UA80443C2

UA80443C2 - Gas-liquid separator

Info

Publication number: UA80443C2
Application number: UAA200503197A
Authority: UA
Original assignee: Subsidiary Ukrgasvydobuvannia
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2005-04-06
Publication date: 2007-09-25

Abstract

The invention relates to the devices for separation of gas-liquid flows and can be used in chemical, the petrochemical, gas and other branches of industry. A gas-liquid separator consists of a housing with branch pipes for introduction of gas-liquid mixture and discharge of gas and liquid, and also of a coagulator located in the housing, which contains a basis with a vortex element located in it, which consists of housing and a swirler, drain pipes and outlet of gas of drop deflector installed upstream of the branch pipe, in this case in the annular space between the housing of vortex element and the housing of separator a partition is installed with a curvilinear ferrule located on it, which form with the basis of coagulator and the wall of housing of separator a curvilinear channel, which becomes narrow and enlarges. The invention provides for increase of the separation efficiency of gas-liquid flows.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Пропонуємий винахід відноситься до пристроїв для розділення газорідинних потоків та може бути 2 використаний в хімічній, нафтохімічній, газовій та інших галузях промисловості.The proposed invention relates to devices for separating gas-liquid flows and can be used in chemical, petrochemical, gas and other industries.

Відомий газорідинний сепаратор, який складається з корпусу, патрубків вводу газорідинної суміші та виходу газу та рідини, сітчастий коалесцирующий елемент, що встановлений на діафрагмі соосно з центральним отвором і сітчастого краплевідбійника (Ідив. "Газосепаратори сітчасті" ОСТ 26-02-2058-79, М., 1979 р.A known gas-liquid separator, which consists of a body, gas-liquid mixture inlet and gas and liquid outlet nozzles, a mesh coalescing element installed on the diaphragm coaxially with the central opening and a mesh droplet deflector (See "Mesh gas separators" OST 26-02-2058-79, M., 1979

Недоліком відомого сепаратора є недостатня ефективність розділення газу та рідини, яка викликана тим, що 70 розділення газу та рідини здійснюється за рахунок гравітаційних сил, що, як показує практика, не забезпечує ефективне розділення газорідинних потоків.The disadvantage of the known separator is insufficient efficiency of gas and liquid separation, which is caused by the fact that 70 separation of gas and liquid is carried out due to gravitational forces, which, as practice shows, does not ensure effective separation of gas-liquid flows.

Відомий газорідинний сепаратор, що складається з корпусу з патрубками вводу газорідинної суміші та виходу газу та рідини, а також з розташованого в корпусі коагулятора, на основі якого розташовані вихрові відцентрові елементи, дренажних труб, краплевідбійника і встановленного між основою коагулятора та стінкою 12 корпусу розподільного коробу Г-образного профілю, що виконаний у вигляді кільця діаметром 0,8-0,9 діаметра корпусу та висотою 1,5-4 діаметра патрубку входу газорідинної суміші |див. патент Росії 2153915 С1 від 2000.08.10р.).A known gas-liquid separator consisting of a housing with gas-liquid mixture inlet and gas and liquid outlet nozzles, as well as a coagulator located in the housing, on the basis of which are located vortex centrifugal elements, drainage pipes, a droplet deflector and a distribution box installed between the base of the coagulator and wall 12 of the housing L-shaped profile made in the form of a ring with a diameter of 0.8-0.9 of the body diameter and a height of 1.5-4 of the diameter of the gas-liquid mixture inlet nozzle | see Russian patent 2153915 C1 dated August 10, 2000).

У цьому газорідинному сепараторі досягається більш висока ефективність розділення газу та рідини за рахунок застосування механізму відцентрового розділення газорідинних потоків у вихрових елементах. Однак у зоні вводу газорідинного потоку в корпус сепаратора знову використовується механізм гравітаційного розділення потоків, що не забезпечує ні належної коагуляції часток, що знаходяться у газі, ні високої ефективності сепарації.In this gas-liquid separator, a higher efficiency of separation of gas and liquid is achieved due to the use of the mechanism of centrifugal separation of gas-liquid flows in vortex elements. However, in the area where the gas-liquid flow is introduced into the separator body, the mechanism of gravitational flow separation is again used, which does not ensure either proper coagulation of the particles in the gas or high separation efficiency.

