устройство для очистки газа

Формула изобретения

1. Устройство для очистки газа, содержащее последовательно соединенные первую и вторую секции, рабочие элементы которых встроены в заглушенный с верхнего конца вертикальный цилиндрический корпус через перегородки, разделяющие междутрубные полости первой и второй секций, коллектор с боковым отводом очищенного газа, общий бункер сбора уловленных примесей, причем первая секция с боковым входом очищаемого газа представляет собой фазовый отделитель инерционно-гравитационного типа, а вторая секция – отделитель прямоточно-центробежного типа с каналом перепуска газа, отличающееся тем, что канал перепуска выполнен в виде вертикально установленного осевого эжектора, у которого вход эжектирующего газа совмещен с выходом очищаемого газа из сопла крутоизогнутого отвода, присоединенного к боковому входу, а вход эжектируемого газа сообщен с нижней частью полости первой секции через приемную трубу, с нижнего конца открытую в полость бункера, с верхнего – в полость первой секции, таким образом, что перегородки ограничены с одной стороны разделительной стенкой, перпендикулярной соосным между собой входу очищаемого и отводу очищенного газов, с другой стороны – частью вертикального цилиндрического корпуса в пределах крепления к нему крутоизогнутого отвода, при этом стенка со стороны второй секции снабжена вырезом, обращенным в полость приемной трубы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отделитель прямоточно-центробежного типа, состоящий по крайней мере из одной сепарационной трубы с завихрителем на входе в виде тангенциального направляющего аппарата, дополнительно снабжен регулирующим органом, представляющим собой перемещаемый с наружной стороны сепарационной трубы полый стакан с возможностью перекрытия им длины тангенциальных каналов завихрителя, при этом дно стакана связано с штоком сервопривода, размещенного за пределами заглушенного с верхнего конца вертикального корпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к аппаратам, предназначенным для очистки газового потока от содержащихся в нем твердых и жидких примесей, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например нефтяной, химической, энергетической, газовой и др.

Известно устройство для очистки газа (авт. свид. СССР № 453194, кл. В 04 С 3/04, 1975), включающее последовательно соединенные первую и вторую секции, рабочие элементы которых, объединенные в единый блок, встроены в вертикальный цилиндрический корпус через перегородки, разделяющие последовательно сверху вниз междутрубные полости первой и второй секций, отвод очищенного газа, расположенный в нижней части корпуса, общий бункер сбора уловленных примесей, причем первая секция с боковым входом очищаемого газа представляет собой фазовый отделитель инерционно-гравитационного типа.

Недостатком известного устройства является снижение его эффективности при увеличении нагрузки (расходонапряженности), так как с увеличением нагрузки степени понижения давления в приосевой зоне завихрителя становится недостаточной для обеспечения необходимого перепуска газа из полости бункера, что приведет к соответствующему повышению подпора газа, препятствующему выводу примесей, отделенных в сепарационных камерах.

Этот недостаток устранен в известном устройстве для очистки газа (патент РФ № 2140825 кл. B 04 С 3/04, 1998) за счет того, что устройство снабжено коллектором с боковым отводом очищенного газа, вторая секция представляет собой отделитель прямоточно-центробежного типа с каналом перепуска газа, выполненным в виде инжектора, у которого вход инжектирующего газа сообщен с верхней частью полости первой секции, а вход инжектируемого газа - с верхней частью полости второй секции (прототип).

В прототипе утверждается, что инжектирующий газ можно считать существенно очищенным, а содержание примесей в инжектируемом газе пренебрежимо мало. Это не всегда справедливо. В процессе очистки газа, содержащего сухую и мелкодисперсную пыль, например при извлечении газа из подземных хранилищ, особенно при значительных нагрузках, содержание твердых примесей в очищенном газе может превысить допустимую величину. С другой стороны, в наиболее типичном случае в очищаемом газе кроме твердых примесей содержится жидкость (конденсат), по существу жидкая грязь. В любом случае боковой вход очищаемого газа может привести к эрозионному износу корпусов сепарационных камер, или к забиванию междутрубных зазоров и преждевременному выходу из строя известного устройства.

