УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ТРАНСПОРТИРУЕМОГО ГАЗА (ВАРИАНТЫ)
DEVICE FOR TRANSPORTED GAS CLEANING (VERSIONS)

Изобретение относится к газовой промышленности и другим областям энергомашиностроения и предназначено для очистки газа от механических примесей и сконденсированной жидкости на промыслах, установках комплексной подготовки газа, газораспределительных станциях, компрессорных станциях, а также может быть использовано в нефтяной и химической промышленностях и других отраслях энергомашиностроения с целью очистки газовых потоков в широком диапазоне рабочих давлений (0.1…20 МПа) и температур (-50…+60°С).
Известно устройство для очистки транспортируемого природного газа (а.с. 869796, МКИ B01D 45/12, опубл. 07.10.1981 г., БИ №37), включающее цилиндрический корпус, в котором коаксиально установлен цилиндрический фильтрующий элемент в каркасе. Коаксиально фильтрующему элементу и корпусу установлен кожух, выполненный в виде усеченного конуса, в котором на входе и через определенное расстояние по длине фильтрующего элемента установлены завихрители. В данном устройстве неочищенный газ сразу после завихрителя попадает в полость, в которой расположен фильтрующий элемент, за счет попадания неочищенного газа фильтрующий элемент быстро засоряется, что приводит к ухудшению условий работы фильтрующего элемента и снижению ресурса его работы. Кроме того, на поверхности фильтрующего элемента помещено гидрофобное проницаемое покрытие, на котором собирается пленка жидкости. Такая конструкция фильтрующего элемента и условия его работы будут существенно увеличивать гидравлическое сопротивление фильтра. Подложка-каркас, на котором расположен фильтр, также будет увеличивать его гидравлическое сопротивление и уменьшать рабочую поверхность фильтра.
Известно устройство для очистки природного газа от жидкости, наиболее близкое к заявляемому и принятое за прототип (патент РФ№2201278, МПК B01D 45/12, B01D 46/24, опубл. 2002.11.20), включающее фильтрующий элемент на перфорированном каркасе, установленный внутри коаксиального кожуха, открытого в нижней части, а в верхней части имеющего завихритель, при этом установлено не менее двух кожухов и полость для сбора жидкости. Внутри фильтрующего элемента дополнительно коаксиально установлены кожух с завихрителем в верхней части и второй фильтрующий элемент на перфорированном каркасе, в верхней части которого установлен патрубок очищенного газа, при этом кольцевая полость в нижней части между каркасом первого и кожухом второго фильтрующих элементов заглушена кольцом. Завихритель первого кожуха снабжен кольцом, образующим щель в верхней части. Неочищенный газ попадает после завихрителя в полость с фильтрующим элементом и тем самым ухудшаются условия его работы и снижается ресурс. Наличие каркаса-подложки, на котором располагается фильтрующий элемент, уменьшает его эффективную (рабочую) поверхность и увеличивает гидравлическое сопротивление.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении качества очистки газа, надежности в эксплуатации, повышении ресурса работы, а также в упрощении конструкции и эксплуатации, повышении экономичности за счет регенерации фильтра.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для очистки транспортируемого газа (вариант 1), включающем расположенные в корпусе коаксиально ему и друг другу с образованием кольцевых каналов кожух и фильтрующий элемент, патрубки подвода газа и отвода очищенного газа, расположенные на противоположных концах корпуса, патрубки отвода жидкости и механических примесей, расположенные на цилиндрической поверхности корпуса, полость внутри фильтрующего элемента сообщена с патрубком отвода очищенного газа, новым является то, что кольцевой канал между корпусом и кожухом, с расположенным в нем завихрителем, на входе сообщен с патрубком подвода газа, а на выходе заглушен, внутри канал разделен герметичной перегородкой на две полости, каждая из них, в конце по ходу потока, сообщена с соответствующим патрубком отвода жидкости и механических примесей и с кольцевым каналом между фильтрующим элементом и кожухом, кожух на входе имеет герметичную перегородку, а на выходе кольцевой канал между кожухом и фильтрующим элементом заглушен.
