RU2433855C1

RU2433855C1 - Centrifugal gas-liquid separator

Info

Publication number: RU2433855C1
Application number: RU2010122737/05A
Authority: RU
Inventors: Петр Михайлович Трофимов (RU); Петр Михайлович Трофимов; Фарида Миргазизовна Трофимова (RU); Фарида Миргазизовна Трофимова; Владимир Васильевич Кунеевский (RU); Владимир Васильевич Кунеевский; Игорь Михайлович Бессонов (CA); Игорь Михайлович Бессонов
Original assignee: Петр Михайлович Трофимов
Priority date: 2010-06-03
Filing date: 2010-06-03
Publication date: 2011-11-20

Abstract

FIELD: technological processes. ^ SUBSTANCE: invention relates to equipment for treatment of gases and liquid from mechanical admixtures and may be used in gas, oil, power and other industries. The separator comprises a vertical body with a cover and a bottom, a cartridge installed in the body with a gap along the perimetre and made of the upper cylindrical part and the lower conical part equipped with a coaxial pipe, a tangential inlet of gas-liquid mixture passing into the inner cavity of the cartridge, a nozzle of gas outlet connected to the inner cavity of the cartridge with the help of a gas exhaust pipe passing through the body cover, a nozzle of liquid drain communicated with the body near its bottom, and a nozzle of residue drain connected to the body bottom. The cylindrical part of the cartridge along the perimetre is fixed to the inner side of the body cover, is made with vertical slots and is equipped with a filtering element that adjoins the wall of the cylindrical part at the side of the inner cavity of the cartridge. The conical part of the cartridge at the side of its wider end is telescopically inserted into the cylindrical part of the cartridge. The coaxial pipe of the conical part of the cartridge is telescopically inserted into the nozzle of the residue drain. The gap between the body and the cartridge is communicated with the gas exhaust pipe with the help of the gas exhaust nozzle. The tangential input of the gas and liquid mixture is made as passing into the inner cavity of the cartridge via the body cover. ^ EFFECT: higher quality of treatment. ^ 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для очистки газов и жидкости от механических примесей и может быть использовано в газовой, нефтяной, энергетической промышленности и в других областях промышленности.The invention relates to equipment for cleaning gases and liquids from mechanical impurities and can be used in the gas, oil, energy industry and other industries.

Известен центробежный двухступенчатый газожидкостный сепаратор, содержащий вертикальный корпус, разделенный горизонтальной перегородкой на верхнюю и нижнюю сепарационные камеры, тангенциальный ввод разделяемой смеси, расположенный под перегородкой, осевую трубу, соединяющую верхнюю и нижнюю камеры, установленный с зазором над ней осевой выходной патрубок, экранирующую пластину, расположенную в нижней камере под осевой трубой, рециркуляционную трубу, соединяющую верхнюю и нижнюю камеры и размещенную по оси корпуса, при этом один конец рециркуляционной трубы присоединен к верхней камере через стенку осевой трубы, а другой расположен над экранирующей пластиной с зазором относительно ее поверхности (авторское свидетельство СССР №1492522, МПК B01D 45/12, 1994).A centrifugal two-stage gas-liquid separator is known, comprising a vertical housing divided by a horizontal partition into the upper and lower separation chambers, a tangential input of the mixture to be separated, located under the partition, an axial tube connecting the upper and lower chambers, an axial outlet pipe, a shielding plate installed with a gap above it, located in the lower chamber under the axial pipe, a recirculation pipe connecting the upper and lower chambers and placed along the axis of the housing, with one con q recirculation pipe is connected to the upper chamber through the wall of the axial pipe and the other is located above the shielding plate with a gap relative to the surface (Inventor's Certificate USSR №1492522, IPC B01D 45/12, 1994).