Метою винаходу є підвищення ефективності розділення газорідинних потоків.The purpose of the invention is to increase the efficiency of separation of gas-liquid flows.

Поставлена мета досягається тим, що у газорідинному сепараторі, який складається, як і відомий, з корпусу з патрубками вводу газорідинної суміші та виходу газу та рідини, а також з розташованого у корпусі с 29 коагулятору, який містить у собі основу з розташованим у ньому вихровим елементом, що складається з корпусу Го) та пристрою, що закручує, дренажних труб та встановленого перед патрубком виходу газ краплевідбійника, на відміну від відомого сепаратора в кільцевому просторі між корпусом вихрового елементу та корпусом сепаратора встановлена перегородка з розташованою на ній криволінійною обичайкою, які створюють з основою коагулятора та стінкою корпусу сепаратора криволінійний канал, що звужується та розширюється. о 30 Крім того, криволінійна обичайка у поперечному перетину має форму кривої, яка має, принаймні, одну точку «ж перегину.The goal is achieved by the fact that in the gas-liquid separator, which consists, as is known, of a housing with nozzles for the gas-liquid mixture inlet and gas and liquid outlet, as well as a coagulator located in the housing c 29, which contains a base with a vortex located in it an element consisting of a body (Ho) and a twisting device, drainage pipes and a droplet arrester installed in front of the gas outlet nozzle, unlike the known separator, in the annular space between the body of the vortex element and the body of the separator, a partition is installed with a curved line located on it, which create with the base of the coagulator and the wall of the separator body, a curvilinear channel that narrows and expands. o 30 In addition, a curvilinear cross-section has the shape of a curve that has at least one inflection point.

Крім того, криволінійна обичайка може бути складена з декількох частин, що зміщені одна по відношенню до в другої зі створенням щілин, які направлені назустріч руху газорідинного потоку. Простір, що при цьому Га») створений корпусом вихрового елементу та криволінійною обичайкою, з'єднується з низом корпусу сепаратору 35 за допомогою дренажної труби. соIn addition, the curvilinear pipe can be made of several parts that are offset from each other with the creation of slits that are directed towards the movement of the gas-liquid flow. The space, which at the same time Ha») created by the body of the vortex element and the curved line, is connected to the bottom of the body of the separator 35 with the help of a drainage pipe. co

Таке конструктивне виконання газорідинного сепаратора придає газорідинному потоку на вході в сепаратор режим нерівномірного обертання. Дійсно, рухаючись в криволінійному каналі, що звужується та розширюється, газорідинний потік піддається, на відміну від відомих вихрових газорідинних сепараторів, прискоренню у « частині каналу, що звужується, та гальмуванню у частині каналу, що розширюється. При цьому частки рідини, що З 70 знаходяться у газі, у відповідності з другим законом Ньютона, будуть здобувати прискорення, які обернено с пропорційні їх масам, тобто більш дрібні краплі будуть прискорюватися в конфузорі значно інтенсивніше, ніжThis construction of the gas-liquid separator gives the gas-liquid flow at the entrance to the separator a mode of uneven rotation. Indeed, when moving in a curvilinear channel that narrows and expands, the gas-liquid flow undergoes, in contrast to known vortex gas-liquid separators, acceleration in the narrowing part of the channel and deceleration in the expanding part of the channel. At the same time, liquid particles that are C 70 in the gas, in accordance with Newton's second law, will acquire accelerations that are inversely proportional to their masses, that is, smaller drops will be accelerated in the confusor much more intensively than

