комбинированный регулятор уровня жидкости и давления для сепараторов двух фаз

Формула изобретения

1. КОМБИНИРОВАННЫЙ РЕГУЛЯТОР УРОВНЯ ЖИДКОСТИ И ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ СЕПАРАТОРОВ ДВУХ ФАЗ, содержащий сосуд с отверстиями впуска и выпуска жидкости и газа, в котором размещен поплавок, средства регулирования скорости истечения через отверстия выпуска жидкости и газа, соединенные с поплавком жесткими тягами, отличающийся тем, что, с целью расширения возможностей эксплуатации, средства регулирования скорости истечения через отверстия выпуска жидкости и газа выполнены в виде золотников с компенсированным давлением, каждый из которых содержит цилиндрический подвижный стакан, коаксиально которому и в котором размещен неподвижный стакан с по меньшей мере одной прорезью в его боковой поверхности, причем полости неподвижных стаканов сообщены соответственно с отверстиями выпуска газа и жидкости, а подвижные цилиндрические стаканы соединены жесткими вертикальными тягами с поплавком и снабжены по меньшей мере одним отверстием для сброса жидкости или газа.

2. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что сосуд содержит дополнительную емкость с отверстиями выпуска жидкости и газа, в которой размещены поплавок и средства регулирования скорости истечения и которая сообщена трубопроводами с верхней и нижней частями сосуда сепаратора.

3. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что поплавок снабжен механизмом уравновешивания массы или увеличения усилия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к комбинированным средствам регулирования уровня жидкости и давления в сепараторах, которые можно использовать, в частности, в нефтяной и химической промышленности для разделения смеси из различных фаз, причем жидкие и газообразные компоненты смеси обычно разделяют в сепараторах, работающих под избыточным давлением. Сепараторы устанавливают в вертикальном или горизонтальном положении. Непременным условием работы сепараторов является непрерывный отвод разделенных фаз, так чтобы уровень жидкости и давления сохранять неизменными.

Для достижения этой цели регулирующие средства устанавливают на выходных линиях жидких и газообразных фаз с возможностью перемещения при помощи механических конструкций или встроенного преобразователя, использующего дополнительную энергию.

Регулирование давления и контроль уровня жидкости обычно выполняют двумя независимыми блоками. В случае механического регулирования давления регулирующий элемент - дроссельный клапан устанавливают на выходе газа, и он перемещается за счет поплавка, регулирующего уровень жидкости. Поскольку при этом нужны значительные движущие силы, использование описанной конструкции ограничено. По этой же причине для регулирования уровня жидкости не применяют ни запирающие приспособления, ни золотники.

Известна механическая система регулирования, содержащая уравновешенный вращающий золотник, установленный на выходе жидкости в сепаратор, и дроссельный клапан, встроенный в трубопровод выхода газа [1].

Основной недостаток этой системы - отсутствие синхронизации регулирования уровня и давления.

Наиболее близким к предложенному является устройство [2], содержащее сосуд с отверстиями для впуска и выпуска жидкости и газа, размещенный в сосуде поплавок, с которым соединены жесткими тягами средства регулирования скорости истечения жидкости и газа через отверстия выпуска.

В этом устройстве также не решена задача синхронизации регулирования уровня и давления, для чего требуется дополнительный источник энергии.

Цель изобретения - обеспечение саморегулирования уровня и давления в сепараторе при оптимальном перепаде давления и без использования дополнительной энергии и постоянного наблюдения, т.е. расширение возможностей эксплуатации.

Для достижения этих целей разработан комбинированный регулятор уровня жидкости и давления для сепараторов двух фаз, содержащий сосуд с отверстиями впуска и выпуска жидкости и газа, в котором размещен поплавок, средства регулирования скорости истечения жидкости и газа, через отверстия выпуска, соединенные с поплавком жесткими тягами, в котором средства регулирования скорости истечения жидкости и газа через отверстия выпуска выполнены в виде золотников с компенсированным давлением, каждый из которых содержит цилиндрический подвижный стакан, в котором коаксиально размещен неподвижный стакан с одной прорезью, по меньшей мере, в его боковой поверхности, причем полости неподвижных стаканов сообщены соответственно с отверстиями выпуска газа и жидкости, а подвижные цилиндрические стаканы соединены жесткими вертикальными тягами с поплавком и снабжены, по меньшей мере, одним отверстием для сброса жидкости и газа.

Кроме того, в комбинированном регуляторе имеется емкость с отверстиями выпуска жидкости и газа, в которой размещен поплавок и средства регулирования, причем емкость сообщена трубопроводами с верхней и нижней частями сосуда сепаратора, а поплавок снабжен механизмом уравновешивания массы или увеличения усилия.

