УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ ОЧИСТКИ ОТ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ ПРИРОДНОГО ГАЗА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к газоснабжению, в частности, к устройствам для двухступенчатой очистки природного газа от крупных и мелких твердых частиц, и может быть использована для предварительной и тонкой очистки природного газа в пунктах редуцирования газа и газораспределительных станциях, эксплуатируемых в помещении.
Известно устройство для двухступенчатой очистки природного газа высокого давления, содержащее два вертикально установленных цилиндрических корпуса, каждый из которых имеет входной и выходной патрубки в их нижней части и фланцы в верхней части корпуса. С фланцем каждого из корпусов герметично и разъемно соединена крышка. Стакан, находящийся внутри каждого из корпусов, герметично соединен с выходным патрубком. Внутри одного из корпусов находится фильтрующий цилиндрический элемент (ЦФЭ) предварительной очистки из металлической сетки, а внутри второго корпуса находится фильтрующий цилиндрический элемент тонкой очистки из нетканого полотна на основе волокнистых материалов, каждый из которых разъемно и герметично соединен со стаканом с помощью уплотнительной прокладки. В верхней части на каждом из ЦФЭ закреплена дополнительная крышка с помощью уплотнительной прокладки (Промышленное газовое оборудование: справочник. - 6-е изд., перераб. и доп. - Саратов: Газовик, 2013, стр. 511).
Недостатком известного устройства является большая масса двух отдельных корпусов фильтров, работающих под высоким давлением, имеющих большие толщины обечаек, днищ и фланцев.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для двухступенчатой очистки от твердых частиц природного газа высокого давления (патент RU №174446, опубл. 13.10.2017), которое содержит один 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 предварительной очистки из металлической сетки, а также дополнительный цилиндрический фильтрующий элемент, расположенный вдоль внутренней поверхности фильтрующего элемента из металлической сетки с образованием зазора между ними и выполненный из нетканого волокнистого материала. Фильтрующие элементы герметично соединены в нижней части со стаканом, а в верхней части - с дополнительной крышкой.
Данное устройство имеет значительно меньшие габариты и массу. Однако недостатком данного устройства является то, что в процессе очистки природного газа происходит осаждение твердых частиц в нижней части зазора между ЦФЭ предварительной и тонкой очистки. Фильтрующий элемент предварительной очистки из плетеной металлической сетки имеет ячейки размером 0,08 мм и задерживает твердые частицы размером, превышающим 0,07-0,08 мм. Фильтрующий элемент тонкой очистки выполнен из полотна на основе синтетического волокна - нетканого волокнистого материала с ячейками, размер которых меньше чем 0,08 мм. Вследствие этого, выходящие из ЦФЭ предварительной очистки твердые частицы с размером 0,08 и менее соударяясь с поверхностью фильтрующего элемента тонкой очистки частично оседают на поверхности нетканого волокнистого материала, а частично падают в нижнюю часть зазора между ЦФЭ предварительной и тонкой очистки. Постепенно скапливаясь здесь, твердые частицы образуют сплошной слой и закупоривают ячейки нижней части ЦФЭ предварительной и тонкой очистки, что приводит к уменьшению их пропускной способности.
Технической задачей данного решения является предотвращение осаждения твердых частиц в нижней части зазора между цилиндрическими фильтрующими элементами предварительной и тонкой очистки и сохранение первоначальной пропускной способности устройства.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для двухступенчатой 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 котором герметично закреплена крышка. Внутри корпуса расположены стакан, соединенный с выходным патрубком, и цилиндрические фильтрующие элементы - фильтрующий элемент предварительной очистки из металлической сетки и фильтрующий элемент тонкой очистки, расположенный вдоль внутренней поверхности фильтрующего элемента предварительной очистки с образованием зазора между ними, выполненный из синтетического материала, уложенного слоями и уплотненного. Фильтрующие элементы герметично соединены в нижней части со стаканом, а в верхней части с дополнительной крышкой, соединенной со стаканом. Новым является то, что слои фильтрующего элемента тонкой очистки из синтетической сетки первые по направлению течения газа выполнены с размером ячеек превышающим размер ячеек фильтрующего элемента предварительной очистки. Количество этих слоев выбрано из условия, что их суммарная толщина превышает размер ячеек фильтрующего элемента предварительной очистки. Последующие слои фильтрующего элемента тонкой очистки имеют размер ячеек по величине меньшей, чем размер ячеек фильтрующего элемента предварительной очистки. Размер ячеек этих слоев уменьшается постепенно и последний слой имеет минимальный размер ячеек.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого устройства в разрезе, на фиг. 2 - фрагмент А общего вида.
