ФИЛЬТР-КОАЛЕСЦИРУЮЩИЙ ПАТРОН
FILTER-COALESCING CARTRIDGE

Изобретение относится к конструкциям фильтр-коалесцирующих патронов, предназначенных для очистки от твердых частиц, мелкодисперсных капель жидкости, их сепарации, фильтрации или коалесценции из газовых или жидкостных потоков в абсорберах, сепараторах, фильтрах, разделителях несмешивающихся жидкостей и других аппаратах, и может найти применение в нефтяной, химической и газовой промышленности.
3
4
Известен фильтр-коалесцирующий патрон, содержащий каркас и закрепленные на нем внутренние и наружные опорные элементы, между которыми размещен коалесцирующий материал. В отличие от общеизвестных опорных элементов из перфорированных круглыми отверстиями цилиндров опорные элементы выполнены в виде вязаного сетчатого рукава, уложенного по винтовой спирали (авторское свидетельство СССР №850142, МПК B01D 27/00), при этом каркас может быть выполнен сплюснутым с перекрытием у вершины (патент СССР №1329807, МПК B01D 53/20). Преимуществом указанных фильтр-патронов является их низкое гидравлическое сопротивление.
Недостатком этих устройств является значительная материалоемкость из-за необходимости применения двух опорных элементов: каркаса и вязаного сетчатого рукава, уложенного на каркасе по спирали. При больших соотношениях длины патрона к его диаметру для обеспечения его жесткости необходимо увеличивать толщины каркаса, т.е. увеличивать его материалоемкость. Кроме того, при больших скоростях фильтруемых потоков, например:
- при внутренней подаче очищаемого потока в фильтр-коалесцирующий патрон, частицы, имеющие большую массу, направляются силами инерции в тупиковую зону патрона, где и отлагаются, забивая поверхность фильтр-патрона в этой части;
- при наружной подаче очищаемого потока на фильтр-коалесцирующий патрон частицы по инерции пролетают вдоль поверхности патрона к тарелке крепления и забивают наружную сторону патрона со стороны открытого торца.
Неравномерность работы фильтр-коалесцирующего патрона сокращает срок его службы и снижает эффективность работы (фильтрации и коалесценции).
7
Известен фильтр-коалесцирующий патрон по патенту РФ №2180257, МПК: B01D 27/06, приоритет 15.02.2001 г., в котором частично устранены вышеуказанные недостатки за счет применения в качестве опорных элементов просечно-вытяжных сеток с большим живым сечением. Такое техническое решение незначительно снижает его материалоемкость и гидравлическое сопротивление. Однако основной недостаток по недостаточной продольной жесткости и неравномерности забивания примесями фильтр-коалесцирующего патрона по его длине остается, что не позволяет применить это техническое решение для изготовления фильтр-коалесцирующих патронов с большим соотношением длины к его диаметру (до 10 и более).
Известен фильтр-коалесцирующий патрон по патенту РФ 2284845 МПК: B01D 27/00 - прототип, состоящий из опорных перфорированных элементов, крышек и закрепленного между ними пористого материала, в котором, по крайней мере, один из опорных элементов выполнен из просечно-вытяжного листа с расположением кромок просечек по окружности, а каналы просечек от торцов патрона направлены в разные стороны, при этом каналы, ориентированные открытой частью навстречу очищаемому потоку, расположены около входа потока.
Это техническое решение позволяет увеличить кольцевую жесткость фильтр-коалесцирующего патрона и улучшить равномерность загрузки по длине. Однако недостаток по низкой продольной жесткости патрона даже увеличивается за счет расположения просечек по окружности.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение продольной жесткости патрона, повышение эффективности и снижение гидравлического сопротивления.
Технический результат достигается тем, что в фильтр-коалесцирующем патроне, состоящем из опорных перфорированных элементов, крышек и закрепленного между ними пористого материала, в котором опорные элементы выполнены из просечно-вытяжного листа с расположением кромок просечек на внутреннем опорном элементе по окружности, с направлением каналов просечек от торцов патрона в разные стороны, при этом каналы, ориентированные открытой частью навстречу очищаемому потоку, расположены около входа потока, наружный опорный элемент выполнен из просечно-вытяжного листа с расположением кромок просечек в направлении образующей, при этом наружный опорный элемент выполнен из двух полуобечаек, соединенных между собой, при этом направление каналов продольных просечек выполнено на одной полуобечайке с ориентацией по ходу часовой стрелки, а на другой - против хода; в качестве пористого фильтр-коалесцирующего материала используется ультратонкое или супертонкое стекловолокно; живое сечение и поверхность фильтр-коалесцирующего материала увеличиваются по направлению движения потока.
Выполнение наружного опорного элемента из просечно-вытяжного листа с расположением кромок просечек в направлении образующей позволяет увеличить продольную жесткость фильтр-коалесцирующего патрона, повысить его эффективность, снизить гидравлическое сопротивление и материалоемкость.
Наибольшая продольная жесткость патрона достигается увеличенным количеством продольных ребер от продольных просечек, т.е. расположением их на наружном диаметре каркаса.
