ФИЛЬТР-СЕПАРАТОР

Настоящая группа полезных моделей относится к фильтрации, а более конкретно к фильтрующим устройствам, предназначенным для очистки жидкостей от воды, механических примесей и биозагрязнений.
2
3
Известен фильтр-сепаратор для очистки органических жидкостей от эмульгированной воды, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, систему фильтрующих коагулирующих стаканов с общим коллектором-распределителем, гидрофобное дренирующее устройство и отстойную зону. Фильтрующие коагулирующие стаканы выполнены перфорированными и обтянутыми в нижней части металлической сеткой с диаметром ячеек 1,4-2,0 мм и состоят из двух насыпных слоев гидрофильной активной γ - АО с диаметром частиц верхнего слоя 0,7-1,2 мм и нижнего слоя 1,7-2,5 мм при высоте слоев соответственно 350 и 400 мм (АС СССР 1433477).
К недостаткам известного фильтра-сепаратора следует отнести сложность конструкции фильтрующих коагулирующих стаканов и недостаточную эффективность и надежность улавливания механических примесей, а кроме того невозможность удаления воды.
Известен фильтр-сепаратор для очистки углеводородных жидкостей, преимущественно топлив, от свободной воды и механических примесей. Устройство состоит из корпуса с отстойником, входным, выходным и дренажным патрубками, и по меньшей мере одной пары установленных по высоте фильтрующих элементов, выполненных из фильтрующего, коагулирующего дренажного и водоотделяющего слоев, и устройства для отвода воды, установленного между фильтрующими элементами и выполненного в виде чашеобразной вставки, дно которой имеет уклон в сторону края чаши, в нижней части которой выполнено отверстие для отвода воды. Чашеобразная ставка может быть снабжена трубкой для отвода воды, один конец которой соединен с отверстием для отвода воды, а другой размещен в отстойнике или в чашеобразной вставке нижерасположенного устройства для отвода воды (АС СССР 955978).
Устройство имеет компактную конструкцию и позволяют непрерывно осуществлять очистку углеводородньих жидкостей от воды, однако при относительно большом содержании в очищаемой жидкости механических примесей ресурс работы такого устройства ограничен, так как фильтрующие элементы не поддаются регенерации, к тому же их конструкция достаточно сложна.
Известен способ обезвоживания светлых нефтепродуктов и устройство для его осуществления [Заявка 2003109949\15 Россия] основанный на взаимодействии нефтепродуктов с коалесцирующей насадкой помещенной в емкость. Насадка состоит из нефтяного кокса, либо пенополиуретана, либо полиформальдегида, либо плиэтилена, либо фторопласта. Нефтепродукт пропускают сверху вниз, противотоком потоку нефтепродуктов снизу вверх пропускают газообразный азот.
Известен способ обезвоживания светлых нефтепродуктов, включающий их пропускание через коалесцирующую насадку сверху вниз. В качестве коалесцирующей насадки используется слой из частиц активированного угля или чередующиеся слои из частиц активированного угля со слоями пенополиуретановых жгутов [Патент России 2229327].
Недостатком предложенных решений является быстрая дезактивация насыпного материала и выход из стоя всего устройства при наличии в очищаемой жидкости механических примесей.
2
Известно устройство для выделения эмульгированной воды из топлива [Пат. США 6764598]. Разделение углеводородов и воды проводят в многокамерной системе, включающей пертетрафторэтиленовую мембрану с размерами пор 0,1 мкм, обладающую гидрофобными свойствами. Предшествующий ей фильтр имеет размеры пор 0,5-100 мкм. Фильтрацию ведут при температуре ≤54° и перепаде давления ≤3,5 кг\см.
Предложенное устройство требует предварительного подогрева жидкости и работает при достаточно высоком для фильтров перепаде давления, кроме того оно быстро выходит из строя при попадании в очищаемую жидкость механических перимесей.
