ФИЛЬТР-СЕПАРАТОР
FILTER-SEPARATOR

Изобретение относится к области нефтехимического и газового машиностроения, в частности к коалесцирующим, фильтрующим и сепарационным устройствам. Оно может быть использовано в процессах отделения мелкодисперсной капельной жидкости от газового потока в промысловых установках подготовки природного и попутного нефтяного газов, подготовки газов с подземных хранилищ, сепарации газов до и после компрессорных станций, в установках низкотемпературной сепарации газов.
Известна вертикальная компоновка фильтр-сепарационной секции, например, в колонных аппаратах (авторское свидетельство №670317 и патент РФ №2120327, МПК B01D 53/18), в которых фильтрующие и сепарационные элементы расположены на горизонтальных тарелках, установленные в поперечном сечении аппарата.
Недостатком этих устройств являются:
- малый срок службы из-за забивания фильтрующих элементов примесями, что приводит к проскоку газа через трубу слива жидкости, то есть нарушению работы гидрозатвора;
- большое гидравлическое сопротивление элементов по газу, т.к. весь газовый поток проходит через толщину фильтрующего материала элементов с площадью ограниченной поперечным сечением аппарата, что требует значительных энергетических затрат на подготовку газа;
- необходимость иметь резервную технологическую нитку из-за частой остановки фильтр-сепаратора для смены элементов.
Известен фильтр-сепаратор горизонтального типа, «Энергосберегающие технологии при переработке газа и газового конденсата», ВНИИГАЗ, Москва - 1996, стр.138) (прототип), который включает два цилиндрических корпуса, в верхнем расположены секция фильтрации твердых частиц и коалесценции капель жидкости на фильтрующих цилиндрических элементах и секция сепарации капельной жидкости, выполненная на цилиндрических сетчатых патронах. В нижнем корпусе выполнены сборники жидкости для каждой из верхних секций.
Основные недостатки фильтрующей секции:
- большое гидравлическое сопротивление из-за малого живого сечения тарелки, на которой размещены фильтрующие элементы, всего (25-35)% от поперечного сечения корпуса аппарата;
- значительные гидравлические сопротивления фильтрующего материала, особенно при наличии в газе механических примесей, т.к. весь газ проходит через толщину слоя фильтрующего материала;
- незначительный срок службы фильтрующих элементов (порядка 3-6 месяцев), что обуславливает необходимость иметь резервный аппарат;
- необходимость иметь два сборника жидкости и запорно-регулирующую арматуру к каждому, так как секции имеют различное гидравлическое сопротивление и при наличии одного сборника возникают перетоки газа между ними;
- неравномерное распределение газового потока на горизонтальную продольную тарелку с сетчатыми патронками, т.к. живое сечение подачи и отбора газа на тарелку менее 50% живого сечения аппарата, что также увеличивает его гидравлическое сопротивление.
Увеличенное гидравлическое сопротивление аппарата не допустимо, так как требуется повышение энергетических затраты при компремировании газовых потоков.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в снижении гидравлического сопротивления фильтр-сепаратора, следствием которого является снижение энергетических затрат на процессы разделения газожидкостной смеси, увеличении производительности аппарата и увеличении скорости газовых потоков, увеличение его срока службы.
Для достижения указанного технического результата в фильтр-сепараторе, включающем корпус с входами газожидкостной смеси, выходами газа, отделенной жидкости и примесей, установленными в нем фильтр-коалесцирующей секции, выполненными из пористых элементов и секции сепарации, пористые элементы выполнены из ориентированных к вертикали объемных, пористых не замкнутых между собой по ходу подачи газожидкостной смеси пластин, поверхности которых снабжены, с одной стороны, решетками наддува потока газожидкостной смеси, с другой - решетками отбора газа. В корпусе последовательно друг за другом установлено несколько фильтр-коалесцирующих секций, в которых пористые пластины последующей секции установлены против выходов газа с предыдущей секции и перекрывают в проекции выходы. Решетки наддува выполнены с открытыми для входа газожидкостной смеси тангенциальными каналами, а решетки отбора газа - с закрытыми каналами.
