RU2139126C1

RU2139126C1 - Separator

Info

Publication number: RU2139126C1
Application number: RU98116681A
Authority: RU
Inventors: А.П. Данилин
Original assignee: Данилин Альберт Петрович
Priority date: 1998-09-07
Filing date: 1998-09-07
Publication date: 1999-10-10

Abstract

FIELD: separation of liquid phase from two-phase vapor-gas-liquid flows. SUBSTANCE: separator includes horizontal cylindrical housing coaxial with inlet and outlet branch pipes and condensate discharge branch pipe. Inner volume of separator is divided into two parts by means of perforated partition located in parallel with axis of device. Plates located in upper portion of volume above partition along flow are mounted in such way that longitudinal passages are formed between them in cross section which have form of trihedral prisms; each prism is oriented downward by one of its edge; provision is made for two types of plates: corrugated plates and hollow plates filled with porous material. Outlet surfaces of hollow plates are provided with perforations. Plates (lateral faces of prisms) are mounted in such positions that corrugated plates alternate with hollow ones. Condensate discharge branch pipe is connected with lower portion. EFFECT: enhanced efficiency of liquid separation. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области устройств для сепарации (отделения) жидкой фазы из двухфазных парогазожидкостных потоков. The invention relates to the field of devices for the separation (separation) of the liquid phase from two-phase vapor-gas-liquid flows.

Известен центробежный каплеуловитель (патент РФ N 2035971, B 01 D 45/12, 1995), содержащий цилиндрический корпус с входным и двумя выходными патрубками для газовой и жидкостной фаз соответственно, установленный в корпусе соосно входному патрубку конический лопастной завихритель, и сепарационную камеру с винтовой канавкой на внутренней поверхности корпуса. Known centrifugal droplet eliminator (RF patent N 2035971, B 01 D 45/12, 1995), containing a cylindrical body with inlet and two outlet pipes for gas and liquid phases, respectively, installed in the housing coaxially with the inlet pipe conical blade swirl, and a separation chamber with a screw groove on the inner surface of the housing.

Данный каплеуловитель эффективен только при сепарации жидкости при дисперсной и пленочной структурах двухфазного потока. This droplet eliminator is effective only in liquid separation with dispersed and film structures of a two-phase flow.

Известно также устройство для сепарации конденсата, содержащее горизонтальный цилиндрический корпус, патрубки ввода парожидкостной смеси и выпуска газовой фазы, расположенные соосно корпусу, и патрубок отвода конденсата, а также поперечный экран с козырьком и каплеулавливающие секции (ав.св. N 1690607, B 01 D 45/08, 1991). A device for condensate separation is also known, containing a horizontal cylindrical body, nozzles for injecting a vapor-liquid mixture and gas phase outlet, located coaxially to the body, and a condensate drain pipe, as well as a transverse screen with a visor and drop-collecting sections (St. St. N 1690607, B 01 D 45/08, 1991).

Описанное устройство работает неэффективно в условиях пробкового режима течения и имеет высокое гидросопротивление в режимах всех известных структур потока. The described device operates ineffectively in the conditions of a plug flow regime and has a high hydroresistance in the regimes of all known flow structures.

Целью данного предлагаемого изобретения является повышение эффективности сепарации жидкости из газожидкостного потока для любого из режимов течения: пленочного, дисперсно- жидкостного, пробкового, разделенного. Устройство применимо как на регулярно стабильном одном из перечисленных режимов, так и на потоке, который периодически перестраивается из одного режима в любой другой. The aim of this invention is to increase the efficiency of the separation of liquid from a gas-liquid stream for any of the flow regimes: film, dispersed-liquid, cork, divided. The device is applicable both on a regularly stable one of the listed modes, and on a stream that is periodically rebuilt from one mode to any other.