Із» крупні, та навпаки, в дифузорі вони будуть значно інтенсивніше гальмуватися. В обох випадках, тобто і в конфузорі та в дифузорі, за рахунок виникаючих через різницю прискорень відносних швидкостей між частками рідини різної дисперсності будуть мати місце зіткнення між дрібними та крупними частками, в результаті чого 45 крупні краплі будуть коалесцирувати з більш дрібними, що приведе до коагуляції часток та, таким чином, буде бо забезпечено підвищення ефективності сепарації крапель з газорідинного потоку. ав | Подібні процеси будуть мати місце і на дільниці, яка розташована в зоні розміщення лінії перегину обичайки. До лінії перегину газорідинний потік буде огинати увігнуту криволінійну поверхню. В результаті шк виникаючих при цьому відцентрових сил крупні краплі, як більш важкі, будуть переміщуватися до поверхні «їз» 20 обичайки, витісняючи при цьому більш легкі частки рідини. За зоною розміщення лінії перегину газорідинний потік почне огинати опуклу, а не увігнуту частину обичайки. При цьому більш важкі краплі під дією с» відцентрових сил почнуть переміщуватися від обичайки до стінки корпусу сепаратора. При цьому вони будуть пронизувати в радіальному напрямку усі шари газового потоку, зіштовхуючись з більш дрібними краплями, що буде також супроводжуватись процесом коагуляції крапель, що знаходяться в газі.If" are large, and vice versa, in the diffuser they will slow down much more intensively. In both cases, i.e. in the confusor and in the diffuser, due to the difference in the accelerations of the relative velocities between the particles of the liquid of different dispersion, a collision between small and large particles will take place, as a result of which 45 large drops will coalesce with smaller ones, which will lead to coagulation of particles and, thus, an increase in the efficiency of the separation of droplets from the gas-liquid flow will be ensured. av | Similar processes will take place in the precinct, which is located in the area where the line of the bend of the custom is located. To the inflection line, the gas-liquid flow will bend around the concave curved surface. As a result of the centrifugal forces arising at the same time, large drops, as heavier ones, will move to the surface of the "carriage" 20, displacing the lighter liquid particles. Beyond the location of the inflection line, the gas-liquid flow will begin to curve around the convex, rather than the concave, part of the pipe. At the same time, heavier drops under the action of c" centrifugal forces will begin to move from the nozzle to the wall of the separator body. At the same time, they will penetrate all layers of the gas flow in the radial direction, colliding with smaller droplets, which will also be accompanied by the process of coagulation of the droplets in the gas.

Крім того, так як газорідинний потік буде рухатися у каналі, що звужується та розширюється, то у самомуIn addition, since the gas-liquid flow will move in a narrowing and expanding channel, then in the

ГФ) вузькому перетину каналу величина відцентрових сил буде значно більше, ніж на виході з дифузору. Тому під дією більш високих відцентрових сил біля стінки корпусу сепаратора будуть знаходитися настільки дрібні о краплі, що при звичайних швидкостях, які мають місце на виході з дифузору, впливу відцентрових сил практично б не піддавалися. 60 Будучи відкинутими в зоні розташування горловини до стінки корпусу сепаратора, ці краплі на виході з дифузору також будуть знаходитись в периферійної зоні сепаратора, а не розосередженими по усьому перетину дифузору, що забезпечить їх більш ефективне виділення з газового потоку.HF) the value of the centrifugal forces will be much greater in the narrow section of the channel than at the exit from the diffuser. Therefore, under the action of higher centrifugal forces near the wall of the separator body, there will be drops so small that at normal velocities that occur at the outlet of the diffuser, they would practically not be affected by centrifugal forces. 60 Being rejected in the zone of location of the neck to the wall of the separator body, these drops at the outlet of the diffuser will also be located in the peripheral zone of the separator, and not distributed over the entire cross-section of the diffuser, which will ensure their more effective separation from the gas stream.

