ФИЛЬТР ТОПЛИВНОГО ГАЗА

Настоящая полезная модель относится к нефтегазовой промышленности и устройствам для очистки природного газа и предназначена для использования в качестве фильтров и других аппаратов с диаметром корпуса или люка для ревизии и обслуживания от 80 до 500 мм.
В частности настоящая полезная модель может быть использована в качестве фильтров, входящих в состав газораспределительных станций, агрегатных блоков подготовки топливного газа газоперекачивающих агрегатов, установок подготовки топливного, пускового и импульсного газа на газокомпрессорных станциях магистральных газопроводов и других объектах нефтегазовой промышленности.
Известен фильтр-сепаратор, содержащий вертикальный корпус с патрубком входа газожидкостной смеси и патрубками выхода газа и жидкости, распределительный трубчатый короб, установленный напротив патрубка входа газожидкостной смеси, закрепленную внутри корпуса горизонтальную перегородку, установленную выше патрубка входа газожидкостной смеси, к которой присоединен распределительный трубчатый короб с установленным в нем фильтрующим устройством, при этом фильтрующее устройство содержит, по меньшей мере, один фильтрующий элемент, изготовленный, по меньшей мере, из двух слоев волокнисто-пористого материала, обеспечивающих процессы грубой и тонкой очистки газа, а между корпусом и трубчатым коробом установлен завихритель, выполненный из расположенных с равным шагом по окружности изогнутых лопаток заданного профиля, обеспечивающих выравнивание поля скоростей и эффективную закрутку газожидкостного потока (патент РФ №70813, публ. 20.02.2008 г.).
2
Фильтр содержит корпус с фланцем и крышку, которые соединены между собой резьбовыми шпильками и гайками. Конструкция и размеры фланцевого соединения регламентированы ГОСТ 12821-80 (Фланцы стальные приварные встык на Ру от 0,1 до 20 МПа (от 1 до 200 кгс/см), (Конструкция и размеры); ГОСТ 28759.4-90 (Фланцы сосудов и аппаратов стальные приварные встык под прокладку восьмиугольного сечения); АТК 24.200.02-90 (Альбом типовых конструкций. Заглушки фланцевые стальные. Конструкция, размеры и технические требования).
Герметизация крышки осуществляется при помощи неметаллической или металлической прокладки (плоской, овального или восьмиугольного сечения). Для удобства открывания крышки предусмотрено подъемно-поворотное устройство. Затяжка шпилек производится равномерно, в несколько приемов, с последующей дополнительной подтяжкой.
Недостатками используемой в фильтре фланцевой крышки являются: возможность «закусывания» прокладки при сборке, необходимость периодической замены прокладки, перекос крышки при затягивании шпилек, необходимость контроля распределения нагрузок по парам шпилек, высокая трудоемкость запирания-отпирания крышки из-за значительного количества резьбовых крепежных элементов, необходимость в специальном инструменте для контролируемой затяжки резьбовых шпилек либо болтов. Фланцевая крышка обладает низкой надежностью из-за возможности ослабления затяжки резьбовых соединений и, со временем, потери герметичности.
Фланцевые крышки, используемые в сосудах высокого давления, изготавливаются из поковки, имеют значительные габаритные размеры и массу, большой комплект крепежа и, следовательно, высокую стоимость.
Известен фиксатор для крышки сосуда под давлением, имеющий несколько крепежных элементов, которые прижимают крышку с помощью съемного фиксатора, закрепленного на стенках корпуса сосуда под давлением (патент Германии DЕ 102009040859 (A1), публ. 2011 г.).
Известный фиксатор крышки имеет компактный размер и небольшую массу по сравнению с фланцевым соединением, однако его недостатком также является большое количество крепежных элементов, отсутствие возможности контроля правильной сборки соединения, вследствие расположения крышки под фиксатором, возможность перекоса крышки при затягивании крепежных элементов и «закусывания» прокладки между корпусом и крышкой при сборке, необходимость контроля распределения нагрузок по крепежным элементам.
Также недостатками является то, что отсутствует устройство для исключения возможности открытия крышки при наличии в сосуде давления и отсутствует возможность сброса давления рабочей среды, а также обеспечения выхода воздуха при гидравлических испытаниях сосуда.
