ФИЛЬТР-ОСУШИТЕЛЬ

Фильтр-осушитель
Область техники.
Заявляемое техническое решение относится к области осушки газа и предназначено для осаждения и удаления мелкодисперсных жидких и твердых частиц из газа необходимого для импульсного питания блоков управления запорной арматурой на буровых установках, компрессорных станциях и других объектах нефтяной и газовой промышленности.
Предшествующий уровень техники.
Из уровня техники известен влагоотделитель - патент СССР №865338 на изобретение, МПК B01D45/00, 1998 [1]. Как и в заявленном техническом решении указанный аналог содержит вертикальный цилиндрический корпус, крышку с прокладкой, дефлектор, входной, выходной и сливной патрубки, блок-контейнер с водопоглощающим агентом, фильтр тонкой очистки с уплотнительным кольцом, штангу с барашком.
Недостатком указанного аналога является сложность конструкции.
Также известен сепаратор газовый вихревого типа - патент РФ №90701 на полезную модель, МПК B01D45/12, 2010 [2]. Как и в заявленном техническом решении указанный аналог содержит вертикальный цилиндрический корпус, нижнее днище, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор с отражательной пластиной, улавливающий карман, сепарационный пакет, ложное днище, блок-контейнер с адсорбентом.
Недостатком указанного аналога является то, что в нем не предусмотрена очистка готового продукта от частиц адсорбента, которые могут быть вынесены из сепаратора выходящим потоком
Также известно устройство, например, сепаратор газовый вихревого типа - патент РФ №2377049 на изобретение, МПК B01D45/12, 2009 [3]. Как и в заявленном техническом решении указанный аналог содержит вертикальный цилиндрический корпус, нижнее днище, входной, выходной и сливной патрубки, дефлектор с отражательной пластиной, жестко закрепленную в корпусе горизонтальную перегородку, сепарационный пакет, ложное днище, блок-контейнер с адсорбентом. Входной патрубок размещен ниже горизонтальной перегородки и жестко закреплен в цилиндрическом корпусе сепаратора. Дефлектор расположен у входного патрубка. Внутренняя стенка корпуса, дефлектор и отражательная пластина образуют улавливающий карман.
Недостатком указанного аналога является то, что в нем не предусмотрена очистка готового продукта от частиц адсорбента, которые могут быть вынесены из сепаратора выходящим потоком
Указанный аналог [3] является по совокупности существенных признаков наиболее близким аналогом того же назначения к заявляемому техническому решению. Поэтому он принят в качестве прототипа.
Раскрытие заявляемого технического решения.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является повышение эффективности работы фильтр-осушителя за счет трехступенчатой сепарации осушаемого газа.
Сущность заявленного технического решения состоит в том, что фильтр-осушитель содержит вертикальный цилиндрический корпус, крышку, нижнее днище, закрепленную в вертикальном цилиндрическом корпусе горизонтальную перегородку, входной, выходной и сливной патрубки, сепарационный элемент, ложное днище. Горизонтальная перегородка имеет центральное отверстие. Входной патрубок расположен ниже горизонтальной перегородки. Выходная труба проходит сквозь центральное отверстие горизонтальной перегородки и жестко связана с ней. Выше горизонтальной перегородки внутри вертикального цилиндрического корпуса расположен слой сорбента.
Заявляемый фильтр-осушитель отличается тем, что содержит фильтр тонкой очистки, установленный над слоем сорбента.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение заявленного технического результата.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение следующим образом.
Пример 1.
