eine Vorderansicht einer Halteplatte undFig. 5 is a front view of a holding plate and
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform des Abscheiders.4 shows a longitudinal section through a second embodiment of the separator.
In der Zeichnung sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Man erkennt darin einen in eine Leitung einsetzbaren Abscheider 1 mit einem Mantel 2, welcher an den Endkappen 3 init Yerbindungsflanschen versehen ist. Im Mantel 2 ist eine erste und eine zweite, von öffnungen durchsetzte Platte 4 bzw. 5 angeordnet. An den Platten 4-, 5 sind Wirbelrohre 6 mit ihren Enden befestigt. Jedes der Wirbelrohre 6 enthält einen Rohrkörper 7 mit einem ersten und einem zweiten Rohrabschnitt 8 bzw. 9· Die Rohrabschnitte 8 und 9 weisen in Längsrichtung einen Abstand auf, so daß nahe dem Auslaßende des Rohrkörpers 7 ein über den Umfang verlaufender Spalt 10 gebildet ist. Am Einlaßende des ersten Rohrabschnittes 8 ist ein Drallkörper 11 mit einer Nabe 12, radialen Leitschaufeln 13 und einem Querrohr 14 befestigt. An der Unterseite des Mantels 2 ist eine Flüssigkeits-Samme!kammer 15 angesetzt.In the drawing, the same parts are identified by the same reference numerals. You can tell you are in a line usable separator 1 with a jacket 2, which is provided on the end caps 3 with Yerbindungsflanschen. In the coat 2, a first and a second plate 4 and 5, respectively, penetrated by openings are arranged. On the plates 4, 5 are vortex tubes 6 attached with their ends. Each of the vortex tubes 6 includes a tube body 7 with a first and a second Pipe section 8 or 9 · The pipe sections 8 and 9 point in In the longitudinal direction, a distance so that near the outlet end of the tubular body 7, a gap 10 extending over the circumference is formed. At the inlet end of the first pipe section 8 is a swirl body 11 with a hub 12, radial guide vanes 13 and a cross tube 14 attached. At the bottom of the Shell 2 is a liquid collecting chamber 15 is attached.
Die Einzelteile des Abscheiders weisen im einzelnen folgenden Aufbau auf. Der Mantel 2 ist aus einem Stahlrohr 16 gebildet, an welchem mit Anschlußflanschen versehene Endkappen 3 angeschweißt sind. Der Mantel 2 wird direkt in eine einen Gasstrom führende Rohrleitung eingesetzt; er bildet dann einen Teil derselben. Der Abscheider wird daher als "Leitungsabscheider" bezeichnet.The individual parts of the separator have the following structure. The jacket 2 is formed from a steel tube 16, to which end caps 3 provided with connecting flanges are welded are. The jacket 2 is inserted directly into a pipeline carrying a gas flow; he then forms a part the same. The separator is therefore referred to as a "line separator".
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Nahe dem Einlaß 19 und dem Auslaß 20 sind im Mantel 2 quer zu dessen Achse zwei gleiche Platten 4, 5 angeordnet. Die Platten 4, 5 sind jeweils von einer Anzahl öffnungen 17 niit gegenseitigem Abstand durchsetzt. Die Anzahl der Öffnungen 17 entspricht der der Wirbelrohre 6. Jeweils ein Ende der Wirbelrohre 6 ist in einer der öffnungen I7 gehalten.Near the inlet 19 and the outlet 20 are in the jacket 2 transversely two identical plates 4, 5 arranged on its axis. the Plates 4, 5 each have a number of openings 17 mutual distance interspersed. The number of openings 17 corresponds to that of the vortex tubes 6. In each case one end of the Vortex tubes 6 is held in one of the openings I7.
Die Platten 4, 5 sind entlang ihren Rändern mit der Wandung des Bohres 16 verschweißt, so daß eine dichte Verbindung gebildet ist und damit seitliche Abschlüsse für eine Schwerkraft-Abscheidekammer 17a geschaffen sind.The plates 4, 5 are along their edges with the wall of the drill 16 welded, so that a tight connection is formed and thus lateral closures for a gravity separation chamber 17a are created.
