Результат интеллектуальной деятельности: СЕПАРАТОР-ПРОБКОУЛОВИТЕЛЬ И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ

Изобретение относится к области очистки газа от жидкости и механических примесей и может быть использовано при разработке устройств для улавливания жидкостных пробок на участках трубопроводов в газовой, нефтяной, химической отраслях промышленности и энергетике.

Среди газовых сепараторов известна группа сепараторов (патент РФ №58379 на полезную модель, МПК B01D 45/02, B01D 45/16, 2006; патент РФ №59436 на полезную модель, МПК B01D 45/12, 2006; патент РФ№2299756 на изобретение, МПК B01D 45/12, 2007; патент РФ №2304455 на изобретение, МПК B01D 45/12, 2007), содержащих вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор, вертикальный сепарационный пакет, состоящий из вертикальных плоских изогнутых сепарационных пластин, которые в зоне нахлестки образуют щелевые каналы, верхний и нижний осевые диски, расположенные в нижней части сепарационного пакета, соединенные посредством радиальных пластин.

Недостатком указанных устройств является унос отсепарированной жидкости с верхнего осевого диска восходящим вихревым потоком отсепарированного газа, что снижает эффективность сепарации.

Известен сепаратор газовый вихревого типа, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днища, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор с отражательной пластиной, сепарационный пакет, состоящий из плоских изогнутых сепарационных пластин, антизавихритель, содержащий нижний осевой диск и верхний осевой диск, соединенные между собой пластинами антизавихрителя, ложное днище, при этом пластины антизавихрителя выполнены перфорированными и изогнутыми по направлению движения вихревого потока вокруг сепарационного пакета. (Патент РФ №2454266 МПК B01D 45/12).

Техническим результатом, обеспечиваемым каждым изобретением из указанной группы, является увеличение скорости отвода жидкости с поверхности осевых дисков, что повышает эффективность разделения газожидкостного потока в сепараторе.

Недостатками является недостаточно эффективное разделение газожидкостного потока на газ и жидкость.

Задачей предложенного технического решения является устранение указанных недостатков, а также создание устройства и способа сепарации, применение которых позволит уменьшить содержание жидкости и посторонних частиц в очищаемом газе.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный сепаратор-пробкоуловитель согласно изобретению содержит, как минимум, горизонтально ориентированную емкость с входным и выходным патрубками для сбора жидкости, причем внутри упомянутой емкости установлено устройство для сбора и удаления песка и механических примесей, состоящее, как минимум, из двух, предпочтительно более, устройств вихревого типа, соединенных между собой системой трубопроводов, при этом в верхней части корпуса емкости установлен, как минимум, один вертикальный циклонный скруббер, содержащий, как минимум, вертикально ориентированный цилиндрический корпус, полость которого соединена с полостью упомянутой емкости, с входным патрубком для подачи газожидкостного потока и выходным патрубком для отвода очищенного газа, причем входной патрубок расположен таким образом, что его ось перпендикулярна продольной вертикальной оси скруббера, а ось выходного патрубка параллельна продольной вертикальной оси скруббера и предпочтительно совпадает с ней, причем проекция линии, ограничивающей внутренний канал входного патрубка, проецируется на проекцию выходного канала при их проецировании на вертикальную плоскость, проходящую через вертикальную продольную ось скруббера параллельно плоскости входного сечения входного патрубка, при этом выходное сечение входного патрубка соединено с входной частью устройства для придания потоку вращательного движения, выполненным в виде спиральной поверхности, установленной между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью выходного патрубка, причем на входной части выходного патрубка размещено, как минимум, два конических пояска, обращенных основанием вниз, при этом в нижней части вертикально ориентированного корпуса скруббера размещено устройство для исключения вращения потока, выполненное в виде пространственной конструкции из нескольких ребер, с выборкой в центральной части, соединенных между собой в центральной части и взаимодействующих при этом с внутренней поверхностью упомянутого вертикального корпуса своими свободными концами, причем на верхних гранях указанных ребер при помощи полого цилиндра установлено устройство для исключения уноса жидкости с потоком очищенного газа, представляющее собой конус, обращенный основанием к упомянутым ребрам.

