Вихревой сепарационный элемент

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 06,01,82 (21) 3375207/23-26с присоединением заявки Мо -(23) ПриоритетОпубликовано 0 70 383 . Бюллетень Йо 9 РМ К з Н 04 С 3/06 Государственный комитет СССР по йелам изобретений и открытий131 УДК 66,074,1(088 8) Дата опубликования описания 07,03,83 К. Б. Немира, В. А. Толстов, А. П. Елеференко н А. В, Мартынов(71) Заявитель Центральное конструкторское бюро нефтеаппаратуры(54) ВИХРЕВОЙ СЕПАРАЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ Изобретение относится к оборудованию для очистки газа от жидкостии механических примесей, в частности к прямоточным, вихревым (центробежным) сепараторам, применяемым вустановках низкотемпературной сепарации природного газа,Известен сепаратор, в которомдля повышения производительностии эффективности сепарации используется процесс рециркуляции части газового потока, заключающийся в том,что из сепарационной камеры с отсепарированной фазой отводится частьгаза, которая после дополнительнойсепарации возвращается в вихревуюсепарационную камеру1.В этом сепараторе газ рециркуляции подается в приосевые слои вихревого потока за счет разности давлений в периферийной и осевой зонахвращающегося потока,Недостатком такого техничсскогорешения является то, что отделившиеся в процессе сепарации газа рециркуляции частички жидкости, попадаявприосевые слои вихревого потока,частично, уносятся с газом, снижаятем самым эффективность работы сепаратора. Известен вихревой сепаратор,в котором газ рециркуляции эжектиру ется в периферийные слои вихревого потока, что обеспечивает более высокую эффективность сепарации за счет попадания капель жидкости с газом рециркуляции в пристенные слои 2.Однако в таких аппаратах в техслучаях, когда динамический напор газа рециркуляции на выходе из сепарационной камеры меньше потерь напо-, ра в сепарационной камере, возможно нарушение процесса рециркуляции га" за - часть газа из сепарационной камеры выходит через эжекционное отверстие и попадает в нее через каплепленкоотводящий канал навстречу отводимой жидкости, что резко снижает эффективность сепарации.Известен центробежный сепарационный элемент, содержащий цилиндрическую вихревую камеру, осевой входной патрубок с размещенным в нем завихрителем, осевой выходной патрубок, кольцевой отводной канал, образованный между стенкой камеры и выходным патрубком, кольцевой рециркуляцион-, ный канал, образованный между стенкой камеры и входным патрубком, и )О кольцевую промежуточную щель для от 100203240 вода части отсепарированной жидкости. 33.В известном сепарационном элементе отделенная (вместе с жидкостью) от основного газового потока часть газа образует поток газа рециркуляции, который после гравитационно- инерционной сепарации в пространстве между корпусом сепаратора и сепарационной камерой направляется в пе-, риферийные слои газа в начале сепарационной камеры, диаметр которой больше диаметра входного патрубка. Для повышения эффективности очистки использован осевой завихритель с малым углом закрутки, что требует для создания нескольких витков вращения увеличения длины сепарационной камеры, В связи с этим увеличивается металлоемкость гидравлическое сопротинление потоку, возрастают потери давления, падает градиент давления и, как следствие, уменьшается количество рециркулирующего газа, что создает условия для уноса основным газовым потоком мслких. капель жидкости, что снижает эффективность сепарации.Цель изобретения - снижение металлоемкости за счет интенсификации процесса сепарации.Для этого сепарационный элемент, содержащий цилиндрическую вихревую камеру, осевой входной патрубок, с завикрителем, осевой выходной патрубок, кольцевой отводной канал, образованный между стенкой камеры и выходным патрубком, и кольцевой рециркуляционный канал, образованный между стенкой камеры и входным патрубком, снабжен кольцевой диафрагмой,установленной на входе в рециркуляционный канал,Кольцевая диафрагма может бытьвыполнена в виде плоского диска иликонической.На фиг. 1 изображен газожидкостный сепаратор с предлагаемым вихревым сепарационным элементом нафиг. 2 - сепарационный элемент с диафрагмой в виде плоского диска; нафиг. 3 - сепарационный элемент с конической диафрагмой.Вихревой сепаратор содержит установленную в корпусе 1 вихревую камеру 2, соосно которой установленывхоцной патрубок 3 с завихрителем 4и выходной патрубок 5,На входе сепарационной камеры установлена кольцевая диафрагма б, образующая с входным патрубком кольцевой канал 7, Вихревая камера 2 с выходным патрубком 5 образует кольцевой канал 8,Вихревой сепаратор работает следующим образом.