Горизонтальная перегородка дополнительно содержит дренажное отверстие, в котором одним концом закреплена дренажная труба. Другой конец дренажной трубы расположен ниже ложного днища. Ниже горизонтальной перегородки у радиально расположенного входного патрубка смонтирован дефлектор с отражательной пластиной. Сепарационный элемент выполнен в виде сепарационного пакета составленного из плоских изогнутых сепарационных пластин. Сепарационный элемент расположен соосно вертикальному цилиндрическому корпусу. Дренажная труба размещена в улавливающем кармане образованном внутренней стенкой вертикального цилиндрического корпуса, дефлектором и отражательной пластиной. Слой сорбента выполнен в виде блок-контейнера заполненного силикагелем. Фильтр тонкой очистки содержит уплотнительное кольцо и скреплен с блоком-контейнером штангой с барашком. Между крышкой и вертикальным цилиндрическим корпусом установлена прокладка. К наружной поверхности вертикального цилиндрического корпуса жестко прикреплен опорный кронштейн.
Пример 2.
Горизонтальная перегородка дополнительно содержит дренажное отверстие, в котором одним концом закреплена дренажная труба. Другой конец дренажной трубы расположен ниже ложного днища. Входной патрубок расположен тангенциально к внутренней поверхности вертикального цилиндрического корпуса. Сепарационный элемент выполнен в виде малогабаритного вертикального сепаратора вихревого типа. Сепарационный элемент содержит обечайку, входное отверстие, верхнее днище с осевым отверстием, нижнее днище сепарационного элемента с дренажным отверстием и сепарационный пакет. Сепарационный элемент расположен соосно вертикальному цилиндрическому корпусу. У входного отверстия размещен дефлектор с отражательной пластиной. Дефлектор и входное отверстие выполнены так, что направление потока газожидкостной смеси на входе в фильтр-осушитель и на входе в сепарационный элемент совпадают. Входное отверстие сепарационного элемента расположено выше входного патрубка фильтр-осушителя, то есть нижний срез входного отверстия расположен выше верхнего среза входного патрубка. Слой сорбента выполнен в виде блок-контейнера заполненного силикагелем. Фильтр тонкой очистки содержит уплотнительное кольцо и скреплен с блоком-контейнером штангой с барашком. Между крышкой и вертикальным цилиндрическим корпусом установлена прокладка. К наружной поверхности вертикального цилиндрического корпуса жестко прикреплен опорный кронштейн.
Автором заявленного технического решения изготовлен опытный образец этого решения, испытания которого подтвердили достижение технического результата.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 показана схема фильтр-осушителя по примеру 1 (продольный разрез Г - Г фиг. 4), на фигуре 2 показана схема фильтр-осушителя (поперечный разрез А - А фиг. 1), на фигуре 3 показана схема фильтр-осушителя (поперечный разрез Б - Б фиг. 1), на фигуре 4 показана схема фильтр-осушителя (поперечный разрез В - В фиг. 1), на фиг. 5 показана схема фильтр-осушителя по примеру 2 (продольный разрез Д - Д фиг. 8), на фигуре 6 показана схема фильтр-осушителя (поперечный разрез Е - Е фиг. 5), на фигуре 7 показана схема фильтр-осушителя (поперечный разрез Ж - Ж фиг. 5), на фигуре 8 показана схема фильтр-осушителя (поперечный разрез З - З фиг. 5), на фигуре 9 показана схема фильтр-осушителя (поперечный разрез И - И фиг. 5).
Перечень ссылочных обозначений:
Пример 1 (фиг. 1 - фиг. 4).
1 - вертикальный цилиндрический корпус;
2 --нижнее днище;
3 - крышка;
4 - прокладка;
5 - входной патрубок;
6 - выходной патрубок;
7 - сливной патрубок;
8 - горизонтальная перегородка;
9 - центральное отверстие;
10 - дренажное отверстие;
11 - дефлектор;
12 - отражательная пластина;
13 - улавливающий карман;
14 - сепарационный элемент;
15 - сепарационные пластины;
16 - щелевые каналы;
17 - ложное днище;
18 - выходная труба;
19 - слой сорбента;
20 - фильтр тонкой очистки;
21 - уплотнительное кольцо;
22 - штанга с барашком;
23 - дренажная труба;
24 - опорный кронштейн;
Пример 2 (фиг. 5 - фиг. 9).