Кроме того, несоосность входа очищаемого и отвода очищенного газов вносит определенную сложность при размещении устройства очистки, например, в блоке редуцирования газа ГРС (газораспределительной станции).

Задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности, расширение диапазона нагрузок при сохранении эффективности процесса очистки независимо от характеристики примесей, содержащихся в очищаемом газе.

Задача решается за счет того, что канал перепуска газа выполнен в виде вертикально установленного осевого эжектора, у которого вход эжектирующего газа совмещен с выходом очищаемого газа из сопла крутоизогнутого отвода, присоединенного к боковому входу устройства. А вход эжектируемого газа сообщен с нижней частью полости первой секции через приемную трубу, с нижнего конца открытую в полость бункера, с верхнего - в полость первой (верхней) секции таким образом, что перегородки ограничены с одной стороны разделительной стенкой, перпендикулярной соосным между собой входу очищаемого и боковым отводом очищенного газов, с другой стороны - частью вертикального цилиндрического корпуса устройства в пределах крепления к нему крутоизогнутого отвода, при этом разделительная стенка со стороны второй секции снабжена вырезом, обращенным в полость приемной трубы.

Дополнительно, содержащийся во второй секции устройства отделитель прямоточно-центробежного типа, состоящий, по крайней мере, из одной сепарационной трубы с завихрителем на входе в виде тангенциального направляющего аппарата, снабжен регулирующим органом, представляющим собой перемещаемый с наружной стороны сепарационной трубы полый стакан с возможностью перекрытия им длины тангенциальных каналов завихрителя. При этом дно стакана связано штоком сервопривода, размещенного за пределами заглушенного с верхнего конца вертикального корпуса устройства.

При выполнении перечисленной совокупности отличительных признаков в предлагаемом устройстве при увеличении нагрузки, сопровождающемся пропорциональным увеличением эффективности эжектора, не будет повышения подпора в полости второй секции, препятствующего выводу отделенных примесей, и, кроме того, использование подачи очищаемого газа из бокового входа, выполненного в виде сопла, крутоизогнутого отвода, выход из которого направлен в полость бункера, исключает эрозию стенок сепарационных камер, тем самым повышая эксплуатационную надежность и эффективность устройства в целом.

На чертеже представлено предлагаемое устройство в виде продольного разреза и необходимых сечений.

Устройство включает вертикальный цилиндрический корпус 1 с боковым входом 2 очищаемого и отводом 3 очищенного газа. С верхнего конца корпус 1 заглушен съемной крышкой 4, с нижнего конца корпус сообщен с полостью общего бункера 5. Между крышкой 4 и бункером 5 установлены рабочие элементы устройства, встроенные в корпусе 1 через перегородки 6, 7, 8, разделяющие междутрубные полости последовательно соединенных первой 9 и второй 10 секций, коллектор 11 с боковым отводом 3 очищенного газа. При этом первая секция представляет собой фазовый отделитель инерционно-гравитационного типа, а вторая - отделитель прямоточно-центробежного типа, содержащий завихрители 12 (например, тангенциальные), сепарационные трубы 13, газоотводящие патрубки 14, образующие между собой кольцевые щели 15. Канал перепуска выполнен в виде вертикально установленного осевого эжектора, у которого вход эжектирующего газа совмещен с выходом очищаемого газа из сопла 16 крутоизогнутого отвода 17, присоединенного к боковому входу 2. А вход эжектируемого газа сообщен с нижней частью полости первой секции через приемную трубу 18, с нижнего конца открытую в полость бункера, с верхнего - в полость первой секции таким образом, что перегородки ограничены с одной стороны разделительной стенкой 19, перпендикулярной соосным между собой входу 2 очищаемого и боковым отводом 3 очищенного газов, с другой стороны - частью 20 корпуса 1 в пределах крепления к нему отвода 17, при этом стенка 19 со стороны второй секции снабжена вырезом 21, обращенным в полость приемной трубы 18.

