ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ГАЗОЖИДКОСТНЫЙ СЕПАРАТОРНЫЙ ФИЛЬТР

Предложение относится к оборудованию для очистки газа и жидкости от механических примесей и может быть использовано в газовой, нефтяной, теплоэнергетической и в других областях промышленности.
Известен «Сепаратор» (патент RU №2147914, B 01 D 45/12, опубл. 27.04.2000 г.), содержащий корпус с патрубками входа и неочищенного газа, выхода газа и жидкости, сепарационные элементы, расположенные на тарелке, оборудованной сливной трубой, при этом в нем установлен циклон, входное отверстие трубы входа газа которого смонтировано в полости патрубка входа неочищенного газа, а осевая зона соединена с концом трубы слива жидкости.
Одним из недостатков данного устройства является большая металлоемкость, так как циклон находится внутри корпуса, оборудованного сепарационными элементами.
Наиболее близким по технической сущности является «Центробежный двухступенчатый газожидкостной сепаратор» (патент SU №1492522, B 01 D 45/12, опубл. 15.01.1994 г.), содержащий вертикальный корпус, разделенный горизонтальной перегородкой на верхнюю и нижнюю сепарационные камеры, тангенциальный ввод разделяемой смеси, расположенный под перегородкой, осевую трубу, соединяющую верхнюю и нижнюю камеры, установленный с зазором над ней осевой выходной патрубок, экранирующую пластину, расположенную в нижней камере под осевой трубой, рециркуляционную трубу, соединяющую верхнюю и нижнюю камеры, при этом рециркуляционная труба размещена по оси корпуса, один ее конец присоединен к верхней камере через стенку осевой трубы, а другой расположен над экранирующей пластиной с зазором относительно ее поверхности, причем экранирующая пластина выполнена в виде конуса.
Общими недостатками данных устройств являются невозможность отдельно очищать газ и жидкость, вероятность перемешивания жидкости с выделенными при очистке твердыми фракциями, особенно при срыве потока, подаваемого по тангенциальному патрубку, отсутствие возможности самоочистки и отбора из жидкости металлических взвесей, которые в дальнейшем играют активную роль в коррозийном разрушении металлических частей трубопроводов и систем тепло- и водоснабжения.
Техническими задачами предполагаемой полезной модели являются:
во-первых, расширение функциональных возможностей за счет возможности отдельной очистки газа и жидкости, а так же освобождения газа при малом содержании жидкости и жидкости при малом содержании газа;
во-вторых, увеличение межремонтного периода устройства и повышения качества очистки жидкости и газа за счет добавления функции самоочистки;
в-третьих, исключение возможности засорения твердыми фракциями жидкости, в том числе при срыве потока смеси или падении давления;
в-четвертых, удаление металлических взвесей из очищенной жидкости.
Техническая задача решается центробежным газожидкостным сепараторным фильтром, содержащим вертикальный корпус, тангенциальный ввод смеси, осевую трубу, экранирующие конусные пластины, патрубки вывода очищенного газа и жидкости.
Новым является то, что корпус снизу и сверху соответственно оснащен конусными крышкой и днищем, а конусное днище снизу оборудовано устройством отбора твердых фракций, причем осевая труба выполнена в виде набора перфорированных патрубков, нижняя часть которых телескопически вставлена в верхнюю часть другого перфорированного патрубка с возможностью ограниченного поворота, при этом нижняя часть нижнего перфорированного патрубка телескопически входит в патрубок вывода очищенной жидкости, который изогнут в бок, снабжен клапанным узлом, не пропускающим газ, отстойной камерой, снабженной магнитным элементом, и выполнен с возможностью рециркуляции жидкости, а экранирующими конусными пластинами снабжен верхний конец каждого перфорированного патрубка за исключением верхнего, который сверху соединен с патрубком вывода очищенного газа, герметично установленного в конусную крышку с возможностью поворота и фиксации в крайних положениях, снабженного клапанным узлом, не пропускающим жидкость, и выполненного с возможностью рециркуляции газа, при этом отверстия перфорированных патрубков перекрыты снаружи фильтрами, причем фильтры выполнены с возможностью изменять свою пропускную способность при повороте перфорированных патрубков относительно друг друга.
Новым является также то, что фильтры выполнены в виде герметично и коаксиально вставленных друг в друга цилиндрических сеток с возможностью поворота относительно друг другу, причем верхний конец одной из цилиндрических сеток герметично присоединен к перфорированному патрубку выше отверстий, а нижний конец другой цилиндрической сетки - к верхнему краю другого перфорированного патрубка или патрубка вывода очищенной жидкости, в который вставляется перфорированный патрубок с первой цилиндрической сеткой.
