SE509685C2 - Separator för avskiljande av vätska från en blandning av gas och vätska - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 509 685 ning anordnad att ströma uppát genom separatorn 1. Genom att sätta rotation pä den inkommande tvàfasblandningen med bladdonet 2 ästadkoms en vätskefilm längs med separatorns 1 inre vägg, främst i separatorns mellandel b. Genom vätskefilmen ástadkoms ett utdrivningstryck som är nödvändigt för att evakuera avskild vätska genom ett primáravlopp.

I mellandelens b är anordnat organ för primäravloppet, dvs evakuering av den huvudsakliga delen av den avskilda vätskan i tvàfasblandningen. Mellandelen b är utförd som ett rör med en rak cirkulärcylindrisk del och en del som är avsmalnande i strömningsriktningen utgörande en konisk del med i huvudsak cirkulärt tvärsnitt. Mellandelen b är i den koniska delen försedd med ett flertal öppningar 3 utgörande organet för evakuering av den avskilda vätskan till utsidan av mellandelen.

Den övre delen c är anordnad för bortledande av den av- skilda gasen. Den övre delen c är utförd som ett rör med en uppströms anordnad i huvudsak rak cirkulärcylindrisk del och en nedströms anordnad del som utvidgas i ström- ningsriktningen. Den cirkulärcylindriska delen av den övre delen är delvis anordnad inskjuten i mellandelen b med en längd som är större än den koniska delens ut- sträckning. Den övre delen c är koaxiellt anordnad i förhällande till mellandelen b.

Ett yttre, i huvudsak cirkulärcylindriskt hölje 4 är anordnat omslutande den nedre delen a, mellandelen b och den övre delen c sà att en ringformig spalt 5 bildas mellan höljet 4 och separatorn l. Spalten 5 utgör retur- passage för vätska som evakuerats genom öppningarna 3 i mellandelen b. 10 15 20 25 30 35 509 685 SE 502 765 visar (se figur 2 i föreliggande patentan- sökan) en separator l av samma typ som den ovan beskrivna men här är mellandelen b försedd med öppningar 3 bade i den koniska och i den cirkulärcylindriska delen. Öppning- ar 3 är anordnade även i den cirkulärcylindriska delen för att medge ett större öppningstvärsnitt än vad som är praktiskt möjligt att àstadkomma i den koniska delen.

Nackdelen med de ovan beskrivna separatorerna är att det utdrivningstryck som gör att vätska evakueras genom öpp- ningarna är lägre ju högre upp i den koniska delen öpp- ningarna är anordnade. Att utdrivningstrycket blir lägre i den koniska delen än i den cirkulärcylindriska delen beror pà att i vätskefilmen rader isobar ytor där trycket är konstant. Tryckfördelningen i vätskefilmen är sàdan att trycket ökar med avståndet fràn separatorns centrum.

Trycket är sàledes störst i den isobar yta som är anord- nad närmast separatorns vägg. I den koniska delen av separatorn beskärs dock de isobar ytor som är anordnade närmast separatorns vägg i den cirkulärcylindriska delen varvid det tryck som ràder i vätskefilmen för att driva ut vätskan minskas ju högre upp i den koniska delen tvà- fasblandningen kommer. Med andra ord minskas utdrivnings- effekten ju högre upp i den koniska delen vätskan transporteras.

En annan nackdel med de ovan beskrivna separatorerna upp- träder främst i de fall gasflödet är mycket stort. I den koniska delen kan ett högt gasflöde tunna ut och trycka undan eller separera vätskefilmen varvid evakuerings- öppningarna friläggs och gas kan strömma ut genom öppningarna 3. Detta förhållande beskrivs med begreppet “carry-under” som anger hur stor andel av gasen som evakueras tillsammans med den avskilda vätskan genom öppningarna i separatorns vägg. Dä trycket i vätskefilmen minskar ökar “carry-under”-värdet. En strävan vid 10 15 20 25 30 35 5Û9 685 konstruktion av en separator är att ha ett sä lägt ”carry-under”-värde som möjligt, dvs att sä lite gas som möjligt evakueras med vätskan.

En annan nackdel med de kända separatorerna är att eva- kueringsöppningarna i den koniska delen ensamma och till- sammans med inloppsmynningen till den övre delen begrän- sar separatorns driftomràde genom att utrymmet för vätskefilmen begränsas. Vätskefilmens tjocklek är en funktion av storleken pä de gas- och vätskeflöden som passerar separatorn. Den pà grund av rotationen bildade vätskefilmen längs med separatorns inre vägg kan erhälla en betydande tjocklek varvid vätskefilmens inre yta kan koma att tangera inloppsmynningen till separatorns övre del. I det fall vàtskefilmen kommer att tangera inlopps- mynningen till separatorns övre del ökar andelen vätska som lämnar separatorn tillsammans med gasen dramatiskt.

