DE2107908A1 - Abscheider und Verfahren zum Ab scheiden von Flüssigkeit aus einem Gas Flussigkeits Gemisch - Google Patents

Description

DIPL.-ING. A. GRÜNECKER ^r-*> M(K!CHnN22

Maxinrnlicr-strsßa 43 DR.-ING. H. KlNKELDEY Telefone CO/29 67«

DR.-ING. W. STOCKIv'AIR, Ae. E. (..«iif mir of- tlchmj · Telegramme Monopol München

PATENTANWÄLTE Telex 05-23380

P 3788 - Be 18. Februar 1971

FQRTA-TEST MANUFACTURING LiDD.

6725 - iO4 Street, Edmonton, Alberta, Kanada W

Abscheider und Verfahren zum Abscheiden von Flüssigkeit aus einem Gas-Flüssigkeits-Gemisch

Die Erfindung bezieht sich auf einen Abscheider und auf ein Verfahren zum Abscheiden von Flüssigkeit aus einem Gas-Flüssigkeits-Gemisch.

Ein Abscheider der genannten Art lab erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen Mantel mib einem Einlaß und einem Auslaß, durch eine Anzahl l/irbelfohre, welche jeweils einen Einlaß und einen Auelaß haban iuid lait ihren Längsachsen im wesentlichen parallel ssur L-in^üa^htst do*j llu^bels ;u diafifui an-

geordnet sind, so daß der Einlaß und der Auslaß jedes Wirbelrohres mit dem Einlaß bzw. dem Auslaß des Mantels strömungsverbunden ist, durch eine Flüssigkeits-Abscheidekammer innerhalb des Mantels, durch eine mit der Kammer strömungsverbundene Flüssigkeits-Sammeleinrichtung, wobei jedes Wirbelrohr zwei in Längsrichtung mit gegenseitigem Abstand derart befestigte Rohrabschnitte aufweist, daß nahe dem Auslaß des Rohres ein axialer Spalt gebildet ist, über welchen das Innere des Wirbelrohres mit der Kammer strömungsverbunden ist, durch im oder nahe dem Einlaßteil jedes Wirbelrohres angeordnete Einrichtungen zum Verändern der Strömungsrichtung des in das Wirbelrohr strömenden Gemisches zu einer schraubenförmigen Bewegung entlang der Innenfläche des Wirbelrohres und durch eine S br Ömungs verbindung zwischen dem Innenraum der Kammer und dem Innenraum jedes Wirbelrohres.

Ferner betrifft die Erfindung einen Abscheider zur Rückgewinnung von in einem Gas mitgeführter Flüssigkeit, das durch eine Rohrleitung strömt, welcher gekennzeichnet ist durch einen in die Rohrleitung einsetzbaren Mantel, durch in gegenseitigem Abstand innerhalb des Mantels quer zu seiner Längsachse angeordnete erste und zweite, von öffnungen durchsetzte Platten, welche jeweils nahe dem Einlaß und dem Auslaß des Mantels abdichtend an der Wandung des Mantels anliegen, durch eine Anzahl sich zwischen den beiden Platten erstreckender, in den die Platten durchsetzenden Öffnungen gehaltener Wirbelrohre, durch sjine diu"jh den Mantel, and die Platten begrenzte fiehwerkraftibrfcneLdekaEüaer, dur.:h ölne mit der iV.hwerkraft-Abscheidekammer rir.as der erafcsri Pi.-ri.ti» U x^lömimßf> verbunden« Flussisrkaits-Saniinel- <mn-x·, ,'/QboL jede-:; ./L'adlrohr uxnt-it. länglichen W.irbelrohrkör- i'V- ^!">n .im !amtlichen kr ei ;;i" >cmL -., Querschnitt wi

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welcher zwei zur Bildung eines axialen Spaltes nahe dem Auslaß des Rohres in Längsrichtung mit gegenseitigem Abstand befestigte Rohrabschnitte aufweist, so daß der axiale Spalt eine Strömungsverbindung zwischen dem Innenraum des Wirbelrohres und der Schwerkraft-Abscheidekammer herstellt, und durch jeweils einen innerhalb eines Wirbelrohres nahe dessen Einlaß angeordneten Drallkörper, welcher zusammen mit der Wandung des Wirbelrohres einen ringförmigen Durchlaß zum Hauptteil von dessen Innenraum bildet und welcher einen die Schwerkraft-Abscheidekammer an einem Punkt nahe der Längsachse des Wirbelrohres mit dem Hauptteil des Innenraums des Wirbelrohres Strömungsverbindenden Durchlaß sowie in den ringförmigen Durchlaß ragende Leitschaufeln aufweist, mittels deren dem in das Wirbelrohr eintretenden Gas-Flüssigkeits-Gemisch ein Drall für das Abscheiden unter Zentrifugalwirkung erteilbar ist.

