RU2136350C1

RU2136350C1 - Gas cleaning separator

Info

Publication number: RU2136350C1
Application number: RU98115478A
Authority: RU
Inventors: Ю.И. Кочубей
Original assignee: Кочубей Юрий Иванович
Priority date: 1998-08-05
Filing date: 1998-08-05
Publication date: 1999-09-10

Abstract

FIELD: settling-out of finely-dispersed liquid and solid particles from gas flow in field of centrifugal forces; oil, gas and food-processing industries; mechanical engineering. SUBSTANCE: gas flow circular disperser is mounted on outer surface of reflector; pipe mounted in inner hole of reflector enters outlet branch pipe at one end at circular clearance and hole of converging tube at other end. vertical plates of separating member are bent at obtuse angle. Two curvilinear vertical guide plates are fitted inside branch pipe. Proportions of main structural members of separator are determined in invention. EFFECT: enhanced efficiency of separation; increased range of loads by gas and liquid phases. 3 dwg

Description

Изобретение относится к аппаратам, предназначенным для улавливания аэрозольных, мелкодисперсных и твердых частиц из газового потока в поле действия центробежных сил, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, связанных с сепарацией газовзвесей, например в нефтяной, газовой, химической, машиностроительной, пищевой. The invention relates to apparatuses for collecting aerosol, fine and solid particles from a gas stream in the field of centrifugal forces, and can be used in various industries related to the separation of gas suspensions, for example, in oil, gas, chemical, engineering, food.

Известен прямоточный центробежный каплеуловитель (авт. св. СССР N 1327981, кл. B 04 C 3/06, 1986), содержащий корпус с установленной в нем вихревой камерой, с периферийными щелями для отвода жидкости, выходной патрубок, установленный соосно с камерой и образующий с ее стенками кольцевую щель, отражатель в виде усеченного конуса, установленный большим основанием навстречу потоку, снабженный радиальными пластинами, закрепленными на отражателе, установленном на верхней части вихревой камеры, при этом внутренний диаметр верхней части вихревой камеры меньше внутреннего диаметра выходного патрубка. Known direct-flow centrifugal droplet eliminator (ed. St. USSR N 1327981, class B 04 C 3/06, 1986), comprising a housing with a swirl chamber installed in it, with peripheral slots for draining liquid, an outlet pipe mounted coaxially with the camera and forming with its walls an annular gap, a reflector in the form of a truncated cone, mounted with a large base towards the flow, provided with radial plates mounted on a reflector mounted on the upper part of the vortex chamber, while the inner diameter of the upper part of the vortex chamber is less than it bigger internal diameter outlet.

Недостатком известной конструкции является унос пленочной жидкости между щелями при значительных нагрузках по газовой и жидкостной фазам, что резко снижает эффективность сепарации. A disadvantage of the known design is the ablation of the film fluid between the slits at significant loads in the gas and liquid phases, which dramatically reduces the separation efficiency.

