RU2287357C1

RU2287357C1 - Highly effective liquid-gas separator

Info

Publication number: RU2287357C1
Application number: RU2005106653/15A
Authority: RU
Inventors: Юрий Иванович Кочубей (RU); Юрий Иванович Кочубей
Original assignee: Юрий Иванович Кочубей
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2006-11-20

Abstract

FIELD: separation of gas-liquid mixtures.

SUBSTANCE: proposed separator has housing with cover, branch pipes, deflector and stack of separating plates. Vertical axial line of plate stack is shifted relative to vertical axial line of separator housing to side for equalizing the rate of gas-liquid flow due to increased clearance between deflector and external surface of stack and due to decreased clearance on opposite side between external surface of stack and internal surface of separator housing ensuring correspondence of these clearances.

EFFECT: extended functional capabilities.

2 dwg

Description

Изобретение предназначено для осаждения пленочной, капельной, мелкодисперсной и аэрозольных жидких и твердых частиц в поле центробежных сил как с высоким, так и низким газовым фактором, не снижая при этом эффективность сепарации. Применяется в нефтегазовой, машиностроительной, химической и других отраслях промышленности.The invention is intended for the deposition of film, droplet, fine and aerosol liquid and solid particles in the field of centrifugal forces with both high and low gas factors, without reducing the separation efficiency. It is applied in oil and gas, machine-building, chemical and other industries.

Известен сепаратор (патент РФ 2221625), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную крышку, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, вертикальный сепарационный пакет, состоящий из плоских изогнутых и дугообразных пластин, которые в зоне нахлестки образуют щелевые каналы. На внутренней поверхности вертикальной дугообразной пластины расположены по ходу движения газожидкостного потока сходящиеся дугообразные направляющие пластины, направленные под углом 30° к горизонтали, собирающие и транспортирующие пленочную жидкость с внутренней поверхности дугообразной пластины в зону щелевого канала. Для транспортировки жидкой фазы из зоны щелевого канала к внутренней поверхности корпуса аппарата предусмотрены открытые желоба. В верхней внутренней части сепарационного пакета в отверстии горизонтальной крышки установлена карман-ловушка.A known separator (RF patent 2221625), containing a vertical cylindrical body, horizontal cover, inlet, outlet, drain pipe, deflector, vertical separation package, consisting of flat curved and arched plates, which form slotted channels in the lap zone. On the inner surface of the vertical arcuate plate, converging arcuate guide plates are arranged along the gas-liquid flow, directed at an angle of 30 ° to the horizontal, collecting and transporting the film fluid from the inner surface of the arcuate plate into the zone of the slotted channel. To transport the liquid phase from the zone of the slotted channel to the inner surface of the apparatus body, open gutters are provided. A pocket-trap is installed in the upper inner part of the separation bag in the hole of the horizontal cover.

Недостаток известного устройства заключается в том, что наличие на внутренней поверхности вертикальной дугообразной пластины сходящихся дугообразных направляющих пластин, а также присутствие прямоугольных открытых желобов делает сепарационный пакет не технологичным в плане изготовления. Прямоугольные открытые желоба закрывают часть живого сечения между корпусом сепаратора и сепарационным пакетом, что приводит к росту потерь напора в аппарате, хаотическому движению газожидкостной смеси в этом пространстве и уносу части жидкой фазы вовнутрь сепарационного пакета. Щель, расположенная за желобами по ходу движения потока, частично перекрыта. Перекрытая часть щели не участвует в сепарационном пакете.A disadvantage of the known device is that the presence on the inner surface of a vertical arcuate plate of converging arcuate guide plates, as well as the presence of rectangular open grooves, makes the separation bag not technologically advanced in terms of manufacturing. Rectangular open troughs cover part of the live section between the separator body and the separation bag, which leads to an increase in the pressure loss in the apparatus, the chaotic movement of the gas-liquid mixture in this space and the entrainment of part of the liquid phase into the separation bag. The slot located behind the troughs in the direction of flow is partially blocked. The overlapped portion of the gap is not involved in the separation bag.