Weiterhin schafft die Erfindung einen Abscheider zur Rückgewinnung von in einem Gas-Flüssigkeits-Gemisch mitgeführter Flüssigkeit, der gekennzeichnet ist durch einen Mantel, durch eine Schwerkraft-Abscheidekammer innerhalb des Mantels, durch eine Anzahl die Kammer in Längsrichtung des Mantels durchsetzender Wirbelrohre, welche jeweils einen axialen Spalt zur Strömungsverbindung zwischen dem Wirbelrohr und der Kammer aufweisen, durch Einrichtungen am oder nahe dem Einlaß jedes Wirbelrohres mittels welcher dem Gemisch bei seiner Strömung durch das Rohr eine Schraubenbewegung erteilbar ist, und durch eine Strömungsverbindung jeweils zwischen dem Innenraum der Kammer und einer Niederdruckzone im Innenraum eines Wirbelrohres.

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Bei einem Verfahren zum Abscheiden kleiner Mengen von in einem Gas mitgeführter Flüssigkeit, das unter Druck eine Rohrleitung durchströmt, ist nach einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgesehen, daß man die Strömung in eine Anzahl Teilströmungen unterteilt, daß man aus den einzelnen Teilströmungen jeweils einen rotierenden Gaskörper in einem abgesehlossenen, im wesentlichen zylindrischen Raum "bildet, welcher an · einem Ende einen axialen Auslaß und in geringem Abstand von dem axialen Auslaß einen entlang dem Umfang verlaufenden Spalt aufweist, wodurch eine Trennung der Flüssigkeit von dem Gas unter Zentrifugalwirkung und eine Ansammlung im wesentlichen der gesamten Flüssigkeit im äußeren Bereich des zylindrischen Raumes eintritt und die Hauptmenge des Gases im mittleren Teil des Raumes einen Wirbel bildet, daß man die angesammelte Flüssigkeit und einen Teil des Gases durch die Spalte hindurch in einen gemeinsamen, abgeschlossenen Raum saugt, der mittels Strömungsverbindung mit Niederdruckzonen in den zylindrischen Räumen unter einem verringerten Druck gehalten ist, daß man die Flüssigkeit und das Gas mit verringerter Strömungsgeschwindigkeit entlang eines Strömungsweges innerhalb des gemeinsamen Raumes leitet, um die Abscheidung der Flüssigkeit von dem Gas unter Einwirkung der Schwerkraft zu bewirken, daß man die abgeschiedene Flüssigkeit sammelt und daß man das Gas aus dem gemeinsamen Raum zurück in die zylindrischen Räume entweichen läßt.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In dieser zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abscheiders,

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Fig. 2 eine teilweise weggebrochene Schrägansicht eines Wirbelrohres des Abscheiders nach Fig. 1₁

Fig. 5 eine Vorderansicht einer Halteplatte und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform des Abscheiders.

In der Zeichnung sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Man erkennt darin einen in eine Leitung einsetzbaren Abscheider 1 mit einem Mantel 2, welcher an den Endkappen 3 init Yerbindungsflanschen versehen ist. Im Mantel 2 ist eine erste und eine zweite, von öffnungen durchsetzte Platte 4 bzw. 5 angeordnet. An den Platten 4-, 5 sind Wirbelrohre 6 mit ihren Enden befestigt. Jedes der Wirbelrohre 6 enthält einen Rohrkörper 7 mit einem ersten und einem zweiten Rohrabschnitt 8 bzw. 9· Die Rohrabschnitte 8 und 9 weisen in Längsrichtung einen Abstand auf, so daß nahe dem Auslaßende des Rohrkörpers 7 ein über den Umfang verlaufender Spalt 10 gebildet ist. Am Einlaßende des ersten Rohrabschnittes 8 ist ein Drallkörper 11 mit einer Nabe 12, radialen Leitschaufeln 13 und einem Querrohr 14 befestigt. An der Unterseite des Mantels 2 ist eine Flüssigkeits-Samme!kammer 15 angesetzt.

