RU2379121C1

RU2379121C1 - Vortex centrifugal separator

Info

Publication number: RU2379121C1
Application number: RU2008148699/15A
Authority: RU
Inventors: Владимир Григорьевич Систер (RU); Владимир Григорьевич Систер; Юрий Викторович Мартынов (RU); Юрий Викторович Мартынов; Ольга Анатольевна Елисеева (RU); Ольга Анатольевна Елисеева
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2008-12-10
Publication date: 2010-01-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: separator contains vertically located cylindrical body, in top part of which it is located tangential branch for flow introduction, exhaust manifold for fume extraction, ranch for removing of discontinuous phase in bottom part of casing and internal cylinder, outfitted by fixed to its wall hollow truncated cones and back tapers, located open to wall. Backward and hollow truncated cones are installed alternating to each other. Over places of fixation of hollow cones to wall there are implemented slots, located in staggered order relative to slots over neighbour hollow cone, and on external surface of wall open to it over each slot there are fixed cutoff plates. At bottom butt of inner cylinder it is located circular groove for collection of liquid with overflow pipes.

EFFECT: effectiveness increase two-phase flows separation, simplicity of manufacturing.

3 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям возвратно-прямоточных сепараторов, которые применяются в процессах очистки природного газа, разделения двухфазных сред, преимущественно газ-жидкость, и может найти применение во всех технологических процессах в нефтяной, газовой, химической и других смежных отраслях промышленности.The invention relates to designs of back-flow separators, which are used in the processes of natural gas purification, separation of two-phase media, mainly gas-liquid, and can find application in all technological processes in the oil, gas, chemical and other related industries.

Известно устройство для очистки газообразных сред от взвешенных частиц, содержащее цилиндрический корпус с размещенным тангенциально в его верхней части штуцером ввода запыленной газообразной среды, осевым отводящим патрубком для вывода очищенной газообразной среды, съемным бункером для сбора взвешенных частиц (Патент РФ №2231396, МПК B04C 5/12, опубл. 27.06.2004 г.). В этом устройстве осевой отводящий патрубок снабжен съемной крышкой, на которой смонтирован винтовой завихритель, обладающий возможностью вертикального перемещения. Лопасти завихрителя размещены с дифференцированным шагом, уменьшающимся по ходу движения пылегазовой среды в отводящем патрубке и под углом, превышающим угол естественного откоса улавливаемого загрязнения, обеспечивая при этом попутное с корпусом направление закрутки газового потока внутри отводящего патрубка. Выходной штуцер расположен тангенциально к отводящему патрубку.A device is known for cleaning gaseous media from suspended particles, comprising a cylindrical body with a dusty gaseous medium inlet fitting tangentially in its upper part, an axial discharge pipe for outputting a purified gaseous medium, a removable hopper for collecting suspended particles (RF Patent No. 2231396, IPC B04C 5 / 12, published on June 27, 2004). In this device, the axial outlet pipe is equipped with a removable cover, on which a screw swirl is mounted, with the possibility of vertical movement. The blades of the swirl are placed with a differentiated pitch, decreasing along the direction of the dust and gas medium in the outlet pipe and at an angle exceeding the angle of repose of the captured pollution, while ensuring the direction of swirling the gas stream along the body inside the outlet pipe. The outlet fitting is located tangentially to the outlet pipe.

В этом устройстве пылегазовая среда подается в цилиндрический корпус через размещенный тангенциально штуцер, под действием центробежных сил частицы отбрасываются к стенке корпуса и, выпадая из потока, оседают в бункере для сбора взвешенных частиц. Очищенный газообразный поток разворачивается на 180° и отводится из аппарата через штуцер вывода осевого отводящего патрубка. В устройстве создается дополнительное вращательное движение газопылевого потока в зоне отводящего патрубка.In this device, the dust and gas medium is fed into the cylindrical body through a tangentially placed fitting, under the action of centrifugal forces, the particles are discarded to the wall of the body and, falling out of the stream, settle in the hopper to collect suspended particles. The purified gaseous stream is rotated through 180 ° and is discharged from the apparatus through the outlet fitting of the axial outlet pipe. The device creates an additional rotational movement of the dust stream in the area of the outlet pipe.