Die beiden Rohrabschnitte 8, 9 weisen kreisförmigen Querschnitt auf und sind koaxial zueinander ausgerichtet. Zur Bildung des Spaltes 10 sind die Rohrabschnitte 8, 9 durch Stäbe 18 in bestimmtem Längsabstand zueinander gehalten.The two pipe sections 8, 9 have a circular cross section and are aligned coaxially to one another. To form the gap 10, the pipe sections 8, 9 are through Rods 18 held at a certain longitudinal distance from one another.
Die entsprechenden Endstücke der Wirbelrohre 6 sind abdichtend an den Platten 4 bzw. 5 verschweißt. Der Innenraum der einzelnen Virbelrobre 7 ist in Strömungsverbindung mit dem Einlaß 19 und dem Auslaß 20 des Mantels 2, so daß ein Strömungsweg durch diesen gebildet ist.The corresponding end pieces of the vortex tubes 6 are welded to the plates 4 and 5 in a sealing manner. The interior of the single Virbelrobre 7 is in flow connection with the Inlet 19 and outlet 20 of the shell 2, so that a flow path is formed through this.
Der Drallkörper 11 ist jeweils am Einlaßende der ersten Rohrabschnitte 8 eingeschweißt. Er enthält eine Nabe 12 von gestreckter, an einem Ende konvergierender Form und kreisförmigem Querschnitt. Die Nabe 12 ist in der Mitte des Rohrabschnitts 8 angeordnet, so daß zwischen ihr und dem Rohrabschnitt ein ringförmiger Durchlaß gebildet ist.The swirl body 11 is in each case at the inlet end of the first pipe sections 8 welded in. It includes a hub 12 which is elongated, converging at one end and circular Cross-section. The hub 12 is in the middle of the pipe section 8 arranged so that an annular passage is formed between it and the pipe section.
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Die Nabe 12 ist von einer Längsbohrung 24 durchsetzt, die an ihrem vorderen Ende mit der Bohrung 22 des Querrohres 14 strömungsverbunden ist. Das Querrohr 14 ist mit seinen Enden an der Wandung des Rohrabschnittes 8 verschweißt, so daß seine Bohrung 22 mit einer öffnung 23 in der Wandung strömungsverbunden ist. Die Längsachse der Nabe 12 ,und der Bohrung fällt mit der Längsachse des Rohrabschnittes 8 zusammen;The hub 12 is penetrated by a longitudinal bore 24 which, at its front end, is connected to the bore 22 of the cross tube 14 is flow-connected. The cross tube 14 is with its ends welded to the wall of the pipe section 8 so that its bore 22 is in flow connection with an opening 23 in the wall is. The longitudinal axis of the hub 12 and the bore coincides with the longitudinal axis of the pipe section 8;
Die an der Nabe 12 befestigten radialen Leitschaufeln ragen in den ringförmigen Durchlaß 21 und sind so gekrümmt, daß sie die Strömungsrichtung in bezug auf die Achse der Rohrleitung um etwa 45° ablenken. Dadurch erteilen die Leitschaufeln 13 dem in das Wirbelrohr 7 eintretenden Gas-Flüssigkeits Gemisch einen Drall.The radial guide vanes attached to the hub 12 protrude into the annular passage 21 and are curved so that they change the direction of flow with respect to the axis of the pipeline deflect it by about 45 °. This gives the guide vanes 13 the gas-liquid entering the vortex tube 7 Mixture a twist.