Более близким к предлагаемому инженерному решению является сепаратор (патент RU 2244584), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную перегородку, входной, выходной, сливной патрубки, дефлектор, вертикальный сепарационный пакет, состоящий из вертикальных плоских изогнутых пластин, образующих в зоне нахлестки щелевые каналы. Концы пластин изогнуты и направлены в разные стороны касательно к наружному и внутреннему диаметрам сепарационного пакета. Осевая линия входного патрубка по горизонтали смещена относительно осевой линии корпуса аппарата. Дефлектор, установленный по ходу вращения газожидкостного потока, имеет максимально допустимое сечение, причем по ходу потока он сужается по горизонтали и возрастает по высоте, сохраняя при этом площадь поперечного сечения. Дугообразная пластина, закрывающая дефлектор в верхней своей части, в конце по ходу потока направлена по отношению к горизонтали под углом 15-30°. По ходу вращения газожидкостного потока с зазором к внутренней стороне корпуса установлена изогнутая пластина, которая своим нижним концом заходит под нижнюю крышку дефлектора.Closer to the proposed engineering solution is a separator (patent RU 2244584) containing a vertical cylindrical body, a horizontal partition, an inlet, outlet, drain pipe, deflector, a vertical separation package consisting of vertical flat curved plates forming slotted channels in the lap zone. The ends of the plates are bent and directed in different directions with respect to the outer and inner diameters of the separation bag. The axial line of the inlet pipe is horizontally offset relative to the axial line of the apparatus body. The deflector installed along the rotation of the gas-liquid flow has the maximum allowable cross-section, and along the flow it narrows horizontally and increases in height, while preserving the cross-sectional area. An arcuate plate that closes the deflector in its upper part, at the end along the flow is directed relative to the horizontal at an angle of 15-30 °. In the direction of rotation of the gas-liquid flow with a gap to the inner side of the housing, a curved plate is installed, which with its lower end extends under the lower cover of the deflector.

Недостаток известного устройства заключается в том, что исходя из оптимальных геометрических размеров (отношение диаметра корпуса аппарата к высоте корпуса, диаметру сепарационного пакета, его высоте, ширине дефлектора и других размеров), отработанных и определенных гидродинамическими испытаниями, узким местом оказалось расстояние между поверхностью дефлектора и наружной поверхностью сепарационного пакета. И в тоже время расстояние с противоположной стороны оказалось значительно» большим (между наружной поверхностью сепарационного пакета и внутренней поверхностью корпуса аппарата). Особенно ощутимым этот недостаток чувствуется при режиме, приближающемся к пробковому, т.е. когда газовый фактор низкий. Сепараторы, работающие в этих режимах, относятся к жидкостно-газовым, т.е. при незначительных расходах по газу обладают значительной пропускной способностью по жидкой фазе без ущерба такого показателя как эффективность сепарации. Конструктивное исполнение СЦВ-5 не позволяет сохранить эффективность сепарации при этих режимах. Близкое расстояние поверхности дефлектора к наружной поверхности сепарационного пакета способствует к втягиванию части жидкой фазы с поверхности дефлектора в щелевые каналы, то есть вовнутрь сепарационного пакета. И, кроме того, на этом участке наблюдается увеличение потерь напора.A disadvantage of the known device is that based on the optimal geometric dimensions (the ratio of the diameter of the apparatus to the height of the housing, the diameter of the separation bag, its height, the width of the deflector and other dimensions), worked out and determined by hydrodynamic tests, the distance between the surface of the deflector and the outer surface of the separation bag. And at the same time, the distance on the opposite side turned out to be significantly larger (between the outer surface of the separation bag and the inner surface of the apparatus). This disadvantage is especially noticeable in a regime approaching cork, i.e. when the gas factor is low. The separators operating in these modes are liquid-gas, i.e. at low gas costs, they have a significant capacity in the liquid phase without affecting such an indicator as separation efficiency. The design of the SCV-5 does not allow to maintain the separation efficiency under these conditions. The close distance of the surface of the deflector to the outer surface of the separation package contributes to the retraction of part of the liquid phase from the surface of the deflector into the slotted channels, that is, inside the separation package. And, in addition, an increase in pressure loss is observed in this section.

Техническим решением задачи является расширение диапазона работы газожидкостного сепаратора: с увеличенными нагрузками по жидкой фазе без снижения эффективности сепарации и увеличения потерь напора.The technical solution to the problem is to expand the range of the gas-liquid separator: with increased loads in the liquid phase without reducing the separation efficiency and increasing pressure losses.