В варианте исполнения с двумя скрубберами корпусы скрубберов на горизонтальной емкости установлены таким образом, что входные патрубки для подачи газожидкостного потока размещены друг напротив друга так, что между ними расположены корпусы скрубберов, при этом упомянутые корпуса скреплены между собой в районе расположения входных патрубков.

Такое решение позволяет значительно уменьшить усилие на корпус от залпового газожидкостного потока, прикладываемое к консольно закрепленному корпусу в месте расположения входного патрубка. В этом случае газожидкостный поток разделяется на два потока, которые подаются навстречу друг другу, каждый в свой скруббер. За счет того, что корпусы скрубберов скреплены между собой в районе ввода, происходит взаимное уравновешивание действие сил, возникающих при воздействии каждого потока на корпус.

В варианте исполнения на вертикальном корпусе скруббера, диаметрально противоположно основному входному патрубку подачи газожидкостного потока в скруббер, установлен дополнительный патрубок.

В варианте исполнения на вертикальном корпусе скруббера, диаметрально противоположно основному входному патрубку подачи газожидкостного потока в скруббер, установлен дополнительный патрубок, при этом оси основного и дополнительного патрубков располагаются параллельно продольной оси емкости для сбора жидкости.

В варианте исполнения на вертикальном корпусе скруббера, диаметрально противоположно основному входному патрубку подачи газожидкостного потока в скруббер, установлен дополнительный патрубок, при этом оси основного и дополнительного патрубков располагаются перпендикулярно продольной оси емкости для сбора жидкости.

В варианте исполнения диаметр d основания конуса, обращенного основанием вниз, выполнен в соотношении d=(0,6…0,8)D, где: d - диаметр основания конуса, D - внутренний диаметр корпуса скруббера в плоскости, перпендикулярной вертикальной оси скруббера и лежащей в основании упомянутого конуса.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении снижается эффективность защиты потока газа от образующихся брызг отсепарированной жидкости.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит перекрытие проходного сечения скруббера, что приводит к ухудшению эффективности процесса сепарации.

В варианте исполнения высота h конуса, обращенного основанием вниз, выполнена в соотношении h=(0,4…0,75)d, где: h - высота конуса, d - диаметр основания конуса.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении снижается эффективность защиты потока газа от образующихся брызг отсепарированной жидкости.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит ухудшение массово-габаритных характеристик скруббера.

В варианте исполнения ребра конструкции для исключения вращения потока выполнены с прямоугольной выборкой, при этом полость, образованная указанными выборками, соединяется с трубопроводами пропарки внутренней полости скруббера.

В варианте исполнения высота ребра конструкции для исключения вращения потока выполнена в соотношении h₁=(0,6…0,8)D₁, где: h₁ - высота ребра, D₁ - внутренний диаметр корпуса скруббера в плоскости, перпендикулярной вертикальной оси скруббера и лежащей в основании упомянутого ребра.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении снижается эффективность работы устройства для исключения вращения потока жидкости, особенно в центральной ее части.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит ухудшение массово-габаритных характеристик скруббера с одновременным увеличением гидравлического сопротивления.

В варианте исполнения диаметр конического пояска на входной части выходного патрубка составляет d₁=(0,5…0,75)D, где: d_r - диаметр конического пояска, D - внутренний диаметр корпуса скруббера в плоскости, перпендикулярной вертикальной оси скруббера и лежащей в основании упомянутого конического пояска.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении снижается эффективность защиты потока газа от образующихся брызг отсепарированной жидкости.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит перекрытие проходного сечения скруббера, что приводит к ухудшению эффективности процесса сепарации.