Известно фильтровальное устройство для текущей среды [Заявка России 2007107951\15], содержащее корпус, имеющий, по меньшей мере, один впуск устройства, один выпуск устройства и установленный между ними фильтр, который имеет по меньшей мере две части и трубку, вставленную в фильтр, причем трубка снабжена регулирующим клапаном, управляющим давлением среды, при этом трубка обходит, по меньшей мере, одну часть фильтра. Фильтр содержит два или более кольцеобразных фильтрующих элемента, установленных концентрично один внутри другого, или содержит два или несколько примыкающих каскадных фильтрующих элемента, причем трубка вставлена между каждыми двумя примыкающими фильтрующими элементами.
Недостатком данного технического решения является неравномерность условий работы фильтров, усиление неравномерности при забивки одного из фильтров и срабатывании регулирующего клапана. Кроме того этот фильтр не предназначен для фильтрации обводненных сред.
Известен фильтрующий элемент, состоящий из набора цилиндрических колец, выполненных, в частности, из поливинилформаля и размещенных между двумя шайбами (Патент РФ 2022614).
Фильтрующий элемент имеет развитую поверхность, однако при его регенерации не исключается появления зазоров между кольцами и уплотнительными шайбами после регенерации отжатием из-за коробления и неравномерного намокания поливинилформаля, что снижает надежность его работы.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому устройству является фильтр-сепаратор [Свидетельство на полезную модель №13579 Россия], содержащий корпус с отстойником, входным, выходным и дренажным патрубками и по меньшей мере одну пару установленных по высоте фильтрующих элементов, выполненных их фильтрующего и коагулирующего материала, в центральной часты корпуса установлен соединенный со входным патрубком в виде полого диска с вертикальными патрубками для закрепления фильтрующих элементов, снабженный осесимметричной с корпусом обечайкой для разделения потоков очищенной жидкости от нижнего и верхнего фильтрующих элементов, а фильтрующие элементы выполнены из поливинформаля в виде цилиндрических стаканов с дном, со стороны открытых торцов закрепленных на патрубках коллектора. Фильтрующие элементы закреплены на патрубках коллектора с помощью крышек с отверстием, соосным с полостью стакана. Для удобства монтажа отверстия крышек и вертикальные патрубки снабжены сопряженной резьбой. Отстойник перекрыт сверху перфорированной перегородкой. Каждый из фильтрующих элементов нижнего яруса имеет утолщенное дно, при этом толщина стенки цилиндрического стакана относится к толщине его дна как 1: (1,1-1,6).
Это техническое решение принято нами за прототип.
К недостаткам прототипа относится неадекватные условия работы нижних и верхних фильтрэлементов, неравномерность поступления в них механических примесей, возможность скопления больших количеств отделенной воды на донышках верхних фильтрэлементов залповый сброс ее в очищенный продукт, наличие обечайки для разделения потоков.
Задачей изобретения является разработка фильтра-сепаратора и его фильтрующего элемента, которые могли бы обеспечивать равномерность работы всех фильтрэлементов, исключить возможность залповых выбросов воды в очищенный продукт, упрощение конструкции аппарата и расширение диапазона его производительности.
вход
Поставленная задача решается тем, что фильтр сепаратор содержит корпус с отстойником, по меньшей мере одним входным, выходным и дренажным патрубками и по меньшей мере один фильтрующий элемент, выполненный из фильтрующего и коагулирующего материала, ввод очищаемой жидкости осуществляется в коллектор образуемый верхней крышкой фильтра и трубной решеткой гирлянды фильтрэлнментов. Трубные решетки смонтированы на опорных кольцах, при этом нижняя решетка выполнена перфорированной. Фильтрующие элементы выполнены из полимерных материалов в виде цилиндрических тел закрепленных на патрубках трубной решетки с помощью крышек. Входной патрубок очищаемой среды снабжен рассекателем, патрубки трубной решетки для крепления фильтрэлементов выступают над трубной решеткой от 0 до трех высот фильтрэлемента и сверху закрыты защитным устройством. Выходной патрубок очищенной среды расположен выше верхней крышки верхнего фильтрэлемента и меет внетренний диаметр больше или равный 1,1 D для очищаемого продукта. Фильтрэлементы снабжены двумя крышками и собраны в гирлянды с числом элементов n равным или более 1. Нижний конец гирлянды закреплен в нижней трубной решетке-успокоителе глухо, либо имеет слив для удаления скопившихся механических примесей. Крышка и днище фильтра выполнены неразъемными, разъемными и/или разъемными и снабжены подъемно-поворотным устройством.