Однако данный сепаратор характеризуется, во-первых, повышенной сложностью конструкции, обусловленной большим количеством узлов и деталей; во-вторых, низкой эффективностью очистки газа, а также слабым отсосом газа из вертикального корпуса в патрубок отвода газа.However, this separator is characterized, firstly, by the increased complexity of the design, due to the large number of nodes and parts; secondly, the low efficiency of gas purification, as well as poor suction of gas from the vertical casing into the gas outlet pipe.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является принятый за прототип центробежный газожидкостный сепаратор, содержащий вертикальный корпус с крышкой и днищем, установленную в корпусе обойму, выполненную из верхней цилиндрической части и нижней конической части, снабженной соосной трубой, тангенциальный ввод газожидкостной смеси, проходящий через корпус во внутреннюю полость обоймы, патрубок вывода газа, подсоединенный к внутренней полости обоймы при помощи газоотводящей трубы, проходящей через крышку корпуса, патрубок вывода жидкости, сообщенный с корпусом вблизи его днища, и патрубок вывода отстоя, соединенный с днищем корпуса (патент РФ №2311945, МПК B01D 45/12, 2007).Closest to the proposed invention is a prototype centrifugal gas-liquid separator comprising a vertical casing with a lid and a bottom, a cage installed in the casing, made of an upper cylindrical part and a lower conical part provided with a coaxial pipe, the tangential inlet of a gas-liquid mixture passing through the casing into the inner holder cavity, gas outlet pipe connected to the inner cavity of the holder by means of a gas exhaust pipe passing through the housing cover, outlet pipe fluid in communication with the housing near its bottom, and a sludge outlet pipe connected to the bottom of the housing (RF patent No. 2311945, IPC B01D 45/12, 2007).

Однако известный сепаратор характеризуется низкой эффективностью сепарации газа, обусловленной рядом причин:However, the known separator is characterized by low efficiency of gas separation, due to several reasons:

- отсутствие в сепараторе доочистки газа, т.к. циклон, каковым является данный центробежный сепаратор, не обеспечивает глубокую очистку газа, особенно при большом содержании жидкости в потоке в нем постоянно наблюдается повышенный унос жидкости с газом;- the lack of gas purification in the separator, because the cyclone, which is this centrifugal separator, does not provide deep gas purification, especially with a high liquid content in the stream, it is constantly observed an increased entrainment of the liquid with gas;

- заявленная в сепараторе вторая ступень сепарации газа на самом деле является дополнительной ступенью разгазирования жидкости, не значительной по сравнению с сепарацией свободного газа, не влияет на сепарацию выходящего из циклона газа от жидкости, а заявленная третья ступень сепарации газа путем отсоса на самом деле только интенсифицирует разгазирование жидкости и, как сказано выше, не влияет на сепарацию газа от жидкости;- the second stage of gas separation declared in the separator is actually an additional stage of gas degassing, which is not significant compared with the separation of free gas, does not affect the separation of gas leaving the cyclone from the liquid, and the declared third stage of gas separation by suction actually only intensifies gas degassing and, as mentioned above, does not affect the separation of gas from the liquid;

- разделение жидкости и отстоя перед патрубком вывода отстоя будет происходить недостаточно эффективно вследствие ограниченного времени отстоя, уноса части механических примесей с жидкостью.- the separation of liquid and sludge in front of the outlet pipe for sludge will not be effective enough due to the limited time of sludge, entrainment of some mechanical impurities with the liquid.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей сепаратора за счет проведения отдельно очистки газа и жидкости, а также освобождения газа при малом содержании жидкости и жидкости при малом содержании газа; увеличение межремонтного периода сепаратора и повышение качества очистки жидкости и газа.The objective of the invention is to expand the functionality of the separator by separately purifying the gas and liquid, as well as releasing gas at a low liquid and liquid content at a low gas content; increasing the overhaul period of the separator and improving the quality of cleaning liquid and gas.