Данное устройство работает недостаточно эффективно, так как попадающие на лопасти винтового завихрителя частицы, а также частицы, отсепарированные на стенке отводящего патрубка, движутся в бункер в направлении, противоположном движению очищенного газового потока, и отсутствуют элементы, отделяющие поток отсепарированной дисперсной фазы от газового потока в этой области, что приводит к захвату отсепарированных частиц газовым потоком и увеличению вторичного уноса.This device does not work efficiently, since particles falling on the blades of a screw swirl, as well as particles separated on the wall of the outlet pipe, move into the hopper in the direction opposite to the movement of the purified gas stream, and there are no elements separating the stream of the separated dispersed phase from the gas stream in this area, which leads to the capture of the separated particles by the gas stream and an increase in secondary entrainment.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому результату является пылеуловитель, содержащий вертикально расположенный цилиндрический корпус, в верхней части которого размещен тангенциальный патрубок для ввода потока, выхлопной патрубок для отвода газа и патрубок для удаления дисперсной фазы в нижней части корпуса, по образующим внутренней поверхности корпуса, в направлении входного потока загрязненного газа, выполнены уступы, а в нижней части корпуса соосно установлена обечайка, отделяющая пространство у стенок корпуса от центральной части (Патент РФ №2174452, МПК B04C 5/103, опубл. 10.10.2001 г.). Пространство внутри обечайки сообщено с полостью внутреннего цилиндра, расположенного над обечайкой, и далее через выхлопной патрубок сообщено с устройством для отвода очищенного газа.The closest to the claimed technical essence and the achieved result is a dust collector containing a vertically arranged cylindrical body, in the upper part of which there is a tangential nozzle for introducing the flow, an exhaust nozzle for exhausting gas and a nozzle for removing the dispersed phase in the lower part of the housing, forming an inner surface ledges are made in the direction of the input flow of contaminated gas, and a shell is arranged coaxially in the lower part of the housing, separating the space at the Nok case from the central part (RF Patent No. 2174452, IPC B04C 5/103, publ. 10.10.2001). The space inside the shell is communicated with the cavity of the inner cylinder located above the shell, and then through the exhaust pipe is communicated with a device for removing purified gas.

Данное устройство несмотря на эффективный отвод крупно- и среднедисперсных частиц за счет установки уступов имеет недостаток, который заключается в недостаточно эффективной сепарации мелкодисперсной части дисперсной фазы в пространстве внутри внутреннего цилиндра, где отсутствуют какие-либо устройства для отвода или улавливания мелкодисперсных частиц.This device despite the effective removal of coarse and medium-sized particles due to the installation of ledges has the disadvantage of insufficiently efficient separation of the finely dispersed part of the dispersed phase in the space inside the inner cylinder, where there are no devices for removing or trapping fine particles.

Задачей изобретения является повышение эффективности улавливания из двухфазных потоков мелкодисперсных частиц.The objective of the invention is to increase the efficiency of capture from two-phase flows of fine particles.

Увеличение эффективности улавливания мелкодисперсных частиц достигается за счет отклонения направления газожидкостного потока от вертикального внутри внутреннего цилиндра к внешней стенке полых усеченных конусов за счет обтекания обратного конуса, создания в области усеченного конуса устойчивого вихревого образования, в котором происходит интенсивное турбулентное движение, в результате которого происходит коалесценция мелких капель с образованием капель более крупного размера; создания застойной области между корпусом и полым усеченным конусом около щелей, в которой обеспечивается устойчивое движение слоев газа, насыщенных капельной жидкостью, с вовлечением в него слоев отсепарированной (в результате вращательного движения газожидкостного потока) на внутренней поверхности внутреннего цилиндра жидкости к щелям и отвод через них на внешнюю поверхность внутреннего цилиндра; предотвращения вторичного уноса капель жидкости, стекающих по внешней поверхности внутреннего цилиндра за счет установки отсекателей, препятствующих попаданию газожидкостного потока, движущегося между корпусом и внешней поверхностью внутреннего цилиндра, к щелям, что могло служить препятствием выходу газового потока, насыщенного каплями, из щелей.An increase in the capture efficiency of fine particles is achieved by deviating the direction of the gas-liquid flow from the vertical inside the inner cylinder to the outer wall of the hollow truncated cones due to the flow around the inverse cone, creating a stable vortex formation in the region of the truncated cone, in which intense turbulent motion occurs, resulting in coalescence small drops to form larger droplets; creating a stagnant region between the body and the hollow truncated cone near the slots, in which a stable movement of gas layers saturated with a droplet liquid is ensured with the separation of separated layers (as a result of the rotational movement of the gas-liquid flow) on the inner surface of the inner cylinder of the liquid to the slots and drain through them on the outer surface of the inner cylinder; prevent the secondary entrainment of droplets of liquid flowing down the outer surface of the inner cylinder by installing cut-offs that prevent the gas-liquid flow moving between the body and the outer surface of the inner cylinder from reaching the slits, which could prevent the gas stream saturated with drops from escaping from the slots.