Известен затвор концевой байонетный, включающий полый корпус и устанавливаемую на его уплотнительную поверхность крышку, имеющую возможность поворачиваться на оси подшипникового узла, расположенного на откидном рычаге, причем ось подшипникового узла закреплена на крышке с помощью шаровой опоры, обеспечивающей прилегание уплотнительных поверхностей корпуса и крышки, а также возможность откидываться вместе с указанным рычагом на шарнире, закрепленном на корпусе, и которая снабжена обеспечивающим сжатие уплотнителя, расположенного в канавке уплотнительной поверхности корпуса, запорным устройством, выполненным в виде байонетного соединения, для чего крышка снабжена выступами, охватываемыми выполненными на корпусе пазами (патент РФ №2418218, публ. 2011 г.).
Недостатком известного устройства является необходимость применения подшипниковых узлов, сложность изготовления элементов байонетного соединения: выступы на крышке, на корпусе пазы и канавки по винтовой поверхности, соответствующие многозаходной прямоугольной резьбе.
Кроме того для открытия и закрытия затвора необходимо применять специализированный ключ-шестерню.
Известен концевой затвор камеры для запуска и приема поточных снарядов магистрального трубопровода, содержащий корпус, откидную крышку с элементом герметизации, установленном во фланце крышки овальной формы, и узел ее открытия и закрытия с приводом, в котором узел открытия и закрытия откидной крышки выполнен в виде поворотной пространственной фермы с радиальным и осевым шарнирами, обеспечивающими ввод откидной крышки внутрь камеры при закрытии концевого затвора и вывод крышки с последующим ее отводом за пределы камеры при открытии затвора, при этом на поворотной пространственной ферме установлен узел фиксации крышки к камере с ходовым винтом, осевой и радиальные шарниры смонтированы в центре масс крышки, а для фиксации и расфиксации поворотной фермы при открытии и закрытии затвора на корпусе установлены шкворни (патент РФ №2400665, публ. 2010 г. - принят в качестве прототипа).
Недостатком известного затвора является наличие большого количества деталей, сложность изготовления овальной эллиптической крышки с фланцем и элементом герметизации, необходимость уравновешивания пространственной фермы и крышки, сложность пространственной фермы, большое число степеней свободы крышки, которое при открытии приводит к тому, что после отжимания крышки от седла она начинает свободно вращаться одновременно на осевом и радиальном шарнире и существует опасность повреждения уплотнительного поля и травмирования обслуживающего персонала при монтаже и демонтаже крышки в зазоре между крышкой и корпусом.
Также недостатками является то, что отсутствует устройство для исключения возможности открытия крышки при наличии в сосуде давления и отсутствует возможность сброса давления рабочей среды, а также обеспечения выхода воздуха при гидравлических испытаниях сосуда.
Целью настоящей полезной модели является создание технологичной в изготовлении и обслуживании конструкции фильтра топливного газа, обладающего повышенной надежностью и безопасностью в работе.
Технический результат заключается в снижении металлоемкости и стоимости фильтра топливного газа, в повышении его надежности и безопасности, а также в повышении удобства его обслуживания.
Сущность настоящей полезной модели заключается в следующем.
Фильтр для очистки газа содержит цилиндрический вертикальный корпус, патрубки входа загрязненного газа и выхода очищенного газа, патрубки отвода конденсата, съемную крышку для замены фильтрующих элементов и ревизии, и узел открытия и закрытия съемной крышки. Новым в конструкции фильтра является то, что в корпусе фильтра выполнено отверстие овальной формы, съемная крышка имеет плоскую овальную форму, содержит элемент герметизации и прижимается к внутренней поверхности корпуса внутренним рабочим давлением среды в фильтре, при этом открытие съемной крышки осуществляется при предварительном снятии внутреннего давления в фильтре.
Элемент герметизации представляет собой канавку с размещенным в ней эластичным неметаллическим кольцом круглого или иного сечения.
Узел открытия и закрытия откидной крышки содержит установленные на крышке шток с маховиком и радиальный шарнир, расположенный в центре крышки и обеспечивающий ее поворот на 90° только в одном направлении, а также расположенный на корпусе кронштейн Г-образной формы, установленный с возможностью поворота в одной плоскости на угол от 0 до 180° относительно оси шарнира, закрепленного на корпусе, и обеспечивающий ввод откидной крышки внутрь корпуса фильтра при закрытии и вывод крышки с последующим ее отводом за пределы корпуса фильтра при открытии.
Г-образный кронштейн содержит стопор, блокирующий самостоятельный обратный ход крышки после поворота ее на 90° относительно оси радиального шарнира.
Перемещение крышки вдоль оси штока происходит с помощью маховика, установленного на штоке.
