Центробежные пылекаплеуловители Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.928.3

Р. Х. Зиятдинов, М. А. Мухамедзянов, А. В. Репина

ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ ПЫЛЕКАПЛЕУЛОВИТЕЛИ

Ключевые слова: центробежные пылекаплеуловители, циклоны, сепараторы

Рассмотрены различные конструкции современных центробежных пылекаплеуловителей для очистки попутного нефтяного газа.

Keywords: cyclone, dust collector, drip pan, separator Comparative analyse of different tapes centrifucal dust collectors and drip pans for gas industry is maked.

Центробежные пылекаплеуловители находят широкое использование в химической, нефтедобывающей, горнодобывающей, металлургической, пищевой и в других отралях промышленности [1-3].

Среди большого разнообразия конструкций центробежных пылеотделителей особый интерес представляют циклоны [4]. Эти аппараты позволяют повысить степень очистки от дисперсных взвесей газа, прошедшего стадию предварительной очистки. Сверхтонкая очистка газа необходима в тех случаях, когда эти взвеси представляют опасность загрязнения окружающей среды или являются смесями, содержащими ценные компоненты.

В циклонах запыленный газ поступает со скоростью 20-25 м/с по касательной в корпус аппарата, приобретая в нем винтовое движение. Под действием центробежной силы более крупные дисперсные частицы отбрасываются к стенке корпуса аппарата, продолжая движение по спирали к пылеотводящему патрубку, через который сбрасываются в бункер. Вращающийся в циклоне газ образует осевой вихрь, уходящий с оставшимися в нем мелкими дисперсными взвесями через выхлопную трубу наружу аппарата.

Циклоны конструкции НИИОГАЗ, выпускаемые отечественными предприятиями диаметром от 40 до 800 мм и производительностью до 50000 м3/ч, пригодны для очистки газов с содержанием твердых дисперсных взвесей не менее 400 г/м3 при температуре до 400 0С. Средняя скорость газа, например, в циклоне диаметром 0,8 м составляет 3,6 м/с, гидравлическое сопротивление аппарата - 653Н/м2, а степень очистки - 90-95 %.

В ОАО «ТатНИИнефтемаш» совместно с Казанским научно-исследовательским технологическим университетом разработаны новые конструкции центробежных пыле- и каплеуловителей, защищенные авторскими свидетельствами СССР и патентами РФ.

На рис.1 показана конструкция циклона со встроенной в выхлопной трубе спиральной лентой [5]. В циклоне со встроенной в выхлопную трубу спиральной лентой газовый вихрь с мельчайшими частичками твердых взвесей при входе в выхлопную трубу вращает спиральную ленту и при прохождении канала, образованного вращающейся лентой и стенкой выхлопной трубы, усиливает свое винтовое движение. Под действием центробежной силы дисперсные взвеси отбрасываются на стенку газоотводящей трубы и через горизонтально распо-

ложенную прорезь на этой трубе продавливаются в корпус циклона.

Рис. 1 - Циклон: 1 - корпус, 2 - днище, 3 - тангенциальный патрубок, 4 - пылеотводящий патрубок, 5 - крышка, 6 - выхлопная труба, 7 -прорезь, 8 - спиральная лента, 9 - подшипниковый узел

На рис.2 показан циклон-сепаратор для улавливания твердых и жидких дисперсных взвесей [6]. Газовый поток с твердыми (жидкими) дисперсными взвесями поступает в аппарат через тангенциальный патрубок, приобретая в цилиндре конической формы восходящее винтовое движение.

Под действием центробежной силы твердые (жидкие) дисперсные взвеси отбрасываются на стенку корпуса, образуя с газом (жидкостной пленкой) восходящий пристеночный винтовой поток. Попадая в коническую часть корпуса аппарата дисперсные взвеси продавливаются через прорези в конической части корпуса в карман, образованный корпусом и рубашкой. Унос взвесей газом из кармана исключен из-за малого попадания через прорези газа. Твердые (жидкие) взвеси выводятся из аппарата через патрубок вывода взвесей. Отделенные от взвесей газ выходит из аппарата через выхлопной патрубок.

На рис.3 показан сепаратор, предназначенный для очистки попутного нефтяного газа от жидких дисперсных нефтяных взвесей [7].