Задача достигается тем, что вертикальная осевая линия сепарационного пакета сдвинута относительно осевой линии корпуса сепаратора на величину и в сторону, позволяющую выровнять скорость газожидкостного потока в самом узком зазоре за счет увеличения зазора между дефлектором и наружной поверхностью сепарационного пакета; за счет уменьшения зазора с противоположной стороны - между наружной поверхностью сепарационного пакета и внутренней поверхностью корпуса сепаратора.The task is achieved in that the vertical axial line of the separation package is shifted relative to the axial line of the separator housing by an amount and to the side, which makes it possible to equalize the gas-liquid flow rate in the narrowest gap by increasing the gap between the deflector and the outer surface of the separation package; by reducing the gap on the opposite side - between the outer surface of the separation bag and the inner surface of the separator housing.

По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружена заявляемость совокупности признаков, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.According to the patent and scientific and technical literature, the claimed nature of the totality of features was not found, which allows us to judge the inventive step of the proposal.

На фиг.1 изображен жидкостно-газовый сепаратор в поперечном сечении.Figure 1 shows a liquid-gas separator in cross section.

На фиг.2 - разрез А-А фиг.1.Figure 2 is a section aa of figure 1.

Сепаратор состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с осью 0, горизонтальной крышки 2 с цилиндрическим отверстием 3, над которым расположен выходной патрубок 4, входного патрубка 5, соединенного с корпусом 1 в верхней его части, дефлектора 6, установленного по ходу вращения газожидкостного потока и формирующего вращательное движение газожидкостного потока внутри сепаратора, в конце которого в верхней части установлена пластина 7, крайним концом нисходящая по ходу вращения газожидкостного потока и направленная по отношению к горизонтальной прямой под углом 15-30°. Ось 01 вертикального сепарационного пакета 8 сдвинута относительно оси корпуса аппарата 1-0 таким образом, что зазор между дефлектором 6 и наружной поверхностью пакета 8 соответствует зазору с противоположной стороны, т.е. между наружной поверхностью сепарационного пакета 8 и внутренней поверхностью корпуса сепаратора 1. Пакет 8 состоит из плоских пластин 9. Концы плоских изогнутых пластин 9 направлены касательно внутреннего и наружного диаметров пакета. Пластины 9 укреплены по внутреннему периметру горизонтальной крышки 2 и позволяют сохранить одинаковый и постоянный размер щелевых каналов в зоне их нахлестки 10.The separator consists of a vertical cylindrical body 1 with an axis 0, a horizontal cover 2 with a cylindrical hole 3, over which an outlet pipe 4 is located, an inlet pipe 5 connected to the housing 1 in its upper part, a deflector 6 installed along the rotation of the gas-liquid flow and forming rotational motion of the gas-liquid flow inside the separator, at the end of which a plate 7 is installed in the upper part, the extreme end descending along the rotation of the gas-liquid flow and directed relative to the horizontal ntalnoy straight at an angle 15-30 °. The axis 01 of the vertical separation bag 8 is shifted relative to the axis of the apparatus body 1-0 so that the gap between the deflector 6 and the outer surface of the bag 8 corresponds to the gap on the opposite side, i.e. between the outer surface of the separation bag 8 and the inner surface of the separator housing 1. The bag 8 consists of flat plates 9. The ends of the flat curved plates 9 are directed relative to the inner and outer diameters of the bag. The plates 9 are strengthened along the inner perimeter of the horizontal cover 2 and allow maintaining the same and constant size of the slotted channels in the area of their overlap 10.

В верхней части сепарационного пакета 8 между нижней наружной поверхностью выходного патрубка 11, внутренней поверхностью верхней части пластин 9 образован кольцевой зазор, который совместно с внутренней поверхностью горизонтальной крышки 2 сформировал карман-ловушку 12.In the upper part of the separation package 8 between the lower outer surface of the outlet pipe 11, the inner surface of the upper part of the plates 9, an annular gap is formed, which together with the inner surface of the horizontal cover 2 formed a pocket-trap 12.

Внутри нижней части сепарационных пластин 9 расположено плоское днище 13, приподнятое относительно нижней крышки пластин 9 и имеющее относительно их кольцевой радиальный зазор 14 и соединенное посредством радиальных пластин 15 на расстоянии 0,1-0,15 диаметра сепарационного элемента с ложным днищем 16, расположенным над шайбой 17, установленной над сливным патрубком 18. Между корпусом сепаратора 1 и шайбой 17 образуется кольцевой зазор 19.Inside the lower part of the separation plates 9 there is a flat bottom 13, raised relative to the lower cover of the plates 9 and having a radial clearance 14 relative to them and connected by means of radial plates 15 at a distance of 0.1-0.15 of the diameter of the separation element with a false bottom 16 located above a washer 17 mounted above the drain pipe 18. An annular gap 19 is formed between the separator housing 1 and the washer 17.