Техническим результатом, достигаемым изобретением, является исключение возможности засорения сепаратора твердыми фракциями, в том числе при срыве потока смеси или падении давления.The technical result achieved by the invention is the elimination of the possibility of clogging of the separator with solid fractions, including when the flow of the mixture is interrupted or pressure drops.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в центробежном газожидкостном сепараторе, содержащем вертикальный корпус с крышкой и днищем, установленную в корпусе с зазором по периметру обойму, выполненную из верхней цилиндрической части и нижней конической части, снабженной соосной трубой, тангенциальный ввод газожидкостной смеси, проходящий во внутреннюю полость обоймы, патрубок вывода газа, подсоединенный к внутренней полости обоймы при помощи газоотводящей трубы, проходящей через крышку корпуса, патрубок вывода жидкости, сообщенный с корпусом вблизи его днища, и патрубок вывода отстоя, соединенный с днищем корпуса, согласно изобретению цилиндрическая часть обоймы по периметру прикреплена к внутренней стороне крышки корпуса, выполнена с вертикальными прорезями и снабжена фильтрующим элементом, примыкающим к стенке цилиндрической части со стороны внутренней полости обоймы, коническая часть обоймы со стороны ее широкого конца телескопически вставлена в цилиндрическую часть обоймы, соосная труба конической части обоймы телескопически вставлена в патрубок вывода отстоя, зазор между корпусом и обоймой сообщен с газоотводящей трубой при помощи газоотводящего патрубка, а тангенциальный ввод газожидкостной смеси выполнен проходящим во внутреннюю полость обоймы через крышку корпуса.The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in the centrifugal gas-liquid separator containing a vertical housing with a lid and a bottom, a casing made of an upper cylindrical part and a lower conical part equipped with a coaxial tube is installed in the housing with a gap around the perimeter, a tangential gas-liquid inlet mixture passing into the inner cavity of the holder, a gas outlet pipe connected to the inner cavity of the holder using a gas outlet pipe passing through the housing cover, patr the liquid outlet side, in communication with the housing near its bottom, and the sludge outlet pipe connected to the bottom of the housing, according to the invention, the cylindrical part of the cage along the perimeter is attached to the inside of the housing cover, made with vertical slots and equipped with a filter element adjacent to the wall of the cylindrical part with side of the inner cavity of the holder, the conical part of the holder from the side of its wide end is telescopically inserted into the cylindrical part of the holder, the coaxial pipe of the conical part of the holder is telescopic a ki is inserted into the outlet pipe of the sludge, the gap between the housing and the cage is communicated with the gas outlet pipe using the gas outlet pipe, and the tangential entry of the gas-liquid mixture is made passing into the inner cavity of the holder through the housing cover.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что газоотводящая труба может быть продолжена во внутреннюю полость обоймы и снабжена трубой со шнеком, надетой на газоотводящую трубу с возможностью вращения посредством вала, кинематически связанного с электродвигателем.The problem is solved, and the technical result is also achieved by the fact that the exhaust pipe can be continued into the inner cavity of the cage and provided with a pipe with a screw mounted on the exhaust pipe with the possibility of rotation by means of a shaft kinematically connected to the electric motor.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что направляющие пластины шнека могут быть снабжены средствами очистки фильтрующего элемента.The problem is solved, and the technical result is also achieved by the fact that the guide plates of the screw can be equipped with means for cleaning the filter element.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается также тем, что в конической части обоймы может быть размещена отбойная пластина.The problem is solved, and the technical result is also achieved by the fact that a baffle plate can be placed in the conical part of the cage.

На фиг.1 представлен предлагаемый центробежный газожидкостный сепаратор.Figure 1 presents the proposed centrifugal gas-liquid separator.

На фиг.2 - обойма, выполненная из верхней цилиндрической части и нижней конической части, снабженной соосной трубой.Figure 2 is a clip made of an upper cylindrical part and a lower conical part provided with a coaxial pipe.

