УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ ПРИРОДНОГО ГАЗА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к газоснабжению, в частности к устройствам для очистки природного газа от крупных и мелких твердых частиц, и может быть использована для предварительной и тонкой очистки природного газа в газорегуляторных пунктах и газораспределительных станциях, эксплуатируемых в помещении.
Известны устройства для очистки природного газа высокого давления, содержащие вертикально установленный цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками в его нижней части и фланцем в верхней части корпуса. Величина отношения высоты корпуса к диаметру 2,0÷2,5. С фланцем корпуса герметично и разъемно соединена крышка. Стакан, находящийся внутри корпуса, герметично соединен с выходным патрубком. Внутри корпуса находится фильтрующий цилиндрический элемент (ЦФЭ) из металлической сетки, герметично и разъемно соединенный со стаканом с помощью уплотнительной прокладки. В верхней части на ЦФЭ закреплена дополнительная крышка с помощью уплотнительной прокладки (Промышленное газовое оборудование: справочник. - 6-е изд., перераб. и доп. - Саратов: Газовик, 2013, стр. 505-511).
Недостатком известных устройств является большая масса корпусов фильтров вследствие их значительных диаметров и сравнительно небольших высот при заданном внутреннем объеме. Увеличение значения диаметра при заданном внутреннем объеме приводит к прямо пропорциональному увеличению толщины стенки корпуса фильтра, работающего под высоким давлением, и, как следствие, к увеличению массы.
Наиболее близким по технической сущности можно выбрать устройство для очистки от твердых частиц природного газа высокого давления, содержащее вертикально установленный цилиндрический корпус с оптимальной величиной отношения его высоты к диаметру 4,5÷5,0. Входной и выходной патрубки, а также фланец герметично соединены с корпусом в его нижней и верхней части. На фланце герметично закреплена крышка. Внутри корпуса расположен стакан, соединенный с выходным патрубком, и фильтрующий цилиндрический элемент из металлической сетки, соединенный в нижней части со стаканом с помощью уплотнительной прокладки, а в верхней части на нем закреплена также с помощью уплотнительной прокладки дополнительная крышка. (Теоретические и прикладные основы повышения эффективности и безопасности эксплуатации установок грубой очистки природного газа от твердых частиц в системах газораспределения / А.П. Усачев, А.Л. Шурайц, С.В. Густов: Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2013, стр. 63-78, 81).
Оптимальная величина отношения высоты корпуса к диаметру, равная 4,5÷5,0, соответствует минимальной массе корпуса фильтров. Однако недостатком данного устройства является невысокое качество очистки природного газа, т.к. оно позволяет проводить только предварительную грубую очистку газа со степенью очистки твердых частиц размером 0,05÷0,08 мм. Для осуществления более качественной очистки газа необходимо использовать дополнительный фильтр тонкой очистки.
Технической задачей данного решения является повышение степени и качества очистки природного газа при сохранении пропускной способности фильтра и при использовании одного заявленного устройства, которое позволяет производить двухступенчатую предварительную и тонкую очистку природного газа высокого давления при сохранении общей массы устройства.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для очистки от твердых частиц природного газа высокого давления содержит вертикально установленный цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками в его нижней части и фланцем в верхней части корпуса. На фланце герметично закреплена крышка. Внутри корпуса расположены стакан, соединенный с выходным патрубком, и фильтрующий цилиндрический элемент из металлической сетки, герметично соединенный в нижней части со стаканом, а в верхней части - с дополнительной крышкой. Новым является то, что введен дополнительный цилиндрический фильтрующий элемент, расположенный вдоль внутренней поверхности фильтрующего элемента из металлической сетки с образованием зазора между ними. Дополнительный цилиндрический фильтрующий элемент выполнен из нетканого волокнистого материала, закрепленного на металлическом каркасе в виде сетки, и герметично соединен в нижней части со стаканом, а в верхней части - с дополнительной крышкой. При этом величина зазора, образованного между фильтрующим элементом из металлической сетки и дополнительным цилиндрическим фильтрующим элементом выбрана из условия δ=4÷6 мм.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого устройства в разрезе.