На фіг.1 зображений загальний вигляд сепаратора, на фіг.2 - перетин Б-Б , на фіг.З - перетин А-А (варіант 1), на фіг.4 - перетин А-А (варіант 2). бо Газорідинний сепаратор містить у собі корпус 1 з патрубками вводу газорідинної суміші 2 та виходу газу З і рідини 4. Усередині корпусу розташований коагулятор, що складається з основи 5 та розташованого на ньому вихрового елементу, який в свою чергу складається з корпусу 6 та розташованого в ньому завихрювача 7. Для виводу крапель рідини з верхньої частини сепаратора в його нижню частину на основі коагулятора змонтована дренажна труба 8. В верхній частині сепаратора розташований краплевідбійник 9, що виконаний, наприклад, з жалюзійної насадки. В кільцевому просторі між корпусами вихрового елементу 6 та сепаратора 1 нижче вхідного патрубку 2 розташована перегородка 10, на якій встановлена криволінійна обичайка 11, що у поперечному перетину має форму кривої, на якій є точка перегину 12. Передньою кромкою обичайка 11 кріпиться до корпусу сепаратора 1, а задньою - до корпусу вихрового елемента 6. При цьому завдяки своїй формі вона створює з 7/0 Корпусом сепаратора 1 криволінійний канал, що звужується та розширюється, який складається з конфузору 13, горловини 14 і дифузору 15. Можливе виконання криволінійної обичайки 11 з двох частин - криволінійних пластин 16 та 17. При такому виконанні пластини повинні бути зміщеними по відношенню одна до одної зі створенням щілини 18, яка розташована в зоні розміщення точки перегину 12 та орієнтована назустріч руху газорідинного потоку. Простір між корпусом вихрового елементу 6 та криволінійною пластиною 17 з'єднується з 7/5 нижньою частиною корпусу сепаратора 1 за допомогою дренажного трубопроводу 19.Fig. 1 shows the general view of the separator, Fig. 2 shows the B-B section, Fig. 3 shows the A-A section (option 1), and Fig. 4 shows the A-A section (option 2). because the gas-liquid separator contains a housing 1 with inlet nozzles for the gas-liquid mixture 2 and the outlet of gas C and liquid 4. Inside the housing is a coagulator consisting of a base 5 and a vortex element located on it, which in turn consists of a housing 6 and located in a swirler 7. To remove liquid drops from the upper part of the separator to its lower part, a drainage pipe 8 is mounted on the coagulator base. In the upper part of the separator, there is a drop deflector 9, which is made, for example, of a louver nozzle. In the annular space between the housings of the vortex element 6 and the separator 1, below the inlet nozzle 2, there is a partition 10, on which a curvilinear joint 11 is installed, which in cross-section has the shape of a curve, on which there is an inflection point 12. The front edge of the joint 11 is attached to the body of the separator 1 , and the rear one - to the body of the vortex element 6. At the same time, due to its shape, it creates with the 7/0 separator body 1 a curvilinear channel that narrows and expands, which consists of a baffle 13, a neck 14 and a diffuser 15. It is possible to make a curvilinear nozzle 11 with of two parts - curvilinear plates 16 and 17. In this design, the plates must be offset in relation to each other with the creation of a gap 18, which is located in the area of the inflection point 12 and is oriented towards the movement of the gas-liquid flow. The space between the housing of the vortex element 6 and the curved plate 17 is connected to the 7/5 lower part of the housing of the separator 1 with the help of the drainage pipeline 19.

Газорідинний сепаратор працює наступним чином. Газорідинний потік поступає в сепаратор по вхідному патрубку 2 та попадає у криволінійний канал прямокутного перетину, що створений криволінійною обичайкою 11, корпусом 1, основою коагулятора 5 та перегородою 10. Завдяки тому, що криволінійна обичайка 11 має у поперечному перетину форму увігнуто-опуклої кривої, яка має, принаймні, одну точку перегину і, крім того, 2о створює з корпусом сепаратора 1 криволінійний канал, що звужується та розширюється, рух газорідинного потоку буде приймати характер нерівномірного обертання, що характеризується виникненням високих відносних швидкостей між частками потоку як в тангенційному, так і в радіальному напрямках. Відносні тангенційні швидкості будуть викликані тим, що поступаючи в канал, який то звужується, то розширюється, частки газорідинного потоку будуть здобувати прискорення, згідно з другим законом Ньютона, які обернено пропорційні с ов їх масам. Тобто більш дрібні краплі будуть розганятися та гальмуватися більш інтенсивно, ніж більш крупні. Це о приведе до їх зіткнення та подальшої коагуляції.The gas-liquid separator works as follows. The gas-liquid flow enters the separator through the inlet pipe 2 and enters the curvilinear channel of rectangular cross-section, which is created by the curved pipe 11, the body 1, the base of the coagulator 5 and the partition 10. Due to the fact that the curved pipe 11 has the shape of a concave-convex curve in its cross section, which has at least one point of inflection and, in addition, 2o creates with the separator body 1 a curvilinear channel that narrows and expands, the movement of the gas-liquid flow will assume the character of uneven rotation, characterized by the occurrence of high relative velocities between the particles of the flow both in tangential and and in radial directions. The relative tangential velocities will be caused by the fact that entering the channel, which sometimes narrows and then expands, the particles of the gas-liquid flow will gain acceleration, according to Newton's second law, which are inversely proportional to their masses. That is, smaller drops will accelerate and decelerate more intensively than larger ones. This will lead to their collision and subsequent coagulation.

