RU2434669C1

RU2434669C1 - Centrifugal gas liquid separator

Info

Publication number: RU2434669C1
Application number: RU2010122734/05A
Authority: RU
Inventors: Пётр Михайлович Трофимов (RU); Пётр Михайлович Трофимов; Фарида Миргазизовна Трофимова (RU); Фарида Миргазизовна Трофимова; Владимир Васильевич Кунеевский (RU); Владимир Васильевич Кунеевский; Игорь Михайлович Бессонов (CA); Игорь Михайлович Бессонов
Original assignee: Пётр Михайлович Трофимов
Priority date: 2010-06-03
Filing date: 2010-06-03
Publication date: 2011-11-27

Abstract

FIELD: process engineering. ^ SUBSTANCE: this invention relates to equipment intended for cleaning gas and liquid from impurities, particularly, to radial-flow separators. Separator comprises vertical casing with cover and bottom, cartridge made up of top cylindrical section and bottom tapered section furnished with coaxial pipe, gas-liquid mix tangential inlet passed through casing into cartridge inner chamber, gas outlet branch pipe jointed to cartridge inner chamber by gas bleeder, liquid discharge branch pipe and sludge discharge branch pipe. Cartridge cylindrical section edges are attached to casing cover inner side. Said section has vertical cutouts and filtration element adjoining cylindrical section wall on the side of cartridge inner chamber. Cartridge tapered part coaxial tube is fitted into sludge discharge branch pipe to telescope therein. Clearance between casing and cartridge communicates with gas bleeder with bleeder branch pipe. ^ EFFECT: preventing clogging of separator by solid fractions. ^ 5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для очистки газов и жидкости от механических примесей и может быть использовано в газовой, нефтяной, энергетической промышленности и в других областях промышленности.The invention relates to equipment for cleaning gases and liquids from mechanical impurities and can be used in the gas, oil, energy industry and other industries.

Известен центробежный двухступенчатый газожидкостный сепаратор, содержащий вертикальный корпус, разделенный горизонтальной перегородкой на верхнюю и нижнюю сепарационные камеры, тангенциальный ввод разделяемой смеси, расположенный под перегородкой, осевую трубу, соединяющую верхнюю и нижнюю камеры, установленный с зазором над ней осевой выходной патрубок, экранирующую пластину, расположенную в нижней камере под осевой трубой, рециркуляционную трубу, соединяющую верхнюю и нижнюю камеры и размещенную по оси корпуса, при этом один конец рециркуляционной трубы присоединен к верхней камере через стенку осевой трубы, а другой расположен над экранирующей пластиной с зазором относительно ее поверхности (авторское свидетельство СССР №1492522, МПК B01D 45/12, 1994).A centrifugal two-stage gas-liquid separator is known, comprising a vertical housing divided by a horizontal partition into upper and lower separation chambers, a tangential input of the mixture to be separated located under the partition, an axial tube connecting the upper and lower chambers, an axial outlet pipe, a shielding plate installed with a gap above it, located in the lower chamber under the axial pipe, a recirculation pipe connecting the upper and lower chambers and placed along the axis of the housing, with one con q recirculation pipe is connected to the upper chamber through the wall of the axial pipe and the other is located above the shielding plate with a gap relative to the surface (Inventor's Certificate USSR №1492522, IPC B01D 45/12, 1994).