п
п
т1
п
т.1
т.1
п
Устройство для двухступенчатой очистки от твердых частиц природного газа высокого давления содержит (фиг. 1) вертикально установленный цилиндрический корпус 1, с которым герметично и неразъемно соединены входной патрубок 2 и выходной патрубок 6, расположенные в нижней части корпуса 1. В верхней части корпус 1 имеет фланец 3, на котором герметично с помощью уплотнительной прокладки и болтов закреплена крышка 4. Внутри корпуса 1 расположен стакан 5, герметично соединенный с выходным патрубком 6. Внутри корпуса 1 вдоль его боковой поверхности установлены фильтрующие цилиндрические элементы предварительной очистки 7 и тонкой очистки 8. Фильтрующий элемент предварительной очистки 7 выполнен из металлической сетки. Фильтрующий элемент тонкой очистки 8 расположен вдоль внутренней поверхности фильтрующего элемента 7 с образованием зазора между ними 12. В нижней части фильтрующие элементы 7 и 8 герметично и разъемно соединены с помощью уплотнительной прокладки с кольцеобразной пластиной стакана 5, а в верхней части на их торцах герметично, также с помощью уплотнительной прокладки закреплена дополнительная крышка 9. При этом крышка 9 и стакан 5 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 крышкой 9, а на другом - со стаканом 5. Фильтрующий элемент предварительной очистки 7 из плетеной металлической сетки имеет ячейки 10 (фиг. 2) размером b и задерживает твердые частицы размером больше размера b ячеек сетки 7 предварительной очистки. Фильтрующий элемент тонкой очистки 8 выполнен на основе полотна из синтетических сеток, уложенных слоями, расположенных один за другим и уплотненных. Полые фильтрующие цилиндрические элементы 7 и 8 образуют внутренний объем 14 по центру устройства очистки для сбора очищенного газа. Фильтрующий элемент тонкой очистки 8 имеет по крайней мере два слоя первые по направлению течения газа, которые выполнены с размером ячеек 11, превышающим размер ячеек фильтрующего элемента предварительной очистки b>b. При этом количество этих первых слоев выбрано из условия, что толщина образованного пакета S этих слоев превышает размер ячеек фильтрующего элемента предварительной очистки 7 S>b. Последующие слои 13 фильтрующего элемента тонкой очистки имеют размер ячеек по величине меньшей, чем размер ячеек фильтрующего элемента предварительной очистки. Размер этих последующих слоев может уменьшаться постепенно и последний слой имеет минимальный размер ячеек, сопоставимый с минимальным размером твердых частиц, находящихся в природном газе.
Устройство работает следующим образом.
п
п
п
т1
п
п
т.1
Природный газ, неочищенный от крупных и мелких твердых частиц подают через входной патрубок 2 в вертикально установленный корпус 1. Газ проходит через боковую поверхность цилиндрического фильтрующего элемента предварительной очистки 7 из плетеной металлической сетки с размером ячейки b. Крупные твердые частицы размером большими чем b, находящиеся в газе, оседают на наружной поверхности фильтрующего цилиндрического элемента и газ очищается от этих частиц. А частицы 15 (фиг. 2) размером равным b, частично оседают, а частично проходят через сетку фильтра предварительной очистки. Таким образом происходит предварительная очистка природного газа от крупных твердых частиц. Далее газ проходит через боковую поверхность цилиндрического фильтрующего элемента 8 тонкой очистки, у которого первые по направлению течения газа слои 11 имеют ячейки с размером b>b. Твердые частицы 15 размером равным или меньшим b, поступающие из фильтрующего элемента предварительной очистки свободно проходят через эти слои и оседают в их толще, т.к. ячейки последующих слоев имеют меньший размер. Поскольку толщина S первых слоев превышает размер ячеек фильтра предварительной очистки, то диаметр этих твердой частицы будет меньше толщины этих слоев и они будут оседать в их толще, не выступая за границы первого слоя фильтра тонкой очистки. В результате твердые частицы не будут опадать в нижнюю часть зазора 12 и таким образом не будут скапливаться в зазоре 12, образуя сплошной слой в нижней части зазора между ЦФЭ предварительной и тонкой очистки, закупоривающий ячейки нижней части ЦФЭ предварительной и тонкой очистки. Вследствие этого пропускная способность через нижнюю их часть не будет прекращаться. Для каждого последующего слоя 13 размеры ячеек уменьшаются, а последний слой имеет минимальные размеры ячеек. Размер последнего слоя сопоставим с минимальным размером твердых частиц, находящихся в природном газе. За счет этого фильтрующий элемент тонкой очистки очищают газ от мелких твердых частиц со степенью фильтрации (задержки) не менее 99,5%, имеющих размеры, превышающие 0,005 мм. Тонкоочищенный природный газ поступает во внутренний объем 14 полого фильтрующего цилиндрического элемента 7 и через стакан 5 по выходному патрубку 6 корпуса 1 поступает в газовое оборудование. 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, осуществляется перекрытие подачи газа на устройстве очистки, продувка его инертным газом, демонтаж крышек 4 и 9, извлечение фильтрующего элемента 7 и очистка 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 плотно уложенных волокнистых слоев. При засорении фильтрующего элемента 8 мелкими твердыми частицами до расчетного уровня осуществляют его замену на новый.