Секция сепарации выполнена из продольных, перфорированных не замкнутых между собой по ходу подачи газожидкостной смеси пластин, поверхности которых снабжены ориентированными к вертикали пористыми жгутами, которые смещены относительно друг друга и пористых жгутов смежной пластины.
Выполнение пористых элементов из ориентированных к вертикали объемных, пористых не замкнутых между собой по ходу подачи газожидкостной смеси пластин, поверхности которых снабжены, с одной стороны, решетками наддува потока газожидкостной смеси, с другой - решетками отбора газа, позволило снизить их гидравлическое сопротивление за счет исключения прохождения всего газожидкостного потока через фильтрующую поверхность (фильтрующий материал), а только его части, для переноса мелкодисперсных капель и примеси на поверхность путем образования на них перепада давления решетками наддува и отбора газа, при прохождении основного потока вдоль пористых элементов.
Установление в корпусе последовательно друг за другом нескольких фильтр-коалесцирующих секций, в которых пористые пластины последующей секции установлены против выходов газа с предыдущей секции с перекрытием проекции живых сечений, позволило увеличить эффективность коалесценции и фильтрации за счет увеличения их поверхности, времени пребывания и улавливания капель жидкости при случайных проскоках с предыдущей ступени.
Выполнение решеток наддува с открытыми для входа газожидкостной смеси тангенциальными каналами, а решеток отбора газа с закрытыми каналами позволило увеличить перепад давления на противоположных поверхностях пористых пластин, что обеспечило притяжение мелкодисперсных капель жидкости.
Выполнение секции сепарации из продольных перфорированных, не замкнутых между собой по ходу подачи газожидкостной смеси пластин, поверхности которых снабжены ориентированными к вертикали пористыми жгутами смещенных относительно друг друга и пористых жгутов смежной пластины, позволило снизить гидравлическое сопротивление секции сепарации путем исключения прохождения всего газа через пористую стенку сепарационного материала и накопления в ней жидкости.
Снижение гидравлических сопротивлений в обеих секциях фильтр-сепаратора позволило выполнить его с одним сборником жидкости.
Заявителю не известны из существующего уровня техники фильтр-сепараторы, в которых бы подобным образом достигались эффекты: снижение гидравлического сопротивления и энергетических затрат на подготовку газа, повышение производительности, и как следствие, снижение удельной материалоемкости аппарата, то есть капитальных затрат.
На фиг.1 представлен общий вид фильтра-сепаратора.
На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
На фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.
На фиг.4 дан вид I на сепарационные продольно установленные сепарационные пластины с пористыми жгутами.
На фиг.5 дан вид на решетки наддува газожидкостной смеси и отбора газа, между которыми расположены фильтр-коалесцирующие пластины.
Фильтр-сепаратор 1 (фиг.1) содержит корпус 2 со штуцером входа газожидкостной смеси 3, штуцером выхода очищенного газа 4, патрубком выхода отделенной жидкости и примесей 5, соединенный с отстойником 6, снабженный штуцером сброса отсепарированной смеси 7. В корпусе 2 размещены фильтр-коалесцирующие 8 и сепарационная 9 секции. Корпус 2 и отстойник 6 расположены на общих опорах 10.
Фильтр-коалесцирующая секция 8 выполнена из ориентированных к вертикали объемных, пористых не замкнутых между собой по ходу подачи газожидкостной смеси пластин 11 (фиг.2, 3), поверхности которых снабжены, с одной стороны, решетками наддува потока газожидкостной смеси 12, с другой - решетками отбора газа 13 (фиг.2, 3). Решетка 12 снабжена каналами 14, открытыми навстречу газожидкостному потоку, а решетка 13 - эжекционными каналами 15, открытыми по ходу движения газового потока.