Эффективное разделение двухфазного потока обеспечивается отводом отсепарированной жидкости в патрубок для слива жидкости с помощью желоба и переливных трубок, по которым она стекает вниз.Effective separation of the two-phase flow is ensured by the removal of the separated liquid into the pipe for draining the liquid using the gutter and overflow pipes through which it flows down.

Указанная задача достигается тем, что в вихревом центробежном сепараторе для разделения двухфазного потока, преимущественно газожидкостного, вертикально расположен цилиндрический корпус, в верхней части которого размещен тангенциальный патрубок для ввода потока, выхлопной патрубок для отвода газа, патрубок для удаления дисперсной фазы в нижней части корпуса и внутренний цилиндр, согласно изобретению внутренний цилиндр снабжен закрепленными к его стенке полыми усеченными конусами и обратными конусами, расположенными с зазором к стенке, причем обратные и полые усеченные конуса установлены с чередованием друг друга, над местами крепления полых конусов в стенке выполнены щели, расположенные в шахматном порядке относительно щелей над соседним полым конусом, а на внешней поверхности стенки с зазором к ней над каждой щелью закреплены отсекатели, при этом у нижнего торца внутреннего цилиндра размещен кольцевой желоб для сбора жидкости с переливными трубами.This problem is achieved by the fact that in the vortex centrifugal separator for separating a two-phase flow, mainly gas-liquid, a cylindrical housing is vertically located, in the upper part of which there is a tangential pipe for introducing the stream, an exhaust pipe for removing gas, a pipe for removing the dispersed phase in the lower part of the housing and inner cylinder, according to the invention, the inner cylinder is equipped with hollow truncated cones fixed to its wall and inverse cones located with a gap to the wall ke, with the reverse and hollow truncated cones installed alternately, above the attachment points of the hollow cones in the wall there are slots staggered relative to the slots above the adjacent hollow cone, and cut-offs are fixed on the outer surface of the wall with a gap to it above each slot, at the same time, at the lower end of the inner cylinder there is an annular groove for collecting liquid with overflow pipes.

Схематично на фиг.1 изображен вихревой центробежный сепаратор, на фиг.2 и 3 - разрезы по А-А и Б-Б.Schematically, figure 1 shows a vortex centrifugal separator, figure 2 and 3 are sections along aa and bb.

Вихревой центробежный сепаратор содержит вертикально расположенный цилиндрический корпус 1, в верхней части которого размещен тангенциальный патрубок для ввода потока 2, выхлопной патрубок для отвода газа 3 и патрубок для удаления дисперсной фазы 4 в нижней части корпуса. Сепаратор снабжен внутренним цилиндром 5, внутри которого с зазором к стенке расположены обратные конусы 6, а также полые усеченные конусы 7, прикрепленные к стенке. Обратные 6 и полые усеченные 7 конусы установлены с чередованием друг друга. Над местами крепления полых конусов в стенке выполнены щели 8, расположенные в шахматном порядке относительно щелей над соседним полым конусом. На внешней поверхности стенки с зазором к ней над каждой щелью закреплены отсекатели 9. У нижнего торца внутреннего цилиндра 5 расположен кольцевой желоб 10 для сбора жидкости с переливными трубами 11. К обратным конусам 7 прикреплены пластины 12, которые установлены на кольца 13, закрепленные к стенке внутреннего цилиндра 5.The vortex centrifugal separator contains a vertically arranged cylindrical body 1, in the upper part of which there is a tangential pipe for introducing flow 2, an exhaust pipe for exhausting gas 3 and a pipe for removing the dispersed phase 4 in the lower part of the housing. The separator is equipped with an inner cylinder 5, inside of which with a gap to the wall there are inverse cones 6, as well as hollow truncated cones 7 attached to the wall. Reverse 6 and hollow truncated 7 cones are set with alternation of each other. Above the attachment points of the hollow cones in the wall, slots 8 are arranged staggered relative to the slots above the adjacent hollow cone. On the outer surface of the wall with a gap above it, cutoffs are fixed 9. At the lower end of the inner cylinder 5 there is an annular groove 10 for collecting liquid with overflow pipes 11. Plate 12 is attached to the inverse cones 7, which are mounted on rings 13 fixed to the wall inner cylinder 5.