Der Drallkörper 11 bewirkfeine Beschleunigung der in das Wirbelrohr 7 eintretenden Strömung und gleichzeitig eine Änderung von deren Bewegungsrichtung, so daß sie nun in einer Schraubenbewegung entlang der Innenfläche des Wirbelrohres 7 verläuft. Außerdem stellt der Drallkörper 11 eine Verbindung der Schwerkraft-Abscheidekammer 17a mit einer Zentrifugal-Abscheidezone 25 her. Somit bildet die Nabe 12 samt den dazugehörigen Leit schaufeln I3 am Einlaßende des Wirbelrohres 7 eine Einrichtung, weiche der das Wirbelrohr eintretenden Strömung einen Drall erteilt. Außerdem enthält der Drallkörper 11 eine Strömungsverbindung zwischen der Kammer 1?a und dem Innenraum des Wirbelrohres 7·The swirl body 11 brings about a fine acceleration of the Vortex tube 7 entering flow and at the same time a change in the direction of movement, so that they are now in a helical movement along the inner surface of the vortex tube 7. In addition, the swirl body 11 is a Connection of the gravity separation chamber 17a with a Centrifugal separation zone 25. Thus, the hub forms 12 including the associated guide vanes I3 at the inlet end of the Vortex tube 7 a device which gives the flow entering the vortex tube a twist. Also contains the swirl body 11 establishes a flow connection between the chamber 1? a and the interior of the vortex tube 7
Die an der Unterseite des Rohres 16 angeschweißte Flüssigkeits-Sammelkammer 15 ist über eine öffnung 26 in der Wandung des Rohres 16 mit der Schwerkraft-Abscheidekammer 17aThe liquid collection chamber welded to the underside of the tube 16 15 is via an opening 26 in the wall of the pipe 16 with the gravity separation chamber 17a
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strömungsverbunden. Die Kammer I5 ist nahe der Platte 4- angeordnet, damit der Strömungsweg des vom Spalt 10 zu den öffnungen 23 zurückströmenden Gas-Flüssigkeits-Gemisches möglichst lang ist. Diese Anordnung der Kammer I5 erbringt eine größtmögliche Schwerkraft-Abscheidung.flow connected. The chamber I5 is located near the plate 4-, so that the flow path of the gas-liquid mixture flowing back from the gap 10 to the openings 23 is as possible is long. This arrangement of the chamber I5 results in the greatest possible Gravity separation.
Die Kammer I5 hat einen mit einem Plansch versehenen Auslaß 27· Durch diesen kann ein (nicht dargestellter) Schwimmer für die Betätigung eines (nicht gezeichneten) Ablaßventiles an einem Auslaß 28 der Kammer I5 eingesetzt werden. In der Wandung der Kammer I5 sind in gegenseitigem Abstand öffnungen 29 zum Anbringen eines (nicht dargestellten) Schauglases vorgesehen.The chamber 15 has an outlet provided with a splash 27 · A float (not shown) for the actuation of a drain valve (not shown) can be passed through this at an outlet 28 of the chamber I5. In the Wall of the chamber I5 are mutually spaced openings 29 for attaching a sight glass (not shown).
Wie vorstehend beschrieben, ist die Kammer 17a ein vom Mantel 2, den beiden Endplatten 4" und 5 und den Wirbelrohren 7 begrenzter geschlossener Baum. Abgesehen von den Spalten 10 und den öffnungen 23 ist der Raum abgedichtet.As described above, the chamber 17a is one of the shell 2, the two end plates 4 ″ and 5 and the vortex tubes 7 more limited closed tree. Apart from the gaps 10 and the openings 23, the space is sealed.
Die in Fig. 4- dargestellte Ausführungsform gleicht im wesentlichen der ersten Ausführung und enthält zusätzlich eine Prallanordnung an der Zustromseite der Platte 4, mit einer Sammelkammer 30. Die Kammer 30 hat einen Auslaß 3I und ist an der Unterseite des Mantels 2 befestigt. An der stromabwärts gelegenen Kante der Einmündung 33 der Kammer 30 ist ein unteres Prallblech 32 befestigt. Das Prallblech 32 erstreckt sich von der unteren Wandung des Mantels 2 im Winkel von etwa 45° aufwärts. Von der oberen Wandung des Mantels 2 ragt, ebenfalls im Winkel von1 4-5 , ein oberes Prallblech 34· nach unten. Zwischen denThe embodiment shown in FIG. A lower baffle plate 32 is attached to the downstream edge of the confluence 33 of the chamber 30. The baffle plate 32 extends upwards from the lower wall of the shell 2 at an angle of approximately 45 °. Protrudes from the upper wall of the sleeve 2 also at an angle of 4-5 1, an upper baffle 34 · downward. Between
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Prallblechen 32 und 34- "besteht ein Durchlaß 35» zwischen dem Prallblech 34 und der unteren Wandung des Mantels 2 ein Durchlaß 36. Die Durchlässe 35* 36 haben jeweils etwa die gleiche Querschnittsflache wie der Einlaß 19, so daß eine Stauwirkung vermieden ist.Baffles 32 and 34- "there is a passage 35" between the Baffle plate 34 and the lower wall of the shell 2 a passage 36. The passages 35 * 36 each have about the same Cross-sectional area as the inlet 19, so that a damming effect is avoided.
