ФИЛЬТР-СЕПАРАТОР

Полезная модель относится к устройствам для разделения газожидкостных смесей и может быть использована в нефтяной, газовой, химической и других областях промышленности в качестве фильтра-сепаратора для очистки газов от жидкости и твердых частиц.
Известен сепаратор для осушки газа, содержащий корпус с патрубками входа неочищенного газа, выхода очищенного газа и выхода жидкости и расположенные в корпусе входную и выходную фильтрующие секции, при этом входная фильтрующая секция выполнена в виде установленной над патрубком входа неочищенного газа тарелки с прямоточно-центробежными сепарационными элементами и размещенным под ней газораспределительным устройством, выполненным в виде расширяющегося снизу вверх усеченного конуса или усеченной пирамиды, во входном и промежуточном сечении которого установлены изготовленные из вертикально расположенных плоских пластин направляющие решетки с прямоугольными или квадратными отверстиями, а выходная фильтрующая секция выполнена в виде не менее чем двух расположенных одна над другой разборных тарелок с кольцевыми сетчатыми насадками, а между тарелками расположена газораспределительная решетка (патент РФ №2252813, МПК B01D 45/12, B01D 53/26, публикация 2005 г).
Недостатками известного устройства является неэффективное разделение газожидкостного потока вследствие отсутствия элементов для тонкой доочистки газового потока и большие габаритные размеры, вследствие выбранного способа сепарации и последовательного вертикального расположения фильтрующих секций и целесообразности
обеспечивать большое расстояние между фильтрующими секциями для повышения эффективности системы.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является фильтр-сепаратор, содержащий вертикальный корпус с патрубком входа газожидкостной смеси, патрубками выхода газа и жидкости, и распределительный короб, установленный напротив патрубка входа газожидкостной смеси. Фильтр-сепаратор снабжен горизонтальным полотном, установленным выше патрубка входа газожидкостной смеси, к которому присоединены распределительный короб и установленный в нем коаксиально фильтр-патрон, над горизонтальным полотном установлен фильтр-патрон тонкой очистки, причем внутренние полости фильтр-патрона и фильтр-патрона тонкой очистки соединены между собой через отверстие, выполненное в горизонтальном полотне, патрубок входа газожидкостной смеси снабжен направляющей пластиной, а в зазоре между корпусом и коробом установлен завихритель (патент РФ №2299757, МПК B01D 45/12, публикация 2007 г).
Недостатком известного устройства являются большие габаритные размеры и металлоемкость конструкции, вследствие наличия дополнительного фильтрующего элемента, неудобство обслуживания и контроля за работой (состоянием) фильтрующих элементов и вследствие этого большие эксплуатационные расходы на периодическую замену фильтрующих элементов грубой и тонкой очистки.
В случае расположения патрубка входа газожидкостной смеси тангенциально корпусу для обеспечения равномерного потока необходимо существенно увеличить диаметр корпуса фильтра-сепаратора, так, чтобы ширина кольцевого зазора между распределительным коробом и корпусом была больше, либо равна диаметру условного прохода входного патрубка, при этом также необходимо обеспечить, чтобы площадь центральной
полости распределительного короба была больше площади кольцевого зазора (для исключения вторичного уноса жидкости).
В случае применения направляющей пластины на входе в фильтр-сепаратор, поле скоростей в кольцевом зазоре будет неравномерным.
Критерием засорения фильтрующих элементов, как правило, является повышение гидравлического сопротивления, которое можно установить при помощи дифференциального манометра, однако два фильтрующих элемента соединенных последовательно невозможно контролировать, и таким образом при повышении сопротивления необходимо заменять сразу фильтрующие элементы грубой и тонкой очистки, что увеличивает эксплуатационные расхода.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание фильтра-сепаратора, обеспечивающего эффективную очистку газа от жидкости и твердых частиц, и имеющего меньшие габаритные размеры и металлоемкость конструкции по сравнению с прототипом, а также обеспечение удобства контроля за работой фильтра-сепаратора, его обслуживания и эксплуатации.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем.
Фильтр-сепаратор содержит вертикальный корпус с патрубком входа газожидкостной смеси и патрубками выхода газа и жидкости, распределительный трубчатый короб, установленный напротив патрубка входа газожидкостной смеси, и закрепленную внутри корпуса горизонтальную перегородку, установленную выше патрубка входа газожидкостной смеси, к которой присоединен распределительный трубчатый короб с установленным в нем фильтрующим устройством. 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. 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.
