RU2379119C1

RU2379119C1 - Centrifugal separator

Info

Publication number: RU2379119C1
Application number: RU2008144283/15A
Authority: RU
Inventors: Владимир Григорьевич Систер (RU); Владимир Григорьевич Систер; Юрий Викторович Мартынов (RU); Юрий Викторович Мартынов; Ольга Анатольевна Елисеева (RU); Ольга Анатольевна Елисеева
Priority date: 2008-11-10
Filing date: 2008-11-10
Publication date: 2010-01-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: centrifugal separator contains vertically located cylindrical body with bottom, in top part of which it is located tangential branch for flow introduction, exhaust manifold for fume extraction and branch for removing of discontinuous phase in its bottom part with guiding line on inner surface of casing, implemented in the form of plate in the form of continuous helix, located on-the-mitre to casing generatrix towards gas-liquid flow and forming with wall of casing helical channels for collection of liquid. Edge of each underlying coil of helical plate is located higher than attaching point to casing of superposed coil. Casing is outfitted by hollow back truncated cone, located between tangential branch and guiding lines. Length of section outfitted by guiding lines is equal to 0.5÷0.7 of height of parallel portion of casing. Attachment angle of plates is equal to α=20°÷45°. Length of pitch between coils of helical plate is equal to 0.5÷0.8 of plate width.

EFFECT: expansion of scope of centrifugal separators, effectiveness increase of separation of two-phase flows, simplicity of manufacturing.

4 cl, 1 dwg

Description

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

Известен пылегазоразделитель для очистки газов от механических примесей (пылей), содержащий приемную камеру с тангенциальным входным патрубком для запыленного газа, корпус, выхлопную трубу с выполненной на ее наружной поверхности спирально-винтовой направляющей, установленной с радиальным зазором к корпусу, пылесборник (Патент РФ №2253515, МПК B04C 5/103, опубл. 10.06.2005 г.). В этом устройстве запыленный газ по тангенциальному патрубку поступает в приемную камеру, вращаясь, входит в спирально-винтовой канал, образованный витками спирально-винтовой вставки и поверхностями труб, и движется по каналу в направлении к пылесборнику. Под действием центробежной силы, действующей на частицы пыли при их движении в винтовом канале, они устремляются к внутренней стенке корпуса, осаждаются на ней и под действием силы тяжести сползают по стенке в виде цилиндрического кольцевого слоя в направлении пылесборника. Достигнув нижней кромки корпуса, частицы пыли срываются с нее и устремляются в пылесборник, и по мере накопления, по патрубку удаляются из аппарата. Отсепарированнный газовый поток на выходе из спирально-винтового канала мощной струей ударяется о внутреннюю поверхность полого цилиндра, вращаясь внутри цилиндра, теряет энергию и скорость и в виде спокойного потока входит в выхлопную трубу и по ней уходит на выброс.Known dust separator for cleaning gases from mechanical impurities (dust), containing a receiving chamber with a tangential inlet pipe for dusty gas, a housing, an exhaust pipe with a helical screw guide made on its outer surface mounted with a radial clearance to the housing, a dust collector (RF Patent No. 2253515, IPC B04C 5/103, publ. 06/10/2005). In this device, dusty gas flows through a tangential nozzle into the receiving chamber, rotates, enters a spiral-helical channel formed by turns of a spiral-screw insert and pipe surfaces, and moves along the channel towards the dust collector. Under the action of centrifugal force acting on dust particles during their movement in the screw channel, they rush to the inner wall of the housing, settle on it and, under the influence of gravity, slide along the wall in the form of a cylindrical annular layer in the direction of the dust collector. Having reached the lower edge of the housing, dust particles break off from it and rush into the dust collector, and as they accumulate, they are removed from the apparatus through the nozzle. The separated gas stream at the exit from the spiral-helical channel with a powerful jet strikes the inner surface of the hollow cylinder, rotates inside the cylinder, loses energy and speed and enters the exhaust pipe in the form of a calm stream and is exhausted through it.