Im Betrieb fällt Flüssigkeit, die sich entlang der unteren Wandung der Einlaßseite des Mantels 2 bewegt, in die Kammer 30 und fließt durch den Auslaß 31 ab. Die Prallbleche 32,34-bewirken eine Richtungsänderung des durch den Einlaß 19 eintretenden Gasstromes. Dadurch wird ein Teil der mitgeführten Flüssigkeit an der unteren Fläche des Prallblechs 32 zurückgehalten. In operation, liquid moving along the lower wall of the inlet side of the shell 2 falls into the chamber 30 and flows out through the outlet 31. The baffles 32,34 effect a change in direction of the gas flow entering through inlet 19. This becomes part of the carried Liquid retained on the lower surface of the baffle 32.
Einige der vorstehend beschriebenen Teile können durch mechanisch äquivalente Teile ersetzt sein. Beispielsweise können anstatt der Leitschaufeln 13 tangential e Einlasse vorgesehen sein, und an die Stelle der Kammer 15 kann ein Ablaßrohr treten. Wenngleich ferner der beschriebene Abscheider vorzugsweise aus Stahl gefertigt ist und geschweißte Verbindungen aufweist, so können andere Werkstoffe und Verbindungsarten angewendet werden.Some of the parts described above may be replaced by mechanically equivalent parts. For example, can instead of the guide vanes 13 tangential inlets are provided be, and in place of the chamber 15 can be a drain pipe. Furthermore, although the separator described is preferably made of steel and has welded connections other materials and types of connection can be used.
Im Betrieb der Vorrichtung strömt ein Gas-Flüssigkeits-Gemlsch in den Einlaß 19 und weiter in die Wirbelrohre 7. Beim Eintritt des Gemisches in den ringförmigen Durchlaß 21 zwischen der jeweiligen Nabe 12 und der Wandung des Rohrabschnittes 8 wird die Strömung beschleunigt. Gleichzeitig lenken die Leitschaufeln 13 ctie Strömung in eine Schraubenbahn um die Längsachse des Wirbelrohres 7When the device is in operation, a gas-liquid mixture flows into inlet 19 and further into vortex tubes 7. Upon entry of the mixture into the annular passage 21 between the respective hub 12 and the wall of the pipe section 8 the flow is accelerated. At the same time, the guide vanes steer 13 ctie flow in a helical path around the longitudinal axis of the vortex tube 7
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Bei dieser Wirbelung wird die Flüssigkeit durch Zentrifugalwirkung aus dem Gas abgeschieden und sammelt sich an der. Innenwandung des Rohrabschnittes 8. Der in Längsrichtung strömende, durchwirbelte Gasstrom nimmt die Flüssigkeit entlang der Wandung mit zum Umfangsspalt 10.During this whirling, the liquid is caused by centrifugal action deposited from the gas and accumulates on the. Inner wall of the pipe section 8. The longitudinally flowing, swirled gas flow takes the liquid along the wall to the circumferential gap 10.
Am Spalt 10 besteht ein Unterdruck, der die Flüssigkeit und einen kleinen Teil des Gases aus dem Wirbelrohr 7 in die Schwer kraft-Abscheidekammer 17a saugt, während die Hauptmenge des Gases ihren Weg in der Haupt Strömungsrichtung fortsetzt. Der Unterdruck an den Spalten 10 entsteht durch die mittels der Bohrungen 22, 24 bewirkte Strömungsverbindung der Schwerkraft-Abscheidekammer 17a mit einer Niederdruckzone entlang der Längsachse des im Wirbelrohr 7 rotierenden Gaskörpers.At the gap 10 there is a negative pressure that the liquid and a small part of the gas from the vortex tube 7 into the Heavy-duty separation chamber 17a sucks while the main amount of the gas continues its path in the main flow direction. The negative pressure at the columns 10 is created by the flow connection effected by means of the bores 22, 24 the gravity separation chamber 17a with a low pressure zone along the longitudinal axis of the gas body rotating in the vortex tube 7.
Der größte !Teil der aus den Spalten 10 austretenden Flüssigkeit trennt sich im Laufe der langsamen Bewegung von den Spalten 10 zu den öffnungen 23 unter Schwerkrafteinfluß von dem Gas. Diese Flüssigkeit sammelt sich in der Kammer 15· Möglicherweise in dem über die öffnungen 23 in die Bohrungen 22, 24 strömenden Gas noch mitgeführte Flüssigkeit wird beim Wiedereintritt in die Wirbelrohre 7 erneut durch Zentrifugalwirkung ausgeschieden.Most of the liquid emerging from the gaps 10 separates in the course of the slow movement from the gaps 10 to the openings 23 under the influence of gravity the gas. This liquid collects in the chamber 15 Possibly in the one via the openings 23 into the bores 22, 24 flowing gas is still entrained liquid when it re-enters the vortex tubes 7 again by centrifugal action eliminated.