Как показали проведенные авторами исследования, выполнение коллектора в виде тора образуемого крышкой фильтра и верхней трубной решеткой и закрепление гирлянды фильтрэлементов в трубных решетках позволяет создать условия благоприятные для возникновения и поддержания в процессе работы эффекта коалесценции (укрупнения) капель воды. При таком конструктивном выполнении фильтра-сепаратора с большеобъемным коллектором для подвода очищаемой жидкости достигается создание ламинарного потока жидкости поступающей в фильтрэлементы, выравнивание скоростей жидкости поступающей в каждый фильтрэлемент и равномерное снижение скорости фильтруемой жидкости от центра фильтрующего элемента к его периферии с одновременным образованием вблизи нижней части фильтрующего стакана относительно спокойных зон, в которых исключается, перемешивание очищенной жидкости с отделенной водой, в результате чего укрупненные капли воды не уносятся восходящим потоком отфильтрованной жидкости, а поступают в днище-отстойник.
Проведенный авторами поиск аналогов по источникам патентной и другой научно-технической информации не выявил технических решений, совпадающих с заявленными устройствами по совокупности существенных признаков, что свидетельствует о новизне заявленного фильтра-сепаратора и фильтрующего элемента.
Заявляемый фильтр-сепаратор изображен на чертеже, где на фиг.1 показан фильтр-сепаратор с гирляндами из двух фильтрующих элементов в разрезе по оси;
на фиг.2 показаны варианты размещения патрубков для крепления фильтрэлементов в трубной решетке;
на фиг.3 показаны варианты размещения фильтрэлементов в трубной решетке;
на фиг.4 показан фильтрующий элемент, снабженный двумя крышками;
на фиг.5 показан фильтрующий элемент, снабженный двумя крышками и внутренней перфорированной трубкой;
на фиг.6 показан фильтрующий элемент, снабженный двумя крышками и внутренней перфорированной трубкой из сетки Джонсона;
на фиг.7 показаны фильтрующие элементы, снабженные двумя крышками и внутренней перфорированной трубкой из сетки Джонсона собранные в гирлянду;
на фиг.8 показан фильтр-сепаратор с пятью фильтрующими элементами соединенными в гирлянду в разрезе по оси;
на фиг.9 показан фильтр-сепаратор с двумя фильтрующими элементами соединенными в гирлянду с устройством для очистки от механических примесей в разрезе по оси;
на фиг.10 показан фильтр-сепаратор с пятью фильтрующими элементами соединенными в гирлянду с устройством для очистки от механических примесей выведенным из корпуса фильтра в разрезе по оси;
на фиг.11 показан фильтр-сепаратор с пятью фильтрующими элементами соединенными в гирлянду с устройством для очистки от механических примесей выведенным из корпуса фильтра в сборник механических примесей в разрезе по оси.
Заявляемый фильтр - сепаратор (фиг.1) состоит из корпуса 1 с днищем-отстойником 2, патрубком 3 для подвода очищаемой жидкости, патрубком 4 для отвода очищенной жидкости, патрубком 5 для слива отстоя, по меньшей мере одного фильтрующего элемента 6, установленного в виде гирлянды на вертикальных патрубках 7, защищенных сверху от прямого попадания очищаемой среды защитным устройством 8, коллектора 9 образованного крышкой фильтра 10 и верхней трубной решеткой 11. Фильтрующие элементы 6 выполнены в виде цилиндрических тел и снабжены двумя крышками 12. В крышке фильтра расположены входной патрубок 3 с рассекателем 14, патрубки для стравливания воздуха 15, для контрольно-измерительных приборов 16, для измерения давления 17 и датчика уровня раздела фаз 18, при этом крышка фильтра 9 выполнена съемной Патрубки 7 для крепления фильтрэлементов 6 в трубной решетке имеют треугольное (фиг.2) - «в», квадратное - «б» и круговое - «а» расположение. Соответственно, такое же расположение имеют гирлянды фильтрэлементов - круговое (фиг.3) - «а», квадратное - «б» или треугольное - «в».