Die Einzelteile des Abscheiders weisen im einzelnen folgenden Aufbau auf. Der Mantel 2 ist aus einem Stahlrohr 16 gebildet, an welchem mit Anschlußflanschen versehene Endkappen 3 angeschweißt sind. Der Mantel 2 wird direkt in eine einen Gasstrom führende Rohrleitung eingesetzt; er bildet dann einen Teil derselben. Der Abscheider wird daher als "Leitungsabscheider" bezeichnet.

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Nahe dem Einlaß 19 und dem Auslaß 20 sind im Mantel 2 quer zu dessen Achse zwei gleiche Platten 4, 5 angeordnet. Die Platten 4, 5 sind jeweils von einer Anzahl öffnungen 17 niit gegenseitigem Abstand durchsetzt. Die Anzahl der Öffnungen 17 entspricht der der Wirbelrohre 6. Jeweils ein Ende der Wirbelrohre 6 ist in einer der öffnungen I7 gehalten.

Die Platten 4, 5 sind entlang ihren Rändern mit der Wandung des Bohres 16 verschweißt, so daß eine dichte Verbindung gebildet ist und damit seitliche Abschlüsse für eine Schwerkraft-Abscheidekammer 17a geschaffen sind.

Die beiden Rohrabschnitte 8, 9 weisen kreisförmigen Querschnitt auf und sind koaxial zueinander ausgerichtet. Zur Bildung des Spaltes 10 sind die Rohrabschnitte 8, 9 durch Stäbe 18 in bestimmtem Längsabstand zueinander gehalten.

Die entsprechenden Endstücke der Wirbelrohre 6 sind abdichtend an den Platten 4 bzw. 5 verschweißt. Der Innenraum der einzelnen Virbelrobre 7 ist in Strömungsverbindung mit dem Einlaß 19 und dem Auslaß 20 des Mantels 2, so daß ein Strömungsweg durch diesen gebildet ist.

Der Drallkörper 11 ist jeweils am Einlaßende der ersten Rohrabschnitte 8 eingeschweißt. Er enthält eine Nabe 12 von gestreckter, an einem Ende konvergierender Form und kreisförmigem Querschnitt. Die Nabe 12 ist in der Mitte des Rohrabschnitts 8 angeordnet, so daß zwischen ihr und dem Rohrabschnitt ein ringförmiger Durchlaß gebildet ist.

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Die Nabe 12 ist von einer Längsbohrung 24 durchsetzt, die an ihrem vorderen Ende mit der Bohrung 22 des Querrohres 14 strömungsverbunden ist. Das Querrohr 14 ist mit seinen Enden an der Wandung des Rohrabschnittes 8 verschweißt, so daß seine Bohrung 22 mit einer öffnung 23 in der Wandung strömungsverbunden ist. Die Längsachse der Nabe 12 ,und der Bohrung fällt mit der Längsachse des Rohrabschnittes 8 zusammen;

Die an der Nabe 12 befestigten radialen Leitschaufeln ragen in den ringförmigen Durchlaß 21 und sind so gekrümmt, daß sie die Strömungsrichtung in bezug auf die Achse der Rohrleitung um etwa 45° ablenken. Dadurch erteilen die Leitschaufeln 13 dem in das Wirbelrohr 7 eintretenden Gas-Flüssigkeits Gemisch einen Drall.

Der Drallkörper 11 bewirkfeine Beschleunigung der in das Wirbelrohr 7 eintretenden Strömung und gleichzeitig eine Änderung von deren Bewegungsrichtung, so daß sie nun in einer Schraubenbewegung entlang der Innenfläche des Wirbelrohres 7 verläuft. Außerdem stellt der Drallkörper 11 eine Verbindung der Schwerkraft-Abscheidekammer 17a mit einer Zentrifugal-Abscheidezone 25 her. Somit bildet die Nabe 12 samt den dazugehörigen Leit schaufeln I3 am Einlaßende des Wirbelrohres 7 eine Einrichtung, weiche der das Wirbelrohr eintretenden Strömung einen Drall erteilt. Außerdem enthält der Drallkörper 11 eine Strömungsverbindung zwischen der Kammer 1?a und dem Innenraum des Wirbelrohres 7·

Die an der Unterseite des Rohres 16 angeschweißte Flüssigkeits-Sammelkammer 15 ist über eine öffnung 26 in der Wandung des Rohres 16 mit der Schwerkraft-Abscheidekammer 17a

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strömungsverbunden. Die Kammer I5 ist nahe der Platte 4- angeordnet, damit der Strömungsweg des vom Spalt 10 zu den öffnungen 23 zurückströmenden Gas-Flüssigkeits-Gemisches möglichst lang ist. Diese Anordnung der Kammer I5 erbringt eine größtmögliche Schwerkraft-Abscheidung.