При огинанні криволінійної обичайки у зоні розташування лінії перегину 12 буде мати місце зміна напрямків відцентрових сил, які діють на частки, а саме: на увігнутій дільниці до точки перегину відцентрові сили будуть направлені до центральної вісі сепаратора, а за точкою перегину, на опуклій дільниці, - від с зр Чентральної вісі сепаратора. В результаті буде мати місце радіальне переміщення часток рідини з різними прискореннями, що приведе до їх зіткнення та подальшої коагуляції. -When going around the curved line in the area of the inflection line 12, there will be a change in the direction of the centrifugal forces acting on the particles, namely: in the concave section up to the inflection point, the centrifugal forces will be directed to the central axis of the separator, and beyond the inflection point, in the convex section, - from the center of the central axis of the separator. As a result, there will be a radial movement of liquid particles with different accelerations, which will lead to their collision and subsequent coagulation. -

При проходженні горловини 14, тобто дільниці, де мають місце максимальні швидкості частки потоку, «г виникають максимальні відцентрові сили, під впливом яких у периферійній зоні каналу зосереджуються найбільш дрібні краплі рідини. В результаті на виході з дифузорної частини криволінійного каналу, частки, що о з5 Знаходяться у газовому потоці, будуть, по-перше, зкоагулірованими, по-друге, зосередженими у периферійній со зоні каналу, що буде сприяти підвищенню ефективності їх сепарації.When passing through the neck 14, i.e., the section where the maximum velocity of the flow particles occurs, maximum centrifugal forces occur, under the influence of which the smallest liquid drops are concentrated in the peripheral zone of the channel. As a result, at the exit from the diffuser part of the curved channel, the particles that are in the gas flow will, firstly, be coagulated, and secondly, they will be concentrated in the peripheral zone of the channel, which will contribute to increasing the efficiency of their separation.

Далі, на виході з дифузору газорідинний потік закручується, в результаті чого частки рідини осідають у нижній частині корпусу 1, а звільнившийся від них газ поступає в корпус вихрового елементу 6, в якому розташований завихрювач 7. Пройшовши через завихрювач 7, газорідинний потік додатково закручуються та у « Вигляді висхідного потоку поступає у верхню частину корпусу сепаратора 1, де, як у відомих відцентрових в с краплевловлювачах, здійснюється розділення газу та рідини, а саме: частки рідини по стінці корпусу 1 стікаютьNext, at the exit from the diffuser, the gas-liquid flow is swirled, as a result of which the liquid particles settle in the lower part of the housing 1, and the gas released from them enters the housing of the vortex element 6, in which the swirler 7 is located. After passing through the swirler 7, the gas-liquid flow is additionally swirled and in " The view of the upward flow enters the upper part of the separator housing 1, where, as in known centrifugal in-droplet catchers, the separation of gas and liquid is carried out, namely: liquid particles flow down the wall of the housing 1

Й на основу коагулятора 5 і далі по дренажному трубопроводу 8 направляються в нижню частину сепаратора, а и? звільнений газ далі проходить краплевідбійник 9, де остаточно звільнюється від крапель рідини і далі по патрубку З виводиться з сепаратора.And on the basis of the coagulator 5 and further along the drainage pipeline 8 are sent to the lower part of the separator, and? the released gas then passes through the droplet deflector 9, where it is finally freed from liquid drops and is then discharged from the separator through the nozzle C.