Der beschriebene Abscheider hat zwei wichtige Vorteile. Zunächst einmal sind die Abmessungen eines Seihen- bzw. Leitungs-Zentrifugalabscheiders durch die Abmessungen seiner Wirbelrohre bestimmt. Wie im folgenden noch ausgeführt ist,The separator described has two important advantages. First of all, the dimensions of a line or line centrifugal separator determined by the dimensions of its vortex tubes. As will be explained in the following,
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beträgt die Länge eines Wirbelrohres vorzugsweise das Sechsbis Zwanzigfache seines Durchmessers. Ferner ist es allgemein erwünscht, den Druckabfall über den Abscheider möglichst niedrig zu halten.the length of a vortex tube is preferably six to twenty times its diameter. Furthermore, it is general it is desirable to keep the pressure drop across the separator as low as possible.
Wie vorstehend beschrieben; umschließt ein einziger Mantel mehrere Wirbelrohre. Aus dieser Anordnung ergibt sich eine Zentrifugal-Abscheidezone von beträchtlicher Querschnittsfläche und ausreichender Länge. Das bedeutet, daß der Druckabfall über den Abscheider niedrig, gleichwohl aber eine befriedigende Leistung des Abscheiders erzielbar ist. Somit schafft die Erfindung einen kurzen, wirtschaftlichen Reihenbzw. Leitungs-Abscheider dank der Verwendung eines gemeinsamen Mantels mit einer Vielzahl von Wirbelrohren. Der Mantel ist nicht nur ein Gehäuse für ein Bündel von Abscheidern, sondern ein wirksames Teil des Abscheiders, welches mit sämtlichen Wirbelrohren direkt zusammenwirkt.As described above; encloses a single coat several vortex tubes. This arrangement results in a centrifugal separation zone of considerable cross-sectional area and sufficient length. That means the pressure drop low over the separator, but nevertheless a satisfactory performance of the separator can be achieved. Consequently the invention creates a short, economical series or Line separator thanks to the use of a common Sheath with a variety of vortex tubes. The jacket is not just a housing for a bundle of separators, but an effective part of the separator, which interacts directly with all vortex tubes.
Der zweite Vorteil besteht darin, daß der Abschei.der seine eigenen Mangel behebt. Im oberen Bereich der Schwerkraft- ^The second advantage is that the separator is his fixes its own deficiency. In the upper part of the gravity- ^
Abscheidekammer trennt sich die Flüssigkeit nämlich unter ™ Schwerkraftwirkung von den rückwärts fließenden Gas strömen, und ein Teil dieser Flüssigkeit wird durch die weiter unten fließenden Gasströme wieder mitgeführt, erreicht also die Flüssigkeits-Sammelkammer nicht. Diese Flüssigkeit wird jedoch wieder in die unteren Wirbelrohre mitgeführt und an deren Spalten erneut zurückgewonnen, so daß die Flüssigkeit von hier an wiederum durch die Schwerkraft abgeschieden wird und nun in die Sammelkammer gelangt.The separation chamber separates the liquid under ™ Gravity effect from the backward flowing gas flow, and part of this liquid is carried along again by the gas streams flowing below, thus reaching the Liquid collection chamber does not. This liquid will but carried back into the lower vortex tubes and on their columns recovered again, so that the liquid from here on again is separated by gravity and now enters the collection chamber.
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Bei der Ausführung nach Fig. 4 hält die Prallanordnung am Boden der Eohrleitung fließende freie Flüssigkeit zurück und führt sie in die Kammer 30 ab, aus der sie periodisch abgelassen wird. Diese Anordnung verhindert das Überfluten der unteren Wirbelrohre durch die freie Flüssigkeit und deren Weiterfließen in der Eohrleitung. · - . .In the embodiment of FIG. 4, the impact assembly stops Free liquid flows back to the bottom of the pipe and discharges it into the chamber 30, from which it periodically is drained. This arrangement prevents the lower vortex tubes from being flooded by the free liquid and their continued flow in the pipeline. · -. .
