УСТРОЙСТВО ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ОБЛОМКОВ ЗА ПРЕДЕЛЫ ФИЛЬТРУЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА ПРИРОДНОГО ГАЗА

Полезная модель относится к газоснабжению, в частности, к предотвращению разрушения фильтрующего элемента и распространения его обломков за пределы газового фильтра и может быть использована в составе установок очистки природного газа в системах газораспределения.
р.н
р.н
Фильтрующий элемент, предназначенный для очистки природного газа от твердых частиц, состоит из гладкой или гофрированной фильтрующей сетки, как правило, цилиндрической формы, конструктивно входит в состав установки очистки, которая включают в себя корпус для размещения фильтрующего элемента, патрубки для входа неочищенного и выхода очищенного газа, устройство по предотвращению распространения обломков за пределы фильтрующего элемента и накопитель твердых частиц. При засорении фильтрующего элемента твердыми частицами значительно выше нормы наружный перепад давления на засоренной фильтрующей сетке, то есть разность давлений с наружной и внутренней сторон фильтрующей сетки, может превысить максимально допустимое значение из условий прочности ΔP, что может привести к ее разрушению. В этом случае, образовавшиеся обломки должны быть локализованы устройством по предотвращению их распространения за пределы фильтрующего элемента. Здесь ΔP>20,0 кПа - максимально допустимый наружный перепад давления, то есть разность давлений с наружной и внутренней сторон фильтрующей сетки фильтрующего элемента, выше которого происходит его разрушение [Промышленное газовое оборудование: Справочник. 5-е изд., перераб. и доп. / Под редакцией Карякина Е.А. Саратов: Газовик, 2010 г., стр. 325 и 326].
Известно, устройство по предотвращению распространения обломков за пределы фильтрующего элемента природного газа, включающее внутреннюю цилиндрическую перфорированную обечайку с гладкой поверхностью из обычной сетки, расположенную после фильтрующего элемента по ходу течения газа, основание с наружной и внутренней кольцеобразными стенками для фиксации внутренней цилиндрической перфорированной обечайки в нижней ее части, крышку с наружной и внутренней кольцеобразными стенками для фиксации внутренней цилиндрической обечайки в верхней ее части [Промышленное газовое оборудование: Справочник. 5-е изд., перераб. и доп. / Под редакцией Карякина Е.А. Саратов: Газовик, 2010 г., стр. 308, 325-327].
р.н
Недостатком известного устройства является низкая прочность обечайки из обычной сетки, которая деформируется и разрушается при наружном перепаде давления на засоренной фильтрующей сетке еще не достигнув максимально допустимого значения ΔP=20,0 кПа., а также возможность попадания крупных обломков на наружную поверхность фильтрующей сетки, находящихся в потоке природного газа на входе в фильтрующий элемент установки очистки и полученных в результате разрушения элементов газового оборудования, расположенного до фильтрующего элемента по ходу течения газа.
Известно также устройство по предотвращению распространения обломков за пределы фильтрующего элемента природного газа, включающее внутреннюю цилиндрическую перфорированную обечайку с гладкой поверхностью из утолщенной сетки, расположенную после фильтрующего элемента по ходу течения газа и укрепленную вертикальными опорными стержнями, расположенными после внутренней цилиндрической перфорированной обечайки, основание с наружной и внутренней кольцеобразными стенками для фиксации внутренней цилиндрической перфорированной обечайки в нижней ее части, крышку с наружной и внутренней кольцеобразными стенками для фиксации внутренней цилиндрической перфорированной обечайки в верхней ее части [Усачев А.П., Шурайц А.Л., Густов С. В., Желанов В.П. Целевая функция, устанавливающая требования к системе защите, предотвращающей падение давления природного газа на фильтрующем элементе установки очистки сверх максимально допустимого значения // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. Уфа, 2011. Вып. 4(86), стр. 164-173].