Предлагаемый центробежный газожидкостный сепаратор (фиг.1) содержит вертикальный корпус 1 с крышкой 2 и днищем 3, установленную в корпусе 1 с зазором 4 по периметру обойму 5, выполненную из верхней цилиндрической части 6 и нижней конической части 7, снабженной соосной трубой 8, тангенциальный ввод 9 газожидкостной смеси с конусным сужением 10 на конце, проходящий через крышку 2 корпуса 1 во внутреннюю полость 11 обоймы 5, патрубок 12 вывода газа, подсоединенный к внутренней полости 11 обоймы 5 при помощи газоотводящей трубы 13, проходящей через крышку 2 корпуса 1, патрубок 14 вывода жидкости, сообщенный с корпусом 1 вблизи его днища 3, и патрубок 15 вывода отстоя, соединенный с днищем 3 корпуса 1. Патрубки 12, 14 вывода газа и жидкости снабжены клапанными узлами (не показаны), не пропускающими соответственно жидкость или газ. Цилиндрическая часть 6 обоймы 5 по периметру прикреплена к внутренней стороне крышки 2 корпуса 1, выполнена с вертикальными прорезями 16 (фиг.2) и снабжена фильтрующим элементом 17, примыкающим к стенке 18 цилиндрической части 6 со стороны внутренней полости 11 обоймы 5 и выполненным, например, в виде навитой проволоки треугольного, прямоугольного или круглого сечения. Коническая часть 7 обоймы 5 со стороны ее широкого конца телескопически вставлена в цилиндрическую часть 6 обоймы 5. Цилиндрическая и коническая части 6, 7 обоймы 5 соединены между собой болтами 19, на которые надеты пружины 20, что позволяет выравнивать усилия по всей плоскости сжатия фильтрующего элемента 17. Соосная труба 8 конической части 7 обоймы 5 телескопически вставлена в патрубок 15 вывода отстоя. Зазор 4 между корпусом 1 и обоймой 5 сообщен с газоотводящей трубой 13 при помощи газоотводящего патрубка 21.The proposed centrifugal gas-liquid separator (figure 1) contains a vertical housing 1 with a cover 2 and a bottom 3, mounted in the housing 1 with a gap 4 around the perimeter of the cage 5, made of the upper cylindrical part 6 and the lower conical part 7, equipped with a coaxial pipe 8, tangential the input 9 of a gas-liquid mixture with a conical narrowing 10 at the end, passing through the cover 2 of the housing 1 into the inner cavity 11 of the holder 5, a pipe 12 of the gas outlet connected to the inner cavity 11 of the holder 5 by means of a gas outlet pipe 13 passing through the cover 2 of the housing 1, a liquid outlet pipe 14 connected to the housing 1 near its bottom 3, and a sludge outlet pipe 15 connected to the bottom 3 of the housing 1. The gas and liquid outlet pipes 12, 14 are provided with valve assemblies (not shown) that do not allow liquid to pass through or gas. The cylindrical part 6 of the holder 5 along the perimeter is attached to the inner side of the cover 2 of the housing 1, is made with vertical slots 16 (figure 2) and is equipped with a filter element 17 adjacent to the wall 18 of the cylindrical part 6 from the side of the inner cavity 11 of the holder 5 and made, for example , in the form of a wound wire of triangular, rectangular or circular cross-section. The conical part 7 of the cartridge 5 from its wide end is telescopically inserted into the cylindrical part 6 of the cartridge 5. The cylindrical and conical parts 6, 7 of the cartridge 5 are interconnected by bolts 19 on which the springs 20 are worn, which makes it possible to equalize the forces along the entire compression plane of the filter element 17. The coaxial pipe 8 of the conical part 7 of the holder 5 is telescopically inserted into the pipe 15 of the output of sludge. The gap 4 between the housing 1 and the casing 5 is communicated with the exhaust pipe 13 using the exhaust pipe 21.

Газоотводящая труба 13 может быть продолжена во внутреннюю полость 11 обоймы 5 и снабжена трубой 22 со шнеком 23, предназначенным для создания направленного потока газожидкостной смеси вдоль фильтрующего элемента 17 сверху вниз. Труба 22 с навитым шнеком 23 надета на газоотводящую трубу 13 с возможностью вращения на ней по направляющим кольцам 24, прикрепленным к трубам 13, 22, посредством вала 25, соединенного с нижней частью трубы 22 и кинематически связанного с электродвигателем 26.The gas outlet pipe 13 can be extended into the inner cavity 11 of the holder 5 and provided with a pipe 22 with a screw 23, designed to create a directed flow of gas-liquid mixture along the filter element 17 from top to bottom. A pipe 22 with a wound screw 23 is worn on the exhaust pipe 13 with the possibility of rotation on it along the guide rings 24 attached to the pipes 13, 22, by means of a shaft 25 connected to the lower part of the pipe 22 and kinematically connected to the electric motor 26.

