RU2462291C1

RU2462291C1 - Centrifugal separator

Info

Publication number: RU2462291C1
Application number: RU2011104386/05A
Authority: RU
Inventors: Владимир Григорьевич Систер (RU); Владимир Григорьевич Систер; Ольга Анатольевна Елисеева (RU); Ольга Анатольевна Елисеева
Priority date: 2011-02-08
Filing date: 2011-02-08
Publication date: 2012-09-27
Also published as: RU2011104386A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to separation of two-phase gas-fluid mixes and may be used in gas, oil, petrochemical and other industries. Proposed separator comprise vertical cylindrical housing with gas-fluid flow feed tangential branch pipe, gas exhaust tube, disperse phase discharge branch pipe and conical baffle at bottom. Housing top section is provided with feed chamber with its bottom furnished with discharge chute and branch pipe for primary removal of disperse phase. Housing bottom inner surface is furnished with vertical disperse phase trap web. Exhaust tube top section accommodates disperse phase shutoff valve shaped to truncated cone with disperse phase discharge branch pipe. Exhaust tube bottom section accommodates coaxial ring element made up of overlapping vertical plates making nozzle channels and oriented toward incoming gas-fluid flow.

EFFECT: higher efficiency.

3 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям центробежных сепараторов, которые применяются в процессах очистки газа, разделения двухфазных сред, преимущественно газ-жидкость, и может найти применение во многих технологических процессах в газовой, нефтяной, химической и других смежных отраслях промышленности.The invention relates to designs of centrifugal separators, which are used in gas purification processes, separation of two-phase media, mainly gas-liquid, and can find application in many technological processes in gas, oil, chemical and other related industries.

Известен центробежный сепаратор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, тангенциальное устройство подачи очищаемого потока, центральную газоотводящую трубу, патрубок отвода жидкости, отсекающую тарелку с осевым отверстием, расположенную в нижней части корпуса, и отражатель, установленный над осевым отверстием отсекающей тарелки и с зазором по отношению к ней (RU №2147913, МПК В01D 45/12, 27.04.2000 г.).A known centrifugal separator comprising a vertical cylindrical body, a tangential feed device for the cleaned stream, a central gas outlet pipe, a liquid outlet pipe, a cutting plate with an axial hole located in the lower part of the housing, and a reflector mounted above the axial hole of the cutting plate and with a gap with respect to her (RU No. 2147913, IPC B01D 45/12, 04/27/2000).

Данное устройство работает недостаточно эффективно, так как отсутствуют элементы, отделяющие поток отсепарированной дисперсной фазы от газового потока в этой области, что приводит к захвату отсепарированных частиц газовым потоком и повышению вторичного уноса.This device does not work efficiently, since there are no elements separating the flow of the separated dispersed phase from the gas stream in this region, which leads to the capture of the separated particles by the gas stream and an increase in secondary entrainment.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому результату является центробежный сепаратор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с тангенциальным патрубком для подачи двухфазного потока, выхлопной трубой для отвода газа, патрубком для удаления дисперсной фазы и коническим отбойником в нижней части (RU №2206023, МПК F22B 37/32, 10.06.2003 г.).The closest to the claimed technical essence and the achieved result is a centrifugal separator containing a vertical cylindrical body with a tangential nozzle for supplying a two-phase flow, an exhaust pipe for exhausting gas, a nozzle for removing the dispersed phase and a conical chipper in the lower part (RU No. 2206023, IPC F22B 37/32, 06/10/2003).

В сепараторе патрубок отвода пара размещен внутри корпуса, при этом нижний край этого патрубка расположен ниже патрубков подвода пароводяной смеси на величину не менее 0,2 диаметра патрубков подвода пароводяной смеси и выше нижней торцевой стенки на величину не менее диаметра корпуса, кроме того, на нижнем крае патрубка отвода пара установлена диафрагма, внешний край которой расположен с кольцевым периферийным радиальным зазором относительно корпуса.In the separator, a steam outlet pipe is placed inside the housing, while the lower edge of this pipe is located below the steam-water mixture supply pipes by at least 0.2 diameter of the steam-water mixture supply pipes and above the lower end wall by at least the diameter of the case, in addition, on the lower a diaphragm is installed at the edge of the steam outlet pipe, the outer edge of which is located with an annular peripheral radial clearance relative to the housing.