На фиг.1 показан комбинированный регулятор уровня жидкости и давления, продольный разрез; на фиг.2 - схема механизма увеличения усилия в виде одноплечего рычага, связанного с поплавком; на фиг.3 - схема механизма увеличения усилия и уравновешивания масс в виде двуплечего рычага с уравновешивающей массой; на фиг.4 - комбинированный регулятор, продольный разрез; на фиг.5 - золотник с выравненным давлением, продольное сечение.

Комбинированный регулятор уровня жидкости и давления содержит сепаратор 1 в виде сосуда, сообщенного с дополнительной емкостью 2.

Емкость 2 имеет отверстия 3 и 4 впуска и выпуска жидкости и отверстия 5, 6 впуска и выпуска газа. В емкости 2 установлен поплавок 7, связанный жесткими тягами 8 со средствами регулирования скорости истечения через отверстия 4, 6 выпуска жидкости и газа соответственно. Эти средства регулирования выполнены в виде золотников 9 и 10 с компенсированным давлением, которые связаны с поплавком 7 тягами 8.

Как изображено на фиг.5, золотник 9 с компенсированным давлением содержит цилиндрический подвижный стакан 11, в котором коаксиально размещен неподвижный стакан 12. Подвижный стакан 11 выполнен с одной, по меньшей мере, открытой торцевой поверхностью, неподвижный стакан 12 - с закрытой и открытой торцевыми поверхностями.

Неподвижный стакан 12 установлен с возможностью продольного скольжения в подвижном стакане 11 так, что закрытая нижняя поверхность неподвижного стакана 12 входит в цилиндрический подвижный стакан 11 через его верхнюю открытую торцевую поверхность.

Золотник 10 с компенсированным давлением имеет аналогичную конструкцию, т. е. подвижный стакан 13 (не показан) и коаксиально размещенный в нем неподвижный стакан 14. Подвижные цилиндрические стаканы 11 и 13 соединены с тягами 8, неподвижные цилиндрические стаканы 12 и 14 на боковой поверхности вблизи открытого торца имеют четыре продольные прорези 15 и 16. Внутренние полости неподвижных стаканов 12 и 14 сообщены соответственно с отверстиями 6 и 4 соответственно выпуска газа и жидкости. В цилиндрической стенке подвижных стаканов 11 и 13 вблизи нижней закрытой торцевой поверхности выполнены несколько отверстий 17 и 18. Газ и жидкость соответственно поступают через отверстия 17 (18) во внутреннюю полость 19, а через прорези 15 (16) в случае, если они не закрыты, газ и жидкость соответственно могут поступать во внутреннюю полость 20.

Выступы патрубка выпуска газа и патрубка выпуска жидкости имеют уплотнения 21 и 22 для предотвращения перелива.

Поплавок 7 снабжен механизмом уравновешивания усилия (фиг.2), включающим одноплечий рычаг 23, соединенный с поплавком 7.

Механизм уравновешивания масс (фиг.3) выполнен в виде двуплечего рычага, уравновешенного массой 24 и установленного на оси 25.

Комбинированный регулятор уровня жидкости и давления газа работает следующим образом.

Когда уровень жидкости в емкости 2 и в сепараторе 1 возрастает, поплавок 7 поднимается, поднимая золотники 9 и 10, в результате чего золотник 10 увеличивает выходное поперечное сечение прорезей 16, в то же самое время золотник 9 уменьшает выпускное сечение прорезей 15.

Одновременно с увеличением выпускного поперечного сечения отверстия 4 для выхода жидкости выпускное поперечное сечение отверстия 6 для выпуска газа уменьшается. Давление в системе возрастает и способствует ускорению выхода жидкости. Перемещение золотников 9 и 10 возможно за счет перемещения их подвижных стаканов 11 и 13.

Поскольку газ (жидкость) входит во внутреннюю полость 19 через отверстие 17 (отверстие 18) и во внутреннюю полость 20 через прорезь 15 (16), давление в полостях 19 и 20 являются одинаковыми. Следовательно, отсутствуют силы, необходимые для перемещения подвижного стакана 11 относительно неподвижного 12, за исключением сил трения между контактными поверхностями, поэтому поплавок 7 может легко перемещать подвижный стакан 11.

Из изложенного очевидно, что регулятор имеет простую конструкцию, обеспечивает регулирование уровня жидкости и давления одновременно и не потребляет дополнительной энергии. Кроме того, благодаря саморегулированию нет необходимости в постоянном наблюдении.