Данное устройство работает недостаточно эффективно, так как попадающие на внутреннюю стенку корпуса под действием центробежной силы мелкодисперсные частицы при ударе со стенкой корпуса отскакивают от нее и возвращаются в винтовой поток, что приводит к повышению вторичного уноса частиц.This device does not work efficiently enough, since finely dispersed particles falling on the inner wall of the housing under the action of centrifugal force bounce off it and return to the helical flow, which leads to an increase in the secondary ablation of particles.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому результату является пылеуловитель мелкодисперсной пыли, содержащий цилиндрический корпус с коническим днищем, в верхней части которого размещен тангенциальный патрубок в виде плоского щелевого канала, вертикально расположенный выхлопной патрубок для отвода газа (Патент РФ №2316397, МПК B04C 5/107, опубл. 10.02.2008 г.). По образующим внутренней поверхности корпуса на длине, равной высоте плоского входного участка, в направлении движения потока запыленного газа, установлены направляющие.The closest to the claimed technical essence and the achieved result is a fine dust collector containing a cylindrical body with a conical bottom, in the upper part of which there is a tangential nozzle in the form of a flat slot channel, a vertically located exhaust pipe for gas removal (RF Patent No. 2316397, IPC B04C 5/107, published on 02/10/2008). Guides are installed along the generatrices of the inner surface of the housing for a length equal to the height of the flat inlet portion in the direction of motion of the dusty gas stream.

Недостатком указанной конструкции пылеуловителя является то, что направляющие служат для отклонения потока от стенок с последующим возвращением его к стенке, что порождает значительные турбулентные пульсации и крупномасштабные турбулентные вихри, которые уносят часть отсепарированных на стенке корпуса частиц вглубь потока, что увеличивает вторичный унос, от которого зависит эффективность улавливания мелкодисперсных частиц.The disadvantage of this design of the dust collector is that the guides serve to deflect the flow from the walls and then return it to the wall, which generates significant turbulent pulsations and large-scale turbulent vortices, which carry part of the particles separated on the wall of the casing into the flow, which increases secondary ablation, from which depends on the efficiency of capture of fine particles.

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.

Повышение эффективности процесса сепарации достигается за счет уменьшения величины вторичного уноса капель жидкости, отсепарированных на внутренней стенке аппарата с помощью ее задержки в винтовых каналах между стенкой аппарата и направляющими, выполненными в виде пластины в форме непрерывной спирали; а также в уменьшении крупных турбулентных образований и вихрей вблизи стекающей пленки жидкости на корпусе аппарата, тем самым исключении вторичного уноса капель жидкости, попавших в винтовые каналы между стенкой корпуса и спиральной перегородкой за счет уменьшения продольной скорости движения капель жидкости в винтовых каналах при установке таковых.Improving the efficiency of the separation process is achieved by reducing the secondary entrainment of liquid droplets separated on the inner wall of the apparatus by means of its delay in the screw channels between the apparatus wall and the guides made in the form of a plate in the form of a continuous spiral; as well as in the reduction of large turbulent formations and vortices near the falling liquid film on the apparatus body, thereby eliminating the secondary entrainment of liquid droplets entering the screw channels between the housing wall and the spiral partition due to a decrease in the longitudinal velocity of the movement of liquid droplets in the screw channels during installation.

Эффективное разделение потока обеспечивается отводом жидкости в патрубок для слива жидкости с помощью винтовых каналов, по которым она стекает вниз.Effective separation of the flow is ensured by the drainage of fluid into the pipe to drain the fluid using screw channels through which it flows down.

Указанная задача достигается тем, в центробежном сепараторе для разделения двухфазного потока, преимущественно газожидкостного, содержащем вертикально расположенный цилиндрический корпус с днищем, в верхней части которого размещен тангенциальный патрубок для ввода потока, выхлопной патрубок для отвода газа и патрубок для удаления дисперсной фазы в его нижней части с направляющими на внутренней поверхности корпуса, согласно изобретению корпус снабжен распределителем потока, выполненным в виде полого обратного усеченного конуса, размещенного между тангенциальным патрубком и направляющими, при этом направляющие выполнены в виде пластины в форме непрерывной спирали, расположенной под углом к образующей корпуса навстречу газожидкостному потоку, и образующей со стенкой корпуса винтовые каналы для сбора жидкости, кромка каждого нижележащего витка спиральной пластины расположена выше места крепления к корпусу вышележащего витка.This task is achieved by the fact that in a centrifugal separator for separating a two-phase flow, mainly gas-liquid, containing a vertically arranged cylindrical body with a bottom, in the upper part of which there is a tangential pipe for introducing a stream, an exhaust pipe for removing gas and a pipe for removing the dispersed phase in its lower part with guides on the inner surface of the housing, according to the invention, the housing is equipped with a flow distributor made in the form of a hollow inverse truncated cone, times placed between the tangential nozzle and the guides, while the guides are made in the form of a plate in the form of a continuous spiral, located at an angle to the generatrix of the housing towards the gas-liquid flow, and forming spiral channels for collecting fluid with the housing wall, the edge of each underlying coil of the spiral plate is located above the attachment point to the body of the overlying coil.