Недостатком указанной конструкции центробежного сепаратора является то, что в зоне взаимодействия с газовым потоком отсутствуют устройства для отделения отсепарированной на стенках корпуса дисперсной фазы, что может привести к срыву отсепарированной пленки жидкости и увлечению сорванных капель жидкости в патрубок отвода пара. Эффективность сепарации также снижает возникновение вторичных вихрей в зоне разделения фаз за счет поворота газового потока на 180°, что повышает вероятность уноса из аппарата неотсепарированной мелкодисперсной жидкой фракции.The disadvantage of this design of the centrifugal separator is that there are no devices in the zone of interaction with the gas stream for separating the dispersed phase separated on the walls of the housing, which can lead to disruption of the separated liquid film and entrainment of the ripped liquid droplets into the steam outlet pipe. The separation efficiency also reduces the occurrence of secondary vortices in the phase separation zone due to a 180 ° rotation of the gas flow, which increases the likelihood of entrainment of the unseparated finely divided liquid fraction from the apparatus.

Задачей изобретения является повышение эффективности улавливания из двухфазных потоков мелкодисперсных частиц.The objective of the invention is to increase the efficiency of capture from two-phase flows of fine particles.

Указанная задача достигается за счет эффективного отвода отсепарированной пленки дисперсной фазы в подводящей камере со сливным желобом и патрубком для первичного удаления дисперсной фазы, а также с помощью вертикальной перегородки-ловушки, выполненной в нижней части корпуса.This problem is achieved due to the effective removal of the separated film of the dispersed phase in the inlet chamber with a drain trough and a nozzle for primary removal of the dispersed phase, as well as using a vertical trap baffle made in the lower part of the housing.

Повышение эффективности процесса сепарации также обеспечивается за счет уменьшения количества мелкодисперсных капель, уносимых в выхлопную трубу для отвода газа, путем их осаждения в ней за счет дополнительной закрутки при прохождении газового потока через кольцевой элемент выхлопной трубы, сбора отсепарированной пленки жидкости, имеющей восходящее движение, в отсекателе дисперсной фазы и отвода через патрубок для удаления дисперсной фазы.An increase in the efficiency of the separation process is also ensured by reducing the number of fine droplets carried into the exhaust pipe to exhaust the gas by depositing it in it due to additional swirling as the gas stream passes through the annular element of the exhaust pipe, collecting a separated film of liquid having an upward motion, in a dispersed phase cutter and a discharge through a pipe to remove the dispersed phase.

Эффективное разделение потока также обеспечивается за счет исключения возникновения вторичных вихрей при повороте газового потока в выхлопную трубу из-за наличия кольцевого элемента, способствующего разделению выходящего потока и уменьшению, в конечном счете, величины уноса дисперсной фазы, а также за счет отделения собранной в нижней части корпуса дисперсной фазы от зоны взаимодействия с газовым потоком путем установки конического отбойника.Efficient separation of the flow is also ensured by eliminating the occurrence of secondary vortices when the gas stream is rotated into the exhaust pipe due to the presence of an annular element that contributes to the separation of the output stream and ultimately reduces the entrainment of the dispersed phase, as well as by separating the collected in the lower part the housing of the dispersed phase from the zone of interaction with the gas stream by installing a conical chipper.

