ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Полезная модель относится к газоснабжению, а именно к устройствам для очистки природного газа от твердых частиц и может быть использована в составе установок очистки газа в системах газораспределения.
пр
пр
Фильтрующий элемент, предназначенный для очистки природного газа от твердых частиц, конструктивно входит в состав установки очистки газа и включает в себя фильтрующую сетку и опорный элемент для фиксации фильтрующей сетки. При засорении фильтрующего элемента твердыми частицами выше нормы перепад давления до и после засоренной фильтрующей сетки по направлению течения газа может превысить предельное значение из условий прочности ΔР, что может привести к ее деформации и разрушению. Для предотвращения деформации и разрушения фильтрующей сетки (полотна) предусматривается опорный элемент для фиксации фильтрующей сетки, на которую переносится усилие, оказываемое перепадом давления на фильтрующую сетку. Здесь ΔР>20,0 кПа - предельный перепад давления до и после фильтрующей сетки, выше которого происходит ее деформация и разрушение.
Известен фильтрующий элемент, включающий цилиндрическую фильтрующую сетку и цилиндрический опорный элемент для фиксации фильтрующей сетки - опорную обечайку из утолщенной сетки с гладкой поверхностью с отверстиями, расположенную по ходу течения газа после цилиндрической фильтрующей сетки с гладкой поверхностью, вплотную прилегающую к опорной обечайке и переносящей на нее усилие, возникающее от воздействия перепада давления на фильтрующей сетке ΔР, основание для фиксации цилиндрических опорной обечайки и фильтрующей сетки в нижней их части, крышку для фиксации цилиндрических опорного элемента и фильтрующей сетки в верхней их части (Промышленное газовое оборудование: Справочник. 5-е изд., перераб. и доп./Под редакцией Карякина Е.А. Саратов: Газовик, 2010, стр. 308, 325-327).
пр
Недостатком известного устройства является низкая прочность утолщенной сетки цилиндрической формы с гладкой поверхностью, которая деформируется и разрушается при воздействии перепада давления до и после засоренной фильтрующей сетки ниже предельного значения ΔР.
В качестве прототипа можно выбрать фильтрующий элемент для очистки природного газа, который содержит цилиндрическую фильтрующую сетку и опорный элемент для фиксации фильтрующей сетки, выполненный из утолщенной сетки с гладкой поверхностью с отверстиями. Опорный элемент расположен по ходу течения газа после фильтрующей сетки. Фильтрующая сетка вплотную прилегает к опорному элементу и переносит на него усилие, возникающее от воздействия перепада давления до и после фильтрующей сетки ΔР. Фильтрующая сетка и опорный элемент в нижней части закреплены на основании, а в верхней части установлена крышка для фиксации опорного элемента и фильтрующей сетки. Основание и крышка имеют отверстия для выхода и поступления газа. При этом опорный элемент укреплен вертикальными опорными стержнями, расположенными после него по ходу течения газа, которые увеличивают механическую прочность опорного элемента (Усачев А.П., Шурайц А.Л., Густов С.В., Желанов В.П. Целевая функция, устанавливающая требования к системе защите, предотвращающей падение давления природного газа на фильтрующем элементе установки очистки сверх максимально допустимого значения // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. Уфа, 2011. Вып. 4 (86), стр. 164-173).
пр
Недостатком данного устройства является недостаточная прочность опорного элемента, который деформируется при перепаде давления на фильтрующей сетке ниже предельного значения ΔР. Низкая прочность опорного элемента из утолщенной сетки обусловлена тем, что она переносит усилия, передаваемые от засоренной фильтрующей сетки, на несущие вертикальные стержни только в местах касания с ними. В тех местах, где опорный элемент из сетки не касается несущих вертикальных стержней, его прочность уменьшается. Это снижает надежность работы фильтрующего элемента.
пр
Технической задачей полезной модели является повышение надежности работы фильтрующего элемента за счет повышения прочности и предотвращения деформации опорного элемента для фиксации фильтрующей сетки при достижении предельного значения перепада давления ΔР на фильтрующей сетке.