Bei dem beschriebenen Abscheider wird die im Gasstrom mitgeführte Flüssigkeit in zwei Stufen abgeschje den, nämlich mittels Zentrifugalwirkung und durch Schwerkraft.In the separator described, the liquid carried along in the gas stream is separated in two stages, namely by means of centrifugal action and by gravity.
In der Praxis strömt das Gas-Flüssigkeits-Gemisch mit beträchtlicher Geschwindigkeit, beispielsweise 12 bis 15 ni/s, durch die Eohrleitung. Diese Strömung wird in eine Vielzahl Teilströmungen geteilt. Aus Jeder Teilströmung wird in einem getrennten, abgeschlossenen, allgemein zylindrischen Raum ein rotierender Gaskörper gebildet. Der zylindrische Baum hat einen axialen Auslaß an einem Ende und einen in geringem Abstand vom Auslaß in Umfangsrichtung verlaufenden Spalt. Die Trennung von Flüssigkeit und Gas erfolgt in dem zylindrischen Raum durch Zentrifugalwirkung. Im wesentlichen die gesamte Flüssigkeit sammelt sich im äußeren Bereich des Raumes, während der Hauptteil des Gases im mittleren Bereich des Raumes einen Wirbel bildet.In practice, the gas-liquid mixture flows at a considerable rate Speed, for example 12 to 15 ni / s, through the pipe. This flow is divided into a large number of partial flows. Every partial flow becomes in one separate, enclosed, generally cylindrical space formed a rotating gas body. The cylindrical one Baum has an axial outlet at one end and a circumferential one a short distance from the outlet Gap. The separation of liquid and gas takes place in the cylindrical space by centrifugal action. Essentially all the liquid collects in the outer area of the room, while the main part of the gas in the middle Area of space forms a vortex.
Die angesammelte Flüssigkeit wird zusammen mit einem kleinen Anteil, etwa 10 bis 12 %, des Gases durch die Spaltöffnungen in einen gemeinsamen, abgegrenzten Baum abgesaugt, welcher durch eine Strömungsverbindung mit Niederdruckζonen in den zylindrischen Eäumen auf einen verringerten Druck gehalten ist.The accumulated liquid, along with a small portion, about 10 to 12%, of the gas passes through the stomata sucked into a common, demarcated tree, which through a flow connection with low pressure zones in the cylindrical Eäum is kept at a reduced pressure.
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Die Flüssigkeit mit dem Gasanteil wird mit stark verringerter Geschwindigkeit von etwa 0,9 Ms 1,2 m/s entlang einem den gemeinsamen Raum durchsetzenden Strömungsweg geleitet. Dabei tritt die Trennung von Flüssigkeit und Gas unter Schwerkraftwirkung ein. Die abgeschiedene Flüssigkeit wird am Boden des Raumes gesammelt, während der Gasanteil an einem Punkt mit Unterdruck wieder in die Zentrifugal-Abscheideräume eingeführt wird, beispielsweise an der Längsachse des Gaswirbels in jedem dieser Räume.The liquid with the gas portion is at a greatly reduced speed of about 0.9 Ms 1.2 m / s along one of the common Passed through the flow path. The separation of liquid and gas occurs under the effect of gravity a. The separated liquid is collected at the bottom of the room, while the gas portion is at a point with negative pressure is reintroduced into the centrifugal separation rooms, for example on the longitudinal axis of the gas vortex in each of these rooms.
Wie vorstehend bereits angeführt, empfiehlt es sich, die Länge eines Wirbelrohres auf das Sechs- bis Zwanzigfache seines Durchmessers zu beschränken. Verläßt die Strömung die Leitschaufeln mit einer Ablenkung von etwa 45°, so beträgt die Steigung der durch den Gasstrom beschriebenen Schraubenlinie in einer Entfernung entsprechend dem achtfachen Durchmesser des Rohres etwa 30° und iri einer Entfernung entsprechend dem zwanzigfachen Durchmesser noch etwa 20°. Das heißt also, daß die Strömung durch das Wirbelrohr dazu neigt, sich zu begradigen. Es wurde festgestellt, daß bei Einhaltung der vorstehenden Begrenzungen in den meisten Fällen eine befriedigende Abscheideleistung erzielbar ist. Eine Vergrößerung der Länge des Abscheiders erbringt nur eine geringe Verbesserung der Abscheideleistung, erhöht jedoch die Kosten für den Abscheider.As already mentioned above, it is recommended that the length of a vortex tube is six to twenty times its length To restrict diameter. If the flow leaves the guide vanes with a deflection of about 45 °, the is Incline of the helix described by the gas flow at a distance corresponding to eight times the diameter of the pipe about 30 ° and at a distance corresponding to twenty times the diameter still about 20 °. So that means that the flow through the vortex tube tends to straighten out. It has been found that when the above Limitations in most cases a satisfactory separation efficiency can be achieved. An increase in length the separator produces only a slight improvement in the separation efficiency, but increases the costs for the separator.