1 - вертикальный цилиндрический корпус;
2 --нижнее днище;
3 - крышка;
4 - прокладка;
5 - входной патрубок;
6 - выходной патрубок;
7 - сливной патрубок;
8 - горизонтальная перегородка;
9 - центральное отверстие;
10 - дренажное отверстие;
11 - дефлектор;
12 - отражательная пластина;
13 - улавливающий карман;
14 - сепарационный элемент;
15 - сепарационные пластины;
16 - щелевые каналы;
17 - ложное днище;
18 - выходная труба;
19 - слой сорбента;
20 - фильтр тонкой очистки;
21 - уплотнительное кольцо;
22 - штанга с барашком;
23 - дренажная труба;
24 - опорный кронштейн;
25 - входное отверстие;
26 - выходное отверстие:
27 - дренажное отверстие;
28 - верхнее днище;
29 - нижнее днище сепарационного элемента;
30 - обечайка;
31 - сепарационный пакет;
32 - диск;
33 - выходное отверстие.
Осуществление технического решения.
По примеру 1.
Фильтр-осушитель (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) содержит вертикальный цилиндрический корпус (1), нижнее днище (2) со сливным патрубком (7), крышку (3) с выходным патрубком (6), прокладку (4), входной патрубок (5), выходную трубу (18) и закрепленную в вертикальном цилиндрическом корпусе (1) горизонтальную перегородку (8). Горизонтальная перегородка (8) имеет центральное отверстие (9) и дренажное отверстие (10). Выходная труба (18) проходит через центральное отверстие (9) горизонтальной перегородки (8) и жестко связана с ней. Верхний торец выходной трубы (18) выступает над верхней поверхностью горизонтальной перегородки (8). Входной патрубок (5) расположен ниже горизонтальной перегородки (8) радиально вертикальному цилиндрическому корпусу (1).
Внутри вертикального цилиндрического корпуса (1) ниже горизонтальной перегородки (8) смонтированы дефлектор (11) с отражательной пластиной (12), дренажная труба (23), сепарационный элемент (14) и ложное днище (17). Дефлектор (11) с отражательной пластиной (12) смонтированы у входного патрубка (5). Внутренняя стенка вертикального цилиндрического корпуса (1), дефлектор (11) и отражательная пластина (12) образуют улавливающий карман (13), предназначенный для отвода из вихревого потока жидкости, прижатой центробежной силой к внутренней стенке вертикального цилиндрического корпуса (1) и транспортировки ее в нижнее днище (2) к сливному патрубку (7). Дренажная труба (23) закреплена в дренажном отверстии (10) горизонтальной перегородки (8) и расположена в улавливающем кармане (13).
Сепарационный элемент (14) расположен соосно вертикальному цилиндрическому корпусу (1). Сепарационный элемент (14) выполнен цилиндрической формы и содержит плоские изогнутые сепарационные пластины (15), расположенные в его образующей поверхности и формирующие в зоне нахлестки одинаковые и постоянные по размеру щелевые каналы (16).
Выше горизонтальной перегородки (8) смонтирован слой сорбента (19), который выполнен в виде блок-контейнера заполненного силикагелем КСМГ ГОСТ 3956-76. Сверху слоя сорбента (19) установлен фильтр тонкой очистки (20) с уплотнительным кольцом (21). Слой сорбента (19) и фильтр тонкой очистки (20) скреплены друг с другом штангой с барашком (22).
К наружной поверхности вертикального цилиндрического корпуса (1) жестко прикреплен опорный кронштейн (24).
По примеру 2.
Фильтр-осушитель (фиг. 5, фиг. 6, фиг. 7, фиг. 8, фиг. 9) содержит вертикальный цилиндрический корпус (1), нижнее днище (2) со сливным патрубком (7), крышку (3) с выходным патрубком (6), прокладку (4), входной патрубок (5) и закрепленную в вертикальном цилиндрическом корпусе (1) горизонтальную перегородку (8). Горизонтальная перегородка (8) имеет центральное отверстие (9) и дренажное отверстие (10). Входной патрубок (5) расположен ниже горизонтальной перегородки (8) тангенциально к внутренней поверхности вертикального цилиндрического корпуса (1).