Для использования предложенного сепаратора предложен способ применения сепаратора-пробкоуловителя, заключающийся в подаче газожидкостного потока в скруббер с его последующим разделением на газ, жидкость и посторонние примеси, при применении которого согласно изобретению газожидкостный поток подают во входной патрубок, расположенный на корпусе скруббера, после чего придают потоку вращательное движение путем подачи его на спиральную поверхность, расположенную между внутренней поверхностью корпуса и выходным патрубком, далее направляют вращающийся газожидкостный поток на стенки корпуса скруббера, получая при этом за счет разности плотностей и действия центробежных сил и сил тяжести отделение жидкости от газа, обеспечивая при этом перемещение отсепарированной жидкости вниз по стенкам корпуса, перемещение выделенного газа через выходной патрубок вверх, при этом для исключения попадания жидкости, стекающей по стенкам корпуса скруббера, так и находящейся в центре вращающегося потока, внутрь выходного патрубка применяют конические пояски, которые устанавливают на внешней поверхности корпуса выходного патрубка во входной его части и при помощи которых отводят жидкость от входной части, после чего вращающийся поток направляют вниз, к емкости для сбора жидкости, обеспечивая в процессе его перемещения от входного патрубка к нижней части корпуса скруббера отделение жидкости от газа, после чего для исключения уноса жидкости с потоком очищенного газа производят замедление газожидкостного потока путем его расширения по границам основания конуса, который устанавливают в нижней части корпуса, при этом исключают попадание жидкости и брызг во входную часть выходного патрубка при помощи упомянутого конуса и конических поясков, установленных на внешней поверхности корпуса выходного патрубка, затем в нижней части корпуса скруббера поток направляют на ребра устройства для исключения вращения потока, которые располагают в нижней части корпуса, предпочтительно ниже упомянутого конуса, преимущественно на внутренней стенке корпуса параллельно вертикальной оси корпуса, затем поток жидкости, имеющий осевую составляющую скорости, направляют в емкость для сбора жидкости, где производят ее накопление, выделение из жидкости песка и механических примесей путем их осаждения под действием сил тяжести и последующее периодическое удаление собранной жидкости и указанных посторонних частиц.

В варианте применения способа поток газожидкостной смеси перед подачей во внутреннюю полость скрубберов разделяют, как минимум, на две части и затем направляют во внутреннюю полость указанных скрубберов навстречу друг другу, для чего корпусы скрубберов на горизонтальной емкости устанавливают таким образом, что входные патрубки для подачи газожидкостного потока размещаются друг напротив друга так, что между ними располагаются корпусы скрубберов, при этом упомянутые корпуса скрепляют между собой предпочтительно в районе расположения входных патрубков.

В варианте применения способа поток газожидкостной смеси перед подачей во внутреннюю полость каждого скруббера разделяют, как минимум, на две части и затем направляют во внутреннюю полость указанного скруббера навстречу друг другу, для чего на вертикальном корпусе скруббера, диаметрально противоположно основному входному патрубку подачи газожидкостного потока в скруббер, устанавливают дополнительный патрубок.

В варианте применения способа поток газожидкостной смеси перед подачей во внутреннюю полость каждого скруббера разделяют, как минимум, на две части и затем направляют во внутреннюю полость указанного скруббера навстречу друг другу, для чего на вертикальном корпусе скруббера, диаметрально противоположно основному входному патрубку подачи газожидкостного потока в скруббер, устанавливают дополнительный патрубок, при этом оси основного и дополнительного патрубков располагают параллельно продольной оси емкости для сбора жидкости.

В варианте применения способа поток газожидкостной смеси перед подачей во внутреннюю полость каждого скруббер разделяют, как минимум, на две части и затем направляют во внутреннюю полость указанного скруббера навстречу друг другу, для чего на вертикальном корпусе скруббера, диаметрально противоположно основному входному патрубку подачи газожидкостного потока в скруббер, устанавливают дополнительный патрубок, при этом оси основного и дополнительного патрубков располагают перпендикулярно продольной оси емкости для сбора жидкости.