р.н
Недостатком известного устройства является недостаточная прочность и устойчивость и, как следствие, безопасность внутренней цилиндрической перфорированной обечайки, которая деформируется и разрушается при наружном перепаде давления на фильтрующей сетке, еще не достигнув максимально допустимого значения ΔP. Низкая прочность внутренней цилиндрической перфорированной обечайки обусловлена тем, что она переносит усилия, передаваемые от засоренного фильтрующего элемента, на несущие вертикальные стержни только в местах касания с ними. Здесь несущие вертикальные стержни являются своеобразными ребрами жесткости для внутренней цилиндрической обечайки. Однако они жестко не связаны с обечайкой и их количество (шесть - восемь стержней) не достаточно для необходимого увеличения прочности и устойчивости внутренней цилиндрической обечайки. Другим недостатком является возможность попадания на наружную поверхность фильтрующей сетки обломков, находящихся в потоке природного газа на входе в фильтрующий элемент установки очистки.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является устройство по предотвращению распространения обломков за пределы фильтрующего элемента природного газа, включающее наружную цилиндрическую обечайку, расположенную до фильтрующего элемента по ходу течения газа, внутреннюю цилиндрическую обечайку, размещенную после фильтрующего элемента по ходу течения газа; основание с наружной и внутренней кольцеобразными стенками для фиксации фильтрующего элемента, наружной и внутренней цилиндрических обечаек в нижней их части; крышку с наружной и внутренней кольцеобразными стенками для фиксации фильтрующего элемента, наружной и внутренней цилиндрических обечаек в верхней их части. Цилиндрические обечайки выполнены из металлического листа с равномерно расположенными по их поверхности отверстиями в виде полукруга по величине меньшими, чем минимальный размер обломков. Образовавшиеся металлические лепестки в виде полукруга отогнуты от поверхности обечаек в сторону выхода очищенного газа для внутренней цилиндрической обечайки и в сторону входа неочищенного газа для наружной цилиндрической обечайки [Патент на полезную модель №RU 126957, опубл. 20.04.2013 г.].
р.н
р.н
Недостатком известного устройства является возможность деформации фильтрующего элемента, выполненного из гофрированной сетки, и возможность дальнейшего разрушения фильтрующего элемента вследствие повышения наружного перепада давления сверх максимально допустимого значения, то есть ΔP>20,0 кПа, на полностью засоренной гофрированной фильтрующей сетке. В результате постепенного засорения ячеек гофрированная фильтрующая сетка фильтрующего элемента превращается в сплошную оболочку, нагруженную наружным перепадом давления. При повышении наружного перепада давления сверх максимально допустимого значения, то есть ΔP>20,0 кПа, засоренная гофрированная фильтрующая сетка деформируется, прогибается внутрь и сминается в средней части по высоте фильтрующего элемента. Это приводит к слипанию и наложению друг на друга гофр в средней части по высоте фильтрующего элемента с полностью засоренной поверхностью, к порыву и разрушению гофр в начальной и конечной части по высоте фильтрующего элемента. После слипания, скручивания и порыва засоренных гофр фильтрующий элемент становится непригодным к дальнейшей эксплуатации и подлежит замене на новый. Кроме этого в данном устройстве максимальный диаметр отверстия в наружной цилиндрической обечайке, составляющий 7,0 мм, что больше максимального размера крупных твердых частиц, что исключает возможность улавливания отверстиями в наружной цилиндрической обечайке этих частиц, поскольку их размер составляет 2,0-2,5 мм. Все это снижает срок эксплуатации фильтрующего элемента, а также надежность и безопасность работы установок по очистке природного газа.
Задачей настоящей полезной модели является повышение безопасности и эффективности работы установок по очистке природного газа.
Техническим результатом является предотвращение деформации и разрушения фильтрующего элемента, его повреждения крупными обломками и крупными твердыми частицами, находящимися в потоке природного газа на входе в фильтрующий элемент, а также увеличение степени улавливания крупных твердых частиц.