Однако данный сепаратор характеризуется, во-первых, повышенной сложностью конструкции, обусловленной большим количеством узлов и деталей; во-вторых, низкой эффективностью очистки газа, а также слабым отсосом газа из вертикального корпуса в патрубок отвода газа.However, this separator is characterized, firstly, by the increased complexity of the design, due to the large number of nodes and parts; secondly, the low efficiency of gas purification, as well as poor suction of gas from the vertical casing into the gas outlet pipe.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является принятый за прототип центробежный газожидкостный сепаратор, содержащий вертикальный корпус с крышкой и днищем, установленную в корпусе обойму, выполненную из верхней цилиндрической части и нижней конической части, снабженной соосной трубой, тангенциальный ввод газожидкостной смеси, проходящий через корпус во внутреннюю полость обоймы, патрубок вывода газа, подсоединенный к внутренней полости обоймы при помощи газоотводящей трубы, проходящей через крышку корпуса, патрубок вывода жидкости, сообщенный с корпусом вблизи его днища, и патрубок вывода отстоя, соединенный с днищем корпуса (патент РФ №2311945, МПК B01D 45/12, 2007).Closest to the proposed invention is a prototype centrifugal gas-liquid separator comprising a vertical casing with a lid and a bottom, a cage installed in the casing, made of an upper cylindrical part and a lower conical part provided with a coaxial pipe, the tangential inlet of a gas-liquid mixture passing through the casing into the inner holder cavity, gas outlet pipe connected to the inner cavity of the holder by means of a gas exhaust pipe passing through the housing cover, outlet pipe fluid in communication with the housing near its bottom, and a sludge outlet pipe connected to the bottom of the housing (RF patent No. 2311945, IPC B01D 45/12, 2007).

Однако известный сепаратор характеризуется низкой эффективностью сепарации газа, обусловленной рядом причин:However, the known separator is characterized by low efficiency of gas separation, due to several reasons:

- отсутствие в сепараторе доочистки газа, т.к. циклон, каковым является данный центробежный сепаратор, не обеспечивает глубокую очистку газа, особенно, при большом содержании жидкости в потоке, в нем постоянно наблюдается повышенный унос жидкости с газом;- the lack of gas purification in the separator, because the cyclone, which is a given centrifugal separator, does not provide deep gas purification, especially when there is a high liquid content in the stream, in it there is constantly an increased entrainment of liquid with gas;

- заявленная в сепараторе вторая ступень сепарации газа на самом деле является дополнительной ступенью разгазирования жидкости, незначительной по сравнению с сепарацией свободного газа, не влияет на сепарацию выходящего из циклона газа от жидкости, а заявленная третья ступень сепарации газа путем отсоса, на самом деле, только интенсифицирует разгазирование жидкости и, как сказано выше, не влияет на сепарацию газа от жидкости;- the second stage of gas separation declared in the separator is actually an additional stage of gas degassing, insignificant compared to the separation of free gas, does not affect the separation of gas leaving the cyclone from the liquid, and the declared third stage of gas separation by suction, in fact, only intensifies gas degassing and, as mentioned above, does not affect the separation of gas from the liquid;

- разделение жидкости и отстоя перед патрубком вывода отстоя будет происходить недостаточно эффективно вследствие ограниченного времени отстоя, уноса части механических примесей с жидкостью.- the separation of liquid and sludge in front of the outlet pipe for sludge will not be effective enough due to the limited time of sludge, entrainment of some mechanical impurities with the liquid.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей сепаратора за счет проведения отдельно очистки газа и жидкости, а также освобождения газа при малом содержании жидкости и жидкости при малом содержании газа; увеличение межремонтного периода сепаратора и повышение качества очистки жидкости и газа.The objective of the invention is to expand the functionality of the separator by separately purifying the gas and liquid, as well as releasing gas at a low liquid and liquid content at a low gas content; increasing the overhaul period of the separator and improving the quality of cleaning liquid and gas.