Die Kammer I5 hat einen mit einem Plansch versehenen Auslaß 27· Durch diesen kann ein (nicht dargestellter) Schwimmer für die Betätigung eines (nicht gezeichneten) Ablaßventiles an einem Auslaß 28 der Kammer I5 eingesetzt werden. In der Wandung der Kammer I5 sind in gegenseitigem Abstand öffnungen 29 zum Anbringen eines (nicht dargestellten) Schauglases vorgesehen.

Wie vorstehend beschrieben, ist die Kammer 17a ein vom Mantel 2, den beiden Endplatten 4" und 5 und den Wirbelrohren 7 begrenzter geschlossener Baum. Abgesehen von den Spalten 10 und den öffnungen 23 ist der Raum abgedichtet.

Die in Fig. 4- dargestellte Ausführungsform gleicht im wesentlichen der ersten Ausführung und enthält zusätzlich eine Prallanordnung an der Zustromseite der Platte 4, mit einer Sammelkammer 30. Die Kammer 30 hat einen Auslaß 3I und ist an der Unterseite des Mantels 2 befestigt. An der stromabwärts gelegenen Kante der Einmündung 33 der Kammer 30 ist ein unteres Prallblech 32 befestigt. Das Prallblech 32 erstreckt sich von der unteren Wandung des Mantels 2 im Winkel von etwa 45° aufwärts. Von der oberen Wandung des Mantels 2 ragt, ebenfalls im Winkel von¹ 4-5 , ein oberes Prallblech 34· nach unten. Zwischen den

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Prallblechen 32 und 34- "besteht ein Durchlaß 35» zwischen dem Prallblech 34 und der unteren Wandung des Mantels 2 ein Durchlaß 36. Die Durchlässe 35* 36 haben jeweils etwa die gleiche Querschnittsflache wie der Einlaß 19, so daß eine Stauwirkung vermieden ist.

Im Betrieb fällt Flüssigkeit, die sich entlang der unteren Wandung der Einlaßseite des Mantels 2 bewegt, in die Kammer 30 und fließt durch den Auslaß 31 ab. Die Prallbleche 32,34-bewirken eine Richtungsänderung des durch den Einlaß 19 eintretenden Gasstromes. Dadurch wird ein Teil der mitgeführten Flüssigkeit an der unteren Fläche des Prallblechs 32 zurückgehalten.

Einige der vorstehend beschriebenen Teile können durch mechanisch äquivalente Teile ersetzt sein. Beispielsweise können anstatt der Leitschaufeln 13 tangential e Einlasse vorgesehen sein, und an die Stelle der Kammer 15 kann ein Ablaßrohr treten. Wenngleich ferner der beschriebene Abscheider vorzugsweise aus Stahl gefertigt ist und geschweißte Verbindungen aufweist, so können andere Werkstoffe und Verbindungsarten angewendet werden.

Im Betrieb der Vorrichtung strömt ein Gas-Flüssigkeits-Gemlsch in den Einlaß 19 und weiter in die Wirbelrohre 7. Beim Eintritt des Gemisches in den ringförmigen Durchlaß 21 zwischen der jeweiligen Nabe 12 und der Wandung des Rohrabschnittes 8 wird die Strömung beschleunigt. Gleichzeitig lenken die Leitschaufeln 13 ctie Strömung in eine Schraubenbahn um die Längsachse des Wirbelrohres 7

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Bei dieser Wirbelung wird die Flüssigkeit durch Zentrifugalwirkung aus dem Gas abgeschieden und sammelt sich an der. Innenwandung des Rohrabschnittes 8. Der in Längsrichtung strömende, durchwirbelte Gasstrom nimmt die Flüssigkeit entlang der Wandung mit zum Umfangsspalt 10.

Am Spalt 10 besteht ein Unterdruck, der die Flüssigkeit und einen kleinen Teil des Gases aus dem Wirbelrohr 7 in die Schwer kraft-Abscheidekammer 17a saugt, während die Hauptmenge des Gases ihren Weg in der Haupt Strömungsrichtung fortsetzt. Der Unterdruck an den Spalten 10 entsteht durch die mittels der Bohrungen 22, 24 bewirkte Strömungsverbindung der Schwerkraft-Abscheidekammer 17a mit einer Niederdruckzone entlang der Längsachse des im Wirbelrohr 7 rotierenden Gaskörpers.