Поставленная задача достигается тем, что устройство по предотвращению распространения обломков за пределы фильтрующего элемента природного газа включает наружную цилиндрическую обечайку, расположенную до фильтрующего элемента по ходу течения газа, внутреннюю цилиндрическую обечайку, расположенную после фильтрующего элемента по ходу течения газа, основание с наружной и внутренней кольцеобразными стенками для фиксации наружной и внутренней цилиндрических обечаек в нижней ее части, крышку с наружной и внутренней кольцеобразными стенками для фиксации наружной и внутренней цилиндрических обечаек в верхней ее части. Новым является то, что на боковых поверхностях наружной и внутренней цилиндрических обечаек, выполненных из металлической сетки, сформированы параллельные их оси однотипные продольные гофры, равномерно распределенные по всей их цилиндрической поверхности. При этом наружная и внутренняя обечайки расположены друг относительно друга на расстоянии, заданном толщиной фильтрующего элемента, образуя вместе с ним трехслойную структуру. Кроме этого, наружная и внутренняя цилиндрические обечайки выполнены из металлической сетки с размером ячеек меньшим, чем максимальный размер твердых частиц природного газа.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого устройства. Позициями на чертеже обозначены: 1 - внутренняя кольцеобразная стенка основания; 2 - основание; 3 - наружная кольцеобразная стенка основания; 4 - наружная цилиндрическая обечайка, 5 - фильтрующий элемент; 6 - внутренняя цилиндрическая обечайка; 7 - наружная кольцеобразная стенка крышки; 8 - крышка; 9 - ячейки фильтрующего элемента; 10 - внутренняя кольцеобразная стенка крышки; 11 - отверстие в основании 2 для выхода очищенного газа. На фиг. 2 представлен вид устройства сверху - разрез I-I; на фиг. 3 - увеличенное изображение фрагмента Б, обозначенного на фиг. 2.
Устройство по предотвращению распространения обломков за пределы фильтрующего элемента природного газа содержит (фиг. 1) наружную цилиндрическую обечайку 4, расположенную до фильтрующего элемента по ходу течения газа и внутреннюю цилиндрическую обечайку 6, расположенную после фильтрующего элемента по ходу течения газа, выполненные из металлической сетки, например, с квадратными ячейками, боковые стороны которой соединены между собой. Металлическая сетка обечаек 4 и 6 имеет ячейки по размеру меньшие, чем максимальный размер крупных твердых частиц. Фильтрующий элемент 5 цилиндрической формы образован из гофрированной тонкой сетки с квадратными ячейками 9, боковые стороны которой также соединены между собой. Размер ячеек фильтрующей сетки 9 выбран меньшим, чем минимальный размер мелких твердых частиц. Наружная и внутренняя цилиндрические обечайки 4, 6 расположены друг относительно друга на расстоянии, заданном толщиной фильтрующей сетки фильтрующего элемента 5, т.е. на расстоянии, при котором фильтрующий элемент 5 может быть размещен между наружной 4 и внутренней 6 обечайками и соседние их поверхности находятся в плотном соприкосновении друг с другом. Размеры сопрягающихся соседних поверхностей гофрированного фильтрующего элемента 5, наружной 4 и внутренней 6 обечаек совпадают. На боковой поверхности внутренней и наружной цилиндрических обечаек 4, 6 сформированы параллельные ее оси однотипные продольные гофры (фиг. 2, 3), которые равномерно распределены по всей их поверхности. Согласно технологии изготовления устройства фильтрующую сетку вставляют между обечайками, так что образуется цилиндрическая гофрированная трехслойная структура из наружной и внутренней обечаек 4, 6 и фильтрующего элемента 5 между ними. Внутренняя и внешняя гофрированные обечайки 6, 4 представляют собой единую жестко связанную несущую конструкцию, выполненную из утолщенной металлической сетки диаметром, например, 1,0 мм и укрепленную продольными гофрами, являющимися в данном устройстве ребрами жесткости. На боковой поверхности внутренней и наружной цилиндрических обечаек может быть сформировано 45-50 гофр. Трехслойная структура установлена в нижней ее части на основание 2, а в верхней части на ней закреплена крышка 8. Основание 2 имеет внутреннюю 1 и наружную 3 кольцеобразные стенки, герметично соединенные с основанием 2 для фиксации внутренней и наружной гофрированных цилиндрических обечаек 4, 6 с фильтрующим элементом в нижней их части. Крышка 8 имеет наружную 7 и внутреннюю 10 кольцеобразные стенки, герметично соединенные с крышкой 8 для фиксации внутренней и наружной гофрированных цилиндрических обечаек 4, 6 с фильтрующим элементом 5 в верхней их части. Основание 2 имеет отверстие 11 в центре для выхода очищенного газа.