Устройство для очистки от твердых частиц природного газа высокого давления содержит (фиг. 1) вертикально установленный цилиндрический корпус 1 с оптимальным отношением его высоты к диаметру 4,5÷5,0. С корпусом герметично и неразъемно соединены входной патрубок 2 и выходной патрубок 6, расположенные в нижней части корпуса. В верхней части корпус имеет фланец 3, на котором герметично и разъемно с помощью уплотнительной прокладки и болтов закреплена крышка 4. Внутри корпуса 1 расположен стакан 5, герметично соединенный с выходным патрубком 6. Внутри корпуса 1 установлены также фильтрующий цилиндрический элемент 7 из металлической сетки и дополнительный цилиндрический фильтрующий элемент 8, расположенный вдоль внутренней поверхности фильтрующего элемента 7 из металлической сетки. В нижней части фильтрующие элементы 7 и 8 герметично и разъемно соединены с помощью уплотнительной прокладки со стаканом 5, а в верхней части на их торцах герметично, также с помощью уплотнительной прокладки закреплена дополнительная крышка 9. При этом дополнительная крышка 9 и стакан соединены с помощью металлической шпильки (на фиг. 1 не показана) с резьбой на концах. Шпилька расположена по центру устройства очистки и соединена резьбовым соединением на одном конце с дополнительной крышкой 9, а на другом - со стаканом 5. Фильтрующий элемент 7 из плетеной металлической сетки имеет ячейки 10 размером 0,05÷0,08 мм и задерживает твердые частицы размером, превышающим 0,08 мм. Фильтрующий элемент 8 выполнен из нетканого волокнистого материала, расположенного и закрепленного на металлическом каркасе в виде сетки с крупными ячейками (размер ячеек превышает размер ячеек 10 фильтрующего элемента 7). Металлический каркас фильтрующего элемента 8 обеспечивает поддержание его формы и жесткость конструкции. Фильтрующий элемент 8 очищает природный газ от мелких твердых частиц, имеющих размеры, превышающие 0,005 мм. Фильтрующий элемент 8 типа фетр может быть выполнен из синтетических волокон, уложенных слоями, затем уплотненных, таким образом, твердые частицы будут осаждаться в толще полученного многослойного нетканого материала. При этом слои могут быть уложены следующим образом: первый по направлению течения газа слой имеет самые большие размеры ячеек, для каждого последующего слоя размеры ячеек уменьшаются, а последний слой имеет минимальные размеры ячеек. Такие фильтрующие элементы очищают газ от мелких твердых частиц со степенью фильтрации (задержки) не менее 99,5% твердых частиц, имеющих размеры, превышающие 0,005 мм. Фильтрующий элемент 8 расположен вдоль внутренней поверхности фильтрующего элемента 7 с образованием зазора 11. Оптимальная величина зазора 11, образованного между фильтрующим элементом 7 из металлической сетки и дополнительным цилиндрическим фильтрующим элементом 8 выбрана из условия δ=4÷6 мм. Размер зазора подобран экспериментально.
Устройство работает следующим образом.
Устройство для очистки природного газа высокого давления от твердых частиц размещают в помещении. Природный газ, не очищенный от крупных и мелких твердых частиц,  подают через входной патрубок 2 в вертикально установленный корпус 1. Газ проходит через боковую поверхность фильтрующего элемента 7 из плетеной металлической сетки с размером ячейки не более 0,08 мм. Крупные твердые частицы, находящиеся в газе, частично оседают на наружной поверхности фильтрующего цилиндрического элемента, и газ очищается от твердых частиц размером, превышающим 0,08 мм со степенью фильтрации (задержки) не менее 99,5%. Таким образом осуществляют предварительную очистку природного газа. Далее газ проходит через боковую фильтрующую поверхность цилиндрического элемента 8 тонкой очистки и таким образом очищается от мелких твердых частиц, имеющих размеры, превышающие 0,005 мм со степенью фильтрации (задержки) до уровня не менее 99,5%. Тонкоочищенный природный газ поступает во внутренний объем полого фильтрующего цилиндрического элемента 8 и через стакан 5 по выходному патрубку 6 корпуса 1 поступает в газовое оборудование. Дополнительная крышка 9, герметично соединенная с верхними торцами фильтрующих цилиндрических элементов 7 и 8, предотвращает поступление неочищенного газа во внутреннее пространство фильтрующих цилиндрических элементов 7 и 8, где собирается очищенный природный газ. При засорении наружной поверхности фильтрующего элемента 7 крупными твердыми частицами до расчетного уровня осуществляют перекрытие подачи газа на устройство очистки, продувку его инертным газом, демонтаж крышек 4 и 9, извлечение фильтрующего цилиндра 7 и очистку его от крупных твердых частиц с помощью щеток и моющего раствора. Фильтрующий элемент тонкой очистки 8 засоряется по всей толще фильтрующего материала. Мелкие твердые частицы или пыль не поддаются удалению из глубоко уложенных волокнистых слоев. При засорении фильтрующих элементов 8 мелкими твердыми частицами до расчетного уровня осуществляют его замену.