Длина участка, снабженного направляющими, h₁ может быть равна 0,5÷0,7 высоты цилиндрической части корпуса h. Угол крепления пластин может быть равен α=20°÷45°. Длина шага между витками спиральной пластины h₂ может быть равна 0,5÷0,8 ширины пластины а.The length of the section equipped with guides, h ₁ can be equal to 0.5 ÷ 0.7 of the height of the cylindrical part of the body h. The angle of attachment of the plates can be equal to α = 20 ° ÷ 45 °. The step length between the turns of the spiral plate h ₂ may be equal to 0.5 ÷ 0.8 of the width of the plate a.

Схематично на фиг.1 изображен центробежный сепаратор.Schematically in figure 1 shows a centrifugal separator.

Центробежный сепаратор содержит вертикально расположенный цилиндрический корпус 1 с днищем 2, в верхней части которого размещен тангенциальный патрубок для ввода газожидкостного потока 3, выхлопной патрубок для отвода газа 4 и патрубок для удаления дисперсной фазы в его нижней части 5. Корпус на внутренней поверхности снабжен направляющими 6, выполненными в виде пластины в форме непрерывной спирали, расположенной под углом к образующей корпуса навстречу газожидкостному потоку α=20°÷45°, и образующей со стенкой аппарата винтовые каналы для сбора жидкости 7. Длина участка, снабженного направляющими, h₁ равна 0,5÷0,7 высоты цилиндрической части корпуса h. Кромка каждого нижележащего витка спиральной пластины расположена выше места крепления к корпусу вышележащего витка. Длина шага между витками спиральной пластины h₂ равна 0,5÷0,8 ширины пластины а. В верхней части корпус снабжен распределителем потока 8, выполненным в виде полого обратного усеченного конуса, размещенного между тангенциальным патрубком и направляющими.The centrifugal separator contains a vertically arranged cylindrical body 1 with a bottom 2, in the upper part of which there is a tangential nozzle for introducing a gas-liquid flow 3, an exhaust nozzle for exhausting gas 4 and a nozzle for removing the dispersed phase in its lower part 5. The housing on the inner surface is provided with guides 6 made in the form of a plate in the form of a continuous spiral, located at an angle to the generatrix of the housing toward the gas-liquid flow α = 20 ° ÷ 45 °, and forming screw channels with the wall of the apparatus for fluid collection 7. The length of the section provided with guides, h ₁ is equal to 0.5 ÷ 0.7 of the height of the cylindrical part of the body h. The edge of each underlying coil of the spiral plate is located above the attachment point to the upper coil body. The step length between the turns of the spiral plate h ₂ is equal to 0.5 ÷ 0.8 of the width of the plate a. In the upper part, the housing is equipped with a flow distributor 8, made in the form of a hollow inverse truncated cone, placed between the tangential nozzle and the guides.

Устройство работает следующим образом. Газожидкостный поток поступает в аппарат через тангенциально расположенный к корпусу 1 аппарата патрубок 3. Под действием центробежной силы капли движутся к боковым стенкам корпуса 1. Капли, попадая на наклонные направляющие 6, не разбрызгиваются, так как их поверхность установлена под наклоном к траектории движения капли. При этом капли теряют кинетическую энергию (при соприкосновении со стенкой скорость их снижается), что также исключает разбрызгивание капель. Далее капли стекают по направляющим 6 и попадают в винтовые каналы 7, где продольное движение газожидкостного потока мало, что исключает возникновение крупных вихревых турбулентных образований, которые могли бы осуществить вторичный унос отсепарированной жидкости на стенке аппарата. Отсепарированная жидкость по винтовым каналам 7 стекает в нижнюю часть корпуса, попадает в днище 2 и удаляется через патрубок для удаления дисперсной фазы 5. Распределитель потока 8, расположенный между тангенциальным патрубком и направляющими, отжимает газожидкостный поток от стенки корпуса, что приводит к тому, что вблизи внутренних краев винтовых каналов вертикальные скорости потока незначительны, велики только азимутальные скорости, что создает оптимальные условия для осаждения капель на винтовых каналах, а также исключает рождение крупных турбулентных вихрей вблизи внутренних стенок винтовых каналов.The device operates as follows. The gas-liquid flow enters the apparatus through the nozzle 3 tangentially located to the apparatus body 1. Under the action of centrifugal force, the droplets move to the side walls of the housing 1. The droplets falling onto the inclined guides 6 are not sprayed, since their surface is set at an angle to the droplet's trajectory. In this case, the drops lose kinetic energy (when they come into contact with the wall, their speed decreases), which also eliminates the splashing of the drops. Next, the drops flow along the guides 6 and fall into the screw channels 7, where the longitudinal movement of the gas-liquid flow is small, which eliminates the occurrence of large vortex turbulent formations that could carry out secondary entrainment of the separated liquid on the apparatus wall. The separated liquid flows through the screw channels 7 into the lower part of the housing, enters the bottom 2 and is removed through the nozzle to remove the dispersed phase 5. The flow distributor 8, located between the tangential nozzle and the guides, squeezes the gas-liquid flow from the wall of the housing, which leads to near the inner edges of the screw channels, the vertical flow velocities are insignificant, only the azimuthal velocities are high, which creates optimal conditions for the deposition of droplets on the screw channels, and also eliminates the birth large turbulent vortices near the inner walls of helical channels.