Шток, вдоль которого происходит перемещение крышки, содержит стопор, фиксирующий крышку на определенной высоте при ее перемещении вниз внутри корпуса фильтра.
Для обеспечения сброса газа из внутренней полости фильтра при открытии, крышка снабжена краном, который в закрытом положении не позволяет открыть крышку, и дополнительно выполняет функцию ручки для поворота крышки.
В фильтре установлены фильтрующие элементы для тонкой очистки от механических частиц и/или фильтрующие элементы коалесцирующего типа для очистки от капельной жидкости.
На фиг.1 показан фильтр топливного газа; на фиг.2 - крышка в закрытом положении, на фиг.3 - кран для сброса газа, на фиг.4 - крышка в промежуточном положении, на фиг.5 - то же в открытом положении.
Фильтр (фиг.1) имеет цилиндрический вертикальный корпус 1, патрубок входа 2 и патрубок выхода 3 газа, патрубки отвода конденсата 4, по меньшей мере один фильтрующий элемент 5 и откидную крышку 6 для замены фильтрующих элементов и ревизии. Крышка 6 (фиг.2) имеет плоскую овальную форму и элемент герметизации 7, который представляет собой канавку с установленным эластичным неметаллическим кольцом круглого или иного сечения. Узел открытия и закрытия откидной крышки 6 (фиг.2) выполнен в виде штока 8 с маховиком 9, радиального шарнира 10, Г-образного кронштейна 11, поворачивающегося в одной плоскости на угол от 0 до 180° относительно оси шарнира 12, установленного на корпусе 1. Крышка 6 имеет кран 13 (фиг.3), при открытии которого происходит сброс газа из внутренней полости фильтра. Кроме того кран 13 дополнительно выполняет функцию ручки, с помощью которой происходит вращение крышки 6. В центре крышки 6 установлен радиальный шарнир 10, к которому крепится шток 10, вращающий крышку 6. Г-образный кронштейн 11 имеет стопор 14, блокирующий самостоятельный обратный ход крышки 6 после поворота ее на 90° относительно оси радиального шарнира 10. Перемещение крышки 6 вдоль оси штока 8 происходит с помощью маховика 9, установленного на штоке 8.
Фильтр (фиг.1) работает следующим образом.
Газ поступает во входной патрубок 2, проходит первую ступень очистки в инерционном сепараторе за счет снижения скорости в резко расширившемся потоке газа, резкого поворота, и под действием силы тяжести крупные капли и частицы осаждаются в нижней части корпуса, а газ проходит в верхнюю часть фильтра, где расположены фильтрующие элементы, где осуществляется окончательная очистка. Очищенный газ выходит через патрубок 3, конденсат, оседающий в фильтре, отводится через патрубки 4.
Для обслуживания фильтра (замены фильтрующих элементов) используется крышка 6 (фиг.2, фиг.4 и фиг.5), которая работает следующим образом. В исходном положении (фиг.2) откидная крышка 6 плоской овальной формы находится в закрытом положении и прижата изнутри рабочим давлением в корпусе к фланцу корпуса 1 и зафиксирована маховиком 9 на штоке 8 и ручкой крана 13, расположенного на крышке. Сброс рабочего давления из внутренней части фильтра происходит открытием крана 13, расположенным на крышке 6, путем поворота ручки крана 13 на 90°. После этого крышка 6 отжимается от корпуса 1 фильтра и перемещается вниз вдоль штока 8 при вращении маховика 9 до упора в фиксатор, расположенного на штоке 8. Шток 8 прикреплен в центре крышки 6 к радиальному шарниру 10. Затем крышка 6 поворачивается вокруг оси штока 8 на 90°, после чего поворачивается на 90° относительно оси радиального шарнира 10 до упора в стопор (фиг.4). Далее Г-образный кронштейн 11 с прикрепленными к нему крышкой 6, краном 13, штоком 8, маховиком 9, стопором 14, радиальным шарниром 10 поворачивается на 180° относительно оси шарнира 12, установленного на корпусе 1, выводя тем самым крышку 6 за пределы корпуса 1 (фиг.5).
Закрывается крышка 6 при проведении выше описанных манипуляций в обратном порядке, в заключении прижимается к корпусу 1 путем вращения маховика 9 относительно оси штока 8, и при подаче рабочего давления происходит самоуплотнение крышки 6 и последующее включение фильтра в работу магистрального трубопровода.
Предложенная полезная модель позволяет снизить металлоемкость и стоимость, упростить процесс изготовления, повысить надежность, безопасность и удобство обслуживания фильтров топливного газа на объектах газовой промышленности.