Расстояние (зазор) 11 между фильтрующими элементами 7 и 8 выбрано экспериментально и составляет δ=4÷6 мм. Такое расстояние обеспечивает оптимальную фильтрацию природного газа при оптимальной пропускной способности устройства очистки. При уменьшении этого расстояния меньше 4 мм до полного сближения или соприкосновения отдельных участков фильтрующих элементов предварительной и тонкой очистки происходит перекрытие проходных сечений ячеек 10 фильтрующего элемента 7 волокнами фильтрующего элемента 8, что приводит к снижению пропускной способности и более интенсивному засорению твердыми примесями фильтрующего элемента 7 предварительной очистки. Увеличение зазора 11 более 6 мм нецелесообразно из-за необходимости в этом случае увеличивать диаметр фильтрующего элемента 7 предварительной очистки, что приводит к увеличению диаметра корпуса устройства очистки, росту его массы и возрастанию стоимости.
Для обоснования выбранного значения величины зазора 11 между фильтрующими элементами 7 и 8 изготовлен, а затем испытан газовый фильтр внутренним диаметром D=500 мм, с оптимальным отношением его высоты к диаметру 4,5÷5,0, оснащенный ступенью предварительной очистки из металлической сетки с размером ячейки 0,08 мм и ступенью тонкой очистки из волокнистого материала типа фетр с минимальным размером ячейки последнего слоя 0,005 мм по направлению течения газа. Для испытания использован в качестве рабочей среды воздух высокого давления с находящимися в нем песчаными частицами размером 0,1÷0,005 мм. Результаты испытаний показали, что при зазоре 11 между фильтрующими элементами 7 и 8 по величине δ<4 мм происходит значительное сближение и частичное соприкосновение волокон фильтрующего элемента тонкой очистки 8 с ячейками 10 фильтрующего элемента 7. При этом волокна фильтрующего элемента 8 частично перекрывают проходные сечения ячеек 10 фильтрующего элемента 7 предварительной очистки. В этом случае твердые частицы размером менее 0,08 мм, поступая в проходные сечения ячеек 10 предварительной ступени очистки, сталкиваются с волокнами фильтрующего элемента тонкой очистки, приближенными или прижатыми с внутренней стороны к ячейкам 10. Это приводит к снижению пропускной способности и к более интенсивному засорению сечений ячеек 10 ступени предварительной очистки твердыми частицами размерами менее 0,08 мм. Таким образом, при зазоре 11, по величине меньшем 4 мм, волокна фильтрующего элемента 8 оказывают существенное влияние на проходные сечения ячеек 10 фильтрующего элемента 7 предварительной очистки.
При увеличении зазора 11 до значений δ=4÷6 мм (при оптимальном значении 5 мм) пропускная способность устройства очистки и засорение сечений ячеек 10 фильтрующего элемента 7 твердыми частицами размерами менее 0,08 мм имеет оптимальное значение и не уменьшается при увеличении этого расстояния более 6 мм. Однако увеличивать размер зазора больше 6 мм нецелесообразно, т.к. это приводит к пропорциональному увеличению диаметра фильтрующего элемента предварительной очистки и диаметра корпуса фильтра, что пропорционально увеличивает массу и стоимость всего устройства очистки. Таким образом, предложенное устройство будет эффективно работать при зазоре 11 между фильтрующими элементами 7 и 8, по величине равном δ=4÷6 мм.
Предложенное устройство очистки позволяет по сравнению с прототипом повысить степень и качество очистки природного газа за счет дополнительного использования фильтрующего элемента тонкой очистки при сохранении пропускной способности фильтра. При этом использование заявленного устройства позволяет производить двухступенчатую предварительную и тонкую очистку природного газа высокого давления в одном корпусе без увеличения массы и габаритов всего фильтра по сравнению с прототипом. В этом случае отпадает необходимость использования двух фильтров предварительной и тонкой очистки, что упрощает процесс очистки и позволяет уменьшить площади пола, стен и потолочного перекрытия помещения за счет исключения из конструкции одного из фильтров.