Устройство работает следующим образом. Газожидкостный поток поступает в аппарат через тангенциально расположенный к корпусу 1 сепаратора патрубок 2. Под действием центробежной силы крупные капли движутся к боковым стенкам корпуса 1 и осаждаются на них. В нижней части корпуса 1 газожидкостный поток разворачивается и входит внутрь внутреннего цилиндра 5. При этом газожидкостный поток отклоняется от вертикали, обтекая обратный конус 6. Далее газожидкостный поток движется к внешней стенке полого усеченного конуса 7, при этом в области усеченного конуса 7 образуется устойчивое вихревое образование и интенсивное турбулентное движение, в результате которого происходит коалесценция мелких капель с образованием капель более крупного размера. Далее газожидкостный поток отклоняется к центру и сталкивается со следующим обратным конусом 6, который отклоняет газовый поток снова к периферии к следующему полому усеченному конусу 7, вблизи которого образуется тороидальное вихревое образование с турбулентным движением, в котором также происходит коалесценция капель. Вследствие того что газожидкостный поток вращается внутри внутреннего цилиндра 5, слои газа, насыщенные капельной жидкостью, примыкают к внутренней поверхности внутреннего цилиндра 5 и далее движутся вниз к щелям 8, проходят через них и попадают в область между внутренним цилиндром 5 и корпусом 1. Крупные капли стекают по внешней поверхности внутреннего цилиндра 5, попадают в кольцевой желоб 10, далее по переливным трубкам 11 стекают в нижнюю часть корпуса 1. Вследствие того что над каждой щелью 8 закреплены отсекатели 9, газожидкостный поток, проходящий между корпусом 1 и внешней поверхностью внутреннего цилиндра 5, не попадает к щелям 8 и не препятствует выходу газового потока, насыщенного каплями, из щелей 8. В то же время вращающийся газожидкостный поток, движущийся с большой скоростью вдоль отсекателя 9 с внешней стороны внутреннего цилиндра 5, создает эжекционный эффект, вытягивающий газовый поток, насыщенный каплями, из щели 8. Между корпусом 1 и полым усеченным конусом 7 создается застойная область, в которой газовый поток слабо подвижен. В результате через щели 8 происходит устойчивое движение газового потока, насыщенного жидкими каплями, и в этот газовый поток вовлекаются слои жидкости, примыкающие к внутренней поверхности внутреннего цилиндра 5. Очищенный газовый поток удаляется через выхлопной патрубок для отвода газа 3, а отсепарированная жидкость - через патрубок для удаления дисперсной фазы 4.The device operates as follows. The gas-liquid flow enters the apparatus through a nozzle 2 tangentially located to the separator housing 1. Under the action of centrifugal force, large droplets move to the side walls of the housing 1 and settle on them. In the lower part of the housing 1, the gas-liquid flow unfolds and enters into the inner cylinder 5. In this case, the gas-liquid flow deviates from the vertical flowing around the return cone 6. Next, the gas-liquid flow moves to the outer wall of the hollow truncated cone 7, while a stable vortex is formed in the region of the truncated cone 7 formation and intense turbulent motion, as a result of which coalescence of small droplets with the formation of larger droplets. Further, the gas-liquid flow deviates towards the center and collides with the next return cone 6, which deflects the gas flow again to the periphery to the next hollow truncated cone 7, near which a toroidal vortex formation with turbulent motion is formed, in which droplets coalescence also occurs. Due to the fact that the gas-liquid flow rotates inside the inner cylinder 5, gas layers saturated with a droplet liquid are adjacent to the inner surface of the inner cylinder 5 and then move down to the slots 8, pass through them and fall into the region between the inner cylinder 5 and the housing 1. Large drops flow down the outer surface of the inner cylinder 5, fall into the annular groove 10, then flow over the overflow pipes 11 to the lower part of the housing 1. Due to the fact that cutoffs 9, gas-liquid flow are fixed over each slot 8, passing between the housing 1 and the outer surface of the inner cylinder 5, does not get to the slots 8 and does not prevent the exit of the gas stream saturated with drops from the slots 8. At the same time, a rotating gas-liquid stream moving at high speed along the cutter 9 from the outside of the inner cylinder 5, creates an ejection effect, drawing a gas stream saturated with drops from the gap 8. Between the housing 1 and the hollow truncated cone 7, a stagnant region is created in which the gas stream is weakly mobile. As a result, through the slots 8 there is a steady movement of a gas stream saturated with liquid droplets, and liquid layers adjacent to the inner surface of the inner cylinder 5 are drawn into this gas stream. The purified gas stream is removed through the exhaust pipe to exhaust gas 3, and the separated liquid through the pipe to remove the dispersed phase 4.