У випадку, коли криволінійна обичайка складається з двох частин (див. фіг.4), здійснюється додатково о виділення крапель рідини, як у відомих колених краплевловлювачів, ще до надходження газорідинного потоку у конфузорну дільницю каналу 13. Дійсно, під впливом відцентрових сил, краплі рідини відкидаються до о криволінійної пластини 16 і далі через щілини 18 попадають у порожнину, яка створена криволінійною обичайкою їх 17 ї корпусом вихрового елементу 6. З цієї порожнини далі краплі рідини виводяться в нижню частину корпусу сепаратора по дренажному трубопроводу 19. ве Таким чином, в сепараторі, який пропонується, мають місце такі стадії впливу на газорідинний потік з 4) метою забезпечення високої ефективності сепарації, а саме: - перетворення поступового руху потоку у обертовий з метою виділення крапель рідини у колінному інерційному краплевловлювачі на вході в апарат; 5Б - придания руху газорідинного потоку характеру нерівномірного обертання у криволінійному каналі, що звужується та розширюється з метою укрупнення крапель рідини для більш їх повного виділення приIn the case when the curvilinear nozzle consists of two parts (see Fig. 4), liquid drops are additionally separated, as in known knee droplet catchers, even before the gas-liquid flow enters the confusing section of channel 13. Indeed, under the influence of centrifugal forces, drops liquids are thrown to the curved plate 16 and then through the slits 18 they fall into the cavity, which is created by their curvilinear shape 17 and the housing of the vortex element 6. From this cavity, the liquid drops are then discharged into the lower part of the separator housing through the drainage pipeline 19. Thus, in the proposed separator has the following stages of influence on the gas-liquid flow with the aim of 4) ensuring high efficiency of separation, namely: - transformation of the gradual movement of the flow into a rotating one in order to separate liquid droplets in the knee inertial droplet catcher at the entrance to the apparatus; 5B - giving the movement of the gas-liquid flow the character of uneven rotation in a curvilinear channel, which narrows and expands in order to thicken the liquid droplets for their more complete separation at

Ф) подальшому русі їх в сепараторі; ка - виділення крапельної рідини в циклонному краплевловлювачі; - виділення крапельної рідини у вихровому елементі; во - виділення крапельної рідини в жалюзійному краплевловлювачі. Пропонуємий апарат може бути використаний у процесах та апаратах підготовки природного газу до транспорту та у процесах очистки відпрацьованих газів.F) their further movement in the separator; ka - release of drop liquid in the cyclone drop catcher; - release of droplet liquid in the vortex element; vo - allocation of droplet liquid in the louvered droplet catcher. The proposed device can be used in processes and devices for preparing natural gas for transport and in the processes of cleaning waste gases.

Claims

The formula of the invention b5

1. A gas-liquid separator containing a housing with nozzles for the gas-liquid mixture inlet and gas and liquid outlet, as well as a coagulator located in the housing, which consists of a base, with a vortex element located in it, which, in turn, consists of a housing and swirlers, drainage pipes and a drop deflector installed in front of the gas outlet nozzle, which is characterized by the fact that in the annular space between the separator housings and the vortex element below the gas-liquid mixture inlet nozzle, a partition with a curved pipe located on it is installed, which form a curved channel with the base of the coagulator and the separator housing , which narrows and expands.

2. A gas-liquid separator according to claim 1, which is characterized by the fact that the curvilinear cross-section /o has the shape of a curve that has at least one inflection point.

3. The gas-liquid separator according to claim 1, which is characterized by the fact that the curved line consists of at least two parts, which are installed with the creation of gaps, which are directed towards the movement of the gas-liquid flow.

4. The gas-liquid separator according to claim 3, which is characterized by the fact that the first gap in the course of the gas-liquid flow is located in the area of the bend line of the curved pipe.

5. A gas-liquid separator according to claim 4, which is characterized by the fact that the space between the housing of the vortex element and the curved line is connected to the lower part of the housing of the separator by means of a drainage pipe. c) 6) (ze) « « «c) d)

- and? (ee) («c) sh» sh» syu» ime) 60 b5