Der größte !Teil der aus den Spalten 10 austretenden Flüssigkeit trennt sich im Laufe der langsamen Bewegung von den Spalten 10 zu den öffnungen 23 unter Schwerkrafteinfluß von dem Gas. Diese Flüssigkeit sammelt sich in der Kammer 15· Möglicherweise in dem über die öffnungen 23 in die Bohrungen 22, 24 strömenden Gas noch mitgeführte Flüssigkeit wird beim Wiedereintritt in die Wirbelrohre 7 erneut durch Zentrifugalwirkung ausgeschieden.

Der beschriebene Abscheider hat zwei wichtige Vorteile. Zunächst einmal sind die Abmessungen eines Seihen- bzw. Leitungs-Zentrifugalabscheiders durch die Abmessungen seiner Wirbelrohre bestimmt. Wie im folgenden noch ausgeführt ist,

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beträgt die Länge eines Wirbelrohres vorzugsweise das Sechsbis Zwanzigfache seines Durchmessers. Ferner ist es allgemein erwünscht, den Druckabfall über den Abscheider möglichst niedrig zu halten.

Wie vorstehend beschrieben; umschließt ein einziger Mantel mehrere Wirbelrohre. Aus dieser Anordnung ergibt sich eine Zentrifugal-Abscheidezone von beträchtlicher Querschnittsfläche und ausreichender Länge. Das bedeutet, daß der Druckabfall über den Abscheider niedrig, gleichwohl aber eine befriedigende Leistung des Abscheiders erzielbar ist. Somit schafft die Erfindung einen kurzen, wirtschaftlichen Reihenbzw. Leitungs-Abscheider dank der Verwendung eines gemeinsamen Mantels mit einer Vielzahl von Wirbelrohren. Der Mantel ist nicht nur ein Gehäuse für ein Bündel von Abscheidern, sondern ein wirksames Teil des Abscheiders, welches mit sämtlichen Wirbelrohren direkt zusammenwirkt.

Der zweite Vorteil besteht darin, daß der Abschei.der seine eigenen Mangel behebt. Im oberen Bereich der Schwerkraft- ^

Abscheidekammer trennt sich die Flüssigkeit nämlich unter ™ Schwerkraftwirkung von den rückwärts fließenden Gas strömen, und ein Teil dieser Flüssigkeit wird durch die weiter unten fließenden Gasströme wieder mitgeführt, erreicht also die Flüssigkeits-Sammelkammer nicht. Diese Flüssigkeit wird jedoch wieder in die unteren Wirbelrohre mitgeführt und an deren Spalten erneut zurückgewonnen, so daß die Flüssigkeit von hier an wiederum durch die Schwerkraft abgeschieden wird und nun in die Sammelkammer gelangt.

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Bei der Ausführung nach Fig. 4 hält die Prallanordnung am Boden der Eohrleitung fließende freie Flüssigkeit zurück und führt sie in die Kammer 30 ab, aus der sie periodisch abgelassen wird. Diese Anordnung verhindert das Überfluten der unteren Wirbelrohre durch die freie Flüssigkeit und deren Weiterfließen in der Eohrleitung. · - . .

Bei dem beschriebenen Abscheider wird die im Gasstrom mitgeführte Flüssigkeit in zwei Stufen abgeschje den, nämlich mittels Zentrifugalwirkung und durch Schwerkraft.

In der Praxis strömt das Gas-Flüssigkeits-Gemisch mit beträchtlicher Geschwindigkeit, beispielsweise 12 bis 15 ni/s, durch die Eohrleitung. Diese Strömung wird in eine Vielzahl Teilströmungen geteilt. Aus Jeder Teilströmung wird in einem getrennten, abgeschlossenen, allgemein zylindrischen Raum ein rotierender Gaskörper gebildet. Der zylindrische Baum hat einen axialen Auslaß an einem Ende und einen in geringem Abstand vom Auslaß in Umfangsrichtung verlaufenden Spalt. Die Trennung von Flüssigkeit und Gas erfolgt in dem zylindrischen Raum durch Zentrifugalwirkung. Im wesentlichen die gesamte Flüssigkeit sammelt sich im äußeren Bereich des Raumes, während der Hauptteil des Gases im mittleren Bereich des Raumes einen Wirbel bildet.