На чертеже изображена схема центробежного газожидкостного сепараторного фильтра в поперечном разрезе.
Центробежный сепараторный фильтр содержит вертикальный корпус 1, тангенциальный ввод 2 смеси, осевую трубу 3, экранирующие конусные пластины 4, патрубки вывода
очищенного газа 5 и жидкости 6. Корпус 1 снизу и сверху соответственно оснащен конусными крышкой 7 и днищем 8, а конусное днище снизу оборудовано устройством отбора твердых фракций 9. Осевая труба 3 выполнена в виде набора перфорированных патрубков 10, нижняя часть 11 которых телескопически вставлена в верхнюю часть 12 другого патрубка 10. Нижняя часть 11 нижнего перфорированный патрубок 10 телескопически входит в патрубок вывода очищенной жидкости 6, который изогнут в бок, снабжен клапанным узлом 13, не пропускающим газ, отстойной камерой 14, снабженной магнитным элементом 15, и выполнен с возможностью рециркуляции жидкости. Экранирующими конусными пластинами 4 снабжен верхний конец каждого перфорированного патрубка 10, за исключением верхнего. Верхний перфорированный патрубок 10 сверху жестко соединен с патрубком 5 вывода очищенного газа, который герметично установлен в конусную крышку 7 с возможностью поворота и фиксации в крайних положениях, осевого перемещения вверх, снабжен клапанным узлом 16, не пропускающим жидкость, и выполнен с возможностью рециркуляции газа. Для обеспечения возможности ограниченного поворота перфорированных патрубков 10 относительно друг друга и патрубка вывода очищенной жидкости 6, с внутренней стороны торцы верхних частей 12 перфорированных патрубков 10, за исключением верхнего и патрубка вывода очищенной жидкости 6, оборудованы упорами 17, взаимодействующими с ограничителями (на черт. не показаны), расположенными на внешней стороне нижних концов 11 перфорированных патрубков 10. Отверстия 18 перфорированных патрубков 10 перекрыты снаружи фильтрами 19. Фильтры 19 выполнены с возможностью изменять свою пропускную способность при повороте перфорированных патрубков 10 относительно друг друга. Фильтры 19 выполнены в виде герметично и коаксиально вставленных друг в друга цилиндрических сеток 20 и 21 с возможностью поворота относительно друг другу, причем верхний конец 22 одной из цилиндрических сеток 20 герметично присоединен к перфорированному патрубку 10 выше отверстий 18, а нижний конец 23 другой цилиндрической сетки 21 - к верхнему краю другого перфорированного патрубка 10 или патрубка вывода очищенной жидкости 6, в который вставляется перфорированный патрубок 10 с первой цилиндрической сеткой 20.
Центробежный газожидкостный сепараторный фильтр работает следующим образом.
Перед началом работы патрубок вывода очищенного газа 5 фиксируют в крайнем положении относительно конусной крышки 7 корпуса 1. При этом упоры 17 перфорированных патрубков 10 и патрубка вывода жидкости 6 взаимодействуют с ограничителями взаимодействующих перфорированных патрубков 10, которые установлены так, что ячейки (на черт. не показаны) цилиндрических сеток 20 и 21 фильтра 19 взаимно наполовину
перекрыты. Затем газожидкостная смесь подается с высокой скоростью по тангенциальному вводу 2 в вертикальный корпус 1, где данная смесь под действием сил инерции и тяжести образует спиралевидный поток, направленный вниз, причем, чем тяжелее фракции, тем дальше они располагаются от центральной оси корпуса 1. В результате твердые тяжелые фракции газожидкостной смеси по стенкам корпуса 1 спускаются в конусное днище 8, снизу которого они отбираются устройством отбора твердых фракций 9. На практике в виде данного устройства 9 использовались шнек с выходным клапаном, регулирующим степень отжима (на черт. не показан), или отстойная камера (на черт. не показана), которую очищали по мере необходимости при закрытом вентиле 24. Очищенная газожидкостная смесь отжимается к центральной оси корпуса 1, откуда она попадает через фильтры 19 и отверстия 18 перфорированных патрубков 10 в осевую трубу 3. Наличие экранирующих конусных пластин 4 и фильтров 19 исключает засорение очищенной газожидкостной смеси, отбираемой из осевой трубы 3 при срыве потока или падении давления в тангенциальном вводе 2. При входе в корпус 1 из тангенциального ввода 2 смесь попадает в зону разряжения, так как площадь поперечного сечения корпуса 1 превосходит площадь поперечного сечения тангенциального ввода 2, при этом при вращении смеси в корпусе 1, в зоне близкой к его оси, также создается разряжение, что в совокупности вызывает интенсивное выделение газа из газожидкостной смеси. Выделенный газ, проходя по экранирующим конусным пластинам 4 и конусной крыше 7 снизу, через фильтры 19, отверстия 18 перфорированных патрубков 10 осевой трубы 3 отбирается патрубком вывода очищенного газа 5. Оставшаяся очищенная жидкость из осевой трубы 3 отбирается патрубком вывода очищенной жидкости 6, который выведен сбоку корпуса 1, чтобы не мешать интенсивному отбору твердых фракций из конусного днища 8. Далее очищенная жидкость, проходя через отстойную камеру 14, освобождается при помощи магнитного элемента 15 от металлических взвесей, которые периодически по мере накопления удаляются из отстойной камеры 14.
