RU2246339C1

RU2246339C1 - Vortex separator

Info

Publication number: RU2246339C1
Application number: RU2003122244/15A
Authority: RU
Inventors: О.Н. Аминов (RU); О.Н. Аминов; Д.И. Фозекош (RU); Д.И. Фозекош; нников В.И. Дресв (RU); В.И. Дресвянников
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Корпорация Уралтехнострой" (ООО "Корпорация Уралтехнострой")
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2005-02-20
Also published as: RU2003122244A

Abstract

FIELD: petroleum industry; production of vortex separators.

SUBSTANCE: the invention presents a vortex separator and is dealt with the field of petroleum industry, in particular with preparation of the casing-head gas for drying. The vortex separator contains a lengthy nozzle inlet, a chamber of swirling, a conical trap for condensate located directly at the nozzle inlet and an outlet radial diffuser. Along the axis of the separator coaxially to the chamber of swirling there is a heat-exchange pipe for preliminary cooling of the gas and condensation of vapors. The separator may have an additional diffuser mounted in symmetry with the first one. The separator provides a high degree of condensation of vapors at the expense of the gas preliminary cooling and increasing its ratio of expansion.

EFFECT: the invention ensures a high degree of condensation of vapors at the expense of the gas preliminary cooling and increasing its ratio of expansion.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области подготовки попутного газа, в частности, для его осушки.The invention relates to the field of associated gas preparation, in particular for drying it.

Известен вихревой сепаратор на основе вихревой трубы, содержащий протяженный сопловой ввод, камеру закрутки, выходы горячего и холодного потоков и осерадиальный диффузор для вывода конденсата. Сепаратор предназначен для конденсации тяжелых фракций газа в протяженном сопле и для последующего вывода конденсата через осерадиальный диффузор. (А.Н.Чернов, Е.М.Брещенко, Г.Н.Бобровников. Исследование процесса компонентного разделения углеводородных газовых смесей в вихревой трубе. Сборник “Вихревой эффект и его промышленное применение”. Материалы 3-й научно-технической конференции. Куйбышев, 1981 г., стр.177-180).Known vortex separator based on a vortex tube containing an extended nozzle inlet, a swirl chamber, the outputs of hot and cold flows and an axial radial diffuser for condensate discharge. The separator is designed for condensation of heavy gas fractions in an extended nozzle and for subsequent condensate discharge through an axial radial diffuser. (A.N. Chernov, E.M. Breschenko, G.N. Bobrovnikov. Investigation of the process of component separation of hydrocarbon gas mixtures in a vortex tube. Collection “Vortex effect and its industrial application.” Materials of the 3rd scientific and technical conference. Kuibyshev 1981, pp. 177-180).

В данном сепараторе достигается почти равновесная конденсация тяжелых фракций газа в сопле благодаря его протяженности. Однако сепаратор имеет низкую сепарирующую способность вследствие неоптимальной конструкции осерадиального диффузора для вывода конденсата.In this separator, almost equilibrium condensation of the heavy gas fractions in the nozzle is achieved due to its length. However, the separator has a low separation capacity due to the suboptimal design of the axial radial diffuser for condensate discharge.

Наиболее близким к заявляемому объекту является вихревой сепаратор, содержащий тангенциальный завихритель, камеру закрутки, в которой выполнена коническая ловушка конденсата, конический выходной диффузор и тангенциальный вывод жидкости (конденсата) из ловушки. (К.Б.Немира, А.В.Мартынов, Испытание вихревого сепаратора. Сборник “Вихревой эффект и его промышленное применение”. Материалы 3-й научно-технической конференции. Куйбышев, 1981 г., стр.180-183).Closest to the claimed object is a vortex separator containing a tangential swirl, a swirl chamber in which a conical condensate trap is made, a conical outlet diffuser and a tangential discharge of liquid (condensate) from the trap. (K.B.Nemira, A.V. Martynov, Testing the vortex separator. Collection “Vortex effect and its industrial application”. Materials of the 3rd scientific and technical conference. Kuibyshev, 1981, pp. 180-183).

