Установка для очистки и осушки газа

 

Полезная модель относится к устройствам для подготовки природного газа, используемого в качестве топливного, импульсного или буферного газа на добывающих, перекачивающих и дожимных газокомпрессорных станциях, газораспределительных станциях и других объектах газовой промышленности.

Установка для очистки и осушки газа, подключенная к транспортному газопроводу природного газа, содержит последовательно установленные на входе, по меньшей мере, один водомаслоотделитель - фильтр грубой очистки, по меньшей мере, один фильтр тонкой очистки, соединительные трубопроводы и запорную управляемую арматуру. Установка дополнительно содержит, по меньшей мере, одно мембранное газоразделительное устройство, рассчитанное на внутреннее избыточное давление, соответствующее давлению в транспортном газопроводе, при этом мембранное газоразделительное устройство содержит корпус с патрубками входа и выхода газа, полые мембранные волокна, закрепленные в установленных в корпусе решетках, и патрубок для удаления газа, прошедшего через стенки волокон.

Полезная модель относится к устройствам для подготовки природного газа, используемого в качестве топливного, импульсного или буферного газа на добывающих, перекачивающих и дожимных газокомпрессорных станциях, газораспределительных станциях и других объектах газовой промышленности.

Специфика эксплуатации газового оборудования на объектах газовой промышленности требует особенно тщательной очистки от влаги, масла и механических частиц отбираемого из газопровода природного газа, который может использоваться в различных целях (в качестве топлива, рабочего тела или для продувки оборудования). Максимальный размер механических частиц в газе должен быть не больше 5 мкм. Точка росы топливного и буферного газа по воде должна быть не выше минус 20°С (ГОСТ 5542-87. Газы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового назначения).

При этом установка для подготовки природного газа по своим эксплуатационным показателям должна: обеспечивать бесперебойный режим работы, быть экономичной, простой в обслуживании, надежной, не требующей сложной системы автоматизированного управления.

Для глубокой осушки природного газа на объектах газовой промышленности широко применяются установки, содержащие адсорбционные устройства для осушки газа (патент РФ 2163990, патент РФ 2209365).

К недостаткам известных установок относится их сложность обслуживания, необходимость в наличии развитой системы автоматизированного управления, высокие эксплуатационные расходы.

В настоящее время для осушки газовых смесей (в основном воздуха) применяются установки, в которых используются мембранные газоразделительные аппараты с трубчатыми мембранами, преимущественно в виде полых волокон (патент РФ 2187359, патент США 5525143, патент США 5288308.).

К недостаткам известных устройств для осушки газовых смесей с использованием трубчатых мембран относится невысокая надежность их работы вследствие засорения и выхода из строя используемых мембран.

Известна установка для разделения и/или осушки газовых смесей с помощью мембранных устройств, в котором поток сжатого газа подают на мембранное газоразделительное устройство, где он разделяется на два потока, при этом осуществляют регулирование давления и/или расхода продукта на выходе установки путем изменения рабочего давления в мембранном устройстве с помощью редуктора-регулятора давления, установленного перед устройством, совместно с дросселем, установленным на выходе устройства, который служит для первоначальной настройки степени отбора продукта (патент на изобретение РФ 2233698, публикация 2004 г.).

Известное устройство работает при низких рабочих давлениях - до 2,0 МПа, и не может быть использовано для осушки импульсного и топливного газа на газовых компрессорных станциях, где необходимое давление газа должно быть от 3,0 до 7,5 МПа.

Ограничением известного устройства при решении задачи осушки природного (топливного газа) является зависимость влагосодержания осушенного газа от давления и расхода, то есть для достижения требуемой степени осушки газа необходимо изменить давление или расход газа, что не приемлемо в системах подготовки топлива для газоиспользующего оборудования, работающих при заданных давлении и расходе.

Также недостатком известного устройства, снижающим срок службы и ухудшающим работу мембранного газоразделительного устройства, является отсутствие фильтров грубой и тонкой очистки на входе в устройство, что приводит к засорению поверхности полых волокон, абразивному износу, снижению характеристик и выходу устройств из строя.

Ограничением в применении известного устройства для осушки природного газа служит то, что для обеспечения отсутствия капельной влаги необходимо подогревать газ до температуры 30-50°С, а поскольку природный газ в газопроводе имеет температуру около 0-20°С, и расходы газа значительны, то подогрев газа потребует дополнительной траты большого количества энергии, и значительно снижает автономность и экономичность установки.

Задачей настоящей полезной модели является повышение надежности установок подготовки природного газа, используемого в качестве топливного, импульсного или буферного газа на добывающих, перекачивающих и дожимных газокомпрессорных станциях, газораспределительных станциях и других объектах газовой промышленности, повышение их экономичности и эффективности.

Предложенное техническое решение расширяет арсенал технических средств, используемых в процессе осушки и очистки природного газа.