Дополнительно, завихритель(и) 12 снабжен регулирующим органом, представляющим собой перемещаемый с наружной стороны сепарационной трубы 13 полый стакан 22 с возможностью перекрытия им длины тангенциальных каналов завихрителя, при этом дно стакана связано штоком 23 сервопривода (на чертеже не показан).

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Газ, содержащий примесь в виде твердых и жидких частиц, поступает через боковой вход 2 и далее, попутно взаимодействуя с вогнутой поверхностью отвода 17, изменяет горизонтальное направление движения на вертикальное. При этом значительная доля взвешенных в потоке газа твердых и жидких частиц в поле центробежных сил укрупняется, что благоприятно для дальнейшего процесса их сепарации в бункере 5. После разгона в сопле 16 поток очищаемого газа попадает в трубу 18 вблизи выреза 21, подсасывая часть газа из полости второй секции 10 и обеспечивая при этом в ней необходимое разрежение. После обмена импульсами очищаемого и подсасываемого газов в трубе (канале) 18 газовая смесь поступает в бункер, где в процессе торможения и разворота газа на 180 происходит отделение наиболее крупной и тяжелой фракции примесей и осаждение их в нижней части бункера. А газ, содержащий преимущественно мелкие частицы из верхней части бункера, под действием возросшего давления в его полости поднимается вверх по трубе 18 в полость первой секции 9, где продолжается процесс сепарации взвешенной фазы и последующий ее отсос эжектором, обеспечивающим циркуляционное движение. И таким образом, первая секция устройства, представляющая (по определению) фазовый отделитель прямоточно-гравитационного типа, по существу включает в себя не только верхнюю часть корпуса 1, но и трубу 18 с бункером 5. После подъема газ, содержащий преимущественно мелкие частицы, поступает на вход сепарационной трубы 13, где, пройдя завихритель 12 и приобретя крутку, в трубе(ах) 13 под действием центробежных сил происходит практически полное разделение фаз очищаемого газа. Большая часть очищенной газовой фазы, которая движется в приосевой зоне трубы 13, выходит из нее через открытый в коллектор 11 конец патрубка 14 и покидает устройство через боковой отвод 3. Взвешенная фаза, движущаяся спиральным потоком по периферии трубы 13, захватывается кольцевой щелью 15 и затем под действием сил тяжести и инерции оседает в нижней части полости второй секции 10, откуда вместе с незначительной частью газового потока, попавшего через щель 15, отсасывается через вырез 21 эжектором и далее, соединяясь с основным потоком очищаемого газа, образует (упомянутый ранее) поток циркуляции, чем ликвидируется возрастание подпора в полости второй секции 10, препятствующего отводу уловленных примесей.

С целью дальнейшего совершенствования устройства предложена возможность посредством перемещения стакана 22 изменять проходное сечение каналов завихрителя 12 с помощью сервопривода вручную или автоматически в соответствии с изменением величины расхода очищаемого газа, сохраняя при этом величину скорости втекания газа в сепарационную трубу 13 на оптимальном уровне. То есть сохраняя постоянной величину так называемого фактора разделения, равную отношению центробежной силы, действующей на частицу, к силе тяжести (например, Научно-исследовательские лаборатории теплофизического профиля. Под редакцией д.т.н. проф. В.К. Щукина, изд. Казанского университета, 1988, с. 239).

Таким образом, при использовании энергии очищаемого газа в эжекторе при увеличении нагрузки, сопровождающемся пропорциональным увеличением эффективности эжектора, не будет повышения подпора в полости второй ступени, препятствующего выводу отделенных примесей, а использование подачи очищаемого газа из бокового входа через крутоизогнутый отвод, выход из которого направлен в полость бункера, исключает эрозию стенок сепарационных труб, тем самым повышая эксплуатационную надежность и эффективность устройства в целом. И кроме того, дополнительно предложено средство для дальнейшего совершенствования устройства для очистки газа.