Die Größe des Abscheiders ist bedingt durch den bei einem gegebenen Durchsatz auftretenden, noch zulässigen Druckabfall daran. Der Abscheider hat einen spezifischen Strömungswiderstand entsprechend demjenigen der Platte eines Strömungsmes-r sers. Für die Konstruktion eines Abscheiders wurdan FormelnThe size of the separator is determined by the given one Throughput occurring, still permissible pressure drop on it. The separator has a specific flow resistance corresponding to that of the plate of a flow meter. For the construction of a separator, formulas were used
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und Größenbeziehungen ermittelt. Diese Formeln und Beziehungen dürfen jedoch, nicht als Begrenzungen angesehen werden,da sie ohne ernsthafte Beeinträchtigung der Abscheideleistung geändert werden können. Sie stellen lediglich eine brauchbare Anleitung für die Konstruktion einer wirksamen Ausführung des Abscheiders dar.and size relationships determined. These formulas and relationships however, should not be viewed as limitations, since they can be changed without seriously impairing the separation efficiency. You just provide a usable one Instructions for the construction of an effective version of the separator.
In den nun folgenden Formeln und Beziehungen sind zur Bezeichnung der Abmessungen die in den Figuren der Zeichnung enthaltenen Symbole verwendet;In the formulas and relationships that now follow, those contained in the figures of the drawing are used to designate the dimensions Symbols used;
ο . 545ο. 545
Darin ist:In it is:
Q = Strömungsrate (Durchsatz) in MMCF/Tag,Q = flow rate (throughput) in MMCF / day,
C = Durchströmungskoeffizient des Abscheiders,C = flow coefficient of the separator,
G = Gas&chte (Luft =1),G = gas & chte (air = 1),
Z = Kompressibilitätsfaktor des Gases,Z = compressibility factor of the gas,
T = Temperatur in °Rankine T = temperature in ° Rankine
dp = Druckabfall über den Abscheider in p.s.i. (0,07 at) unddp = pressure drop across the separator in p.s.i. (0.07 at) and
ρ = statischer Druck am Einlaß in p.s.i.a. (0,07 ata).ρ = static pressure at the inlet in p.s.i.a. (0.07 ata).
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(2) C = C1· N(2) C = C 1 * N
Darin ist:In it is:
C = Durchströmungskoeffizient eines Wirbelrohres undC = flow coefficient a vortex tube and
N = "Anzahl der Wirbelrohre.N = "number of vortex tubes.
(3) C = 130· d2 (3) C = 130 · d 2
wobei d = Innendurchmesser eineswhere d = inner diameter of one
Wirbeirohres ist.Vortex pipe is.
Der Innendurchmesser der Wirbelrohre kann in einem weiteren Bereich veränderlich sein. Als Standardgröße sind z. B. Rohre mit Innendurchmessern von rund 5°, 8; 76»2; 101,6 und 152,4 mm vorgesehen. Dabei handelt es sich um Rohre in Standardgrößen bzw. Normalabmessungen, die daher jederzeit verfügbar sind.The inside diameter of the vortex tubes can be variable in a wider range. The standard size are e.g. B. Pipes with inside diameters of around 5 °, 8; 76 »2; 101.6 and 152.4 mm provided. These are tubes in standard sizes or normal dimensions, which are therefore available at any time.
Bei einem gegebenen Innendurchmesser d kann man durch Lösung der Gleichungen die Anzahl N der Wirbelrohre bestimmen.For a given inside diameter d, one can use solution of the equations determine the number N of vortex tubes.
(4) Weitere bevorzugte Bemessungsfestlegungen sind:(4) Further preferred design specifications are:
h = Nabendurchmesser = 0,67· dh = hub diameter = 0.67 d
i = Innendurchmesser = 0,33· d der Nabei = inner diameter = 0.33 d of the hub
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a = Länge des konischen = 1,2* d Teils der Nabea = length of the conical = 1.2 * d Part of the hub
m = Breite des Schlitzes = 0,03·dm = width of the slot = 0.03 · d
η = Innendurchmesser des = 0,94-· dη = inside diameter des = 0.94- · d
Auslaßrohres . · - . .Outlet pipe. · -. .