Техническим результатом, достигаемым изобретением, является исключение возможности засорения сепаратора твердыми фракциями, в том числе при срыве потока смеси или падении давления.The technical result achieved by the invention is the elimination of the possibility of clogging of the separator with solid fractions, including when the flow of the mixture is interrupted or pressure drops.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в центробежном газожидкостном сепараторе, содержащем вертикальный корпус с крышкой и днищем, установленную в корпусе с зазором по периметру обойму, выполненную из верхней цилиндрической части и нижней конической части, снабженной соосной трубой, тангенциальный ввод газожидкостной смеси, проходящий через корпус во внутреннюю полость обоймы, патрубок вывода газа, подсоединенный к внутренней полости обоймы при помощи газоотводящей трубы, проходящей через крышку корпуса, патрубок вывода жидкости, сообщенный с корпусом вблизи его днища, и патрубок вывода отстоя, соединенный с днищем корпуса, согласно изобретению цилиндрическая часть обоймы по периметру прикреплена к внутренней стороне крышки корпуса, выполнена с вертикальными прорезями и снабжена фильтрующим элементом, примыкающим к стенке цилиндрической части со стороны внутренней полости обоймы, соосная труба конической части обоймы телескопически вставлена в патрубок вывода отстоя, а зазор между корпусом и обоймой сообщен с газоотводящей трубой при помощи газоотводящего патрубка.The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in the centrifugal gas-liquid separator containing a vertical housing with a lid and a bottom, a casing made of an upper cylindrical part and a lower conical part equipped with a coaxial tube is installed in the housing with a gap around the perimeter, a tangential gas-liquid inlet mixture passing through the housing into the inner cavity of the holder, a gas outlet pipe connected to the inner cavity of the holder using a gas outlet pipe passing through the cover of the housing, a fluid outlet pipe in communication with the housing near its bottom, and a sludge outlet pipe connected to the bottom of the housing, according to the invention, the cylindrical part of the cage is perimeter attached to the inside of the housing cover, made with vertical slots and provided with a filter element adjacent to the cylindrical wall parts from the side of the inner cavity of the cage, the coaxial tube of the conical part of the cage is telescopically inserted into the outlet pipe of the sludge, and the gap between the housing and the cage is in communication with the exhaust slaughter by means of vent pipe.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что газоотводящая труба может быть продолжена во внутреннюю полость обоймы, выполнена на конце с косым срезом и снабжена внутренним шнеком, выполненным из витой пластины, края которой наклонены навстречу движению газа.The problem is solved, and the technical result is also achieved by the fact that the exhaust pipe can be continued into the inner cavity of the cage, made at the end with an oblique cut and provided with an internal screw made of a twisted plate, the edges of which are inclined towards the gas movement.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что газоотводящая труба может быть дополнительно снабжена наружным шнеком с направляющими пластинами.The problem is solved, and the technical result is also achieved by the fact that the exhaust pipe can be additionally equipped with an external screw with guide plates.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что направляющие пластины наружного шнека могут быть выполнены в виде гофрированных поверхностей, имеющих поперечные прорези и выступы.The problem is solved, and the technical result is also achieved by the fact that the guide plates of the outer screw can be made in the form of corrugated surfaces having transverse slots and protrusions.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что в конической части обоймы может быть размещена отбойная пластина.The problem is solved, and the technical result is also achieved by the fact that a baffle plate can be placed in the conical part of the cage.

На фиг.1 представлен предлагаемый центробежный газожидкостный сепаратор.Figure 1 presents the proposed centrifugal gas-liquid separator.

На фиг.2 - обойма, выполненная из верхней цилиндрической части и нижней конической части, снабженной соосной трубой.Figure 2 is a clip made of an upper cylindrical part and a lower conical part provided with a coaxial pipe.

На фиг.3 - направляющие пластины наружного шнека.Figure 3 - guide plate of the outer screw.