Длина первой полости по ходу потока в канале между корпусом и кожухом составляет не менее одного диаметра кожуха.
Первая полость кольцевого канала между корпусом и кожухом сообщена с кольцевым каналом между фильтрующим элементом и кожухом посредством щелевых отверстий в кожухе, которые выполнены тангенциальными с возможностью закрутки потока в сторону, противоположную закрутке потока, обеспечиваемой завихрителем, установленным на входе в канал между корпусом и кожухом, для чего их оси ориентированы по касательной к внутренней образующей поверхности кожуха. Отверстия в кожухе расположены против полости патрубков отвода жидкости и механических примесей.
В устройстве для очистки транспортируемого газа (вариант 2), включающем расположенные в корпусе коаксиально ему и друг другу с образованием кольцевых каналов кожух и фильтрующий элемент, патрубки подвода газа и отвода очищенного газа, патрубок отвода жидкости и механических примесей, полость внутри фильтрующего элемента сообщена с патрубком отвода очищенного газа, новым является то, что кольцевой канал между корпусом и кожухом на входе сообщен с патрубком подвода газа, а на выходе сообщен с патрубком отвода жидкости и механических примесей и с каналом между кожухом и фильтрующим элементом, полость внутри фильтрующего элемента, выполненного в виде стакана, сообщена в верхней части с патрубком отвода очищенного газа, при этом патрубки подвода газа и вывода очищенного газа расположены в верхней части корпуса.
Патрубок подвода газа в кольцевой канал между корпусом и кожухом установлен с возможностью обеспечения тангенциальной и осевой составляющей вектора скорости потока газа, поступающего в канал, для чего его ось ориентирована по касательной к образующей поверхности корпуса и под углом к ней.
Кольцевой канал между корпусом и кожухом сообщен с каналом между кожухом и фильтрующим элементом посредством щелевых отверстий в кожухе, выполненных тангенциальными с возможностью закрутки потока в сторону, противоположную закрутке потока, обеспечиваемой входным патрубком, для чего их оси ориентированы по касательной к внутренней образующей поверхности кожуха.
Кольцевой канал между корпусом и кожухом сообщен с каналом между кожухом и фильтрующим элементом посредством отверстия или отверстий в дне кожуха.
На внутренней поверхности корпуса перед патрубком отвода жидкости и механических примесей установлены козырьки для сбора жидкости, а в корпусе выполнены отверстия для ее вывода.
Фильтрующий элемент по вариантам 1 и 2 выполнен в виде несущей конструкции из материала с высокой газовой проницаемостью.
На фиг.1 представлено продольное сечение устройства для очистки газа (вариант 1).
На фиг.2 - сечение А-А фиг.1.
На фиг.3 представлено продольное сечение устройства для очистки газа (вариант 2) с кожухом, выполненным в виде стакана.
На фиг.4 - сечение Б-Б фиг.2.
На фиг.5 - вид А фиг.3.
На фиг.6 - продольное сечение устройства для очистки газа (вариант 2) с кожухом, выполненным в виде цилиндра.
Здесь: 1 - корпус; 2 - кожух; 3 - фильтрующий элемент; 4 - кольцевой канал между корпусом 1 и кожухом 2; 5 - кольцевой канал между фильтрующим элементом и кожухом 2; 6 - патрубок подвода газа; 7 - патрубок отвода очищенного газа; 8 и 9 - патрубки отвода жидкости и механических примесей; 10 - завихритель; 11 - герметичная перегородка в канале 4; 12 - герметичная перегородка кожуха 2; 13 - щелевые отверстия первой полости канала 4; 14 - отверстия второй полости канала 4; 15 - козырьки щелевого сепаратора; 16 - отверстия в корпусе 1 щелевого сепаратора.