Установка направляющих, выполненных в виде пластины в форме непрерывной спирали, позволяет:The installation of guides made in the form of a plate in the form of a continuous spiral allows you to:

а) образовывать со стенкой корпуса винтовые каналы, по которым отсепарированная жидкость стекает на дно аппарата;a) form screw channels with the body wall through which the separated liquid flows to the bottom of the apparatus;

б) капле, попавшей на наклонные поверхности направляющих, не разбрызгиваться, так как их поверхность установлена под наклоном к траектории движения капли, стекать к стенке корпуса, попадая в винтовые каналы, при этом капля теряет кинетическую энергию, и при соприкосновении со стенкой скорость ее снижается, что также исключает разбрызгивание капли;b) the droplet falling on the inclined surfaces of the guides should not be sprayed, since their surface is inclined to the trajectory of the droplet’s movement, run off to the body wall, falling into the screw channels, while the droplet loses kinetic energy, and when it touches the wall, its speed decreases , which also eliminates splashing drops;

в) исключить возникновение крупных вихревых турбулентных образований, которые могли бы осуществить вторичный унос жидкости со стенки корпуса, так как в винтовых каналах между направляющими и корпусом продольное движение газового потока мало.c) to exclude the occurrence of large vortex turbulent formations that could carry out the secondary ablation of fluid from the wall of the housing, since in the screw channels between the guides and the housing the longitudinal movement of the gas stream is small.

Установка распределителя потока позволяет отжимать газожидкостный поток от стенки корпуса, что приводит к тому, что вблизи внутренних краев винтовых каналов вертикальные скорости потока незначительны, велики только азимутальные скорости, что создает оптимальные условия для осаждения капель на винтовых каналах, а также исключает рождение крупных турбулентных вихрей вблизи внутренних стенок винтовых каналов.The installation of a flow distributor allows squeezing gas-liquid flow from the casing wall, which leads to the fact that the vertical flow rates are insignificant near the inner edges of the screw channels, only the azimuthal velocities are high, which creates optimal conditions for the deposition of droplets on the screw channels, and also eliminates the generation of large turbulent vortices near the inner walls of the screw channels.

Предлагаемая конструкция центробежного сепаратора позволяет расширить сферу применения центробежных сепараторов, повысить эффективность разделения двухфазных потоков до 99,9%, она проста в изготовлении и может быть получена при реконструкции известных сепараторов, согласно изобретению путем размещения направляющих, выполненных в виде пластины в форме непрерывной спирали и распределителя потока, позволяющих уменьшить величину вторичного уноса капель жидкости из аппарата.The proposed design of a centrifugal separator allows you to expand the scope of centrifugal separators, increase the separation efficiency of two-phase flows up to 99.9%, it is simple to manufacture and can be obtained by reconstructing the known separators according to the invention by placing guides made in the form of a plate in the form of a continuous spiral and flow distributor, allowing to reduce the amount of secondary entrainment of liquid droplets from the apparatus.

Claims

1. A centrifugal separator for separating a two-phase flow, mainly gas-liquid, containing a vertically arranged cylindrical body with a bottom, in the upper part of which there is a tangential pipe for introducing a stream, an exhaust pipe for removing gas and a pipe for removing the dispersed phase in its lower part, while on the inner surface is provided with guides, characterized in that the housing is equipped with a hollow inverse truncated cone placed between the tangential nozzle and the guides, while the guides are made in the form of a plate in the form of a continuous spiral, located at an angle to the generatrix of the housing towards the gas-liquid flow, forming screw channels with the wall of the housing for collecting fluid, the edge of each underlying coil of the spiral plate is located above the attachment point to the housing of the overlying coil.

2. The centrifugal separator according to claim 1, characterized in that the length of the section equipped with guides is equal to 0.5 ÷ 0.7 of the height of the cylindrical part of the housing.

3. The centrifugal separator according to claim 1, characterized in that the angle of attachment of the plates is 20 ÷ 45 °.

4. The centrifugal separator according to claim 1, characterized in that the step length between the turns of the spiral plate is 0.5 ÷ 0.8 of the width of the plate.