Указанная задача достигается тем, в центробежном сепараторе для разделения двухфазного потока, преимущественно газожидкостного, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с тангенциальным патрубком для подачи газожидкостного потока, выхлопной трубой для отвода газа, патрубком для удаления дисперсной фазы и коническим отбойником в нижней части, согласно изобретению корпус в верхней части снабжен подводящей камерой, нижняя часть которой выполнена со сливным желобом и патрубком для первичного удаления дисперсной фазы, корпус на внутренней поверхности в нижней части снабжен вертикальной перегородкой-ловушкой для дисперсной фазы, выхлопная труба для отвода газа в верхней части снабжена отсекателем дисперсной фазы в виде обратного усеченного конуса с отводящим дисперсную фазу патрубком и в нижней части - соосно расположенным кольцевым элементом из перекрывающих друг друга набора вертикальных пластин, образующих сопловые каналы и ориентированных навстречу набегающему газожидкостному потоку.This task is achieved by the fact that in a centrifugal separator for separating a two-phase stream, mainly gas-liquid, containing a vertical cylindrical body with a tangential pipe for supplying a gas-liquid stream, an exhaust pipe for removing gas, a pipe for removing the dispersed phase and a conical chipper in the lower part, according to the invention, the casing the upper part is equipped with a supply chamber, the lower part of which is made with a drain trough and a pipe for primary removal of the dispersed phase, the housing the upper surface in the lower part is equipped with a vertical baffle-trap for the dispersed phase, the exhaust pipe for gas extraction in the upper part is equipped with a dispersed phase cut-off in the form of a reverse truncated cone with a branch pipe discharging the dispersed phase, and in the lower part - an axially arranged annular element from a set overlapping each other vertical plates forming nozzle channels and oriented towards the oncoming gas-liquid flow.

Схематично на фиг.1 изображен центробежный сепаратор, на фиг.2 - разрез по А-А, на фиг.3 - разрез по Б-Б.Schematically, figure 1 shows a centrifugal separator, figure 2 is a section along aa, figure 3 is a section along bb.

Центробежный сепаратор содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, подводящую камеру 2 с тангенциальным патрубком 3 для подачи газожидкостного потока, выхлопную трубу 4 для отвода газа и патрубок 5 для удаления дисперсной фазы.The centrifugal separator comprises a vertical cylindrical body 1, a supply chamber 2 with a tangential pipe 3 for supplying a gas-liquid stream, an exhaust pipe 4 for exhausting gas and a pipe 5 for removing the dispersed phase.

Выхлопная труба 4 для отвода газа в нижней части снабжена соосно расположенным кольцевым элементом 6, составленным из перекрывающих друг друга 30% от ширины набора вертикальных пластин 7, образующих сопловые каналы и ориентированных навстречу набегающему газожидкостному потоку. Вертикальные пластины 7 закреплены с двух сторон на кольцевых основаниях 8. В корпусе 1 установлена перегородка-ловушка 9 для дисперсной фазы, представляющая собой вертикальную пластину, прикрепленную одним ребром к внутренней стенке корпуса. Сепаратор снабжен коническим отбойником 10, примыкающим к внутренней стенке нижней части корпуса 1 по всему периметру, за исключением зазора 11 в месте расположения перегородки-ловушки 9 для дисперсной фазы.The exhaust pipe 4 for exhaust gas in the lower part is equipped with a coaxially arranged annular element 6, composed of 30% overlapping each other of the width of the set of vertical plates 7, forming nozzle channels and oriented towards the oncoming gas-liquid flow. Vertical plates 7 are fixed on two sides on the annular bases 8. In the housing 1 there is a partition trap 9 for the dispersed phase, which is a vertical plate attached with one edge to the inner wall of the housing. The separator is equipped with a conical chipper 10 adjacent to the inner wall of the lower part of the housing 1 along the entire perimeter, with the exception of the gap 11 at the location of the partition-trap 9 for the dispersed phase.

Выхлопная труба 4 для отвода газа в верхней части снабжена отсекателем 12 дисперсной фазы в виде обратного усеченного конуса с отводящим дисперсную фазу патрубком 13.The exhaust pipe 4 for discharging gas in the upper part is equipped with a dispersed phase cutter 12 in the form of a reverse truncated cone with a branch pipe 13 discharging the dispersed phase.

Подводящая камера 2 в нижней части снабжена сливным желобом 14 и патрубком 15 для первичного удаления дисперсной фазы.The supply chamber 2 in the lower part is equipped with a drain chute 14 and a pipe 15 for the primary removal of the dispersed phase.