Устройство работает следующим образом. Неочищенный природный газ с находящимися в нем твердыми частицами, а в аварийных ситуациях с обломками газового оборудования, поступает из распределительного газопровода через входной патрубок и объем корпуса установки очистки по направлению фильтрующего элемента 5, входящего в состав установки очистки природного газа. Соударяясь с наружной гофрированной поверхностью обечайки 4, обломки газового оборудования и крупные твердые частицы оседают на ней и затем падают вниз в накопитель, расположенный в нижней части объема корпуса установки по очистке газа. Наружная обечайка 4 позволяет гарантированно предотвратить попадание на сетку фильтрующего элемента 5 твердых обломков по размерам большим диаметра отверстия металлической сетки наружной обечайки 4 и увеличить долю крупных твердых частиц, удаленных посредством соударения с наружной поверхностью обечайки 4. Наружные кольцеобразные стенки 3 и 7 основания 2 и крышки 8, соединенные с наружной цилиндрической гофрированной обечайкой 4, предотвращают перемещение этой обечайки. Согласно результатам анализов, максимальный размер крупных твердых частиц составляет 2,0-2,5 мм. Поэтому при размере ячеек сетки наружной обечайки 4 равным 1,5 мм все крупные твердые частицы будут осаждаться на ее наружной поверхности. Твердые обломки и крупные твердые частицы не будут оказывать опасного воздействия на сетку фильтрующего элемента 5. Кроме этого, цилиндрическая гофрированная обечайка 4, находящаяся в плотном соприкосновении с фильтрующим элементом 5, способствует дополнительному осаждению твердых частиц перед фильтрующей поверхностью элемента 5 и увеличивает степень улавливания твердых частиц. Дополнительное улавливание крупных твердых частиц имеет место, когда расстояние от фильтрующего элемента до наружной обечайки соизмеримо с размером крупных твердых частиц. Наружная цилиндрическая перфорированная обечайка 4 расположена к фильтрующему элементу 5 на расстоянии значительно меньшем, чем размер крупных твердых частиц. Природный газ, очищенный от твердых обломков и крупных твердых частиц размером больше диаметра отверстий обечайки 4, меняет свое направление и поступает в ячейки сетки гофрированного фильтрующего элемента 5, где очищается от остальных твердых частиц. Затем природный газ проходит через внутреннюю цилиндрическую обечайки 6 и далее через отверстие 11 в основании 2 выходит за пределы устройства. Внутренние кольцеобразные стенки 1 и 10 основания 2 и крышки 8, с которыми соединена внутренняя обечайки 6, предотвращают ее от перемещения при воздействии перепада давления во внутреннем объеме устройства.
р.н
р.н
р.н
В результате постепенного засорения ячеек фильтрующая сетка гофрированного фильтрующего элемента 5 превращается в сплошную поверхность, нагруженную наружным перепадом давления. При возникновении наружного перепада давления, в отличие от воздействия внутреннего перепада давления, начинают действовать силы, направленные как на разрыв сетки, так и на потерю ее устойчивости, скручивание и деформация всей конструкции фильтрующего элемента 5. Однако в предлагаемом устройстве за счет плотного расположения всей поверхности фильтрующего элемента 5 между наружной 4 и внутренней 6 обечайками не изменяется форма фильтрующего элемента 5 и не происходит его деформация и скручивание. Даже при повышении перепада давления сверх максимально допустимого значения, то есть ΔP>20,0 кПа, гофрированная фильтрующая сетка 5, плотно прижатая к внутренней защитной гофрированную обечайке 6, защищена от действие наружного перепада давления. Внутренняя и внешняя гофрированные обечайки 4, 6 представляют собой единую, жестко связанную несущую конструкцию, укрепленную продольными ребрами жесткости в виде гофр. Расчеты и испытания показывают, что в этом случае обеспечивается заданная прочность и устойчивость внутренней гофрированной обечайки 6 при наружном перепаде давления, равном максимально допустимому значению ΔP=20,0 кПа. И даже при возникновении аварийной ситуации и разрушении фильтрующего элемента 5 под действием наружного перепада давления, превышающего максимально допустимого значение, то есть ΔP>20,0 кПа, наличие предложенной конструкции внутренней обечайки 6 позволяет гарантированно предотвратить распространение обломков фильтрующего элемента 5 за пределы обечайки 6.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет предотвратить повреждение фильтрующего элемента обломками и крупными твердыми частицами, находящихся в потоке природного газа на входе в фильтрующий элемент, предотвратить деформирование и разрушение фильтрующего элемента и распространения его обломков за пределы газового фильтра и тем самым повысить срок эксплуатации фильтрующего элемента, а также надежность и безопасность работы установок по очистке природного газа, снизить риск возникновения аварийных ситуаций. Кроме этого, увеличивается степень улавливания крупных твердых частиц и обломков газового оборудования.