Ett begrepp som beskriver andelen vätska som lämnar sepa- ratorn tillsammans med gasen är det sä kallade ”carry- over”-värdet. Det är en strävan vid konstruktion av en separator att hälla ”carry-over"-värdet sä lagt som möjligt.

Föreliggande uppfinning avser en separator med en i jäm- förelse med kända separatorer förbättrad utdrivnings- effekt av de utseparerade faserna.

UPPFINNINGEN Enligt föreliggande uppfinning utformas en separator för genomströmning av en tvàfasblandning, gas och vätska, där separering av de tvà faserna ästadkoms. Separatorn enligt uppfinningen innefattar ett i båda ändar öppet rör som indelas i en nedre del, en mellandel och en övre del. Den nedre delen är avsedd för inlopp och rotation av tväfas- blandningen. Rotationen àstadkoms med ett konventionellt 10 15 20 25 30 35 509 685 bladdon. Mellandelen är utformad för avskiljning av vätskan frän gasen. Den övre delen är avsedd för utlopp av den avskilda gasen. Mellandelen är försedd med ett flertal öppningar i den cirkulärcylindriska väggen. Genom att utforma separatorn med öppningar endast i en rak cir- kulärcylindrisk del skapas en likformig tryckdifferens över utloppstvàrsnittet, dvs över de öppningar genom vilka den avskilda vätskan evakueras. Närmare bestämt skapas ett utdrivningstryck som är lika stort vid varje öppning för evakurering av vätska. Den likformiga tryck- differensen över utloppstvärsnittet innebär att utdriv- ningseffekten ökas i jämförelse med känd teknik. Detta effektivare utnyttjande av utloppstvärsnittet medger ocksä att nivän pà de ovan definierade ”carry-over”- respektive ”carry-under”-värdet kan hällas nere.

En annan fördel med att utforma separatorn med öppningar endast i en cirkulärcylindrisk del är att öppningarnas storlek, placering och utbredning enkelt kan anpassas till aktuella gas- och vätskeflöden.

Den övre delen av separatorn utgör huvudsakligen en transportsträcka för den utseparerade gasen och har ingen primär påverkan pà separeringförmàgan hos separatorn och kan därför ges en godtycklig utformning. Den övre delen kan t ex vara rak cirkulärcylindrisk eller konisk. En fördel med att utforma hela separatorröret med en i huvudsak rak cirkulärcylindrisk form är att det är väsentligt enklare att tillverka en sàdan separator än de kända separatorerna genom att ingen konisk del behöver ingä, än mindre en konisk del med öppningar. Den koniska delen är geometriskt begränsad varvid det är svårare att beräkna hur evakueringsöppningar ska anordnas i denna yta pá ett optimalt sätt i jämförelse med anordnande av dylika öppningar i en del som är utförd som en rak cylinder med i huvudsak cirkulärt tvärsnitt. 10 15 20 25 30 35 Mängden vätska i den avskilda gasen kan ytterligare mini- meras genom att anordna en separat övre del instickande i mellandelen pä ett sàdant sätt att dess inlopp är anord- nat nedstöms evakueringsöppningarna i mellandelen. Genom att anordna inloppet till den övre delen nedströms evakueringsöppningarna säkerställs att vätskefilmens tjocklek kraftigt reducerats sä att vätske- filmens inre yta inte riskerar att komma i kontakt med inloppet till den övre delen.

Ytterligare en fördel med att utforma mellandelen som en i huvudsak rak cirkulärcylindrisk del är att utloppets tvärsnitt i den övre delen ökas. Det förstorade gasut- strömningstvärsnittet innebär att tryckfallet över separatorn minskas i jämförelse med de kända separa- torerna beskrivna under teknikens ståndpunkt.

Driftomràdet för separatorn väljs lämpligen sä att det är anordnat pà ett optimalt sätt mellan de gränskurvor som kan beräknas för ”carry-over”- respektive ”carry-under"- värdena. Detta är möjligt genom att evakueringsöppningar- nas storlek och placering i den cirkulärcylindriska delen kan anpassas och optimeras för aktuella gas- och vätske- flöden.

RITNINGSFIGURER Uppfinningen ska nu förklaras närmare genom hänvisning till bifogade ritningsfigurer.

Figur 1 visar en separator med evakueringsöppningar i en konisk del beskriven under teknikens ståndpunkt.