Направляющие пластины 27 шнека 23 могут быть снабжены средствами очистки фильтрующего элемента 17, например, в виде прикрепленных к пластинам 27 на всей их периферии щеток 28, которые позволяют очищать фильтрующий элемент 17 от прилипших частиц.The guide plates 27 of the screw 23 can be equipped with cleaning agents for the filter element 17, for example, in the form of brushes 28 attached to the plates 27 on their entire periphery, which allow the filter element 17 to be cleaned of adhering particles.

Кроме того, в конической части 7 обоймы 5 может быть размещена круглая отбойная пластина 29, которая служит для уменьшения взмучивания отстоя. Патрубок 15 вывода отстоя через задвижку 30 связан с уплотнителем 31 отстоя.In addition, in the conical part 7 of the holder 5 can be placed round baffle plate 29, which serves to reduce the stirring up of sludge. The pipe 15 output sludge through the valve 30 is connected with the seal 31 sludge.

Описываемый центробежный газожидкостный сепаратор работает следующим образом.The described centrifugal gas-liquid separator operates as follows.

Поток газожидкостной смеси поступает через тангенциальный ввод 9 с конусным сужением 10 на конце в верхнюю часть внутренней полости 11 цилиндрической части 6 обоймы 5. Пройдя через конусное сужение 10, газожидкостная смесь вскипает, что улучшает разделение газа и жидкости. Благодаря тангенциальному вводу 9, проходящему через крышку 2 корпуса 1, весь газожидкостный поток, образуя направленное круговое движение, устремляется под действием центробежной силы вдоль фильтрующего элемента 17 сверху вниз, получив дополнительное завихрение, проходя между направляющими пластинами 27 шнека 23. Пластины 27 шнека 23 также способствуют направлению движения газожидкостного потока по кругу и сверху вниз вдоль всего фильтрующего элемента 17. Кроме того, пластины 27 создают дополнительную площадь соприкосновения газожидкостной смеси на пути продвижения между пластинами 27, увеличивая тем самым массообмен между частицами жидкости, находящимися в газожидкостном потоке, и различными поверхностями (фильтрующего элемента 17, поверхностью пластин 27 и другими). Частицы жидкости, находящиеся в газожидкостном потоке, соприкасаясь с любой поверхностью, начинают конденсироваться на поверхности. Происходит прямой массообмен между поверхностью и частичками жидкости, находящимися в газожидкостном потоке. На пластинах 27 шнека 23 образуются капельки жидкости, которые укрупняются в большие капли за счет массообмена и сносятся газожидкостным потоком под действием центробежной силы к фильтрующему элементу 17. Частицы жидкости тяжелее, чем газ, и при соприкосновении с любой поверхностью происходит каплеобразование. Взвешенные частицы и крупные капли жидкости под действием центробежной силы отбрасываются к фильтрующему элементу 17. Очищенная жидкость просачивается через фильтрующий элемент 17 и, пройдя через вертикальные прорези 16 цилиндрической части 6 обоймы 5, поступает в патрубок 14 вывода жидкости. Посредством электродвигателя 26 через вал 25 приводится во вращение труба 22 со шнеком 23. При этом щетки 28, прикрепленные к пластинам 27 шнека 23 на всей их периферии так, чтобы касаться фильтрующего элемента 17, при вращении трубы 22 со шнеком 23 очищают фильтрующий элемент 17 от прилипших на него частиц (сгустки парафинов, асфальтенов и других крупных взвешенных частиц). Взвешенные крупные частицы смываются и счищаются с фильтрующего элемента 17 в коническую часть 7 обоймы 5. Круглая отбойная пластина 29, размещенная в конической части 7 обоймы 5, способствует уменьшению взмучивания скопившегося отстоя. Из конической части 7 собранный отстой через трубу 8, патрубок 15 и задвижку 30 отводится в уплотнитель 31 отстоя для его дальнейшей утилизации. Выделившийся из газожидкостной смеси газ поступает в газоотводящую трубу 13. Газ, скопившейся в зазоре 4 между корпусом 1 и обоймой 5, отводится в трубу 13 при помощи патрубка. Из трубы 13 газ поступает в патрубок 12 вывода газа.The flow of the gas-liquid mixture flows through a tangential inlet 9 with a conical narrowing 10 at the end to the upper part of the inner cavity 11 of the cylindrical part 6 of the casing 5. After passing through the conical narrowing 10, the gas-liquid mixture boils, which improves the separation of gas and liquid. Due to the tangential inlet 9 passing through the cover 2 of the housing 1, the entire gas-liquid flow, forming a directed circular motion, rushes under the action of centrifugal force along the filter element 17 from top to bottom, receiving additional turbulence passing between the guide plates 27 of the screw 23. The plates 27 of the screw 23 also contribute to the direction of movement of the gas-liquid flow in a circle and from top to bottom along the entire filter element 17. In addition, the plates 27 create an additional contact area of the gas-liquid mixtures on the path of advancement between the plates 27, thereby increasing mass transfer between the fluid particles in the gas-liquid flow and various surfaces (filter element 17, the surface of the plates 27 and others). Particles of liquid in a gas-liquid flow, in contact with any surface, begin to condense on the surface. Direct mass transfer occurs between the surface and the particles of liquid in the gas-liquid flow. On the plates 27 of the screw 23, liquid droplets are formed, which are coarsened into large droplets due to mass transfer and are carried by the gas-liquid flow under the action of centrifugal force to the filter element 17. The liquid particles are heavier than gas, and droplet formation occurs in contact with any surface. Suspended particles and large drops of liquid under the action of centrifugal force are discarded to the filter element 17. The purified liquid seeps through the filter element 17 and, passing through the vertical slots 16 of the cylindrical part 6 of the holder 5, enters the pipe 14 of the liquid outlet. By means of an electric motor 26, a pipe 22 with a screw 23 is rotated through the shaft 25. In this case, the brushes 28 attached to the plates 27 of the screw 23 on their entire periphery so as to touch the filter element 17, when the pipe 22 with the screw 23 rotates, clean the filter element 17 from particles adhering to it (clumps of paraffins, asphaltenes and other large suspended particles). Suspended large particles are washed off and cleaned off from the filtering element 17 into the conical part 7 of the holder 5. The round baffle plate 29 located in the conical part 7 of the holder 5 helps to reduce the agitation of accumulated sludge. From the conical part 7, the collected sludge through the pipe 8, the pipe 15 and the valve 30 is discharged into the sludge seal 31 for its further disposal. The gas released from the gas-liquid mixture enters the exhaust pipe 13. The gas accumulated in the gap 4 between the housing 1 and the holder 5 is discharged into the pipe 13 by means of a pipe. From the pipe 13, the gas enters the pipe 12 of the gas outlet.