Предлагаемый центробежный газожидкостный сепаратор (фиг.1) содержит вертикальный корпус 1 с крышкой 2 и днищем 3, установленную в корпусе 1 с зазором 4 по периметру обойму 5, выполненную из верхней цилиндрической части 6 и нижней конической части 7, снабженной соосной трубой 8, тангенциальный ввод 9 газожидкостной смеси с конусным сужением 10 на конце, проходящий через корпус 1 во внутреннюю полость 11 обоймы 5, патрубок 12 вывода газа, подсоединенный к внутренней полости 11 обоймы 5 при помощи газоотводящей трубы 13, проходящей через крышку 2 корпуса 1, патрубок 14 вывода жидкости, сообщенный с корпусом 1 вблизи его днища 3, и патрубок 15 вывода отстоя, соединенный с днищем 3 корпуса 1. Патрубки 12, 14 вывода газа и жидкости снабжены клапанными узлами (не показаны), не пропускающими соответственно жидкость или газ. Цилиндрическая часть 6 обоймы 5 по периметру прикреплена к внутренней стороне крышки 2 корпуса 1, выполнена с вертикальными прорезями 16 (фиг.2) и снабжена фильтрующим элементом 17, примыкающим к стенке 18 цилиндрической части 6 со стороны внутренней полости 11 обоймы 5 и выполненным, например, в виде навитой проволоки треугольного, прямоугольного или круглого сечения. Соосная труба 8 конической части 7 обоймы 5 телескопически вставлена в патрубок 15 вывода отстоя. Зазор 4 между корпусом 1 и обоймой 5 сообщен с газоотводящей трубой 13 при помощи газоотводящего патрубка 19.The proposed centrifugal gas-liquid separator (figure 1) contains a vertical housing 1 with a cover 2 and a bottom 3, mounted in the housing 1 with a gap 4 around the perimeter of the cage 5, made of the upper cylindrical part 6 and the lower conical part 7, equipped with a coaxial pipe 8, tangential the input 9 of a gas-liquid mixture with a conical narrowing 10 at the end, passing through the housing 1 into the inner cavity 11 of the casing 5, the pipe 12 of the gas outlet connected to the inner cavity 11 of the casing 5 using a gas exhaust pipe 13 passing through the cover 2 of the housing 1, a liquid outlet pipe 14 in communication with the housing 1 near its bottom 3, and a sludge outlet pipe 15 connected to the bottom 3 of the housing 1. The gas and liquid outlet pipes 12, 14 are provided with valve assemblies (not shown) that do not pass liquid or gas, respectively. The cylindrical part 6 of the holder 5 along the perimeter is attached to the inner side of the cover 2 of the housing 1, is made with vertical slots 16 (figure 2) and is equipped with a filter element 17 adjacent to the wall 18 of the cylindrical part 6 from the side of the inner cavity 11 of the holder 5 and made, for example , in the form of a wound wire of triangular, rectangular or circular cross-section. The coaxial pipe 8 of the conical part 7 of the holder 5 is telescopically inserted into the pipe 15 of the output of sludge. The gap 4 between the housing 1 and the casing 5 is in communication with the exhaust pipe 13 using the exhaust pipe 19.

Газоотводящая труба 13 может быть продолжена во внутреннюю полость 11 обоймы 5, выполнена на конце с косым срезом 20 и снабжена внутренним шнеком 21, выполненным из витой пластины, края которой наклонены навстречу движению газа.The gas outlet pipe 13 can be extended into the inner cavity 11 of the holder 5, made at the end with an oblique cut 20, and provided with an internal screw 21 made of a twisted plate, the edges of which are inclined towards the gas movement.

Для создания направленного потока газожидкостной смеси вдоль фильтрующего элемента 17 сверху вниз газоотводящая труба 13 также может быть дополнительно снабжена наружным шнеком 22 с направляющими пластинами 23, которые могут быть выполнены в виде гофрированных поверхностей, имеющих поперечные прорези 24 и выступы 25, которые создают дополнительную площадь соприкосновения газожидкостной смеси со шнеком 22 (фиг.3).To create a directed flow of gas-liquid mixture along the filter element 17 from top to bottom, the exhaust pipe 13 can also be additionally equipped with an external screw 22 with guide plates 23, which can be made in the form of corrugated surfaces having transverse slots 24 and protrusions 25, which create an additional contact area gas-liquid mixture with a screw 22 (figure 3).

Кроме того, в конической части 7 обоймы 5 может быть размещена круглая отбойная пластина 26, которая служит для уменьшения взмучивания отстоя. Патрубок 15 вывода отстоя через задвижку 27 связан с уплотнителем 28 отстоя.In addition, in the conical part 7 of the holder 5 can be placed round baffle plate 26, which serves to reduce the stirring up of sludge. The pipe 15 output sludge through the valve 27 is connected with the seal 28 sludge.

Описываемый центробежный газожидкостный сепаратор работает следующим образом.The described centrifugal gas-liquid separator operates as follows.