В варианте применения способа диаметр d основания конуса, обращенного основанием вниз, выполняют в соотношении d=(0,6…0,8)D, где: d - диаметр основания конуса, D - внутренний диаметр корпуса скруббера в плоскости, перпендикулярной вертикальной оси скруббера и лежащей в основании упомянутого конуса.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении снижается эффективность защиты потока газа от образующихся брызг отсепарированной жидкости.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит перекрытие проходного сечения скруббера, что приводит к ухудшению эффективности процесса сепарации.

В варианте применения способа высоту h конуса, обращенного основанием вниз, выполняют в соотношении h=(0,4…0,75)d, где: h - высота конуса, d - диаметр основания конуса.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении снижается эффективность защиты потока газа от образующихся брызг отсепарированной жидкости.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит ухудшение массово-габаритных характеристик скруббера.

В варианте применения способа ребра конструкции для исключения вращения потока выполняют с прямоугольной выборкой, при этом полость, образованную указанными выборками, соединяют с трубопроводами подачи пара для пропарки внутренней полости скруббера.

В варианте применения способа высоту ребра конструкции для исключения вращения потока выполняют в соотношении h₁=(0,6…0,8)D₁, где: h₁ - высота ребра, D₁ - внутренний диаметр корпуса скруббера в плоскости, перпендикулярной вертикальной оси скруббера и лежащей в основании упомянутого ребра.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении снижается эффективность работы устройства для исключения вращения потока жидкости, особенно в центральной ее части.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит ухудшение массово-габаритных характеристик скруббера с одновременным увеличением гидравлического сопротивления.

В варианте применения способа диаметр конического пояска на входной части выходного патрубка выполняют в соотношении d₁=(0,5…0,75)D, где: d₁ - диаметр конического пояска, D - внутренний диаметр корпуса скруббера в плоскости, перпендикулярной вертикальной оси скруббера и лежащей в основании упомянутого конического пояска.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении снижается эффективность защиты потока газа от образующихся брызг отсепарированной жидкости.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит перекрытие проходного сечения скруббера, что приводит к ухудшению эффективности процесса сепарации.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез сепаратора-пробкоуловителя, на фиг.2 - продольный разрез скруббера, на фиг.3 - вид сепаратора-пробкоуловителя слева.

Сепаратор-пробкоуловитель содержит горизонтально ориентированную емкость 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками для сбора жидкости. Внутри емкости 1 установлено устройство 4 для сбора и удаления песка и механических примесей, состоящее из устройств 5 и 6. В верхней части корпуса емкости 1 установлено, как минимум, два вертикальных циклонных скруббера 7 и 8, при этом каждый из них содержит вертикально ориентированный цилиндрический корпус 9. Полость корпуса 9 соединена с полостью емкости 1. Скруббер содержит входной патрубок 10 для подачи газожидкостного потока и выходной патрубок 11 для отвода очищенного газа. Входной патрубок 10 расположен таким образом, что его ось перпендикулярна или практически перпендикулярна продольной вертикальной оси скруббера 7, а ось выходного патрубка 11 параллельна или практически параллельна продольной вертикальной оси скруббера, и, предпочтительно, совпадает с ней. Выходное сечение входного патрубка 10 соединено с входной частью устройства 12 для придания потоку вращательного движения, выполненным в виде спиральной поверхности, установленной между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью выходного патрубка без зазоров. На входной части выходного патрубка 11 размещено, как минимум, два конических пояска 13, обращенных основанием вниз. В нижней части вертикально ориентированного корпуса 9 скруббера размещено устройство 14 для исключения вращения потока, выполненное преимущественно в виде пространственной конструкции из нескольких ребер. На верхних гранях указанных ребер устройства 14 предпочтительно при помощи полого цилиндра 15 установлено устройство, представляющее собой конус 16, предпочтительно полый, обращенный основанием к упомянутым ребрам 14.