Устройство для очистки транспортируемого газа (вариант 1) включает корпус 1, кожух 2 и фильтрующий элемент 3, расположенные коаксиально друг другу и образующие кольцевые каналы 4 и 5 (фиг.1). На противоположных концах корпуса 1 расположены патрубки 6 и 7 соответственно подвода газа и отвода очищенного газа. На цилиндрической поверхности корпуса 1 расположены патрубки 8 и 9 отвода жидкости и механических примесей. Полость внутри фильтрующего элемента 3 сообщена с патрубком отвода очищенного газа 7. Кольцевой канал 4 между корпусом 1 и кожухом 2, на входе которого расположен завихритель 10, сообщен с патрубком 6 подвода газа, а на выходе заглушен. Внутри канал 4 разделен герметичной перегородкой 11 на две полости, первая из них в конце, по ходу потока, сообщена с патрубком 8 отвода жидкости и механических примесей и с кольцевым каналом 5 между фильтрующим элементом и кожухом 2, который на входе имеет герметичную перегородку 12, при этом кольцевой канал 5 заглушен на выходе.
Длина первой полости по ходу потока в канале 4 между корпусом и кожухом составляет не менее одного диаметра кожуха 1.
Первая полость кольцевого канала 4 между корпусом 1 и кожухом 2 сообщена с кольцевым каналом 5 между фильтрующим элементом 3 и кожухом 2 посредством щелевых отверстий 13 в кожухе 2, которые выполнены тангенциальными с возможностью закрутки потока в сторону, противоположную закрутке потока, обеспечиваемой завихрителем 10, для чего оси щелевых отверстий 13 ориентированы по касательной к внутренней образующей поверхности кожуха 2 (фиг.2). Отверстия 13 расположены против полости патрубка 8 отвода жидкости и механических примесей. Во второй полости кольцевого канала 4 в кожухе 2 выполнены отверстия 14, сообщающие кольцевой канал 5 с патрубком 9 отвода жидкости, расположенным на выходе второй полости канала 4.
Устройство для очистки транспортируемого газа (вариант 2) включает корпус 1, кожух 2 и фильтрующий элемент 3, расположенные коаксиально друг другу, образующие кольцевые каналы 4 и 5, патрубки 6 и 7 соответственно подвода газа и отвода очищенного газа, расположенные в верхней части корпуса 1, патрубок 8 отвода жидкости и механических примесей (фиг.3). Кольцевой канал 4 между корпусом 1 и кожухом 2 на входе сообщен с патрубком 6, а на выходе сообщен с патрубком 8 и с каналом 5 между кожухом 1 и фильтрующим элементом 3. Полость внутри фильтрующего элемента 3, выполненного в виде стакана, сообщена в верхней части с патрубком 7 отвода очищенного газа.
Патрубок 6 подвода газа в кольцевой канал 4 установлен с возможностью обеспечения тангенциальной и осевой составляющей вектора скорости потока газа, поступающего в канал 4, для чего ось патрубка 6 ориентирована по касательной к образующей поверхности корпуса 1 и под углом к ней (фиг.4, 5).
Кольцевой канал 4 между корпусом 1 и кожухом 2 сообщен с каналом 5 посредством щелевых отверстий 13 в цилиндрической части кожуха 3 в его нижней части по ходу закрученного потока газа. Отверстия 13 выполнены тангенциальными с возможностью закрутки потока в сторону, противоположную закрутке потока, обеспечиваемой входным патрубком 6, для чего оси отверстий 13 ориентированы по касательной к внутренней образующей поверхности кожуха 2. Кольцевой канал 4 между корпусом 1 и кожухом 2 может быть сообщен с каналом 5 между кожухом 2 и фильтрующим элементом 3 посредством отверстия или отверстий в дне кожуха (фиг.6).
На внутренней поверхности корпуса 1 перед патрубком 8 отвода жидкости и механических примесей установлены козырьки 15 для сбора жидкости, а в корпусе 1 выполнены отверстия 16 для ее вывода, образующие щелевой сепаратор.
Фильтрующий элемент 3 по вариантам 1 и 2 выполнен в виде стакана цилиндрической или конической формы и представляет собой несущую конструкцию из пористого металла, например алюминия, никеля, меди, с высокой газовой проницаемостью, что обеспечивает надежность работы устройства и эффективность очистки газа. Кроме того, фильтрующий элемент можно восстанавливать путем его промывки или продувки, что позволяет продлить его ресурс и срок службы.
Устройство по первому варианту работает следующим образом.