Более близким к предлагаемому является сепаратор (авт.св. 1066629, B 01 D 45/12, 1984), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, разделенный на камеры горизонтальными перегородками с осевыми отверстиями, внутри которых установлены сепарационные элементы, выполненные в виде криволинейных лопаток и установленных по многозаходной спирали Архимеда, работающих на скручивание и раскручивание потока, при этом выходные концы лопаток расположены наклонно к образующей поверхности усеченного конуса под острым углом к направлению вращения потока, основания элементов, работающих на скручивания потока, снабжены сборными конусами и гидрозатворными трубками, на нижней перегородке смонтирован диффузор, на верхней - конфузор с кольцевым каплеотбойником, имеющие наклонные перфорации, тангенциальный вводной патрубок снабжен направляющим дефлектором, в нижней части корпуса установлен патрубок для вывода отсепарированной жидкости, в верхней части - выходной для удаления очищенного газового потока. Closer to the proposed one is a separator (ed. St. 1066629, B 01 D 45/12, 1984), containing a vertical cylindrical body divided into chambers by horizontal partitions with axial holes, inside of which there are separation elements made in the form of curved blades and installed Archimedes multi-helix working for twisting and untwisting the flow, while the output ends of the blades are inclined to the generatrix of the surface of the truncated cone at an acute angle to the direction of rotation of the flow, The elements working on the twisting of the flow are equipped with prefabricated cones and hydraulic lock tubes, a diffuser is mounted on the lower partition, a confuser with an annular droplet separator, having inclined perforations, a tangential inlet nozzle equipped with a guiding deflector, and a nozzle for removing the separated liquid is installed in the lower part of the housing , in the upper part - the outlet to remove the purified gas stream.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции и ограниченность применения, т.к. применение тангенциально-подведенного входного патрубка для сепараторов на высокое давление (газоконденсатные месторождения) не рекомендовано, т.к. это конструктивное решение приводит к ослаблению корпуса аппарата за счет выреза под тангенциальный ввод, а также истиранию корпуса за счет наличия в газовом потоке абразивных частиц (песка); для данной конструкции нежелательно наличие твердых частиц в газо-жидкостном потоке, т.к. возникает вероятность засорения сливных устройств; применение диффузора и конфузора с кольцевым каплеотбойником ограничивает диапазон нагрузок по газовой и жидкостной фазам, т.к. их увеличение приводит к частичному проскальзыванию сформировавшейся жидкостной пленки между наклонной просечкой и транспортировке ее в выходное отверстие; работа аппарата в пробковом режиме исключена, т.к. входной патрубок расположен в нижней части корпуса, направление газо-жидкостной смеси направлено снизу-вверх, что в конечном счете приведет к перегрузке сливных устройств и, как следствие, захлебыванию сепаратора. A disadvantage of the known device is the design complexity and limited use, because the use of a tangentially supplied inlet pipe for high pressure separators (gas condensate fields) is not recommended, because this design solution leads to a weakening of the apparatus body due to a cutout for tangential entry, as well as abrasion of the body due to the presence of abrasive particles (sand) in the gas stream; for this design, the presence of solid particles in the gas-liquid flow is undesirable, because there is a possibility of clogging of the drain devices; the use of a diffuser and a confuser with an annular droplet eliminator limits the range of loads in the gas and liquid phases, since their increase leads to a partial slip of the formed liquid film between the inclined notch and its transportation to the outlet; operation of the device in plug mode is excluded, because the inlet pipe is located in the lower part of the housing, the direction of the gas-liquid mixture is directed from the bottom up, which ultimately leads to overloading of the drain devices and, as a result, to choking the separator.

Техническим решением задачи является повышение эффективности сепарации за счет устранения указанных недостатков. The technical solution to the problem is to increase the separation efficiency by eliminating these shortcomings.

Задача достигается тем, что сепаратор снабжен ложным и плоским днищем, соединенным радиальными пластинами, на наружной поверхности отражателя смонтирован кольцевой рассеиватель газового потока, а во внутреннем отверстии отражателя смонтирована труба, входящая с кольцевыми зазорами одним концом в выходной патрубок, а другим - в отверстие конфузора, во входном нормально подведенном патрубке по противоположным сторонам вертикально установлены две направляющие криволинейные пластины, вертикальные пластины сепарационного элемента по вертикали согнуты под тупым углом 150-166^o, при этом отношения площади сечения корпуса сепаратора к основным геометрическим параметрам сепаратора составляют: к площади сечения верхней кромки конфузора 5-6, к площади сечения сепарационного элемента 2-2,5, к площади сечения щелевых каналов в сепарационном элементе по вертикали в зоне их нахлестки 2-2,5, к площади сечения кольцевого зазора между сепарационным элементом и плоским днищем 12-15, причем высота сепарационного элемента по отношению к его внутреннему диаметру составляет 2,3-2,5, а высота конфузора по отношению к внутреннему диаметру сепарационного элемента составляет 0,5- 0,6.The task is achieved in that the separator is equipped with a false and flat bottom connected by radial plates, an annular gas flow diffuser is mounted on the outer surface of the reflector, and a pipe is inserted in the internal hole of the reflector, which enters with an annular gap at one end into the outlet pipe and the other at the confuser hole , in the inlet normally led-in pipe, on the opposite sides, two guide curved plates are vertically mounted, vertical plates of the separation element along the verticals are bent at an obtuse angle of 150-166 ^o , while the ratio of the cross-sectional area of the separator body to the main geometric parameters of the separator is: to the cross-sectional area of the upper edge of the confuser 5-6, to the cross-sectional area of the separation element 2-2.5, to the cross-sectional area of the slotted channels in the separation element vertically in the overlap zone 2-2.5, to the cross-sectional area of the annular gap between the separation element and the flat bottom 12-15, and the height of the separation element with respect to its inner diameter is 2.3-2.5, and embarrassment height pa relative to the inner diameter of the separating element is 0.5 to 0.6.