Ребра конструкции для исключения вращения потока выполнены с прямоугольной выборкой, при этом полость, образованная указанными выборками, соединяется с трубопроводами пропарки внутренней полости скруббера 17.

В варианте исполнения корпусы скрубберов 7 и 8 на горизонтальной емкости 1 установлены таким образом, что входные патрубки для подачи газожидкостного потока размещены друг напротив друга так, что между ними расположены корпусы скрубберов.

Способ применения и работа предложенного сепаратора-пробкоуловителя заключается в следующем.

Газожидкостный поток подают во входные патрубки 10, расположенные на корпусе каждого скруббера 7 и 8, после чего придают потоку вращательное движение предпочтительно путем подачи его на спиральную поверхность устройства 12, расположенную между внутри каждого корпуса. Далее направляют вращающийся газожидкостный поток на стенки корпуса скруббера и корпус выходного патрубка 11, получая при этом за счет разности плотностей действия центробежных сил и сил тяжести, отделение жидкости от газа, обеспечивая при этом перемещение отсепарированной жидкости вниз по стенкам корпуса каждого скруббера 7 и 8 и к выходному патрубку 11, а перемещение выделенного газа через выходной патрубок 11 вверх. Для исключения попадания жидкости, находящейся в центре вращающегося газожидкостного потока, внутрь выходного патрубка 11 применяют конические пояски 13, которые устанавливают на внешней поверхности корпуса выходного патрубка 11 во входной его части и при помощи которых отводят жидкость от входной части. Далее вращающийся поток направляют вниз по стенкам корпуса каждого скруббера, к емкости 1 для сбора жидкости, обеспечивая в процессе его перемещения от входного патрубка 10 к нижней части корпуса каждого скруббера 7 и 8 скруббера дальнейшее отделение жидкости от газа. Затем поток направляют к ребрам устройства 14 для исключения вращения потока, которые располагаются в нижней части корпуса каждого скруббера.

Для исключения уноса жидкости с потоком очищенного газа производят замедление газожидкостного потока путем его расширения по границам основания конуса 16, при этом исключают попадание жидкости и брызг во входную часть выходного патрубка 11 при помощи упомянутого конуса 16 и конических поясков 13, установленных на внешней поверхности корпуса выходного патрубка 11. На завершающей стадии очистки поток жидкости, имеющий преимущественно осевую составляющую скорости, направляют в емкость 1 для сбора жидкости, где производят ее накопление, выделение из жидкости песка и механических примесей путем их осаждения под действием сил тяжести и последующее периодическое удаление собранной жидкости и указанных посторонних частиц при помощи устройств 5 и 6.

В варианте применения способа поток газожидкостной смеси перед подачей во внутреннюю полость скрубберов 7 и 8 разделяют, как минимум, на две части и затем направляют во внутреннюю полость указанных скрубберов 7 и 8 навстречу друг другу, для чего корпусы скрубберов 7 и 8 на горизонтальной емкости 1 устанавливают таким образом, что входные патрубки 10 для подачи газожидкостного потока каждого скруббера размещаются друг напротив друга так, что между ними располагаются корпусы скрубберов.

Такое решение позволяет значительно уменьшить усилие на корпуса от газожидкостного потока каждого скруббера 7 и 8, прикладываемое к консольно закрепленному корпусу в месте расположения каждого входного патрубка 10. В этом случае газожидкостный поток разделяется на два потока, которые подаются навстречу друг другу, каждый в свой скруббер. За счет того, что корпусы скрубберов 7 и 8 скреплены между собой в районе ввода при помощи конструктивных элементов 15, происходит взаимное уравновешивание действие сил, возникающих при воздействии каждого потока на корпус.

Применение предложенного технического решения позволит создать устройство и способ сепарации, применение которых позволит уменьшить содержание жидкости и посторонних частиц в очищаемом газе и сохранить эффективность сепарации при залповом поступлении жидкой фазы.