Транспортируемый газ, содержащий различного рода твердые включения и сконденсированную жидкость, поступает через входной патрубок 6 на завихритель 10 и далее закрученный газовый поток перемещается в первой полости кольцевого канала 4, образованного корпусом 1 и кожухом 2. В закрученном потоке при движении газа в первой полости кольцевого канала 4, вследствие действия массовых сил, происходит предварительная сепарация крупных включений (твердых и жидких), которые собираются в патрубке 8. Длина первой полости кольцевого канала 4 задается из условия, чтобы поток совершал не менее одного оборота (витка). Из первой полости кольцевого канала 4 газ через щелевые отверстия 13 попадает в кольцевой канал 5, образованный кожухом 2 и фильтрующим элементом 3. Фильтрующий элемент 3 может быть выполнен конической формы, что обеспечит оптимальные условия движения газа в канале 5, т.е. снижение и выравнивание скорости по ходу движения потока. Щелевые отверстия 13 выполнены таким образом, что обеспечивают закрутку потока в кольцевом канале 5, противоположную закрутке, задаваемой завихрителем 10, для этого оси щелевых отверстий 13 расположены по касательной к образующей внутренней поверхности кожуха 2. Такое воздействие на газовый поток в области щелевых отверстий 13 способствует более эффективной сепарации примесей, при этом на фильтрующий элемент 3 в кольцевом канале 5 будет поступать газовый поток, содержащий преимущественно мелкодисперсные включения. В закрученном потоке, движущемся в кольцевом канале 5, происходит дальнейшая сепарация твердых и жидких частиц, которые собираются на внутренней поверхности кожуха 2 и через отверстия 14 в кожухе 2 поступают в патрубок сбора конденсата и мелких примесей 9. Газ, прошедший предварительную сепарацию, поступает во внутреннюю полость фильтрующего элемента 3, где осуществляется тонкая очистка газа от частиц (до 10 мкм). Очищенный газ направляется через выходной патрубок 7 потребителю.
По второму варианту устройство работает следующим образом.
Транспортируемый газ, содержащий различного рода твердые включения и сконденсированную жидкость, поступает через входной патрубок 6 в кольцевой канал 4. Конструкция патрубка 6 обеспечивает тангенцальную и осевую составляющие скорости газового потока, поступающего в кольцевой канал 4. Далее закрученный газовый поток перемещается в полости кольцевого канала 4. В закрученном потоке при движении газа в полости кольцевого канала 4, вследствие действия массовых сил, происходит предварительная сепарация крупных включений (твердых и жидких), которые собираются в пристенной области на внутренней поверхности корпуса 1. Жидкая пленка собирается в щелевом сепараторе с помощью козырьков 15 и удаляется через отверстия 16. Прочие примеси, не попавшие в щелевой сепаратор, собираются в патрубке 8 отвода жидкости и периодически удаляются через вентиль. Газ, прошедший предварительную сепарацию в канале 4, поступает через щелевые отверстия 13 в цилиндрической части кожуха 2 в канал 5. Ось щелевых отверстий 13 ориентирована по касательной к внутренней образующей поверхности кожуха 2, что обеспечивает разворот потока на угол не менее 180 градусов, по отношению к первоначальной закрутке потока в полости 4. Таким образом, создаются условия для эффективной сепарации газового потока, содержащего разнообразные примеси. Или газ, прошедший предварительную сепарацию в канале 4, поступает в канал 5 посредством отверстия или отверстий в дне кожуха 2, что также обеспечивает разворот потока на угол не менее 180 градусов, по отношению к первоначальной закрутке потока в полости 4. Газ, поступивший в полость 5 через щелевые отверстия 13 или через отверстие (отверстия) в дне кожуха 2, проникает через пористую структуру фильтра 3 и подается в патрубок отвода очищенного газа 7. В фильтре 3 происходит тонкая очистка газа (до 10 мкм). Патрубки подвода газа 6 и отвода очищенного газа 7 расположены в верхней части корпуса, что обеспечивает удобство эксплуатации устройства.
Таким образом, предлагаемое устройство для очистки транспортируемого газа позволяет повысить качество и эффективность очистки газа, повысить надежность и ресурс работы.