Устройство работает следующим образом. Газ, содержащий капельную жидкость, поступает в подводящую камеру 2 через тангенциальный патрубок 3, приобретая вращательное движение. Под действием центробежной силы крупные капли осаждаются на внутренней поверхности подводящей камеры 2, образуя жидкую пленку, которая, вращаясь, собирается в сливном желобе 14 и отводится через патрубок 15 для первичного удаления дисперсной фазы.The device operates as follows. Gas containing dropping liquid enters the inlet chamber 2 through the tangential pipe 3, acquiring a rotational movement. Under the action of centrifugal force, large droplets are deposited on the inner surface of the supply chamber 2, forming a liquid film, which, rotating, collects in the drain trough 14 and is discharged through the pipe 15 for the initial removal of the dispersed phase.

Неотсепарированные в подводящей камере 2 капли жидкости, двигаясь вниз вдоль корпуса 1 под действием центробежной силы, осаждаются на его внутренней поверхности корпуса, образуя вращающуюся пленку жидкости, которая собирается в перегородке-ловушке 9 для дисперсной фазы и стекает вниз через зазор 11 между коническим отбойником 10 и внутренней стенкой корпуса 1, а затем отводится через патрубок 5 для удаления дисперсной фазы.Liquid droplets that are not separated in the supply chamber 2, moving down along the housing 1 under the action of centrifugal force, are deposited on its inner surface of the housing, forming a rotating liquid film, which collects in the partition trap 9 for the dispersed phase and flows down through the gap 11 between the conical chipper 10 and the inner wall of the housing 1, and then discharged through the pipe 5 to remove the dispersed phase.

Повышение эффективности процесса сепарации также обеспечивается за счет уменьшения количества мелкодисперсных капель, уносимых в выхлопную трубу 4 для отвода газа. Газовый поток с оставшейся неотсепарированной мелкодисперсной фазой, сохраняя вращение, опускается и проходит через кольцевой элемент 6 выхлопной трубы 4, при этом, распределяясь на струи, поступающие в расположенные по ходу вращения него сопловые каналы между вертикальными пластинами 7. При этом происходит дополнительная закрутка газового потока, осаждение мелких неотсепарированных капель на внутренней поверхности стенки выхлопной трубы 4, образование вращающейся восходящей жидкости и ее сбор в отсекателе 12 дисперсной фазы и отвод через патрубок 13.Improving the efficiency of the separation process is also ensured by reducing the number of fine droplets carried into the exhaust pipe 4 for exhaust gas. The gas stream with the remaining unseparated finely dispersed phase, while retaining rotation, is lowered and passes through the annular element 6 of the exhaust pipe 4, while being distributed over the jets entering the nozzle channels located along the rotation of the plate between the vertical plates 7. This further twists the gas stream , the deposition of small unseparated drops on the inner surface of the wall of the exhaust pipe 4, the formation of a rotating ascending fluid and its collection in the cutoff 12 of the dispersed phase and the discharge es outlet 13.

Очищенный газовый поток через выхлопную трубу 4 удаляется из аппарата.The cleaned gas stream through the exhaust pipe 4 is removed from the apparatus.

Эффективность сепаратора дополнительно увеличивается за счет наличия кольцевого элемента 6 выхлопной трубы 4 для отвода газа для исключения возникновения вторичных вихрей при повороте газового потока в выхлопную трубу 4 путем разделения выходящего потока и уменьшения, в конечном счете, величины уноса дисперсной фазы.The efficiency of the separator is further increased due to the presence of the annular element 6 of the exhaust pipe 4 for exhaust gas to prevent the occurrence of secondary vortices when the gas stream rotates into the exhaust pipe 4 by separating the output stream and ultimately reducing the entrainment of the dispersed phase.

Установка конического отбойника 10 обеспечивает оттеснение собранной на его поверхности дисперсной фазы к периферии и далее в зазор 11, а также отделение собранной в нижней части корпуса 1 дисперсной фазы от зоны взаимодействия с газовым потоком.The installation of the conical chipper 10 ensures that the dispersed phase collected on its surface is pushed to the periphery and further into the gap 11, as well as the separation of the dispersed phase collected in the lower part of the housing 1 from the zone of interaction with the gas stream.