По ходу вращения газожидкостного потока непосредственно за входным патрубком с зазором к внутренней стороне корпуса аппарата несколько большей высоты дефлектора установлена изогнутая пластина 20, которая своим нижним правым концом несколько заходит под нижнюю крышку дефлектора.In the direction of rotation of the gas-liquid flow directly behind the inlet pipe with a gap to the inside of the apparatus body of a slightly higher deflector height, a curved plate 20 is installed, which, with its lower right end, slightly goes under the bottom cover of the deflector.

Сепаратор СЦВ-6 работает следующим образом.The separator SCV-6 works as follows.

Газожидкостная смесь подводится в аппарат через входной патрубок 5, расположенный в верхней его части. Установка входного патрубка, смещенного по горизонтали относительно осевой линии корпуса, позволяет создать скользящий удар о поверхность дефлектора, предельная величина смещения определяется фактором, при котором не следует применять дополнительно усиливающих прочность шва деталей.The gas-liquid mixture is supplied to the apparatus through the inlet pipe 5 located in its upper part. The installation of the inlet pipe, horizontally offset relative to the center line of the housing, allows you to create a sliding impact on the surface of the deflector, the maximum displacement is determined by the factor, which should not be used to additionally strengthen the strength of the seam parts.

Дефлектор 6 препятствует поступлению газа в осевую зону сепарационного пакета 8 без предварительного разделения газовзвеси. Использование дефлектора с изменяющимся сечением (в начале увеличивает свое сечение до максимально допустимой величины, после чего сужается по горизонтали и возрастает по высоте, сохраняя при этом площадь поперечного сечения в максимально широком участке) позволяет до минимума снизить потери напора на этом участке за счет сохранения величины скорости по причине сохранения величины живого сечения, удалить по горизонтали на выходе из дефлектора газожидкостный поток от щелевых каналов сепарационного пакета 8, а по высоте равномерно рассредоточить нагрузку по жидкой фазе и в то же время за счет минимального зазора дефлектора на выходе и поверхностного натяжения "придавить" жидкую фазу к внутренней поверхности сепаратора, что, в конечном счете, улучшает процесс сепарации.The deflector 6 prevents the flow of gas into the axial zone of the separation package 8 without prior separation of the gas suspension. The use of a baffle with a variable cross-section (at the beginning it increases its cross-section to the maximum permissible value, after which it tapers horizontally and increases in height, while preserving the cross-sectional area in the widest possible section), it allows minimizing the pressure loss in this area by maintaining the value speed, due to the preservation of the living cross section, remove horizontally at the outlet of the deflector the gas-liquid flow from the slotted channels of the separation package 8, and uniformly edotochit load of the liquid phase and at the same time by a minimum gap at the outlet vent and surface tension "flatten" the liquid phase separator to the inner surface, which ultimately improves the separation process.

В пространстве, образованном стенкой корпуса 1 и пластинами 9 из газового потока, выделяется основная масса жидкости. Капли жидкости отбрасываются центробежной силой на стенки корпуса 1 сепаратора и под действием гравитационных сил по ходу вращения газового потока по нисходящей спирали транспортируются через кольцевой зазор 19 к сливному патрубку 18.In the space formed by the wall of the housing 1 and the plates 9 from the gas stream, the bulk of the liquid is released. Drops of liquid are discarded by centrifugal force on the walls of the separator housing 1 and under the influence of gravitational forces along the rotation of the gas stream in a downward spiral are transported through the annular gap 19 to the drain pipe 18.

Мелкодисперсная капельная жидкость, не осевшая на корпусе 1, попадает на наружную поверхность вертикальных пластин 9 и транспортируется газовым потоком через входные тангенциальные щели, попадая на их внутреннюю поверхность.A finely divided droplet liquid that has not settled on the housing 1 enters the outer surface of the vertical plates 9 and is transported by a gas stream through the tangential inlet slots, falling onto their inner surface.

Так как тангенциальные щели по ходу потока не сужаются, снижаются потери напора на местные сопротивления, что в целом скажется на потерях напора в аппарате.Since the tangential gaps do not narrow downstream, the pressure loss to local resistances is reduced, which will generally affect the pressure loss in the apparatus.