Сущность данного предлагаемого изобретения заключается в том, что в сепараторе, имеющем цилиндрический корпус, соосный с входным и выходным патрубками, и патрубок отвода конденсата, внутренний объем разделен на две части перфорированной перегородкой, расположенной параллельно оси устройства. В верхней части объема над перегородкой вдоль потока расположены пластины, установленные так, что между ними образуются в поперечном сечении продольные каналы в виде трехгранных призм, причем каждая из призм ориентирована одним из своих ребер вниз, а пластины применены двух типов: листовые гофрированные и полые, заполненные пористым материалом. Внешние поверхности полых пластин снабжены перфорацией. Пластины (боковые грани призм) установлены так, что листовые чередуются с полыми. Патрубок отвода конденсата соединен с нижней частью корпуса. The essence of this proposed invention lies in the fact that in the separator having a cylindrical body, coaxial with the inlet and outlet pipes, and the condensate drain pipe, the internal volume is divided into two parts by a perforated partition located parallel to the axis of the device. In the upper part of the volume above the partition along the flow there are plates installed so that longitudinal channels in the form of trihedral prisms are formed in cross section between them, each of the prisms being oriented downward with one of its ribs, and the plates are of two types: corrugated sheet and hollow, filled with porous material. The outer surfaces of the hollow plates are provided with perforations. The plates (lateral faces of the prisms) are mounted so that the sheets alternate with hollow ones. The condensate drain pipe is connected to the bottom of the housing.

На фиг. 1 изображен осевой вертикальный разрез сепаратора; на фиг. 2 представлен поперечный разрез "а-а" сепаратора к фиг. 1; на фиг. 3 дано сечение "б-б" к фиг. 2; на фиг. 4 дано сечение "в-в" к фиг. 2; на фиг. 5 дано сечение "г-г" к фиг. 4. In FIG. 1 shows an axial vertical section through a separator; in FIG. 2 is a cross-sectional view “aa” of the separator of FIG. 1; in FIG. 3 shows a section bb for FIG. 2; in FIG. 4 is a cross-sectional view of FIG. 2; in FIG. 5 shows a section “g-g” of FIG. 4.

Устройство сепаратора состоит в следующем. Цилиндрический горизонтальный корпус 1 имеет патрубок подвода газожидкостной смеси 2 ("A""), патрубок отвода газа 3 ("B") и патрубки отвода жидкости 4 ("C"). Внутренний объем корпуса 1 разделен горизонтальной перфорированной перегородкой 5 на две части: верхняя сепарационная часть 6 и нижняя часть 7 для сбора жидкости, которая перегорожена со стороны выхода вертикальной стенкой 8. В верхней части 6 установлены в направлении хорд сечения корпуса листовые пластины 9 и полые пластины 10 под острым углом друг к другу так, что они образуют продольные каналы 11 в виде треугольных призм, одно из ребер которых ориентировано вниз. Нижние углы внутри всех призм являются наименьшими. Пластины 9 и 10 чередуются между собой в направлении горизонтали в поперечном сечении так, что каждый из каналов 11 имеет с одной стороны листовую пластину 9, а с другой - полую пластину 10. Листовые пластины 9 снабжены двусторонним симметричным гофром 12, линии вершин и впадин которого направлены диагонально сверху вниз и в направлении потока газожидкостной смеси. Полые пластины 10 состоят из двух перфорированных листов 13 с отверстиями перфорации 14, между которыми расположен пористый наполнитель 15 из материала, имеющего сквозные капилляры во всем объеме; этот материал имеет положительный показатель смачиваемости конденсатом. Все пластины соединены между собой стержнями жесткости 16. The separator device is as follows. The cylindrical horizontal housing 1 has a nozzle for supplying gas-liquid mixture 2 ("A" "), a nozzle for gas outlet 3 (" B ") and a nozzle for draining liquid 4 (" C "). The internal volume of the housing 1 is divided into two parts by a horizontal perforated partition 5: the upper separation part 6 and the lower part 7 for collecting liquid, which is partitioned off from the exit side by a vertical wall 8. In the upper part 6, sheet plates 9 and hollow plates 10 are installed in the direction of the chords of the body section at an acute angle to each other so that they form longitudinal channels 11 in the form of triangular prisms, one of the edges of which is oriented downward. The lower angles inside all the prisms are the smallest. The plates 9 and 10 alternate with each other in the horizontal direction in cross section so that each of the channels 11 has a sheet plate 9 on one side, and on the other, a hollow plate 10. The sheet plates 9 are provided with a symmetrical bilateral corrugation 12, the lines of the peaks and troughs of which are directed diagonally from top to bottom and in the direction of flow of the gas-liquid mixture. Hollow plates 10 consist of two perforated sheets 13 with perforation holes 14 between which a porous filler 15 of material having through capillaries in the entire volume is located; this material has a positive indicator of wettability by condensate. All plates are interconnected by stiffening rods 16.