Волокнисто-пористый материал фильтрующего элемента может иметь слои с возрастающим или слои с уменьшающимся по ходу движения газожидкостного потока размером пор.
В нижней части фильтрующего элемента может быть установлен защитный экран.
В нижней части корпуса установлено устройство для определения уровня конденсата в нижней части фильтра-сепаратора.
Фильтр-сепаратор содержит дифференциальный манометр для измерения перепада давления между входным и выходным патрубками.
На фиг.1 представлен общий вид фильтра-сепаратора; на фиг.2 - сечение АА на фиг.1; на фиг.3 - представлен разрез фильтрующего элемента.
Фильтр-сепаратор содержит цилиндрический корпус 1, патрубок входа газожидкостной смеси 2, патрубок выхода газа 3, патрубок выхода жидкости 4. Внутри корпуса 1 соосно его обечайке, напротив патрубка входа газожидкостной смеси 2 установлен трубчатый короб 5. Внутри трубчатого короба расположены фильтрующие элементы 6 (либо фильтрующий элемент), присоединенные к горизонтальной перегородке 7 и закрепленные от осевого смещения при загрязнении фильтрующих элементов 6 фиксатором 8.
В кольцевом зазоре между корпусом 1 и трубчатым коробом 5 закреплен завихритель, выполненный из расположенных с равным шагом по окружности изогнутых лопаток 9 заданного профиля, обеспечивающих выравнивание поля скоростей и эффективную закрутку газожидкостного потока.
Высота трубчатого короба 5 равна 1-2 диаметра корпуса и обеспечивает достаточную протяженность для сепарации крупных капель под действием центробежной силы.
В нижней части корпуса 1 имеются патрубки 10, 11 для установки прибора (не показан) для контроля уровня конденсата.
Фильтр-сепаратор содержит опоры 12.
В верхней части фильтра-сепаратора установлена крышка 13 для обеспечения возможности периодической смены фильтрующих элементов.
Фильтрующие элементы (фиг.3) содержат два слоя волокнисто-пористого фильтрующего материала 14.
Слои материала 14 могут располагаться в фильтрующем элементе с сужением пор материала по ходу движения газа. Слои материала 14 могут располагаться в фильтрующем элементе с расширением пор материала по ходу движения газа. Для свободного стекания жидкости установлен защитный конический экран 15.
Защитный экран 15, выполняющий также функцию каплеотбойника, закреплен на прочном каркасе 16 с помощью винта 17.
Для герметичного соединения с горизонтальной перегородкой 7 на фильтрующем элементе предусмотрено резиновое уплотнительное кольцо 18.
Для удобства замены фильтрующих элементов предусмотрена ручка 19.
Фильтр-сепаратор работает следующим образом.
Газожидкостной поток поступает в патрубок входа газожидкостной смеси 2 и входит в пространство между корпусом 1 и распределительным коробом 5.
Изогнутые лопатки 9 установленного в кольцевом зазоре между корпусом 1 и трубчатым коробом 5 завихрителя обеспечивают выравнивание поля скоростей и эффективную закрутку газожидкостного потока.
Отделенная жидкость, движущаяся вниз вдоль стенок корпуса 1, собирается в нижней его части и дренируется через патрубок выхода жидкости 4.
Нисходящий поток газа с остаточным содержанием жидкости и примесей меняет направление движения и поступает во внутреннюю часть короба 5 на наружную поверхность фильтрующих элементов 6.
Поток равномерно распределяется по всей поверхности фильтрующих элементов 6, проходит через внутреннюю полость фильтрующих элементов и через отверстия в горизонтальной перегородке 7 и через патрубок 3 выходит из фильтра-сепаратора.
При расположении в фильтрующем элементе слоев фильтрующего материала с сужением пор материала по ходу движения газа, обеспечивается последовательно грубая и тонкая очистка газа в одном фильтрующем элементе.
При расположении в фильтрующем элементе слоев фильтрующего материала с расширением пор материала по ходу движения газа, мельчайшие капли жидкости, не отделившиеся в центробежном сепараторе, проходя по фильтрующим слоям, объединяются в более крупные капли и скапливаются в нижней части фильтрующего элемента, откуда стекают через пористое дно по защитному коническому экрану 15, обеспечивающему свободное отекание жидкости.
Установка дифференциального манометра позволяет контролировать загрязнение фильтрующего элемента по перепаду давления на нем.
Предложенная конструкция обладает низкими массогабаритными характеристиками, обеспечивает удобство контроля за работой фильтра-сепаратора, удобна в обслуживании и эксплуатации.