Установка обратных конусов 4 позволяет отклонить направление движения газожидкостного потока от вертикального внутри внутреннего цилиндра 5 к внешней стенке полого усеченного конуса за счет обтекания обратного конуса для создания тороидального вихревого образования вблизи полого усеченного конуса.Installing the inverse cones 4 allows you to deviate the direction of gas-liquid flow from the vertical inside the inner cylinder 5 to the outer wall of the hollow truncated cone by flowing around the inverse cone to create a toroidal vortex formation near the hollow truncated cone.

Установка полых усеченных конусов 7 позволяет:Installation of hollow truncated cones 7 allows you to:

а) создать застойную область между корпусом 1 и полыми усеченными конусами, в которой создается движение слоев газа, насыщенного каплями жидкости, и отсепарированной на внутренней поверхности внутреннего цилиндра жидкости к щелям 8;a) create a stagnant region between the housing 1 and the hollow truncated cones, in which the movement of the layers of gas saturated with drops of liquid and separated on the inner surface of the inner cylinder of the liquid to the cracks 8 is created;

б) образовать устойчивое вихревое образование вблизи расположения полого усеченного конуса, в котором происходит интенсивное турбулентное движение и коалесценция мелких капель с образованием капель более крупного размера.b) to form a stable vortex formation near the location of a hollow truncated cone, in which intense turbulent motion and coalescence of small droplets occur with the formation of larger droplets.

Установка кольцевого желоба 10 позволяет собирать жидкость, стекающую со стенок внутреннего цилиндра 5.The installation of the annular groove 10 allows you to collect fluid flowing from the walls of the inner cylinder 5.

Снабжение внутреннего цилиндра 5 щелями 8 позволяет обеспечить отвод жидкости, отсепарированной и стекающей на внутренней поверхности внутреннего цилиндра 5.The supply of the inner cylinder 5 with slots 8 allows for the removal of liquid, separated and draining on the inner surface of the inner cylinder 5.

Установка отсекателей 9 позволяет создать запор и исключить возможность вторичного уноса капель жидкости, попавших на внешнюю поверхность внутреннего цилиндра 5.The installation of cutoffs 9 allows you to create constipation and exclude the possibility of secondary entrainment of liquid droplets that have fallen on the outer surface of the inner cylinder 5.

Предлагаемая конструкция вихревого центробежного сепаратора позволяет расширить сферу применения центробежных сепараторов, повысить эффективность разделения двухфазных потоков до 95%, она проста в изготовлении и может быть получена при реконструкции известных сепараторов согласно изобретению путем установки полых усеченных конусов, обратных конусов во внутреннем пространстве внутреннего цилиндра, отсекателей, щелей в стенке внутреннего цилиндра, позволяющих повысить эффективность разделения двухфазного потока.The proposed design of the vortex centrifugal separator allows you to expand the scope of centrifugal separators, increase the separation efficiency of two-phase flows up to 95%, it is simple to manufacture and can be obtained by reconstructing the known separators according to the invention by installing hollow truncated cones, inverse cones in the inner space of the inner cylinder, cutters , cracks in the wall of the inner cylinder, allowing to increase the separation efficiency of the two-phase flow.

Claims

A vortex centrifugal separator for separating a two-phase flow, mainly gas-liquid, containing a vertically arranged cylindrical body, in the upper part of which there is a tangential nozzle for introducing the flow, an exhaust nozzle for discharging gas, a nozzle for removing the dispersed phase in the lower part of the housing, and an inner cylinder, characterized in that the inner cylinder is equipped with hollow truncated cones fixed to its wall and inverse cones located with a gap to the wall, and the inverse and floors e truncated cones are installed alternating, over the attachment points of the hollow cones in the wall, slots are made staggered relative to the slots above the adjacent hollow cone, and cut-offs are fixed on the outer surface of the wall with a gap to it above each slot, while at the lower end the inner cylinder is placed an annular chute for collecting fluid with overflow pipes.