1 = Länge des Rohres von = 8· ά bis 20'd Leitschaufel·! bis zum Spalt1 = length of the pipe from = 8 · ά to 20'd guide vane ·! up to the gap
ν - acht Leitschaufeln,jeweils 0,06·d dick sowie 0,75·d lang und so gekrümmt, daß sie das Gas um etwa 4-5° ablenken.ν - eight guide vanes, each 0.06 · d thick and 0.75 · d long and curved so that they deflect the gas by about 4-5 °.
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel aus der Praxis angeführt. Ein Abscheider entsprechend dem Aufbau nach Fig. wurde aus Stahl hergestellt. Der Abscheider wurde in einer Verarbeitungsanlage für Erdgas eingebaut, um geringe in dem Gas enthaltene Magerölmengen daraus zu entfernen und dadurch die Verunreinigung des Kieselgelbettes eines trockenen Gas-Dehydrators durch das Mager öl zu verhindern. Es herrschten die folgenden Betriebsbedingungen:An exemplary embodiment from practice is given below. A separator according to the structure of Fig. was made of steel. The separator was installed in a processing plant for natural gas, in order to minimize the To remove gas contained lean oil quantities from it and thereby the contamination of the silica gel bed of a dry gas dehydrator by preventing the lean oil. The following operating conditions prevailed:
Gasdurchsatz: 100 MMFC/Tag bei 57 kp/cm2 Gas throughput: 100 MMFC / day at 57 kp / cm 2
und 37,8 0Cand 37.8 0 C.
Gasdichte: = 0,6Gas density: = 0.6
Kompressibilitätsfaktor: = 0,1 Compressibility factor: = 0.1
Abscheidung vonDeposition of
Mageröl: etwa 40 Gallonen/Tag.Lean oil: about 40 gallons / day.
109836/1378109836/1378
Der Abscheider hatte folgende Abmessungen:The separator had the following dimensions:
S = Innendurchmesser des Mantels = 4-09 mmS = inner diameter of the jacket = 4-09 mm
K = Gesamtlänge des Abscheiders =. 2 210 .mmK = total length of the separator =. 2 210 .mm
X = Innendurchmesser der Flüssig- = 184 mm keits-SammelkammerX = inner diameter of the liquid = 184 mm collection chamber
Y = Länge der ITüssigkeits-Sanl·- « 559 mm melkammerY = length of the liquid channel - «559 mm milk chamber
P = Innendurchmesser der Rohr- = 203,2 mm leitungP = inner diameter of the pipe = 203.2 mm management
N = Anzahl der Wirbelrohre = 19N = number of vortex tubes = 19
d = Innendurchmesser der Wirbel- = 62,3 mm rohred = internal diameter of the vertebrae = 62.3 mm tube
h = Außendurchmesser der Nabe = 35»05 mmh = outer diameter of the hub = 35 »05 mm
i = Innendurchmesser der Nabe = 17»27i = inner diameter of the hub = 17 »27
a a Länge des konischen Teils - 63»5 mm der Nabeaa length of the conical part - 63 »5 mm of the hub
mm = Breite des Spaltes « 1,52 mmmm = width of the gap «1.52 mm
1- = Eohrlänge zwischen Leit- * 1 320,8 mm schaufeln und Spalt1- = Eohr length between guide * 1 320.8 mm shovel and gap
ν = acht Leitschaufelntjeweils 3»17 van dick,
34,9 mm breit, geneigt um 45°.ν = eight guide vanes t each 3 »17 van thick,
34.9 mm wide, inclined at 45 °.
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Der Abscheider wurde eingebaut. Ep entfernte im Betrieb im wesentlichen das gesamte Mageröl aus dem Gas und bewirkte damit eine erhebliche Verlängerung der Betriebslebensdauer des Dehydrator—Kieselgelbettes. Der Druckabfall über den Abscheider betrug 0,35The separator was installed. Ep removed in operation in essentially all of the lean oil from the gas and caused thus a considerable extension of the service life of the dehydrator bed of silica gel. The pressure drop across the Separator was 0.35
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