Поставленная задача достигается тем, что фильтрующий элемент для очистки природного газа содержит основание и крышку, между которыми закреплены фильтрующая сетка и опорный элемент для фиксации фильтрующей сетки с отверстиями, выполненными по ее поверхности. Опорный элемент для фиксации фильтрующей сетки расположен вдоль поверхности фильтрующей сетки и установлен после фильтрующей сетки по ходу течения газа. Основание и крышка имеют отверстия для выхода и поступления в фильтрующий элемент газа. Новым является то, что фильтрующая сетка и опорный элемент для фиксации фильтрующей сетки имеют гофрированную поверхность, при этом опорный элемент выполнен из металлического листа толщиной 0,4-0,6 мм. Диаметр отверстий и расстояние между центрами соседних отверстий в опорном элементе из металлического листа выбраны из соотношения d/c=0,6, где d - диаметр каждого отверстия, с - расстояние между центрами соседних отверстий. Высота гофр и расстояние между ними выбраны из соотношения h/b=0,8, где h - высота гофр, b - расстояние между гофрами.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен фильтрующий элемент для очистки природного газа.
Фильтрующий элемент для очистки природного газа содержит основание 1 (фиг. 1) прямоугольной формы с отверстием в центре для выхода очищенного газа 13. На основании 1 закреплена плоская крышка 2 с отверстием 12 по центру, через которое газ поступает в фильтрующий элемент. Между торцом основания и крышкой вставлены и закреплены - фильтрующая сетка 3 и опорный элемент для фиксации фильтрующей сетки 4. Опорный элемент 4 выполнен из металлического листа с равномерно расположенными по его поверхности отверстиями 7. Опорный элемент 4 расположен вдоль поверхности фильтрующей сетки 3 и установлен после фильтрующей сетки по ходу течения газа. Поверхность фильтрующей сетки 3 и опорного элемента 4 из металлического листа имеют гофрированную форму. Поверхность гофр опорного элемента 4, в том числе в районе оснований 5, боковых сторон 6 и вершин 8, прижата к поверхности гофр фильтрующей сетки 3, в том числе в районе оснований 9, боковых сторон 10 и вершин 11. Таким образом, опорный элемент 4 имеет такую же конфигурацию, как и фильтрующая сетка 3. Отверстия 7 в опорном элементе предназначены для выхода очищенного газа. Толщина металлического листа, из которого выполнен опорный элемент 4, составляет 0,4-0,6 мм. Диаметр отверстий, расположенных по ее поверхности и расстояние между центрами соседних отверстий в опорном элементе выбраны из соотношения d/c=0,6, где d - диаметр каждого отверстия, с - расстояние между центрами соседних отверстий. Высота гофр (расстояние между основанием и вершиной) и расстояние между вершинами гофр выбраны из соотношения h/b=0,8, где h - высота гофр, b - расстояние между вершинами гофр.
р
пр
Фильтрующий элемент для очистки природного газа работает следующим образом. Неочищенный природный газ с находящимися в нем твердыми частицами через отверстие 12 в крышке 2, поступает на фильтрующую сетку 3 фильтрующего элемента. Соударяясь с наружной поверхностью фильтрующей сетки, твердые частицы оседают на ней. Очищенный газ проходит через фильтрующую сетку и отверстия 7 опорного элемента 4, равномерно расположенные по всей его поверхности. Затем через отверстие 13 в основании 1 очищенный газ выходит за пределы фильтрующего элемента и поступает в газопроводную сеть. В результате работы ячейки фильтрующей сетки 3 постепенно засоряются и превращаются в сплошную поверхность, нагруженную наружным перепадом давления поступающего неочищенного газа. При повышении перепада давления до предельного значения, то есть ΔР>20,0 кПа, поверхность гофр фильтрующей сетки, в том числе в районе оснований 9, боковых сторон 10 и вершин 11 прижимаются к поверхности гофр опорного элемента 4, в том числе в районе оснований 5, боковых сторон 6 и вершин 8. Фильтрующая сетка 3 принимает конфигурацию опорного элемента 4, полностью перенося на нее действие перепада давления. Опорный гофрированный элемент 4, являющийся цельной несущей конструкцией из стального листа, перфорированного отверстиями, предотвращает деформацию каждой из засоренных фильтрующих гофр фильтрующей сетки при достижении на ней предельного значения перепада давления ΔР.