Этот сепаратор достаточно хорошо отделяет выделенный в сопле конденсат благодаря наличию ловушки. Недостатком его является недостаточная степень конденсации тяжелых фракций газа. Кроме того, сепаратор непригоден для использования в качестве осушителя газа от паров воды при невысоких входных давлениях (3... 7 бар). При указанных давлениях на входе в вихревую трубу охлаждение газа за счет эффекта Джоуля-Томсона незначительно, а охлаждение газа и конденсата паров воды при адиабатическом расширении в сопле недостаточно для глубокой осушки газа.This separator separates the condensate released in the nozzle quite well due to the presence of a trap. Its disadvantage is the insufficient degree of condensation of heavy gas fractions. In addition, the separator is unsuitable for use as a dehydrator of gas from water vapor at low inlet pressures (3 ... 7 bar). At the indicated pressures at the inlet of the vortex tube, the gas cooling due to the Joule-Thomson effect is insignificant, and the gas and condensate water vapor cooling during adiabatic expansion in the nozzle is insufficient for deep gas dehydration.

Изобретение направлено на увеличение степени конденсации паров за счет повышения степени расширения газа и обеспечения предварительного охлаждения.The invention is directed to increasing the degree of vapor condensation by increasing the degree of expansion of the gas and providing preliminary cooling.

Это достигается тем, что в вихревом сепараторе, включающем протяженный сопловой ввод, камеру закрутки, коническую ловушку конденсата и выходной диффузор, соосно с камерой закрутки расположена теплообменная труба для предварительного охлаждения газа и конденсации паров, при этом в качестве диффузора сепаратор содержит радиальный диффузор, а коническая ловушка расположена непосредственно у соплового ввода.This is achieved by the fact that in the vortex separator, which includes an extended nozzle inlet, a swirl chamber, a conical condensate trap and an outlet diffuser, a heat exchange pipe is located coaxially with the swirl chamber for preliminary cooling of the gas and vapor condensation, while the separator contains a radial diffuser as a diffuser, and a conical trap is located directly at the nozzle inlet.

В сепараторе может быть установлен дополнительный диффузор, расположенный симметрично первому относительно соплового ввода.An additional diffuser located symmetrically to the first relative to the nozzle inlet can be installed in the separator.

На чертеже изображен предлагаемый вихревой сепаратор в двухконтурном исполнении.The drawing shows the proposed vortex separator in double-circuit design.

Вихревой сепаратор включает протяженный тангенциальный сопловой ввод 1, камеры закрутки 2, конические ловушки 3 конденсата, расположенные непосредственно у соплового ввода, камеры 4 для отвода конденсата, радиальные диффузоры 5 с выходными щелями, теплообменную трубу 6, расположенную по оси вихревых камер и соединенную с сопловым вводом 1.The vortex separator includes an extended tangential nozzle inlet 1, swirl chambers 2, conical condensate traps 3 located directly at the nozzle inlet, condensate chambers 4, radial diffusers 5 with outlet slots, a heat exchange tube 6 located along the axis of the vortex chambers and connected to the nozzle input 1.

Вихревой сепаратор с радиально-щелевым диффузором представляет собой самовакуумирующуюся вихревую трубу, в которой достигается высокая степень расширения газа (в 20... 40 раз) при невысоком давлении на входе и глубокое охлаждение приосевой зоны вихря. В теплообменной трубе, проходящей вдоль оси самовакуумирующейся вихревой трубы, происходит предварительное охлаждение газа с частичной конденсацией паров воды и/или тяжелых фракций углеводородов. Оптимальная длина самовакуумирующейся вихревой трубы с одним диффузором ограничена 4-мя калибрами. Для увеличения длины зоны предварительного охлаждения вихревая труба содержит два диффузора и один сопловой ввод. (Общая длина составит 8 калибров). Такая вихревая труба имеет наибольшую среди всех типов вихревых труб степень охлаждения приосевых слоев (до -150° С) и коэффициент теплообмена к телу, помещенному на оси порядка 450 Вт/м²· к. (А.П.Меркулов. Вихревой эффект и его применение в технике. М.: Машиностроение, 1969 г.).A vortex separator with a radial slot diffuser is a self-evacuating vortex tube in which a high degree of gas expansion (by 20 ... 40 times) is achieved at a low inlet pressure and deep cooling of the axial zone of the vortex. In a heat exchange pipe passing along the axis of a self-evacuating vortex tube, the gas is pre-cooled with partial condensation of water vapor and / or heavy hydrocarbon fractions. The optimal length of a self-evacuating vortex tube with one diffuser is limited to 4 calibers. To increase the length of the pre-cooling zone, the vortex tube contains two diffusers and one nozzle inlet. (The total length will be 8 calibers). Such a vortex tube has the largest degree of cooling of the axial layers (to -150 ° C) among all types of vortex tubes and a heat transfer coefficient to a body placed on an axis of the order of 450 W / m ² · k. (AP Merkulov. Vortex effect and its application in engineering. M.: Mechanical Engineering, 1969).