В виде варианта сепаратор может быть выполнен из секций, соединяемых фланцами 17. Alternatively, the separator may be made of sections connected by flanges 17.

Внутренний диаметр патрубков 2 и 3 соответствует диаметру парогазопровода, в который включается сепаратор. The inner diameter of the nozzles 2 and 3 corresponds to the diameter of the steam and gas pipeline into which the separator is connected.

Работа сепаратора. Парогазожидкостный поток, входя через патрубок 2 в корпус 1, расширяется и плавно затормаживается, после чего часть жидкости, протекающая ниже горизонтальной перфорированной перегородки 5, сразу поступает в нижнюю часть 7 корпуса 1, а остальная часть потока входит в каналы 11, в которых двухфазный поток ламинаризируется, жидкость контактирует с пластинами 9 и 10, образуя на них жидкостную пленку. На листовых пластинах 9 жидкая пленка под действием сил тяжести и аэродинамического воздействия со стороны двухфазного потока стекает по впадинам гофров 12 вниз и через перфорированную перегородку 5 - в нижнюю часть 7 корпуса 1. На полых пластинах 10 жидкая пленка перетекает через отверстия перфорации 14 в листах 13 и по капиллярам пористого наполнителя 15 стекает на перфорированную перегородку 5 и далее в нижнюю часть 7 корпуса 1. Вся жидкость из нижней части 7 корпуса 1 отводится патрубками 4, а отсепарированный газ отводится из корпуса 1 через патрубок 3. The work of the separator. The vapor-liquid flow, entering through the pipe 2 into the housing 1, expands and smoothly brakes, after which the part of the liquid flowing below the horizontal perforated partition 5 immediately enters the lower part 7 of the housing 1, and the rest of the flow enters the channels 11, in which the two-phase flow laminarized, the liquid contacts the plates 9 and 10, forming a liquid film on them. On sheet plates 9, the liquid film under the influence of gravity and aerodynamic action from the side of the two-phase flow flows down the corrugations of the corrugations 12 down and through the perforated partition 5 to the lower part 7 of the housing 1. On the hollow plates 10, the liquid film flows through the perforation holes 14 in the sheets 13 and through the capillaries of the porous filler 15 flows onto the perforated septum 5 and then into the lower part 7 of the housing 1. All liquid from the lower part 7 of the housing 1 is discharged by nozzles 4, and the separated gas is discharged from the housing 1 through the pat cutting 3.

В нижних уровнях каналов 11 из-за уменьшения их ширины по высоте локальные скорости потока в 6...10 раз меньше скоростей в верхних уровнях. Это приводит к тому, что из-за значительного (примерно на два порядка для нижних уровней) снижения динамического взаимодействия газа с дисперсной жидкостью последняя будет подвержена в большой степени только действию силы тяжести, оседая в газовом ядре потока вниз, причем этот процесс усиливается при перемещении частиц жидкости вниз. Кроме того, из-за уменьшения ширины канала увеличивается вероятность контакта частиц жидкости с пластинами 9 и 10. Гофры 12, взаимодействуя с газовой фазой потока, придают течению в каналах 12 спиралеобразный характер с малой степенью закрутки и турбулизации, что способствует повышению вероятности контакта частиц жидкости с полыми пластинами 10. In the lower levels of channels 11, due to a decrease in their width in height, the local flow rates are 6 ... 10 times less than the speeds in the upper levels. This leads to the fact that, due to a significant (about two orders of magnitude lower level) decrease in the dynamic interaction of gas with a dispersed liquid, the latter will be subject to a large extent only to gravity, settling downward in the gas core, and this process intensifies when moving fluid particles down. In addition, due to a decrease in the width of the channel, the probability of contact of the fluid particles with the plates 9 and 10 increases. The corrugations 12, interacting with the gas phase of the flow, give the flow in the channels 12 a spiral shape with a low degree of swirling and turbulization, which increases the likelihood of contact of the fluid particles with hollow plates 10.