Die angesammelte Flüssigkeit wird zusammen mit einem kleinen Anteil, etwa 10 bis 12 %, des Gases durch die Spaltöffnungen in einen gemeinsamen, abgegrenzten Baum abgesaugt, welcher durch eine Strömungsverbindung mit Niederdruckζonen in den zylindrischen Eäumen auf einen verringerten Druck gehalten ist.

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Die Flüssigkeit mit dem Gasanteil wird mit stark verringerter Geschwindigkeit von etwa 0,9 Ms 1,2 m/s entlang einem den gemeinsamen Raum durchsetzenden Strömungsweg geleitet. Dabei tritt die Trennung von Flüssigkeit und Gas unter Schwerkraftwirkung ein. Die abgeschiedene Flüssigkeit wird am Boden des Raumes gesammelt, während der Gasanteil an einem Punkt mit Unterdruck wieder in die Zentrifugal-Abscheideräume eingeführt wird, beispielsweise an der Längsachse des Gaswirbels in jedem dieser Räume.

Wie vorstehend bereits angeführt, empfiehlt es sich, die Länge eines Wirbelrohres auf das Sechs- bis Zwanzigfache seines Durchmessers zu beschränken. Verläßt die Strömung die Leitschaufeln mit einer Ablenkung von etwa 45°, so beträgt die Steigung der durch den Gasstrom beschriebenen Schraubenlinie in einer Entfernung entsprechend dem achtfachen Durchmesser des Rohres etwa 30° und iri einer Entfernung entsprechend dem zwanzigfachen Durchmesser noch etwa 20°. Das heißt also, daß die Strömung durch das Wirbelrohr dazu neigt, sich zu begradigen. Es wurde festgestellt, daß bei Einhaltung der vorstehenden Begrenzungen in den meisten Fällen eine befriedigende Abscheideleistung erzielbar ist. Eine Vergrößerung der Länge des Abscheiders erbringt nur eine geringe Verbesserung der Abscheideleistung, erhöht jedoch die Kosten für den Abscheider.

Die Größe des Abscheiders ist bedingt durch den bei einem gegebenen Durchsatz auftretenden, noch zulässigen Druckabfall daran. Der Abscheider hat einen spezifischen Strömungswiderstand entsprechend demjenigen der Platte eines Strömungsmes-r sers. Für die Konstruktion eines Abscheiders wurdan Formeln

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und Größenbeziehungen ermittelt. Diese Formeln und Beziehungen dürfen jedoch, nicht als Begrenzungen angesehen werden,da sie ohne ernsthafte Beeinträchtigung der Abscheideleistung geändert werden können. Sie stellen lediglich eine brauchbare Anleitung für die Konstruktion einer wirksamen Ausführung des Abscheiders dar.

In den nun folgenden Formeln und Beziehungen sind zur Bezeichnung der Abmessungen die in den Figuren der Zeichnung enthaltenen Symbole verwendet;

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Darin ist:

Q = Strömungsrate (Durchsatz) in MMCF/Tag,

C = Durchströmungskoeffizient des Abscheiders,

G = Gas&chte (Luft =1),

Z = Kompressibilitätsfaktor des Gases,

T = Temperatur in °Rankine

dp = Druckabfall über den Abscheider in p.s.i. (0,07 at) und

ρ = statischer Druck am Einlaß in p.s.i.a. (0,07 ata).

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(2) C = C¹· N

Darin ist:

C = Durchströmungskoeffizient eines Wirbelrohres und

N = "Anzahl der Wirbelrohre.

(3) C = 130· d²

wobei d = Innendurchmesser eines

Wirbeirohres ist.

Der Innendurchmesser der Wirbelrohre kann in einem weiteren Bereich veränderlich sein. Als Standardgröße sind z. B. Rohre mit Innendurchmessern von rund 5°, 8; 76»2; 101,6 und 152,4 mm vorgesehen. Dabei handelt es sich um Rohre in Standardgrößen bzw. Normalabmessungen, die daher jederzeit verfügbar sind.

Bei einem gegebenen Innendurchmesser d kann man durch Lösung der Gleichungen die Anzahl N der Wirbelrohre bestimmen.

(4) Weitere bevorzugte Bemessungsfestlegungen sind:

h = Nabendurchmesser = 0,67· d

i = Innendurchmesser = 0,33· d der Nabe

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a = Länge des konischen = 1,2* d Teils der Nabe

m = Breite des Schlitzes = 0,03·d

η = Innendurchmesser des = 0,94-· d

Auslaßrohres . · - . .