Применение пластин 9, вертикальные изогнутые концы которых направлены в разные стороны касательно по отношению к внутреннему диаметру сепарационного пакета, позволяет жидкостной пленке, движущейся по ходу вращения газового потока, транспортироваться с конца одной пластины на начало другой, сохраняя при срыве с пластин касательную траекторию своего движения относительно внутреннего диаметра сепарационного пакета.The use of plates 9, the vertical curved ends of which are directed in opposite directions with respect to the inner diameter of the separation package, allows a liquid film moving along the rotation of the gas stream to be transported from the end of one plate to the beginning of another, while maintaining a tangent trajectory of its movement when it breaks from the plates relative to the inner diameter of the separation bag.

В конце верхней суженной части дефлектора 6 установлена дугообразная пластина 7, нисходящая по ходу газожидкостного потока и направленная по отношению к горизонтальной прямой под углом 15-30°. Такое инженерное решение позволило вращающийся между корпусом и сепарационным пакетом вектор газожидкостного потока направить по спирали вниз, т.е. по нисходящей кривой, в результате чего газовый слой, вращающийся непосредственно по внутренней поверхности сепарационного пакета, разделился на три слоя со своими векторами осевых скоростей: непосредственно у стенки - направлен вниз, далее незначительный слой "неподвижный" и следующий - 3 основной слой направлен вверх. Наличие первого слоя с направлением вектора осевой скорости вниз позволило сгонять (в зависимости от режима) росу, капли, пленку вниз, избежав дополнительных направляющих, удаляющих по спирали вниз частицы жидкой фазы.At the end of the upper narrowed part of the deflector 6, an arcuate plate 7 is installed, descending along the gas-liquid flow and directed towards the horizontal line at an angle of 15-30 °. Such an engineering solution allowed the gas-liquid flow vector rotating between the housing and the separation bag to spiral downward, i.e. along a downward curve, as a result of which the gas layer rotating directly along the inner surface of the separation bag was divided into three layers with its axial velocity vectors: directly at the wall — directed downward, then a minor layer “fixed” and the next 3 main layer directed upward. The presence of the first layer with the direction of the axial velocity vector downward allowed dropping (depending on the mode) dew, drops, film downward, avoiding additional guides that remove particles of the liquid phase in a spiral downward.

Опускаясь по внутренней поверхности пластин 9, частицы жидкости, приблизившись к нижней кромке, соскальзывают и попадают на поверхность шайбы 17, откуда через кольцевой зазор 19 транспортируются в направлении сливного патрубка 18.Descending along the inner surface of the plates 9, the liquid particles, approaching the lower edge, slide off and fall on the surface of the washer 17, from where they are transported through the annular gap 19 in the direction of the drain pipe 18.

Таким образом, внедрение предлагаемого малогабаритного высокопроизводительного сепаратора СЦВ-6 со сдвинутыми вертикальными осями корпуса О и сепарационного пакета O₁ позволяет:Thus, the introduction of the proposed small-sized high-performance separator STsV-6 with shifted vertical axis of the housing O and the separation package O ₁ allows you to:

- снизить потери напора и увеличить производительность сепаратора за счет увеличения зазора между рефлектором и наружной поверхностью сепарационного пакета, не изменяя габариты сепаратора;- reduce pressure losses and increase the performance of the separator by increasing the gap between the reflector and the outer surface of the separation package, without changing the dimensions of the separator;

- позволяет сепаратору, не снижая его эффективности, работать в режиме при низких значениях газового фактора, т.е. тогда, когда режим работы аппарата приближается к пробковому;- allows the separator, without reducing its efficiency, to operate in the mode at low values of the gas factor, i.e. then, when the operating mode of the device approaches cork;

- за счет сдвижения осей О и О₁ позволяет успешно работать в разряде газожидкостных аппаратов и жидкостно-газовых (т.е. одна и та же конструкция успешно перекрывает два типа сепараторов).- due to the displacement of the axes O and O ₁ allows you to successfully work in the discharge of gas-liquid devices and liquid-gas (i.e., the same design successfully covers two types of separators).

Claims

A separator containing a vertical cylindrical body, a horizontal cover, an inlet, outlet, drain pipe, a deflector installed in the direction of rotation of the gas-liquid flow, a vertical separation package consisting of flat curved separation plates forming slotted channels in the lapping zone and their vertical curved ends directed into different sides with respect to the outer and inner diameters of the separation bag, characterized in that the vertical axial line of the separation bag that is offset relative to the axial line of the housing on the magnitude and direction ensuring compliance of the gap between the baffle and the outer surface of the package and the separating gap on the opposite side of the separation surface between the outer package and the inner surface of the housing to align the liquid flow rate.