Внутри вертикального цилиндрического корпуса (1) ниже горизонтальной перегородки (8) смонтированы сепарационный элемент (14) выходная труба (18), дренажная труба (23) и ложное днище (17). Выходная труба (18) проходит сквозь центральное отверстие (9) горизонтальной перегородки (8) и жестко связана с ней. Верхний край выходной трубы (18) выступает над верхней поверхностью горизонтальной перегородки (8). Дренажная труба (23) закреплена в дренажном отверстии (10) горизонтальной перегородки (8). Сепарационный элемент (14) расположен соосно вертикальному цилиндрическому корпусу (1).
Сепарационный элемент (14) выполнен в виде малогабаритного вертикального сепаратора вихревого типа, содержащего обечайку (30), верхнее днище (28), нижнее днище сепарационного элемента (29), входное отверстие (25), выходное отверстие (26), дренажное отверстие (27), дефлектор (11) с отражательной пластиной (12), сепарационный пакет (31). Дефлектор (11) с отражательной пластиной (12) смонтированы у входного отверстия (25). Дефлектор (11) и входное отверстие (25) выполнены так, что направление потока газожидкостной смеси на входе в фильтр-осушитель и на входе в сепарационный элемент (14) совпадают. Входное отверстие (25) расположено выше входного патрубка (5), то есть нижний срез входного отверстия (25) расположен выше верхнего среза входного патрубка (5). Сепарационный пакет (31) расположен внутри обечайки (15) соосно вертикальному цилиндрическому корпусу (1). Внутренняя стенка обечайки (30), дефлектор (11) и отражательная пластина (12) образуют улавливающий карман (13), предназначенный для отвода из вихревого потока жидкости, прижатой центробежной силой к внутренней стенке обечайки и транспортировки ее в нижнее днище сепарационного элемента (29) к дренажному отверстию (27).
Сепарационный пакет (31) выполнен цилиндрической формы и содержит диск (32) с выходным отверстием (33), плоские изогнутые сепарационные пластины (15), расположенные в его образующей поверхности и формирующие в зоне нахлестки одинаковые и постоянные по размеру щелевые каналы (16).
Выходная труба (18) проходит сквозь осевое отверстие (26) верхнего днища (28) сепарационного элемента (14) и соединяется с выходным отверстием (33) сепарационного пакета (31). Внутренняя поверхностью вертикального цилиндрического корпуса (1), верхняя поверхность горизонтальной перегородки (8) и наружной поверхностью выступающей части выходной трубы (18) образуют накопительную камеру (не показана).
Выше горизонтальной перегородки (8) смонтирован слой сорбента (19), который выполнен в виде блок-контейнера заполненного силикагелем КСМГ ГОСТ 3956-76. В качестве материала-заполнителя блок-контейнера слоя сорбента (19) могут также использоваться алюмогель и цеолиты, преимущественно, синтетический цеолит NaX с размером гранул от 2 до 4,5 мм, или синтетический цеолит NaX-БС (без связующего) с размером гранул 3 мм.
Сверху слоя сорбента (19) установлен фильтр тонкой очистки (20) с уплотнительным кольцом (21). Фильтр тонкой очистки (20) представляет собой микроволоконный материал, заключенный в опорные стальные сетки. Фильтр (20) может быть выполнен, например, в виде фильтроэлемента ЭФВП-Г-10-(110-70-525)-КО-21 производства компании ООО «Научно-технический центр СПЕЦФИЛЬТР» Республика Беларусь (http://www.spezfilter.by/фильтры-для-газов-и-жидкостей/), изготовленного из полипропиленового объемного термоскрепленного микроволокнистого материала и представляющего собой сложную многослойную волокнисто-пористую конструкцию с градиентом пористости. Номинальная тонкость фильтрации упомянутого фильтра составляет 10 мкм при эффективности очистки по механическим твердотельным загрязнениям не менее 99,9%. В качестве фильтрующего материала фильтра тонкой очистки (20) также возможно применение как традиционных натуральных материалов (ткань, войлок), так и других современных синтетических материалов (полиэфир).