1 = Länge des Rohres von = 8· ά bis 20'd Leitschaufel·! bis zum Spalt

ν - acht Leitschaufeln,jeweils 0,06·d dick sowie 0,75·d lang und so gekrümmt, daß sie das Gas um etwa 4-5° ablenken.

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel aus der Praxis angeführt. Ein Abscheider entsprechend dem Aufbau nach Fig. wurde aus Stahl hergestellt. Der Abscheider wurde in einer Verarbeitungsanlage für Erdgas eingebaut, um geringe in dem Gas enthaltene Magerölmengen daraus zu entfernen und dadurch die Verunreinigung des Kieselgelbettes eines trockenen Gas-Dehydrators durch das Mager öl zu verhindern. Es herrschten die folgenden Betriebsbedingungen:

Gasdurchsatz: 100 MMFC/Tag bei 57 kp/cm²

und 37,8 ⁰C

Gasdichte: = 0,6

Kompressibilitätsfaktor: = 0,1

Abscheidung von

Mageröl: etwa 40 Gallonen/Tag.

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Der Abscheider hatte folgende Abmessungen:

S = Innendurchmesser des Mantels = 4-09 mm

K = Gesamtlänge des Abscheiders =. 2 210 .mm

X = Innendurchmesser der Flüssig- = 184 mm keits-Sammelkammer

Y = Länge der ITüssigkeits-Sanl·- « 559 mm melkammer

P = Innendurchmesser der Rohr- = 203,2 mm leitung

N = Anzahl der Wirbelrohre = 19

d = Innendurchmesser der Wirbel- = 62,3 mm rohre

h = Außendurchmesser der Nabe = 35»05 mm

i = Innendurchmesser der Nabe = 17»27

a a Länge des konischen Teils - 63»5 mm der Nabe

mm = Breite des Spaltes « 1,52 mm

1- = Eohrlänge zwischen Leit- * 1 320,8 mm schaufeln und Spalt

ν = acht Leitschaufeln_tjeweils 3»17 van dick,
34,9 mm breit, geneigt um 45°.

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Der Abscheider wurde eingebaut. Ep entfernte im Betrieb im wesentlichen das gesamte Mageröl aus dem Gas und bewirkte damit eine erhebliche Verlängerung der Betriebslebensdauer des Dehydrator—Kieselgelbettes. Der Druckabfall über den Abscheider betrug 0,35

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Abscheider zum Abscheiden von Flüssigkeit aus einem Gas-Flüssigkeits-Gemisch, gekennzeichnet durch einen Mantel mit einem Einlaß und einem Auslaß, durch eine Anzahl Wirbelrohre, welche jeweils einen Einlaß und einen Auslaß haben und mit ihren Längsachsen im wesentlichen parallel zur Längsachse des Mantels in diesem angeordnet sind, so daß der Einlaß und der Auslaß jedes Wirbelrohres mit dem Einlaß bzw. dem Auslaß des Mantels strömungsverbunden ist, durch eine Flüssigkeits-Abscheidekammer innerhalb des Mantels, durch eine mit der Kammer strömungsverbundene Flüssigkeits-Sammeleinrichtung, wobei jedes Wirbelrohr zwei in Längsrichtung mit gegenseitigem Abstand derart befestigte Rohrabschnitte aufweist, daß nahe dem Auslaß des Eohres ein axialer Spalt gebildet ist, über welchen das Innere des Wirbelrohres mit der Kammer strömungsverbunden ist, durch im oder nahe dem Einlaßteil jedes Wirbelrohres angeordnete Einrichtungen zum Verändern der Strömungsrichtung des in das Wirbelrohr strömenden Gemisches zu einer schraubenförmigen Bewegung entlang der Innenfläche des Wirbelrohres und durch eine Strömungsverbindung zwischen dem Innenraum der Kammer und dem Innenraum jedes Wirbelrohres.