Поток газожидкостной смеси поступает через тангенциальный ввод 9 с конусным сужением 10 на конце в верхнюю часть внутренней полости 11 цилиндрической части 6 обоймы 5. Пройдя через конусное сужение 10, газожидкостная смесь вскипает, что улучшает разделение газа и жидкости. Благодаря тангенциальному вводу 9 весь газожидкостный поток, образуя направленное круговое движение, устремляется под действием центробежной силы вдоль фильтрующего элемента 17 сверху вниз, получив дополнительное завихрение, проходя между направляющими пластинами 23 шнека 22. Пластины 23 шнека 22 также способствуют направлению движения газожидкостного потока по кругу и сверху вниз вдоль всего фильтрующего элемента 17. Кроме того, пластины 23 благодаря своей гофрированной поверхности с поперечными прорезями 24 и выступами 25 создают дополнительную площадь соприкосновения газожидкостной смеси на пути продвижения между пластинами 23, увеличивая тем самым массообмен между частицами жидкости, находящимися в газожидкостном потоке, и различными поверхностями (фильтрующего элемента 17, гофрированной поверхностью пластин 23, капель 29 стекающей жидкости и другими). Частицы жидкости, находящиеся в газожидкостном потоке, соприкасаясь с любой поверхностью, начинают конденсироваться на поверхности. Происходит прямой массообмен между поверхностью и частичками жидкости, находящимися в газожидкостном потоке. На выступах 25 пластин 23 шнека 22 образуются капельки жидкости 29, которые укрупняются в большие капли за счет массообмена и сносятся газожидкостным потоком под действием центробежной силы к фильтрующему элементу 17 или стекают через прорези 24 вниз на следующий ряд пластин 23. Частицы жидкости тяжелее, чем газ, и при соприкосновении с любой поверхностью (это гофрированная поверхность пластин 23 шнека 22, поверхность фильтрующего элемента 17 и другие поверхности) происходит каплеобразование. Сами капли 29 жидкости, стекая вниз на следующие ряды пластин 23 через прорези 24, создают дополнительное соприкосновение мелким каплям газожидкостного потока с сформировавшимися большими каплями 29, увеличивая тем самым массообмен. Взвешенные частицы и крупные капли жидкости под действием центробежной силы отбрасываются к фильтрующему элементу 17. Очищенная жидкость просачивается через фильтрующий элемент 17 и, пройдя через вертикальные прорези 16 цилиндрической части 6 обоймы 5, поступает в патрубок 14 вывода жидкости, а взвешенные крупные частицы смываются с фильтрующего элемента 17 в коническую часть 7 обоймы 5. Круглая отбойная пластина 26, размещенная в конической части 7 обоймы 5, способствует уменьшению взмучивания скопившегося отстоя. Из конической части 7 собранный отстой через трубу 8, патрубок 15 и задвижку 27 отводится в уплотнитель 28 отстоя для его дальнейшей утилизации. Выделившийся из газожидкостной смеси газ поступает в газоотводящую трубу 13, косой срез 20 которой улучшает стекание конденсата, образующегося на нем. Поступающий в трубу 13 влажный газ соприкасается с внутренним шнеком 21, выполненным из витой пластины, края которой наклонены навстречу движению газа. Такое соприкосновение сопровождается конденсацией влаги, что способствует более полной осушке газа. Газ, скопившейся в зазоре 4 между корпусом 1 и обоймой 5, отводится в трубу 13 при помощи патрубка 19. Из трубы 13 газ поступает в патрубок 12 вывода газа.The flow of the gas-liquid mixture flows through a tangential inlet 9 with a conical narrowing 10 at the end to the upper part of the inner cavity 11 of the cylindrical part 6 of the casing 5. After passing through the conical narrowing 10, the gas-liquid mixture boils, which improves the separation of gas and liquid. Thanks to the tangential inlet 9, the entire gas-liquid flow, forming a directed circular motion, rushes under the action of centrifugal force along the filter element 17 from top to bottom, receiving additional turbulence passing between the guide plates 23 of the screw 22. The plates 23 of the screw 22 also contribute to the direction of gas-liquid flow in a circle and top to bottom along the entire filter element 17. In addition, the plates 23 due to their corrugated surface with transverse slots 24 and protrusions 25 create the contact area of the gas-liquid mixture along the path between the plates 23, thereby increasing mass transfer between the liquid particles in the gas-liquid stream and various surfaces (filter element 17, the corrugated surface of the plates 23, drops 29 of the flowing liquid and others). Particles of liquid in a gas-liquid flow, in contact with any surface, begin to condense on the surface. Direct mass transfer occurs between the surface and the particles of liquid in the gas-liquid flow. On the protrusions 25 of the plates 23 of the screw 22, liquid droplets 29 are formed, which are coarsened into large droplets due to mass transfer and are carried by a gas-liquid flow under the action of centrifugal force to the filter element 17 or flow down through the slots 24 down to the next row of plates 23. The liquid particles are heavier than gas , and in contact with any surface (this is the corrugated surface of the plates 23 of the screw 22, the surface of the filter element 17 and other surfaces), droplet formation occurs. Drops of liquid 29 themselves, flowing down to the next rows of plates 23 through slots 24, create additional contact of small drops of gas-liquid flow with large drops 29 formed, thereby increasing mass transfer. Suspended particles and large drops of liquid under the action of centrifugal force are discarded to the filter element 17. The purified liquid seeps through the filter element 17 and, passing through the vertical slots 16 of the cylindrical part 6 of the cage 5, enters the pipe 14 of the fluid outlet, and the suspended large particles are washed off from the filter element 17 into the conical part 7 of the holder 5. The round baffle plate 26, located in the conical part 7 of the holder 5, helps to reduce the agitation of accumulated sludge. From the conical part 7, the collected sludge through the pipe 8, the pipe 15 and the valve 27 is discharged into the sludge seal 28 for its further disposal. The gas released from the gas-liquid mixture enters the gas exhaust pipe 13, the oblique slice 20 of which improves the drainage of condensate formed on it. The moist gas entering the pipe 13 is in contact with the internal screw 21 made of a twisted plate, the edges of which are inclined towards the movement of the gas. Such contact is accompanied by moisture condensation, which contributes to a more complete drying of the gas. Gas accumulated in the gap 4 between the housing 1 and the holder 5 is discharged into the pipe 13 by means of a pipe 19. From the pipe 13, gas enters the pipe 12 of the gas outlet.