Claims

1. Centrifugal gas-liquid separator containing a vertical housing with a lid and a bottom, installed in the housing with a clearance around the perimeter of the cage, made of an upper cylindrical part and a lower conical part, equipped with a coaxial pipe, a tangential inlet of a gas-liquid mixture passing into the inner cavity of the cage, outlet pipe gas connected to the inner cavity of the casing by means of a gas outlet pipe passing through the housing cover, a fluid outlet pipe in communication with the housing near its bottom, and a nozzle outlet and sludge connected to the bottom of the casing, characterized in that the cylindrical part of the cage along the perimeter is attached to the inner side of the casing cover, is made with vertical slots and equipped with a filter element adjacent to the wall of the cylindrical part from the side of the inner cavity of the cage, the conical part of the cage from its side the wide end is telescopically inserted into the cylindrical part of the cage, the coaxial tube of the conical part of the cage is telescopically inserted into the outlet pipe of the sludge, the gap between the housing and the cage a flue pipe with the help vent pipe and tangential inlet liquid mixture is formed extending into the internal cavity of the cage through the housing cover.

2. The separator according to claim 1, characterized in that the exhaust pipe is continued into the inner cavity of the cage and is equipped with a pipe with a screw mounted on the exhaust pipe with the possibility of rotation by means of a shaft kinematically connected to the electric motor.

3. The separator according to claim 2, characterized in that the guide plates of the screw are equipped with means for cleaning the filter element.

4. The separator according to claim 1, characterized in that a baffle plate is placed in the conical part of the cage.