Для увеличения грязеемкости фильтрэлементов и удобства их очистки без остановки работы фильтра внутренняя полость фильтрэлемента 6 снабжена перфорированной трубкой 19 (фиг.5) или сеткой Джонсона 20 (фиг.6). Фильтрэлементы такой конструкции легко собираются в гирлянды (фиг.7) значительно упрощая изготовление и монтаж фильтров (фиг.8). При этом верхняя крышка 12 первого фильтрэлемента 6 гирлянды закрепляется в верхней трубной решетке 11, а нижняя крышка 12 нижнего фильтрэлемента 6 в нижней трубной решетке-успокоителе 13. Собранные в гирлянду фильтры комплектуются устройством для удаления механических примесей 21. При этом механические примеси можно собирать как в отстойник 2 (фиг.9), так и выводиться из корпуса фильтра индивидуально от каждой гирлянды (фиг.10) или с помощью коллектора 22 отводить в специальную емкость (сборник) 23 (фиг.11).
Лабораторный фильтр с гирляндой из трех фильтрэлементов был использован для очистки нефтешлама из топливной емкости с бензином Аи-92 нефтебазы «ПТК-Терминал». При прямой одноразовой фильтрации через фильтр происходит одновременная очистка топлива от воды и механических примесей. Очищенное топливо не содержит воды и механических примесей, соответствует по этим показателям требованиям ГОСТ Р 51105 и его можно сразу использовать по прямому назначению. Интересно отметить, что основную часть отделенных фильтром механических примесей составляют продукты коррозии, в основном, оксиды железа.
В лаборатории Туапсинского НПЗ на лабораторном фильтре с гирляндой из трех фильтрэлементов была проведена очистка искусственной смеси следующего состава:
вода
-10%;
осадок из приемника депульсатора ПК-1
-3%;
дизельное топливо
-87%.
В процессе фильтрации вода скапливалась на дне корпуса фильтра откуда периодически удалялась по мере накопления. После очистки по данным анализа ЦЗЛ завода вода и механические примеси в фильтрате отсутствуют и дизельноетопливо по этим показателям соответствует требованиям ГОСТ.
На этом же стенде была проведена очистка сбора нефтепродуктов отработанных (СНО). По данным лабораторного анализа очищенный СНО не содержит воды и механических примесей.
В ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка» нами исследовалась возможность очистки авиационного гидравлического масла АМГ-10 по ГОСТ 6796-75. В процессе производства масло загрязняется механическими примесями, примесями из присадки Винипол ВБ-2 и катализаторной пылью. В связи с чем масло имеет повышенный диаметр пятна износа по ГОСТ 9490-75. Из резервуара 82/2 ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка» была отобрана проба масла АМГ-10, и в лаборатории опытно-исследовательского цеха №28 были приготовлены три образца масла с искусственным загрязнителем:
образец №1 - 0,072% измельченной и просеянной через сито 0,056 меш глины;
образец №2 - 0,1% цеолита NaX с осушки водородсодержащего газа от воды просеянного через сито 0,056 меш и 1,6% воды;
образец №3 - 0,1% цеолита NaX с осушки водородсодержащего газа от воды просеянного через сито 0,056 меш.
Пробы были профильтрованы через фильтр с гирляндой из трех фильтрэлементов. После фильтрации все пробы чистые и прозрачные. Результаты испытаний проб приведены в табл.
Таблица
Результаты испытаний авиационного гидравлического масла АМГ-10
Показатель
Исходное товарное масло АМГ-10
Образец №1
Образец №2
Образец №3
Диаметр пятна износа по ГОСТ 9490-75
0,53
0,53
0,57
0,51
Содержание воды по ГОСТ 2477-65
отсутствие
отсутствие
отсутствие
отсутствие
То есть и топливо и масло полностью очистились от всех примесей, следовательно в заявленной конструкции фильтра удалось не только осуществить коалесценцию капель воды при прохождении очищаемой жидкости через гирлянду фильтрующих элементов, но и очистку жидкости от механических примесей, что свидетельствует о достижении нового технического эффекта и о соответствии заявленных решений критерию "изобретательский уровень".