Claims

1. A centrifugal gas-liquid separator comprising a vertical housing with a lid and a bottom, installed in the housing with a clearance around the perimeter of the cage, made of an upper cylindrical part and a lower conical part provided with a coaxial pipe, a tangential gas-liquid mixture passing through the casing into the inner cavity of the cage, a gas outlet pipe connected to the inner cavity of the casing using a gas outlet pipe passing through the housing cover, a liquid outlet pipe in communication with the body near its bottom, and a outlet outlet for sludge connected to the bottom of the casing, characterized in that the cylindrical part of the cage along the perimeter is attached to the inner side of the cover of the casing, made with vertical slots and equipped with a filter element adjacent to the wall of the cylindrical part from the side of the inner cavity of the cage, coaxial pipe of the conical part of the cage telescopically inserted into the outlet pipe of the sludge, and the gap between the housing and the cage is communicated with the exhaust pipe using the exhaust pipe.

2. The separator according to claim 1, characterized in that the exhaust pipe is continued into the inner cavity of the cage, made at the end with an oblique cut and provided with an internal screw made of a twisted plate, the edges of which are inclined towards the gas movement.

3. The separator according to claim 2, characterized in that the exhaust pipe is additionally equipped with an external screw with guide plates.

4. The separator according to claim 3, characterized in that the guide plates of the outer screw are made in the form of corrugated surfaces having transverse slots and protrusions.

5. The separator according to claim 1, characterized in that a baffle plate is placed in the conical part of the cage.