Предлагаемая конструкция центробежного сепаратора может быть получена при реконструкции известных сепараторов и позволяет расширить сферу применения центробежных сепараторов, повысить эффективность разделения двухфазных потоков до 97% за счет эффективного отвода отсепарированной пленки дисперсной фазы в подводящей камере со сливным желобом и патрубком для первичного удаления дисперсной фазы, а также с помощью вертикальной перегородки-ловушки, выполненной в нижней части корпуса.The proposed design of a centrifugal separator can be obtained by reconstructing known separators and can expand the scope of centrifugal separators, increase the separation efficiency of two-phase flows up to 97% due to the effective removal of the separated film of the dispersed phase in the inlet chamber with a drain trough and a nozzle for the initial removal of the dispersed phase, and also using a vertical partition trap made in the lower part of the housing.

Повышение эффективности процесса сепарации также обеспечивается за счет уменьшения количества мелкодисперсных капель, уносимых в выхлопную трубу для отвода газа, путем их осаждения в ней за счет дополнительной закрутки при прохождении газового потока через кольцевой элемент выхлопной трубы, сбора отсепарированной пленки жидкости, имеющей восходящее движение, в отсекателе дисперсной фазы и отвода через патрубок для удаления дисперсной фазы. Эффективное разделение потока также обеспечивается за счет исключения возникновения вторичных вихрей при повороте газового потока в выхлопную трубу из-за наличия кольцевого элемента, способствующего разделению выходящего потока и уменьшению, в конечном счете, величины уноса дисперсной фазы, а также за счет отделения собранной в нижней части корпуса дисперсной фазы от зоны взаимодействия с газовым потоком путем установки конического отбойника.An increase in the efficiency of the separation process is also ensured by reducing the number of fine droplets carried into the exhaust pipe to exhaust the gas, by depositing them in it due to additional swirling during the passage of the gas stream through the annular element of the exhaust pipe, collecting a separated film of liquid having an upward motion, in a dispersed phase cutter and a discharge through a pipe to remove the dispersed phase. Efficient separation of the flow is also ensured by eliminating the occurrence of secondary vortices when the gas stream is rotated into the exhaust pipe due to the presence of an annular element that contributes to the separation of the output stream and ultimately reduces the entrainment of the dispersed phase, as well as by separating the collected in the lower part the housing of the dispersed phase from the zone of interaction with the gas stream by installing a conical chipper.

Claims

Центробежный сепаратор для разделения двухфазного потока, преимущественно газожидкостного, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с тангенциальным патрубком для подачи газожидкостного потока, выхлопной трубой для отвода газа, патрубком для удаления дисперсной фазы и коническим отбойником в нижней части, отличающийся тем, что корпус в верхней части снабжен подводящей камерой, нижняя часть которой выполнена со сливным желобом и патрубком для первичного удаления дисперсной фазы, корпус на внутренней поверхности в нижней части снабжен вертикальной перегородкой-ловушкой для дисперсной фазы, выхлопная труба для отвода газа в верхней части снабжена отсекателем дисперсной фазы в виде обратного усеченного конуса с отводящим дисперсную фазу патрубком и в нижней части - соосно-расположенным кольцевым элементом из перекрывающих друг друга набора вертикальных пластин, образующих сопловые каналы и ориентированных навстречу набегающему газожидкостному потоку. A centrifugal separator for separating a two-phase flow, mainly gas-liquid, containing a vertical cylindrical body with a tangential nozzle for supplying a gas-liquid flow, an exhaust pipe for discharging gas, a nozzle for removing the dispersed phase and a conical chipper in the lower part, characterized in that the housing in the upper part is provided with a supply a chamber, the lower part of which is made with a drain trough and a nozzle for primary removal of the dispersed phase, a housing on the inner surface in the lower part with it is fitted with a vertical partition trap for the dispersed phase, the exhaust pipe for gas extraction in the upper part is equipped with a dispersed phase cut-off in the form of a reverse truncated cone with a branch pipe discharging the dispersed phase and in the lower part with an coaxially arranged annular element from a set of vertical plates overlapping each other, forming nozzle channels and oriented towards the oncoming gas-liquid flow.