Figur 2 visar en alternativ separator med evakueringsöpp- ningar dels i en konisk del dels i en cirkulärcylindrisk 10 15 20 25 30 35 del. Även denna separator är beskriven under teknikens ständpunkt.

Figur 3 visar i ett längsgående tvärsnitt en separator enligt uppfinnningen som utgörs av ett i huvudsak rakt cirkulärcylindriskt rör som är öppet i bàda ändar där endast en cirkulärcylindrisk del är försedd med eva- kueringsöppningar.

Figur 4 visar en alternativ utföringsform av en separator med ett i strömningsriktningen ökande tvärsnitt. Med streckad kontur visas en alternativ utföringsform där den övre delen är utförd med ett i strömningsriktningen minskande tvärsnitt.

Figur 5 visar en utföringsform av en separator enligt uppfinningen som innefattar en övre del anordnad instucken i en cirkulärcylindrisk mellandel där den övre delen är utförd med ett i stömningsriktningen ökande tvärsnitt.

Figur 6 visar en utföringsform av en separator enligt uppfinningen som i en mellandel innefattar en konisk del och en övre del anordnad instucken i denna där den övre delen är utförd med ett i stömningsriktningen ökande tvärsnitt. Med streckad kontur visas en alternativ utföringsform där den övre delen är utförd som ett rakt cirkulärcylindriskt rör.

Figur 7 visar en utföringsform av en separator enligt uppfinningen där ett i huvudsak rakt cirkulärcylindrisk hölje är anordnat att omsluta separatorn och tillsammans med denna bilda en ringformig spalt.

Figur 8 visar i en vy fràn ovan en utföringsform där flera grupper av separatorer är anordnade och där de 10 15 20 25 30 35 569 685 gruppvis är omslutna av ett hölje sä att vardera höljet omsluter ett flertal separatorer.

Figur 9 visar i detalj en utföringsform av en skrapring visad i figur 7.

UTFÖRINGSEXEMPEL I figur 3 visas en separator 1 som innefattar ett i bada ändar öppet rör som indelas i en nedre del a, en mellan- del b och en övre del c.

Den nedre delen a är avsedd för inlopp och rotation av en tväfasblandning. Ett bladdon 2 har till uppgift att sätta den inkommande tvàfasblandningen i rotations- eller vrid- rörelse. Genom inverkan av en centrifugalkraft i den roterande tvàfasblandningen kommer vätskan i tvàfasbland- ningen att anligga mot insidan av mellandelens b vägg och bilda en distinkt, väl samanhàllen vätskefilm.

Mellandelen b är utformad för avskiljning av vätskan fràn gasen. För detta ändamäl innefattar mellandelen b ett i huvudsak rakt cirkulärcylindriskt väggparti som är för- sett med ett flertal öppningar 3 genom vilka den avskilda vätskan evakueras. Väggpartiet med öppningarna 3 dimen- sioneras beroende av den typ av anläggning, t ex kärn- reaktor, som den ska användas i. Det innebär t ex att mellandelen b förses med öppningar 3 av mindre sammanlagd area för anläggningar med stort gasflöde och med öpp- ningar 3 av större sammanlagd area vid anläggningar med stort vätskeflöde.

Den övre delen c är avsedd för utlopp av den avskilda gasen. I figur 3 är bade den övre delen c och mellandelen b integrerade och utförda i samma rördel försedd med en i huvudsak rak cirkulärcylindrisk form. 10 15 20 25 30 35 509 685 I figur 3,4 och 7 indikeras vätskenivàn utanför separa- torn 1 med hänvisningssiffra 7. Primärutsläppet av den i separatorns 1 mellandel b avskilda vätskan förs således ut i en nivà som är anordnad under vátskeytan 7.

Detta innebär att ”carry-under”-nivàn hàlls nere dä den utströmande vätskan inte tilläts komma i kontakt med gasen över vàtskeytan och inte heller rör om ytan sà att gasbubblor bildas i denna.

I figur 5 visas en separator 1 som innefattar en separat övre del c som är anordnad instucken i mellandelen b.

Genom att anordna den övre delen c för utlopp av den avskilda gasen instucken i mellandelen b säkerställs ytterligare att den utmed separatorns 1 inre vägg ström- mande vätskan skyddas fràn inverkan av den uppät genom separatorn strömmande gasen. Åtminstone en del av vätskefilmen som är anordnad att täcka öppningarna 3 fortsätter nämligen att med hjälp av den avskilda gasen strömma uppát längs med den inre väggen i mellandelen b.