По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружена аналогичная заявляемость совокупности признаков, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения. According to the patent and scientific and technical literature, no similar claimability of the totality of features was found, which allows one to judge the inventive step of the proposal.

На фиг. 1 изображен сепаратор; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1. In FIG. 1 shows a separator; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 3 is a view B in FIG. 1.

Сепаратор состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1, разделенного кольцевой горизонтальной перегородкой 2 на нижнюю 3 и верхнюю 4 сепарационные камеры. Входной патрубок 5 нормально присоединен к нижней камере 3 и снабжен двумя вертикальными криволинейными пластинами 6 и 7, на выходе из патрубка к корпусу 1 закреплен дефлектор 8. На перегородке 2 в верхней сепарационной камере 4 установлен конфузор 9, на выходе из которого внутри расположена труба 10, образующая с конфузором 9 кольцевой горизонтальный канал, который также имеет место между верхней кромкой конфузора 9 и днищем отражателя - вертикальный кольцевой канал. Отражатель выполнен из горизонтальной шайбы 11 и усеченного конуса 12, в нижней части которого закреплен по всему нижнему основанию кольцевой рассеиватель газового потока 13, представляющий собой пористое кольцо из сетки. Над отражателем расположен выходной патрубок 14, внутрь которого заходит часть трубы 10. Между выходной трубой 14, отражателем и трубкой 10 имеются соответственно вертикальный и горизонтальный щелевые каналы. Сепарационный элемент состоит из вертикальных пластин 15, 16, 17, размещенных в нижней камере 3 и выполненных: 16 и 17 - дугообразные пластины, 15 - плоских пластин, согнутых под тупым углом 150-165^o. Пластины 15, 16, 17 укреплены по внутреннему периметру перегородки 2 и позволяют сохранить одинаковый и постоянный размер щелевых каналов в зоне их нахлестки 18. Пластина 16, расположенная у дефлектора 8, установлена с образованием между ее краем и дефлектором 8 канала 19 и между ее краем и краем предыдущей пластины 15 канала 20. Каналы 19 и 20 направлены навстречу газовому потоку. Между краями соседних пластин 16 и 17 образован канал 21, направленный по ходу движения газового потока. На всей высоте пластины 17 после канала 21 установлены сужающиеся к стенке корпуса 1 и отходящие от пластины 17 желоба 22. Внутри нижней части сепарационных пластин 15, 16, 17 расположено плоское днище 23, приподнятое относительно нижней кромки пластин 15, 16, 17, имеющее относительно их кольцевой радиальный зазор и соединенное посредством радиальных пластин 24 на расстоянии 0,1-0,15 диаметра сепарационного элемента с ложным днищем 25, расположенным над шайбой 26, установленный над патрубком для вывода отсепарированной жидкости 27. В верхней камере 4 имеется сливное отверстие 28, соединенное со сливной трубой 29, которая своим нижним концом соединена с гидрозатвором 30. В верхней части гидрозатвора 30 в стенке камеры 3 предусмотрено сливное отверстие 31. Отношения основных геометрических параметров сепаратора по отношению к площади сечения корпуса сепаратора составляют: площадь сечения верхней кромки конфузора 5-6 раз, площадь сечения сепарационного элемента 2-2,5 раза, площадь сечения щелевых каналов в сепарационном элементе по вертикали в зоне их нахлестки 2-2,5 раза, площадь сечения кольцевого зазора между сепарационным