Штуцер входа газа 3 на выходе снабжен предварительным узлом инерционной сепарации газа 16 (фиг.1, 2) от жидкости и примесей. Для сбора и отвода жидкости и примесей из узла 16 он снабжен желобом 17 (фиг.1). Для сбора жидкости из секций фильтр-коалесцирующей и сепарационной в нижней части корпуса 2 установлена перегородка 18 (фиг.1).
Сепарационная секция 9 (фиг. 1) состоит из продольно установленных в корпусе 2 вертикально ориентированных пластин 19 (фиг.4) на поверхностях, которых в шахматном порядке расположены ориентированные к вертикали пористые жгуты 20 (фиг.2, 4). Пластины 19 могут быть снабжены перфорацией для выравнивания давления по поперечному сечению аппарата и принудительного стока жидкости газовым потоком.
Фильтр-сепаратор работает следующим образом.
Поток газожидкостной смеси поступает через штуцер 3 (фиг.1) в узел предварительной инерционной сепарации 16 (фиг.1, 2), на котором отделяют основные механические примеси, свободную жидкость и ее крупные капли. Жидкость с примесями отводят по желобу 17 в нижнюю часть корпуса 2, а газ подают на коалесцирующие ступени 8 для укрупнения мелкодисперсных капель жидкости и улавливания оставшейся примеси. При подаче газожидкостного потока на коалесцирующую ступень 8 его распределяют по сечению корпуса аппарата 2 на ряд параллельных потоков, пропорциональных живым сечениям между не замкнутыми между собой по ходу газа пористыми пластинами 11 (фиг.2, 3). Из параллельных потоков часть газожидкостной смеси подают в открытые каналы 14 решеток наддува 12 (фиг.2, 3) на пористые пластины 11 (фиг.2, 3). Очищенный от жидкости газ эжектируют (подсасывают) через эжекционные каналы 15 параллельным смежным потоком. После очистки на первой ступени коалесценции 8 газожидкостную смесь подают на очистку последующей ступени 8. Дисперсными каплями жидкости смачивают пластины 11, укрупняют, накапливают и отбирают силами гравитации по пластинам 11 в нижнюю часть корпуса аппарата. Газ, очищенный от мелкодисперсных капель жидкости, подают на секцию сепарации 9 для окончательного улавливания унесенной с коалесцирующих ступеней жидкости.
Для снижения гидравлического сопротивления секции сепарации она как и секция фильтрации выполнена из продольно установленных по ходу движения газа пластин 19 (фиг.1, 4), снабженных пористыми жгутами 20 (фиг.2, 4). Капли жидкости оседают на поверхностях пластин 19, с которых силами гравитации транспортируют по пористым жгутам 20 в нижнюю часть корпуса аппарата 2. Накопленная в нижней части аппарата жидкость из фильтрующей и сепарационной секций отводят по патрубку 5 в отстойник 6, откуда сбрасывают по уровню через штуцер 7.
Таким образом, выполнение фильтр-коалесцирующих пористых элементов из ориентированных к вертикали объемных, не замкнутых между собой по ходу подачи газожидкостной смеси пластин, поверхности которых снабжены, с одной стороны, решетками наддува потока газожидкостной смеси, с другой - решетками отбора газа, установка в корпусе последовательно друг за другом несколько фильтр-коалесцирующих секций, в которых пористые пластины последующей секции установлены против выходов газа с предыдущей секции с перекрытием проекций живых сечений, выполнение решетки наддува с открытыми для входа газожидкостной смеси тангенциальными каналами, а решетки отбора газа - с закрытыми каналами, выполнение секции сепарации из перфорированных не замкнутых между собой по ходу подачи газожидкостной смеси пластин, поверхности которых снабжены ориентированными к вертикали пористыми жгутами, смещенные друг к другу и относительно пористых жгутов соседней пластины, позволило обеспечить технический результат, заключающийся в снижении гидравлического сопротивления фильтр-сепаратора, следствием которого является снижение энергетических затрат на процессы разделения газожидкостной смеси, увеличение производительности аппарата и увеличение скорости газовых потоков.