В случаях, когда в газожидкостной смеси содержится очень малое количество растворенного газа, очищенная жидкость может подниматься по патрубку вывода очищенного газа 5 и далее в систему отбора газа (на чертеже не показана). Поэтому, чтобы исключить попадание жидкости в систему отбора газа, патрубок 5 вывода очищенного газа снабжен клапанным узлом 16, не пропускающим жидкость. Клапанный узел 16 на практике был выполнен в виде поплавкового клапана (на чертеже не показан), который при превышении уровня жидкости выше допустимого перекрывал проходной канал (на черт. не показан) патрубка вывода очищенного газа 5.
В случаях, когда в газожидкостной смеси очень большое количество растворенного газа, очищенный газ может попадать в патрубок вывода очищенной жидкости 6 и далее в систему отбора жидкости (на чертеже не показана). Поэтому, чтобы исключить попадание газа в систему отбора жидкости, патрубок 6 вывода очищенной жидкости снабжен клапанным узлом 13, не пропускающим газ. Этот клапанный узел 13 был выполнен на практике в виде байпасной линии с поплавковым клапаном (на чертеже не показаны), который при снижении уровня жидкости ниже допустимого перекрывал проходной канал (на черт. не показан) патрубка вывода очищенной жидкости 6.
На практике так же применялись клапанные узлы 13 и 16 в виде электронных клапанов, работающих в зависимости от уровня жидкости в осевой трубе 3.
Согласно требованиям качества очистки, производят замеры величины и количества твердых фракций в очищенном газе и очищенной жидкости. Если качество очистки перестало соответствовать заданным требованиям (например, ГОСТа), то, следовательно, фильтр 19 необходимо прочистить. Для этого устройство останавливают, патрубок вывода очищенного газа 5 поворачивают до упора относительно конусной крышки 7 с последующей фиксацией. Цилиндрические сетки 20 и 21 поворачиваются друг относительно друга благодаря тому, что верхний конец 22 одной из цилиндрических сеток 20 герметично соединен с перфорированным патрубком 10 выше отверстий 18, а нижний конец 23 другой цилиндрической сетки 21 - в верхнему краю другого перфорированного патрубка 10 или патрубка вывода очищенной жидкости 6, в который вставляется перфорированный патрубок 10 с первой цилиндрической сеткой 20. При этом упоры 17 верхних частей перфорированных патрубков 10 и патрубка вывода жидкости 6 взаимодействуют с другими ограничителями нижних концов 12 взаимодействующих перфорированных патрубков 10, которые установлены так, что ячейки (на черт. не показаны) цилиндрических сеток 20 и 21 совпадают, что увеличивает пропускную способность фильтра 19 практически в два раза, относительно первоначальной установки.
После чего патрубок 5 вывода очищенного газа или патрубок 6 вывода очищенной жидкости переводят в режим рециркуляции, то есть обратной продувки (промывки) фильтра 19. В результате фильтр 19 очищается. Далее патрубок 5 очищенного газа поворачивают в исходное состояние и фиксируют относительно конусной крышки 7.
Затем центробежный газожидкостный сепараторный фильтр снова запускают в работу.
Использование подобной конструкции центробежного газожидкостного сепараторного фильтра позволяет очищать газожидкостную смесь с практически любым содержанием газа в жидкости, вплоть до просто жидкости или газа, исключать засорение жидкости
особенно при срыве потока смеси и падении давления, удалять металлические взвеси из очищенной жидкости, производить самоочистку фильтров, что значительно увеличивает межремонтный период устройства и качество очистки газа и жидкости.