элементом и плоским днищем 12-15 раз. Высота сепарационного элемента по отношению к его внутреннему диаметру 2,3-2,5 раза, высота конфузора по отношению к внутреннему диаметру сепарационного элемента 0,5-0,6 раза.The separator consists of a vertical cylindrical body 1, divided by an annular horizontal partition 2 into the lower 3 and upper 4 separation chambers. The inlet pipe 5 is normally connected to the lower chamber 3 and is equipped with two vertical curved plates 6 and 7; a deflector 8 is fixed at the outlet of the pipe to the housing 1. A confuser 9 is installed on the partition 2 in the upper separation chamber 4; the pipe 10 is located at the outlet forming an annular horizontal channel with confuser 9, which also takes place between the upper edge of the confuser 9 and the bottom of the reflector is a vertical annular channel. The reflector is made of a horizontal washer 11 and a truncated cone 12, in the lower part of which an annular gas flow diffuser 13, which is a porous mesh ring, is fixed along the entire lower base. Above the reflector there is an outlet pipe 14, into which a part of the pipe 10 enters. Between the outlet pipe 14, the reflector and the tube 10 there are respectively vertical and horizontal slotted channels. The separation element consists of vertical plates 15, 16, 17, placed in the lower chamber 3 and made: 16 and 17 - arcuate plates, 15 - flat plates, bent at an obtuse angle of 150-165 ^o . The plates 15, 16, 17 are fixed along the inner perimeter of the partition 2 and allow to maintain the same and constant size of the slotted channels in the area of their overlap 18. The plate 16, located at the deflector 8, is installed with the formation of a channel 19 between its edge and the deflector 8 and between its edge and the edge of the previous plate 15 of the channel 20. Channels 19 and 20 are directed towards the gas flow. Between the edges of adjacent plates 16 and 17, a channel 21 is formed, directed along the gas flow. At the entire height of the plate 17 after the channel 21, troughs tapering towards the wall of the housing 1 and extending from the plate 17 are installed 22. Inside the lower part of the separation plates 15, 16, 17 there is a flat bottom 23, raised relative to the lower edge of the plates 15, 16, 17, having their annular radial clearance and connected by means of radial plates 24 at a distance of 0.1-0.15 of the diameter of the separation element with a false bottom 25 located above the washer 26, mounted above the pipe for outputting the separated liquid 27. In the upper chamber 4 there is a drain hole 28 connected to a drain pipe 29, which is connected at its lower end to a water seal 30. A drain hole 31 is provided in the upper part of the water seal 30 in the wall of the chamber 3. The relations of the main geometrical parameters of the separator with respect to the cross-sectional area of the separator body are: the edges of the confuser 5-6 times, the cross-sectional area of the separation element 2-2.5 times, the cross-sectional area of the slotted channels in the separation element vertically in the overlap zone 2-2.5 times, the cross-sectional area of the annular gap pa between the separating element and the flat bottom of 12-15 times. The height of the separation element with respect to its inner diameter is 2.3-2.5 times, the height of the confuser with respect to the internal diameter of the separation element is 0.5-0.6 times.