Den övre delens c inlopp är anordnat pà en nivà som är anordnad nedströms väggpartiet med evakueringsöppningarna 3. Genom anordnande av ett separat gasutlopp nedströms evakueringsöppningarna 3 kan den separerade gasen tas ut ur separatorn 1 utan att, den pä grund av primärutloppet kraftigt reducerade, vätskefilmen evakueras med denna.

Detta innebär att vätskan hindras att äterfukta den avskilda gasen vilket i sin tur gör att ”carry-over”- värdet ytterligare hällas nere.

Figur 6 visar en utföringsform av separatorn 1 i figur 5 där mellandelen b delvis är konisk. Den övre delen c är anordnad instucken i den koniska mellandelen b och utförd med ett i strömningsriktningen ökande tvärsnitt. Med streckad kontur visas ytterligare en alternativ 10 15 20 25 30 35 10 utföringsform av den övre delen c, närmare bestämt en övre del c med cirkulärcylindrisk form.

I figur 7 visas en alternativ utföringsform av en separa- tor 1 där ett hölje 4 är anordnat att omsluta ätminstone mellandelen b. Mellan höljet 4 och mellandelen b bildas en ringformig spalt 5 för returpassage av den genom evakueringsöppningarna 3 avskilda vätskan.

Anordnande av ett yttre hölje 4 pà detta sätt medger en minskad risk för att intill anordnade separatorer 1 stör evakueringen av vätska fràn den aktuella separatorn 1.

Det är ocksä möjligt att läta höljet 4 omsluta en grupp om ett flertal separatorer 1 sä som visas i figur 8. I detta fall ges höljet 4 ett tvärsnitt med en godtycklig form för anpassning till gruppen av separatorer 1. I figur 8 visas ett flertal grupper där vardera gruppen innefattar fem separatorer 1 anordnade i t ex övre delen av en kärnreaktor 10.

I figur 7 visas vidare att den övre delen c av separatorn l är försedd med sä kallade skrapringar 6. Skrapringarna 6 är anordnade för sekundär avskiljning av vätska som passerar med gasen förbi primäravskiljningen, dvs evaku- eringsöppningarna 3. Skrapringarna 6, som mera i detalj visas i figur 9, är således anordnade att skrapa av och evakuera den vätska som avskiljs frän gasen ned- ströms evakueringsöppningarna 3. Skrapringarna 6 är av konventionell typ och är anordnade att minska mängden vätska som följer med gasen ut, dvs att hälla nere det under teknikens ståndpunkt definierade ”carry-over”- värdet.

Självfallet kan de olika visade utföringsformerna av mellandelar b, övre delar c, höljen 4 och skrapringar 6 kombineras pä en mängd olika, icke visade, sätt.

Claims (7)

1. PATENTKRAV H 5 Û 9 6 8 5 .l-Separatot: (l) för avskiljande av vätska fran en blandning av gas och vätska, separatorn innefattar ett i bada ändar öppet rör som är indelat i en nedre del (a), en mellandel (b) och en övre del (c), den nedre delen (a) innefattar organ (2) för ästadkommande av rotation i blandningen, mellandelen innefattar öppningar (3) för utlopp av den fran den roterande blandningen avskilda vätskan, den övre delen (c) innefattar ett utlopp, kännetecknad av att mellandelen (b) är indelad i en första och en andra och en tredje del anordnade efter varandra och att den första och den tredje delen är utförda med täta väggar, den andra delen är utförd med ett cirkulärcylindriskt tvärsnitt och av att öppningarna (3) är anordnade i den andra delen.

2.Separator (1) enligt patentkrav 1, kännetecknad av att mellandelen (b) och den övre delen (C) ar integrerade och utförda som en i huvudsak rak cirkulär cylinder.

3.Separator (1) enligt patentkrav 1, kännetecknad av att den övre delen (c) ar utförd som en separat del anordnad delvis instucken i mellandelen (b) sa att inloppet till den övre delen (c) är anordnad helt eller delvis nedströms det med öppningarna (3) försedda vággpartiet.

4. Lseparator (1) enligt nagot av föregående patentkrav, kännetecknad av att den ar omsluten av ett hölje (4) pá ett sàdant satt att mellan höljet (4) och mellandelen (b) bildas en ringformig spalt (5).

5.Separator (1) enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att en grupp innefattande ett flertal separatorer (l) är anordnad omsluten av ett hölje (4).

6.Separator (l) enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att den övre delen (c) är utförd som en 5 509 685 12 rak cirkulárcylinder eller med ett i strömningsrikt- ningen ökande eller minskande tvärsnitt.

7.Separator (1) enligt nágot av föregående patentkrav, kännetecknad av att den övre delen (c) är utförd med åtminstone en skrapring (6).