Рис. 2 - Циклон-сепаратор: 1 - цилиндро-конический щелевой корпус, 2 - тангенциальный патрубок, 3 - рубашка, 4 - верхняя камера, 5 - выхлопной патрубок, 6 - патрубок удаления взвесей, 7 - прорези

Рис. 3 - Сепаратор: 1 - корпус, 2 - тангенциальный патрубок, 3 - патрубок выхода газа, 4 - штуцер сброса жидкости, 5 - горизонтальная перегородка, 6 - ротор, 7 - обечайка, 8 - сетка, 9 - днище, 10 - кольцевой лоток, 11 - сливная трубка, 12 - вал, 13 - подшипниковый узел, 14 - стакан, 15 -отверстие в перегородке

Газ с жидкими дисперсными взвесями поступает через тангенциальный патрубок в пространство

корпуса под перегородкой, в котором приобретает винтовое нисходящее движение. Возникающая при вращении газового потока центробежная сила отбрасывает жидкие дисперсные взвеси на стенку корпуса, с которой они стекают вниз и через штуцер выходят из аппарата.

Винтовой поток газа в корпусе, воздействуя на наружную стенку сетчатого стакана, вращает ротор. Крупные капли жидкости, находящиеся в газовом потоке в непосредственной близости от наружной стенки вращающегося стакана, отбрасываются к периферии корпуса. Мелкие капли в виде тумана уносятся газом через перфорации в стакане в кольцевое пространство между сплошной обечайкой и стаканом. В этом пространстве капли жидкости, многократно соударяясь друг с другом и со стенками стакана и обечайки, укрупняются и отбрасываются на днище стакана. На выходе из зазора между лотком и днищем поток газа изменяет направление своего движения на противоположное. В результате трения о внутреннюю стенку вращающейся перфорированной обечайки восходящий поток газа приобретает в полости ротора вращательное движение. В полости ротора капли жидкости отбрасываются центробежной силой на стенку перфорированной обечайки. Через перфорации в этой обечайке капли передавливаются центробежной силой в кольцевое пространство между обечайками и сбрасываются в лоток. По наклонному лотку жидкость стекает в сливную трубку, по которой стекает в корпус. Окончательно очищенный от жидких взвесей газ уходит из полости ротора через отверстия в горизонтальной перегородке в пространство корпуса над перегородкой и через патрубок выхода газа выходит из сепаратора.

Испытания сепаратора на нефтепромыслах показали его эффективность при очистке попутного газа с жидкими нефтяными взвесями. Содержание жидких нефтяных взвесей в очищенном газе не превышали 0,005 г/м3.

Литература

1. Ермакова Е.Ю. / Е.Ю. Ермакова, М.Г. Кузнецов, Ю.Ф. Коротков, О.В. Козулина // Вестник Казан. технол. унта. -2012. -№ 16. -С. 234-236

2. Коротков Ю.Ф. / Ю.Ф.Коротков, М.Г.Кузнецов, Н.З. Дубкова, И.С. Докучаева // Вестник технол. ун-та. -2015. -№ 19. -С. 147-148

3. Коротков Ю.Ф. / Ю.Ф.Коротков, А.Ф. Садыков, Р.Х. Зиятдинов, А.В. Репина //Вестник технол. ун-та. -2015. -№ 20. - С. 144-145

4. А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. Альянс, Москва, 2005, 753 с.

5. Патент РФ 70165 (2007)

6. Патент РФ 130520 (2013)

7. Патент РФ 2095122 (1997)

© Р. Х. Зиятдинов - к.т.н., доц. каф. физики КНИТУ; М. А. Мухамедзянов ■ к.т.н., доц. каф. физики КНИТУ; nastia_repina@mail.ru.

, доц. каф ПАХТ КНИТУ; А. В. Репина ■

© R .H. Ziatdinov, c.t.s., assoc. prof. of physics, KNRTU; M. A. Muhamedzanov, c.t.s., assoc. prof. of Process and device of chemical technology, KNRTU; A. V. Repina, c.t.s., assoc. prof. of physics, KNRTU, nastia_repina@mail.ru.

к.т.н