Сепаратор работает следующим образом. The separator works as follows.

Газо-жидкостная смесь подводится в аппарат через нормальный патрубок 5, расположенный в его верхней части. Дефлектор 8 препятствует поступлению газа в осевую зону нижней камеры 3 без предварительного разделения газовзвеси. Криволинейные вертикальные пластины 6 и 7 формируют поток таким образом, что в корпус аппарата он поступает, сохраняя свою центробежную силу, т.е. как будто бы поток подавался по тангенциальному вводу. Потеря напора во входном нормальном патрубке при наличии вертикальных пластин 6 и 7 снизилась на 65% по сравнению с нормальным входом без пластин. В криволинейном пространстве, образованном стенкой корпуса 1 и пластинами 15, 16 и 17, из газового потока выделяется основная масса жидкости. Капли жидкости отбрасываются центробежной силой на стенки корпуса 1 сепаратора и под действием гравитационных сил по ходу газового потока по нисходящей спирали транспортируются через кольцевой зазор 28 к патрубку 27. Мелкодисперсионная капельная жидкость, не осевшая на корпусе 1, попадает на наружную поверхность пластин 15, 16, 17 и транспортируется газовым потоком через входные тангенциальные щели на внутреннюю их поверхность. Так как тангенциальные щели по ходу потока не сужаются, исключаются потери напора на местные сопротивления, что в целом скажется положительно на потерях напора в аппарате. Применение вертикальных плоских пластин, согнутых под тупым углом, позволяет жидкостной пленке, движущейся по ходу вращения газового потока, транспортироваться с конца одной пластины на начало другой за счет стремления сохранить тангенциальную траекторию своего движения, тем самым жидкая фаза в виде пленки не успевает распыляться в мелкодисперсную жидкость внутри сепарационного элемента, что, в свою очередь, положительно сказывается на эффективности сепарации. Транспортируясь с пластины на пластину, жидкость с небольшим количеством газа направляется в отводной тангенциальный канал 21, откуда по сужающимся по ходу вращения газового потока желобам 22 отбрасывается к стенке корпуса 1 с последующим удалением через патрубок для отвода отсепарированной жидкости 27. Образовавшаяся в нижней части сепарационного элемента жидкостная пленка, не успевшая попасть в нижний сливной желоб, удаляется из сепарационного элемента через кольцевой зазор, образованный плоским днищем 23 и пластинами 15, 16, 17. The gas-liquid mixture is supplied to the apparatus through a normal pipe 5 located in its upper part. The deflector 8 prevents the flow of gas into the axial zone of the lower chamber 3 without preliminary separation of the gas suspension. Curved vertical plates 6 and 7 form a flow in such a way that it enters the apparatus body while maintaining its centrifugal force, i.e. as if the flow was supplied by tangential input. The pressure loss in the inlet normal pipe in the presence of vertical plates 6 and 7 decreased by 65% compared with a normal inlet without plates. In the curved space formed by the wall of the housing 1 and the plates 15, 16 and 17, the bulk of the liquid is released from the gas stream. Liquid droplets are discarded by centrifugal force on the walls of the separator housing 1 and, under the influence of gravitational forces, are transported along the downward spiral through the annular gap 28 to the nozzle 27. Fine dispersed droplet liquid that does not settle on the housing 1 enters the outer surface of the plates 15, 16, 17 and is transported by gas flow through the tangential inlet slots to their inner surface. Since the tangential gaps do not narrow along the flow, pressure losses on local resistances are excluded, which as a whole will have a positive effect on the pressure losses in the apparatus. The use of vertical flat plates bent at an obtuse angle allows the liquid film moving along the rotation of the gas stream to be transported from the end of one plate to the beginning of another due to the desire to maintain the tangential trajectory of its movement, thereby the liquid phase in the form of a film does not have time to spray into the finely dispersed liquid inside the separation element, which, in turn, positively affects the separation efficiency. Transporting from plate to plate, liquid with a small amount of gas is sent to the outlet tangential channel 21, from where the troughs 22 tapering in the direction of rotation of the gas stream are discarded to the wall of the housing 1, followed by removal through the nozzle to drain the separated liquid 27. Formed in the lower part of the separation element the liquid film that has not had time to get into the lower drain trough is removed from the separation element through an annular gap formed by a flat bottom 23 and plates 15, 16, 17.

Радиальные пластины 24 с закрепленным к ним в нижней части ложным днищем 25 исключают вращательный эффект газового потока под ложным днищем, что беспрепятственно способствует cтеканию отсепарированной жидкости с нижних кромок пластин через кольцевой зазор 28 к патрубку 27. Шайба 26 препятствует возникновению вращающегося вихря над патрубком 27, что значительно улучшает слив жидкости из аппарата. Radial plates 24 with a false bottom 25 fixed to them at the bottom exclude the rotational effect of the gas flow under the false bottom, which freely facilitates the flow of the separated liquid from the lower edges of the plates through the annular gap 28 to the pipe 27. The washer 26 prevents the rotation of the vortex above the pipe 27, which significantly improves drainage of fluid from the apparatus.