Таким образом устройство двухступенчатой очистки предотвращает осаждение твердых частиц в нижней части зазора между цилиндрическими фильтрующими элементами предварительной и тонкой очистки и, как следствие, не прекращает пропускную способность через нижнюю их часть.
п
Для подтверждения предотвращения осаждения твердых частиц в нижней части зазора 12 между ЦФЭ предварительной 7 и тонкой 8 очистки и сохранения пропускной способности через их нижнюю часть изготовлен, а затем испытан газовый двухступенчатый фильтр внутренним диаметром D=160 мм, оснащенный ступенью предварительной очистки из металлической сетки с размером ячейки b=0,08 мм. Фильтр тонкой очистки изготовлен из полотна, состоящего из 7 слоев синтетических сеток с минимальным размером ячейки последнего слоя 0,01 мм по направлению течения газа. Для испытания в качестве рабочей среды использовался воздух высокого давления с находящимися в нем песчаными частицами размером 0,1÷0,02 мм.
Выполнено два варианта фильтра тонкой очистки.
т.1
т.1
п
т1
т1
п.
Первый вариант. Фильтрующее полотно элемента 8 выполнено из 7 синтетических сеток, уложенных слоями, затем уплотненных. Выбраны первые три слоя 11 по направлению течения газа, суммарная толщина которых равна S=1,00 мм (S>b). Эти три слоя имеют ячейки с размером b=1,00 мм, (т.е b>b>0,08 мм). Твердые частицы с максимальным размером равным 0,08 мм, поступающие из фильтрующего элемента предварительной очистки свободно проходят через эти первых слоя и оседают в них.
т.1
т.1
п
т1
т1
п.
Второй вариант. Фильтрующее полотно элемента 8 выполнено из 7 синтетических сеток, уложенных слоями, затем уплотненных. Выбраны первые два слоя 11 по направлению течения газа, суммарная толщина которых равна S=0,06 мм (S<b). Эти два слоя по направлению течения газа 11 имеют ячейки с размером b=0,06 (b<b<0,08 мм). Твердые частицы максимальным размером равным 0,08 мм, поступающие из фильтрующего элемента предварительной очистки не проходят через два первых слоя и оседают в зазоре 12 между фильтрующими элементами, создавая слой, препятствующий прохождению газа через нижнюю часть фильтрующих элементов.
Результаты испытаний показали следующее.
Для первого варианта отмечено наличие только отдельных твердых частиц в нижней части зазора 12 между ЦФЭ предварительной и тонкой очистки, без образования сплошного слоя, закупоривающего ячейки нижней части ЦФЭ предварительной и тонкой очистки.
Для второго варианта зарегистрировано образование сплошного слоя высотой 23,0 мм, закупоривающего ячейки нижней части ЦФЭ предварительной и тонкой очистки, препятствуя прохождению газа через нижнюю часть фильтрующих элементов предварительной и тонкой очистки и снижающего пропускную способность устройства в целом.
Таким образом, предложенное устройство предотвращает накопление твердых частиц в нижней части зазора между ЦФЭ предварительной и тонкой очистки при применении предложенного фильтрующего элемента тонкой очистки, что сохраняет первоначальную пропускную способность устройства очистки природного газа.