Глава 4

Гидромеханика неоднородных сред

11

Жалюзийная коалесцирующая насадка (для газовых сепараторов)

Жалюзийная коалесцирующая насадка – внутреннее устройство, предназначенное для удаления крупных капель жидкости из газового потока. Жалюзийная насадка представляет собой пакет тонких зигзагообразных пластин или пластин волнистого профиля, установленных на равном расстоянии друг от друга. При движении потока через узкие проходы между жалюзийными пластинами инерционные силы, действующие на поворотах, обеспечивают отбрасывание капель жидкости на поверхность пластин, образуя на них тонкую пленку. Отделение и стекание осевшей жидкости в основном происходит на сгибах жалюзийных пластин, либо через специальные карманы.

Допустимо использование термина «пластинчатая коалесцирующая насадка»

В газовых сепараторах основной механизм осаждения капель на пластинах – инерционный.

Число Стокса (Sk или Stk) — критерий подобия, используемый в гидродинамике взвесей, который определяет соотношение между кинетической энергией взвешенных частиц и энергией их взаимодействия с газом. Оно определяется следующим образом:

Число Стокса позволяет предсказать поведение частиц взвеси, когда поток будет огибать препятствие. Если Sk>>1, то частицы взвеси будут двигаться прямо, наталкиваясь на препятствие, а если Sk<<1, то частицы будут огибать его вместе с потоком.

Для повышения эффективности улавливания капель жалюзийные пластины выполняют с резкими поворотами и карманами для захвата капель:

Рис. 6. Инерционный механизм улавливания капель в жалюзийном пакете.

Гидромеханика неоднородных сред

12

Различные типы каналов для повышения эффективности захвата капель:

Гидромеханика неоднородных сред

13

Сетчатые коалесцеры

Сетчатые коалесцеры применяются для ускорения процесса слияния капель с тем, чтобы из большого количества мелких капель образовалось меньшее количество, но с более крупным диаметром. При этом возрастает сила выталкивания в законе Стокса. Осаждение крупных капель после прохождения средства коалесцирования требует меньшего времени выдерживания.

Обработка смеси в коалесцере происходит в три этапа, как показано на рис. 4.

Механизмы захвата капель

Когда поток дисперсной фазы проходит через слой сетчатой насадки, капли могут осаждаться на волокна путем одновременного действия нескольких механизмов, в том числе инерционного соударения, капиллярным перехватом, а также за счет броуновского движения капель (см. рис. 5).

		Инерционное	Броуновская
		осаждение
	Траектории		диффузия
	капель

Поперечное сечение волокна

Капиллярный

захват

Рис. 5. Механизмы осаждения капель на волокнах насадки

Гидромеханика неоднородных сред

14

Исполнение сетчатых коалесцеров

Рис. 6. Виды исполнения сетчатых коалесцеров – сплошной мат; блочное исполнение; трубчатый

фильтропатрон.

8

7

		6
		5
	мкм	4
	F, %/
		3
		2

1

0

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

p, мкм

F in

F out

Рис.7. Распределение капель по размерам во входном потоке (F in) и на выходе из сетчатого коалесцера (F out).

Гидромеханика неоднородных сред

15

Рис.8. Типовые схемы установки сетчатых коалесцеров

Гидромеханика неоднородных сред

16

Рис. 9. Установка фильтропатронов – сетчатых коалесцеров.

Рис.10. Сепаратор с одновременным использованием сетчатых коалесцирующих патронов (1-ая ступень) и жалюзийной насадкой (2-ая ступень).

Гидромеханика неоднородных сред

17

Рис. 11. Трёхфазный сепаратор

Гидромеханика неоднородных сред

18

Сепараторы циклонного типа

Мультициклонный сепаратор (вихревые трубы)

Гидромеханика неоднородных сред

19

Входное распределительное устройство

Основное назначение входного распределительного устройства сепаратора – ввод и торможение потока, грубая очистка сплошной фазы от пленочной жидкости (т.н. первичная сепарация).

Виды входных устройств:

Входной дефлектор отражательного типа;

Колено;

Устройство хаф-пайп (пол-трубы);

Устройство лопастного типа;

Устройство циклонного типа.

Таблица 5.1.1 - Сравнение рабочих характеристик различных входных устройств

	Выполняемая			Входной			Колено	Устройство		Устройство	Устройство
	функция входного			дефлектор				хаф-пайп		лопастного	циклонного
	устройства			отражательного						типа	типа
				типа
	Отделение			Плохо			Плохо	Средне		Хорошо	Очень
	пленочной жидкости										хорошо
	Равномерное						Очень
	распределение по			Очень плохо				Средне		Хорошо	Хорошо
							плохо
	сечению
	Предотвращение			Очень плохо			Очень	Плохо		Хорошо	Хорошо
	вторичного уноса						плохо
	Минимизация
	дробления капель						Очень			Очень	Очень
	(образование			Плохо				Средне
							плохо			хорошо	хорошо
	«вторичной»
	суспензии)
	Пеногашение			Очень плохо			Очень	Плохо		Средне	Очень
							плохо				хорошо

а)

б)

в)

Рис. 5.1. Установка входных устройств: а) отражательного типа, б) в) – колено.

Гидромеханика неоднородных сред

20

Рис. 5.2. Входное устройство типа хаф-пайп.

Рис. 5.3. Входное устройство лопастного типа.

Рис. 5.4. Входное устройство циклонного типа.

Главный критерий при выборе того или иного типа входного устройства – напор потока во входном патрубке, рассчитываемый по значению V2, где – плотность входного потока, кг/м3, V

– скорость потока во входном патрубке, м/с.

Таблица 5.1.2 – Критерий V2 для различных входных устройств.

Тип входного устройства	Входной	Колено	Устройство	Устройство	Устройство
	дефлектор		хаф-пайп	лопастного	циклонного
	отражательного			типа	типа
	типа
Значение U2, Па	<1400	<1000	<2100	<8000	<10000