Слой сорбента (19) и фильтр тонкой очистки (20) скреплены друг с другом штангой с барашком (22).
К наружной поверхности вертикального цилиндрического корпуса (1) жестко прикреплен опорный кронштейн (24).
Фильтр-осушитель работает следующим образом.
По примеру 1.
Подлежащий очистке газ поступает в фильтр-осушитель через входной патрубок (5). Дефлектор (11) плавно изменяет направление движения газа и формирует вихревое движение газа вокруг сепарационного элемента (14). В пространстве, образованном внутренней поверхностью стенки вертикального цилиндрического корпуса (1) фильтр-осушителя и сепарационным элементом (14), из газового потока выделяется основная масса жидкости. Капли жидкости отбрасываются центробежной силой на внутреннюю поверхность стенки вертикального цилиндрического корпуса (1) и под действием инерционных и гравитационных сил движутся вдоль этой стенки по нисходящей спирали по ходу вращения газового потока. Часть жидкости попадает при этом в улавливающий карман (13) и стекает по его стенкам к ложному днищу (17). Достигнув ложного днища (17), жидкость проходит через кольцевой зазор между внутренней поверхностью вертикального цилиндрического корпуса (1) и ложным днищем (17) и транспортируется к сливному патрубку (7), выполненному в нижнем днище (2).
Мелкодисперсная капельная жидкость, не осевшая на внутренней стенке вертикального цилиндрического корпуса (1), попадает на наружную поверхность сепарационных пластин (15) и транспортируется газовым потоком через щелевые каналы (16) на их внутреннюю поверхность. Опускаясь по внутренней поверхности сепарационных пластин (15), частицы жидкости стекают на поверхность ложного днища (17), а оттуда, через кольцевой зазор между внутренней поверхностью вертикального цилиндрического корпуса (1) и ложным днищем (17) поступают в нижнее днище (2).
Предварительно очищенный газ из сепарационного элемента (14) через выходную трубу (18) поступает в верхнюю часть внутренней полости вертикального цилиндрического корпуса (1), расположенную выше горизонтальной перегородки (8).
В верхней части внутренней полости вертикального цилиндрического корпуса (1) газовый поток проходит через слой сорбента (19) и фильтр тонкой очистки (20). В слое сорбента (19) из газа удаляется остаточная влага. Поглощенные сорбентом частицы влаги укрупняются за счет процесса коалесценции и за под действием сил гравитации стекают в накопительную камеру (не показана), образованную внутренней поверхностью вертикального цилиндрического корпуса (1), верхней поверхностью горизонтальной перегородки (8) и наружной поверхностью выступающей части выходной трубы (18). Из накопительной камеры жидкость через дренажное отверстие (10) горизонтальной перегородки (8) по дренажной трубе (23) отводится в нижнюю часть вертикального цилиндрического корпуса (1) на поверхность ложного днища (17), а оттуда, через кольцевой зазор между внутренней поверхностью вертикального цилиндрического корпуса (1) и ложным днищем (17), поступают в нижнее днище (2).
Газовый поток, проходя через фильтр тонкой очистки (20), очищается от частиц адсорбента и через выходной патрубок (6) поступает потребителю.
Жидкость, по мере накопления в нижнем днище (2), сбрасывается из фильтр-осушителя через выходной патрубок (6).
По примеру 2.