Конические ловушки конденсата расположены непосредственно у соплового ввода для исключения испарения конденсата в горячих периферийных слоях вихря.Conical condensate traps are located directly at the nozzle inlet to prevent condensate evaporation in the hot peripheral layers of the vortex.

Сепаратор работает следующим образом.The separator works as follows.

Газ под давлением подают в теплообменную трубу 6, где происходит охлаждение газа и конденсация части паров воды и тяжелых фракций газа. При использовании сепаратора в качестве осушителя в теплообменной трубе конденсируется около 10% паров воды, образовавшиеся капельки служат центрами конденсации основной доли паров при последующем расширении газа в протяженном сопловом вводе 1. После теплообменной трубы и соплового ввода газ поступает в камеры 2 закрутки, где происходят процессы центробежного отделения конденсата от газа и разделение газа на два потока - приосевой холодный и периферийный горячий. Сразу после ввода газа в камеры закрутки капли конденсата попадают в ловушки 3, расположенные у соплового ввода для исключения испарения капель в горячем периферийном потоке газа. Из ловушек конденсат поступает в камеры 4 отбора и выводится из сепаратора. Внутренние холодные слои вихревого потока охлаждают теплообменную трубу 6, затем поступают в радиальные диффузоры 5 с выходными щелями, где смешиваются с горячими периферийными слоями и тормозятся. При торможении в радиальных диффузорах происходит повышение давления по сравнению с давлением внутри камер закрутки 2. Тем самым создаются условия самовакуумирования вихревой трубы, усиливающие закрутку газа, и охлаждение приосевого вихревого потока. После смешения горячего и холодного потоков из диффузора выходит газ с температурой выше первоначальной за счет выделенной в сепараторе теплоты конденсации.Gas under pressure is supplied to a heat exchange pipe 6, where the gas is cooled and a part of the water vapor and heavy gas fractions are condensed. When using the separator as a dehumidifier, about 10% of water vapor condenses in the heat exchanger pipe, the droplets formed serve as condensation centers for the main vapor fraction during subsequent expansion of the gas in the extended nozzle inlet 1. After the heat exchange pipe and nozzle inlet, the gas enters the swirl chambers 2, where the processes take place centrifugal separation of condensate from gas and gas separation into two streams - axial cold and peripheral hot. Immediately after the gas is introduced into the swirl chambers, the condensate droplets fall into traps 3 located at the nozzle inlet to prevent droplets from evaporating in the hot peripheral gas stream. From traps, condensate enters the selection chamber 4 and is removed from the separator. The internal cold layers of the vortex flow cool the heat exchange tube 6, then enter the radial diffusers 5 with outlet slots, where they are mixed with the hot peripheral layers and decelerated. When braking in radial diffusers, an increase in pressure occurs compared with the pressure inside the swirl chambers 2. This creates the conditions for self-evacuation of the vortex tube, enhancing the swirling of the gas, and cooling the axial vortex flow. After mixing the hot and cold flows, a gas with a temperature higher than the initial temperature leaves the diffuser due to the condensation heat released in the separator.

Использование предлагаемого вихревого сепаратора позволит по сравнению с прототипом увеличить эффект охлаждения газа и конденсации паров за счет использования в качестве вихревого сепаратора самовакуумирующейся вихревой трубы, по оси которой установлена теплообменная труба, в которой предварительно охлаждается газ и конденсируется часть паров. Сепаратор с двумя диффузорами увеличит по сравнению с сепаратором с одним диффузором длину зоны охлаждения в два раза и соответственно повысит степень конденсации.The use of the proposed vortex separator will allow, in comparison with the prototype, to increase the effect of gas cooling and vapor condensation due to the use of a self-evacuating vortex tube as a vortex separator, along the axis of which a heat exchange tube is installed, in which the gas is pre-cooled and part of the vapor is condensed. A separator with two diffusers will double the length of the cooling zone compared to a separator with one diffuser and accordingly increase the degree of condensation.

Claims

1. A vortex separator comprising an extended nozzle inlet, a swirl chamber, a conical condensate trap and an outlet diffuser, characterized in that a heat exchanger tube is arranged coaxially with the swirl chamber along the axis of the separator for pre-cooling the gas and vapor condensation, while the separator contains a radial a diffuser, and a conical trap is located directly at the nozzle inlet.

2. The vortex separator according to claim 1, characterized in that it is equipped with an additional diffuser mounted symmetrically to the first relative to the nozzle inlet.