Газожидкостный поток поступаетн патрубок 3 входа с завихрителем 4,приобретает нращательное движение и О 520 2530 попадает в вихревую камеру 2, Твердые и жидкие частицы в поле центробежных сил сепарируются в периферийные слои закрученного потока.Отсепарированная фаза образует на поверхности камеры 2 пленку жид- кости и газокапельный слой, которые потоком газа перемещаются в ловушку - кольцевой канал 8. Часть газа, включающая уловленную фазу в виде пленки и капель жидкости, отводится через канал 8 и образует поток газа рециркуляции, который сепарируетсяв пространстве между вихревой камерой и корпусом сепаратора 1. Очищенный газ рециркуляции эжектируется через кольцевой канал 7 в вихревую камеру 2, попадает в вихревой поток неочищенного газа, где проходит дополнительную очистку от жидкости.Известно, что в поле центробежных сил по радиусу вращения образуется поле давления, величина которого увеличивается от оси к периферии пропорционально Вп, где В - радиус удаления от центра вращения, п ) 1 - опытный показатель степени. При таком распределении давления по радиусу величина этого давления на большем радиусе всегда будет больше давленияна меньшем радиусе вращающегося потока,Использование диафрагмы б уменьшает радиус расположения канала 7на входе газа. Поскольку кольцевойканал 7 на входе газа находится наменьшем удалении от оси вращения,чем кольцевой канал 8 на выходе,обеспечивается однонаправленный градиент давления на выходе и входе,Это обеспечивает постоянное независимое от скорости газа направлениепотока газа рециркуляции от канала8 к каналу 7, интенсиФикацию процесса рециркуляции.В соответствии с данным предложением разработана модель сепаратора,которая испытана в стендовых условиях на системе "воздух-вода". Приисследованиях отрабатывалась конструкция диафрагмы и ее расположениепо отношению к патрубку входа газас завихрителем. Сравнение результатов пронодилось с базовой модельюбез кольцевой диафрагмы. Результаты.исследований .показали, что во всемдиапазоне производительностей предлагаемые конструкции имеют большуюэффективность (коэффициент уносаменьше по сравнению с базовой), Этопозволяет увеличить рабочую скоростьи производительность сепаратора неменее, чем на 10-15 с однонременным увеличением эффективности сепарации,На основании результатов исследований разработан технический проект1002032 Производительность,.мпн,нм Давление,кгс/см 2 Температура,С Номер чертежа сут ГП 366,03.01.000 5 ГП 619.07.01.000 5 80-15 Формула изобретения очистки газа от углеводородного конденсата в установках низкотемпературной сепарации. В сепараторе смонтированы вихревые сепарационные элементы предлагаемой конструкции, чтопозволило повысить рабочие скорости Одинаковой производительности за счетвысокой эффективности сепарацииможно достигнуть в аппарате значи тельно меньшего диаметра, а следовательно, и металлоемкости (в 1, 38 раза) . 1, Вихревой сепарационный элемент, содержащий цилиндрическую вихревую камеру, осевой входной патрубок с завихрителем, осевой выходной патру бок, кольцевой отводной канал, образованный между стенкой камеры и входным патрубком, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения металлоемкости за счет интенсификации в сепараторе, Сравнение производилость с базовым образцом одинаковой производительности серийно выпускаемым (ГП 366.03,01.000).Сравнительные данные приведены в таблице. Диаметр, Масса, Удельная кг металлоемкость, кг/1000 нм в сут2000 19600 3,92 1400 14200 .2,84 процесса сепарации, он снабжен коль-цевой диафрагмой, установленной навходе в рециркуляционный канал,2. Сепарационный элемент по п. 1,о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтодиафрагма выполнена в виде плоскогодиска,3. Сепарационный элемент по п. 1,о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтодиафрагма выполнена конической,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Англии Р 1247126,кл. В 2 Р, опублик. 1971,2. Авторское свидетельство СССРР 373018, кл. В 01 0 45/12, 1970.3, Патент США Р 3884660,кл. 55-396, опублик, 1975 (прототип).1002032 раж 577рственного комитетаобретений и открытаЖ, Раушская наб 1682/4 Ти ВНИИПИ Госудпо делам иПодписиСР Дакаэ лиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4 Составитель Н. Кекишева едактор С. Титова Техред Л,Пекарь Корректор М, Шар