пр
Гофрированная фильтрующая сетка и опорный элемент для фиксации фильтрующей сетки сохраняют свою форму, прочность и устойчивость, если опорный элемент выполнен из металлического листа толщиной 0,4-0,6 мм, при соотношении диаметра отверстий d и расстояния с между центрами соседних отверстий в опорном элементе из металлического листа равному d/c=0,6, а также при соотношении высоты гофр h и расстояния b между их вершинами, равном h/b=0,8. Данные соотношения получены экспериментально и обеспечивают сохранение прочности опорного элемента при воздействии предельного перепада давления. При толщине металлического листа <0,4 мм его прочность уменьшается и уменьшается прочность опорного элемента. Использовать металлический лист толще 0,6 мм экономически нецелесообразно. Оптимальная толщина листа составляет 0,5 мм, при которой обеспечивается достаточная прочность опорного элемента. Для отверстий в опорном элементе, расстояний между ними, а также величины гофр подобраны оптимальные соотношения. При величине соотношения d/c<0,6 уменьшается диаметр отверстий и увеличивается расстояние между ними, что приводит к уменьшению пропускной способности опорного элемента, что нецелесообразно в работе фильтрующего элемента. При величине соотношения d/c>0,6 будет иметь место уменьшение расстояния между соседними отверстиями и как следствие снижение прочности и возможность деформации опорного элемента при воздействии предельного перепада давления на фильтрующей сетке ΔР. Увеличивать диаметр отверстий при выбранном расстоянии между ними нецелесообразно, т.к. это приводит к уменьшению прочности опорного элемента.
пр.
При величине соотношения h/b<0,8 высота гофр будет уменьшаться, а расстояние между ними увеличиваться, т.е. поверхность опорного элемента и фильтрующей сетки будет выпрямляться и стремиться к гладкой поверхности как в прототипе. При величина соотношения h/b>0,8 будет иметь место сверх нормативное уменьшение толщины стенок опорного элемента в местах крутого изгиба (в вершинах гофр) при его холодной штамповке и как следствие возможность деформации и разрушения при воздействии предельного перепада давления на фильтрующей сетке ΔР Согласно ПБ 03-576-03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением», М.: ПИО ОБТ, 2003, не допускается уменьшение толщины стенок опорной обечайки, работающей под давлением, в местах крутого изгиба более чем на 15%.
Для доказательства возможности предотвращения деформации гофрированного фильтрующего элемента природного газа изготовлен, а затем испытан фильтрующий элемент, оснащенный фильтрующей сеткой с размером ячейки 0,08 мм. При проведении испытаний использован воздух высокого давления с находящимися в нем песчаными частицами размером 0,1-0,005 м в качестве рабочей среды. Изготовлен опорный элемент для фиксации фильтрующей сетки со следующими параметрами:
- толщина опорного элемента из нержавеющей листовой стали марки 08Х18Н10Т S=0,5 мм;
- величина соотношения размеров отверстий и расстояния между ними d/c=0,6 (диаметр отверстий d=3,0 мм, расстояние между отверстиями с=5,0 мм);
- величина соотношения размеров гофр опорного элемента h/b=0,8 (высота гофр h=4,0 мм, расстояние между гофрами b=5,0 мм).
пр
Результаты испытаний показали следующее: обеспечивается заданная прочность и устойчивость опорного элемента при перепаде давления, равном предельному значению, то есть ΔР=20,0 кПа. При этом гофры фильтрующей сетки прижимались к наружной поверхности опорного элемента и сохраняли свою форму.
пр
пр
При использовании опорного элемента из нержавеющей листовой стали марки 08Х18Н10Т толщиной 0,5 мм и диаметре отверстий, равном 3,0 мм, не имеющей гофр на ее поверхности (гладкая поверхность), при достижении перепада давления, равного предельному значению, то есть ΔР=20,0 кПа, гофры засоренной фильтрующей сетки деформировалась, прижимаясь одной своей боковой стороной к наружной плоскости опорного элемента. При уменьшении перепада давления ниже предельного значения, то есть ΔР<20,0 кПа гофры засоренной фильтрующей сетки не восстанавливали свою первоначальную форму, соприкасались на значительных участках своей поверхности боковыми сторонами, что приводило к снижению их пропускной способности ниже расчетной.
пр
Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет предотвратить деформацию опорного элемента при достижении предельного значения перепада давления ΔР на фильтрующей сетке и формы каждой из засоренных фильтрующих гофр, а также повысить их прочность, и, как следствие, позволяет повысить надежность и безопасность эксплуатации фильтрующего элемента при сохранении пропускной способности.