Остаток мелкодисперсной капельной жидкости улавливается в конфузоре 9 кольцевыми горизонтальным и вертикальным щелевыми каналами, образованными трубой 10, конфузором 9 и горизонтальной шайбой отражателя 11. Жидкостная пленка, транспортируясь по спирали вниз по внутренней поверхности конусной части отражателя 12 совместно с незначительной частью газового потока, наталкивается на пористое кольцо 13. Проходя через кольцо 13, газо-жидкостной поток рассеивается, теряя при этом скорость своего движения. И как следствие, жидкость оседает на кольцевую перегородку 2, а очищенный газовый поток затягивается эжектирующим действием, создаваемым трубой 10 и выходным патрубком 14, смешивается с основным потоком и удаляется из аппарата. Уловленная камерой 3 жидкость стекает через отверстие 28 по сливной трубе 29 в гидрозатвор 30. Из гидрозатвора через отверстие 31 в стенке корпуса 1 транспортируется с основным жидкостным потоком через патрубок для отвода отсепарированной жидкости 27. The remainder of the finely divided droplet liquid is trapped in the confuser 9 by annular horizontal and vertical slotted channels formed by the pipe 10, the confuser 9, and the horizontal washer of the reflector 11. The liquid film, transported in a spiral downward along the inner surface of the conical part of the reflector 12, together with a small part of the gas stream, encounters porous ring 13. Passing through ring 13, the gas-liquid flow dissipates, while losing its speed. And as a result, the liquid settles on the annular partition 2, and the cleaned gas stream is delayed by the ejection action created by the pipe 10 and the outlet pipe 14, mixes with the main stream and is removed from the apparatus. Caught by the chamber 3, the liquid flows through the opening 28 through the drain pipe 29 into the hydraulic lock 30. From the hydraulic lock through the opening 31 in the wall of the housing 1 is transported with the main fluid flow through the pipe to drain the separated liquid 27.

Таким образом внедрение предлагаемого сепаратора позволяет:
расширить область его использования в сторону применения при высоких давлениях (благодаря установке нормально подведенному входному патрубку с вмонтированными в нем по противоположным сторонам вертикальных криволинейных пластин);
снизить потери напора (за счет определения оптимальных параметров основных конструктивных элементов аппарата);
улучшить эффективность сепарации в широком диапазоне нагрузок по газовой и жидкостной фазам с сохранением этой характеристики в пробковом режиме жидкой фазы (за счет надежной работы последней верхней ступени сепарации, а также организации аэрогидродинамической картины в зоне щелевых каналов сепарационного элемента).Thus, the implementation of the proposed separator allows you to:
expand the scope of its use in the direction of use at high pressures (due to the installation of a normally supplied inlet pipe with vertical curved plates mounted in it on opposite sides);
reduce pressure losses (by determining the optimal parameters of the main structural elements of the apparatus);
to improve the separation efficiency in a wide range of loads in the gas and liquid phases while maintaining this characteristic in the plug mode of the liquid phase (due to the reliable operation of the last upper separation stage, as well as the organization of the aero-hydrodynamic picture in the area of the slotted channels of the separation element).

Claims

A separator containing a vertical cylindrical body, divided by an annular partition into lower and upper separation chambers, inlet and outlet nozzles, a deflector, a confuser, a separation element with vertical plates constituting slotted channels, a reflector, characterized in that it is provided with false and flat bottoms connected radial plates, on the outer surface of the reflector mounted an annular diffuser of gas flow, and in the inner hole of the reflector mounted a pipe entering from the annular and the gap at one end into an outlet, and the other - the opening of the converging tube vertical plate separation element vertically bent at an obtuse angle of 150 - 165 ^o, the input normal Summing pipe on opposite sides of the vertically set two guiding curved plate, the relationship sectional area separator casing to the main geometric parameters of the separator are: to the cross-sectional area of the upper edge of the confuser 5 - 6, to the cross-sectional area of the separation element 2 - 2.5, to the cross-sectional area of the slits channels in the separation element vertically in the overlap zone 2 - 2.5, to the cross-sectional area of the annular gap between the separation element and the flat bottom 12 - 15, and the height of the separation element with respect to its inner diameter is 2.3 - 2.5 and the height of the confuser with respect to the inner diameter of the separation element is 0.5 - 0.6.