Наибольшая кольцевая жесткость достигается выполнением просечек и расположением ребер по окружности на внутреннем опорном каркасе, где диаметр минимальный, а жесткость максимальная, с направлением каналов просечек в разные стороны от торца патрона для сохранения равномерности загрузки по его длине.
Выполнение наружного опорного элемента из двух полуобечаек, соединенных между собой, при этом направление каналов продольных просечек выполнено на одной полуобечайке с ориентацией по ходу часовой стрелки, а на другой - против хода, позволило повысить эффективность фильтрации и коалесценции за счет ориентации направления фильтруемых потоков, например тяжелой фазы вниз по ходу отбора, а легкой - вверх к направлению выхода отфильтрованного потока из аппарата, чем обеспечивается снижение гидравлического сопротивления.
Использование в качестве пористого фильтр-коалесцирующего материала ультратонкого или супертонкого стекловолокна также позволило повысить эффективность фильтрации за счет повышения поверхности коалесценции.
Увеличение живого сечения и поверхности фильтр-коалесцирующего материала по направлению движения потока позволило снизить скорость потока при прохождении через коалесцирующий материал патрона от оси к периферии.
Заявителю не известны из существующего уровня техники фильтр-коалесцирующие патроны, в которых повышение продольной жесткости и эффективности конструкции достигалось бы предложенным образом.
На фиг.1 изображен фильтр-коалесцирующий патрон с внутренней подачей очищаемого потока.
На фиг.2 изображен фильтр-коалесцирующий патрон с наружной подачей очищаемого потока.
На фиг.3 изображен фильтр-коалесцирующий патрон с ориентацией направления части каналов продольных просечек по ходу и против хода часовой стрелки.
Фильтр-коалесцирующий патрон (фиг.1) состоит из внутреннего опорного элемента 1, соосно расположенного наружного элемента 2, кольцевой крышки 3 и глухой крышки 4, между деталями 1, 2, 3, 4 расположен пористый материал 5. Внутренний опорный элемент 1 выполнен из просечно-вытяжного листа с расположением кромок 6 каналов просечек 7 и 8 по окружности, причем каналы 8 ориентированы к кольцевой крышке 3 (к входу потока), а каналы 7 к глухой крышке 4 - тупиковой зоне патрона.
Наружный опорный элемент 2 выполнен из просечно-вытяжного листа с расположением кромок 9 каналов 10 вдоль образующей элемента.
На фиг.2 изображен фильтр-коалесцирующий патрон с наружной подачей очищаемого потока, который состоит из внутреннего 1 и наружного 2 опорных элементов из просечно-вытяжного листа, между которыми расположен фильтр-коалесцирующий материал 5. Каналы 8 ориентированы от кольцевой крышки 3, а каналы 7 от глухой крышки 4, то есть к центральной зоне патрона.
На фиг.3 показан фильтр-коалесцирующий патрон, в котором наружный опорный элемент выполнен из двух соединенных между собой полуобечаек 11 и 12 с ориентацией направления каналов кромок 9 в одной полуобечайке 11 против хода, а в другой полуобечайке 12 по ходу часовой стрелки.
Фильтр-коалесцирующий патрон работает следующим образом.
Исходную, например газожидкостную, смесь подают в фильтр-коалесцирующий патрон (фиг.1) или на фильтр-коалесцирующий патрон (фиг.2). В тупиковых зонах (фиг.1) глухая крышка 4, а для фиг.2 кольцевая крышка 3, куда стремятся отделяемые частицы, каналы 7 (фиг.1) и каналы 8 (фиг.2) развернуты от направления подачи разделяемого потока, что увеличивает гидравлическое сопротивление потоку в этих частях и снижает его расход, а каналы 8 (фиг.1) и каналы 7 (фиг.2) развернуты по потоку, что увеличивает расход фильтруемого потока и его скорость в месте подачи и перераспределяет в эту часть отделяемые частицы. Поток, проходя через пористый слой 5 (фиг.1, 2), укрупняет частицы жидкости и механические примеси, которые отделяются с учетом объемов перераспределенных потоков.
За счет гидродинамического перераспределения очищаемого потока по длине фильтр-коалесцирующего патрона улучшается его равномерность загрузки примесями, чем увеличивается срок его службы и повышается эффективность.
Переходом от продольного движения потока на внутреннем опорном элементе к кольцевому на наружном обеспечивается переход движения от радиального к кольцевому, чем достигается увеличение пути фильтрации при меньшей толщине пористого материала.
Расположением на внутреннем опорном элементе кольцевых ребер жесткости от кромок кольцевых просечек достигается максимальная кольцевая жесткость, а расположением на наружном опорном элементе продольных ребер жесткости от кромок продольных просечек достигается максимальная продольная жесткость при минимальной материалоемкости.
Использование в качестве пористого фильтр-коалесцирующего материала ультратонкого или супертонкого стекловолокна повышает поверхность коалесценции.
Увеличение живого сечения и поверхности фильтр-коалесцирующего материала по направлению движения потока от оси к периферии потока постепенно снижает скорость потока при прохождении через коалесцирующий материал.
Таким образом, в предлагаемом изобретении решается задача увеличения продольной жесткости патрона, повышения эффективности и снижения гидравлического сопротивления.