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•

2. Abscheider zur Rückgewinnung von in einem Gas mitgeführter Flüssigkeit, das durch eine Rohrleitung strömt, gekennzeichnet durch einen in die Rohrleitung einsetzbaren Mantel, durch in gegenseitigem Abstand innerhalb des Mantels quer zu seiner Längsachse angeordnete erste und zweite, von Öffnungen durchsetzte Platten, welche, jeweils nahe dem Einlaß und dem Auslaß.-des Mantels abdichtend an der Wandung des Mantels anliegen, durch eine Anzahl sich zwischen den beiden Platten erstreckender, in den die Platten durchsetzenden Öffnungen gehaltener Wirbelrohre, durch eine durch den Mantel und die Platten begrenzte Schwerkraft-Abscheidekammer, durch eine mit der Schwerkraft-Abscheidekammer nahe der ersten Platte strömungsverbundene Flüssigkeits-Sammelkammer, wobei jedes Wirbelrohr einen lär^lichen Wirbelrohrkörper von im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt enthält, welches zwei zur Bildung eines axialen Spalts nahe dem Auslaß des Rohres in Längsrichtung mit gegenseitigem Abstand befestigte Rohrabschnitte aufweist, so daß der axiale Spalt eine Strömungsverbindung zwischen dem Innenraum des Wirbelrohres und der Schwerkraft-Abscheidekammer herstellt, und durch jeweils einen innerhalb eines Wirbelrohres nahe dessen Einlaß angeordneten Drallkörper, welcher zusammen mit der Wandung des Wirbelrohres einen ringförmigen Durchlaß zum Hauptteil von dessen Innenraum bildet und welcher einen die Schwerkraft-Abscheidekammer an einem Punkt nahe der Längsachse des Wirbelrohres mit dem Hauptteil des Innenraumes des Wirbelrohres Strömungsverbindenden Durchlaß sowie in den ringförmigen Durchlaß ragende Leitschaufeln aufweist, mittels deren dem in das Wirbelrohr eintretenden Gas-Flüssigkeits-Gemisch ein Drall für das Abscheiden unter Zentrifugalwirkung erteilbar ist.

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3. Abscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß an der Zustromseite der Wirbelrohre eine weitere Kammer zum Zurückhalten von am Boden des Mantels mitgeführter freier Flüssigkeit gebildet ist.

4-. Abscheider zur Rückgewinnung von in einem Gas-Flüssigkeits-Gemisch mitgeführter Flüssigkeit, gekennzeichnet durch einen Mantel, durch eine Schwerkraft-Abscheidekammer innerhalb des Mantels, durch eine Anzahl die Kammer in Längsrichtung des Mantels durchsetzender Wirbelrohre, welche jeweils einen axialen Spalt zur Strömungsverbindung zwischen dem Wirbelrohr und der Kammer aufweisen, durch Einrichtungen am oder nahe dem Einlaß jedes Wirbelrohres mittels welcher dem Gemisch bei seiner Strömung durch das Rohr eine Schraubenbewegung erteilbar ist, und durch eine Stromungsverbxndung jeweils zwischen dem Innenraum der Kammer und einer Niederdruckzone im Innenraum eines Wirbelrohres.

5. Abscheider im wesentlichen wie vorstehend anhand der beigegebenen Zeichnung beschrieben.

6. Verfahren zum Abscheiden kleiner Mengen von in einem Gas mitgeführter Flüssigkeit, das unter Druck eine Rohrleitung durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Strömung in eine Anzahl Teilströmungen unterteilt, daß man aus den einzelnen Teilströmungen jeweils einen rotierenden Gaskörper in einem abgeschlossenen,

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im wesentlichen zylindrischen Baum bildet, welcher an einem Ende einen axialen Auslaß und in geringem Abstand von dem axialen Auslaß einen entlang dem Umfang verlaufenden Spalt aufweist, wodurch eine Trennung der Flüssigkeit von dem Gas unter Zentrifugalwirkung und eine Ansammlung im wesentlichen der gesamten Flüssigkeit im äußeren Bereich des zylindrischen Raumes eintritt und die Hauptmenge des Gases im mittleren Teil des Raumes einen Wirbel bildet, daß man die angesammelte Flüssigkeit und einen Teil des Gases durch die Spalte hindurch in einen gemeinsamen, abgeschlossenen Raum saugt, der mittels Strömungsverbindung mit Niederdruckzonen in den zylindrischen Räumen unter einem verringerten Druck gehalten ist, daß man die Flüssigkeit und das Gas mit verringerter Strömungsgeschwindigkeit entlang eines Strömungsweges innerhalb des gemeinsamen Raumes leitet, um die Abscheidung der Flüssigkeit von dem Gas unter Einwirkung der Schwerkraft zu bewirken, daß man die abgeschiedene Flüssigkeit sammelt und daß man das Gas aus dem gemeinsamen Raum zurück in die zylindrischen Räume entweichen läßt.

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