Подлежащий очистке газ поступает в фильтр-осушитель через входной патрубок (5) расположенный тангенциально к внутренней поверхности вертикального цилиндрического корпуса (1). Вследствие этого происходит завихрение газового потока. В пространстве, образованном внутренней поверхностью стенки вертикального цилиндрического корпуса (1) фильтр-осушителя и сепарационным элементом (14), из газового потока выделяется основная масса жидкости. Капли жидкости отбрасываются центробежной силой на внутреннюю поверхность стенки вертикального цилиндрического корпуса (1) и под действием инерционных и гравитационных сил движутся вдоль этой стенки по нисходящей спирали по ходу вращения газового потока к ложному днищу (17). Достигнув ложного днища (17), жидкость проходит через кольцевой зазор между внутренней поверхностью вертикального цилиндрического корпуса (1) и ложным днищем (17) и транспортируется к сливному патрубку (7), выполненному в нижнем днище (2).
Подлежащий последующей осушке газ поступает в сепарационный элемент (14) через входное отверстие (25). Дефлектор (11) плавно изменяет направление движения газа и формирует вихревое движение газа вокруг сепарационного пакета (31). В пространстве, образованном внутренней поверхностью обечайки (30) и сепарационным пакетом (31), из газового потока выделяется капли жидкости. Капли жидкости отбрасываются центробежной силой на внутреннюю поверхность стенки обечайки (30) и под действием инерционных и гравитационных сил движутся вдоль этой стенки по нисходящей спирали по ходу вращения газового потока. Часть жидкости попадает при этом в улавливающий карман (13) и стекает по его стенкам к нижнему днищу сепарационного элемента (29) и через дренажное отверстие (27) попадает на ложное днище (17). Достигнув ложного днища (17), жидкость проходит через кольцевой зазор между внутренней поверхностью вертикального цилиндрического корпуса (1) и ложным днищем (17) и транспортируется к сливному патрубку (7), выполненному в нижнем днище (2).
Мелкодисперсная капельная жидкость, не осевшая на внутренней стенке обечайки (30), попадает на наружную поверхность сепарационных пластин (15) и транспортируется газовым потоком через щелевые каналы (16) на их внутреннюю поверхность. Опускаясь по внутренней поверхности сепарационных пластин (15), частицы жидкости стекают на поверхность нижнего днища сепарационного элемента (29), а оттуда, через через дренажное отверстие (27) к сливному патрубку (7).
Предварительно очищенный газ из сепарационного пакета (31) через осевое отверстие (26) в диске (32) по выходной трубе (18) поступает в верхнюю часть внутренней полости вертикального цилиндрического корпуса (1), расположенную выше горизонтальной перегородки (8).
В верхней части внутренней полости вертикального цилиндрического корпуса (1) газовый поток проходит через слой сорбента (19) и фильтр тонкой очистки (20). В слое сорбента (19) из газа удаляется остаточная влага. Поглощенные сорбентом частицы влаги укрупняются за счет процесса коалесценции и за под действием сил гравитации стекают в накопительную камеру (не показана), образованную внутренней поверхностью вертикального цилиндрического корпуса (1), верхней поверхностью горизонтальной перегородки (8) и наружной поверхностью выступающей части выходной трубы (18). Из накопительной камеры жидкость через дренажное отверстие (10) горизонтальной перегородки (8) по дренажной трубе (23) отводится в нижнюю часть вертикального цилиндрического корпуса (1) к нижнему днищу (2).
Газовый поток, проходя через фильтр тонкой очистки (20), очищается от частиц адсорбента и через выходной патрубок (6) поступает потребителю.
Жидкость, по мере накопления в нижнем днище (2), сбрасывается из фильтр-осушителя через сливной патрубок (7).
Промышленная применимость.
Заявляемое техническое решение реализовано с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлено на любом промышленном предприятии и найдет широкое применение на объектах нефтяной и газовой промышленности.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Патент РФ №865338 на изобретение, B01D 45/00, 23.09.1981.
2. Патент РФ №90701 на полезную модель, B01D 45/12, 20.01.2010.
3. Патент РФ №2377049 на изобретение, B01D 45/12, 27.12.2009.