Из-за значительного снижения средней скорости в сепараторе он имеет удельное гидравлическое сопротивление не выше такового для трубопровода, на котором он монтируется. Качество (степень) сепарации определяется выбором конструктивных параметров при его проектировании и может достигать любой заданной величины: теоретический предел - 100%, практический ожидаемый предел меньше теоретического на сотые доли %, а при спецвыполнении остаточная концентрация конденсата в газе - следы. Диаметр устройства не более 1,8 диаметров магистрального трубопровода; увеличение диаметра до кратности ~2,2 соответствует спецвыполнению. Длина сепаратора зависит от исходного газопаросодержания и от заданной степени сепарации жидкой фазы. Для данной конструкции вполне определенна тенденция роста эффекта сепарации с ростом капиллярности и вязкости, характерным для большинства нефтепродуктов. Due to a significant decrease in the average speed in the separator, it has a specific hydraulic resistance not higher than that for the pipeline on which it is mounted. The quality (degree) of separation is determined by the choice of design parameters during its design and can reach any given value: the theoretical limit is 100%, the practical expected limit is less than the theoretical by hundredths of a percent, and with special performance, the residual concentration of condensate in the gas is traces. The diameter of the device is not more than 1.8 diameters of the main pipeline; an increase in diameter to a factor of ~ 2.2 corresponds to special performance. The length of the separator depends on the initial gas content and on the specified degree of separation of the liquid phase. For this design, a definite tendency is observed for an increase in the separation effect with an increase in capillarity and viscosity, which is typical for most petroleum products.

Процесс сепарации однороден по длине сепаратора, поэтому возможно секционирование устройства по длине и унифицированное конструирование устройств на любые требования сепарации, а также смена числа секций при возможном изменении условий и требований эксплуатации как в сторону увеличения, так и уменьшения их числа. The separation process is uniform along the length of the separator, therefore it is possible to partition the device along the length and unify the design of the devices to any separation requirements, as well as changing the number of sections with a possible change in operating conditions and requirements, both in the direction of increasing or decreasing their number.

Ожидаемый максимальный диаметр корпуса 1 составляет 2,2...2,5 диаметров трубопровода, а монтажная длина составляет 3...5 диаметров корпуса 1. Поэтому для любых показателей газосодержания он может быть встроен в действующий трубопровод без дополнительных капитальных сооружений и изменения направления парогазопровода. The expected maximum diameter of the housing 1 is 2.2 ... 2.5 diameters of the pipeline, and the installation length is 3 ... 5 diameters of the housing 1. Therefore, for any indicators of gas content, it can be built into the existing pipeline without additional capital facilities and changing directions steam and gas pipeline.

Сепаратор может быть применен на магистральных и внутризаводских газопроводах, на паропроводах различного назначения и т.п. при различных структурах потока. The separator can be used on main and in-plant gas pipelines, on steam pipelines for various purposes, etc. with various flow patterns.

Claims

1. The separator containing a horizontal cylindrical body with nozzles for supplying a two-phase flow, removal of the separated gas (steam) and condensate, characterized in that its volume is divided into two parts by a perforated partition located parallel to the axis of the device, and in the volume above the partition along the stream are strengthened corrugated sheet and hollow plates with a perforated shell filled with porous material, moreover, in cross section, the corrugated plates alternate with hollow and are installed so that between they form channels in the form of prisms, one of the edges of which is directed downward.

2. The separator according to claim 1, characterized in that the housing, the partition and the plates are divided in length into sections, and the housing parts of each section are equipped with connecting flanges.