Сущность предлагаемой полезной модели заключается в следующем.

Установка для очистки и осушки газа, подключенная к транспортному газопроводу природного газа, содержит последовательно установленные на входе, по меньшей мере, один водомаслоотделитель - фильтр грубой очистки, по меньшей мере, один фильтр тонкой очистки, соединительные трубопроводы и запорную управляемую арматуру. Установка дополнительно содержит, по меньшей мере, одно мембранное газоразделительное устройство, рассчитанное на внутреннее избыточное давление, соответствующее давлению в транспортном газопроводе, при этом мембранное газоразделительное устройство содержит корпус с патрубками входа и выхода газа, полые мембранные волокна, закрепленные в установленных в корпусе решетках, и патрубок для удаления газа, прошедшего через стенки волокон.

Фильтр тонкой очистки может содержать, по меньшей мере, один фильтрующий элемент коалесцирующего типа.

Установленные на входе фильтры содержат устройства для автоматизированного слива конденсата и датчики для контроля перепада давления для обеспечения контроля загрязнения фильтрующих элементов.

На входе в установку для плавного повышения давления в мембранном газоразделительном устройстве может быть установлен клапан-ограничитель роста давления.

Для регулирования влажности осушенного газа установка может содержать на выходе осушенного газа из мембранного газоразделительного устройства дроссель для отбора части осушенного газа и направления его на продувку полости внутри мембранных волокон.

На входе в мембранное газоразделительное устройство установлен нагреватель-термостат.

На выходе установки размещен датчик влажности (температуры точки росы) осушенного газа.

Установка содержит блок автоматизированного управления, имеющий электрические связи с датчиками и исполнительными механизмами.

Узлы и оборудование установки размещены на несущем каркасе. Узлы и оборудование установки могут быть размещены в контейнере.

На фиг.1 представлена принципиальная схема установки для очистки и осушки газа; на фиг.2 представлена конструкция мембранного газоразделительного устройства.

Установка для очистки и осушки газа (см. фиг.1) содержит трубопровод 1, подключенный на входе в установку к магистральному газопроводу, трубопровод 2, подключенный на выходе установки к потребителям природного газа. К трубопроводу 1 последовательно подключены водомаслоотделитель - фильтр грубой очистки 3, фильтр тонкой очистки 4, и мембранное газоразделительное устройство 5. Для отключения установки от газопровода при ремонте и обслуживании на трубопроводах 1 и 2 предусмотрены краны 6 и 7 соответственно. На фильтрах установлены датчики перепада давления 8 и устройства для автоматизированного слива конденсата 9. В фильтре тонкой очистки используется коалесцирующий фильтрующий элемент. На фильтрах и мембранном газоразделительном устройстве предусмотрены клапаны сброса газа 10, используемые при ремонте и обслуживании. Для регулирования влажности осушенного газа установка содержит на выходе осушенного газа из мембранного газоразделительного устройства дроссель 11 для отбора части осушенного газа и направления его на продувку полости внутри мембранных волокон. На входе в установку для плавного повышения давления в мембранном газоразделительном устройстве установлен клапан-ограничитель роста давления 12, обеспечивающий плавное повышение давления во время подачи газа. На выходе установки на трубопроводе 2 установлен датчик влажности (температуры точки росы) осушенного газа 13.

Установка содержит блок автоматизированного управления, имеющий электрические связи с датчиками и исполнительными механизмами (не показан). Установка может быть закреплена на жестком каркасе и размещена в контейнере (не показаны).

Мембранное газоразделительное устройство (см. фиг.2) включает в себя рассчитанный на высокое внутреннее рабочее давление (5,5-10 МПа) корпус 14 с патрубком входа влажного газа 15, патрубком выхода осушенного газа 16, патрубком выхода увлажненного газа 17, патрубком для подачи сухого газа на продувку 18. В корпусе установлены рассчитанные на высокое рабочее давление полые мембранные волокна 19 (наружная поверхность полого волокна - проницаема для паров воды).

Полые волокна герметично закреплены в решетках 20, которые в свою очередь образуют изолированные полости влажного и осушенного газа.

Работает установка для очистки и осушки газа следующим образом.

Природный газ из магистрального газопровода давлением от 3,0 до 7,5 МПа, содержащий капельную влагу и механические частицы, поступает в установку (см. фиг.1) по трубопроводу 1 через кран 6 в водомаслоотделитель - фильтр грубой очистки 3, где очищается от крупных механических частиц и капельной влаги размером более 1 мкм, затем в фильтр тонкой очистки 4, где очищается в фильтрующем элементе коалесцирующего типа от механических частиц и капельной влаги размером более 0,01 мкм.

Далее очищенный газ поступает в мембранное газоразделительное устройство 5 (см. фиг.2) через патрубок 15, и попадает во внутреннюю полость устройства 5, где расположены полые мембранные волокна, наружная поверхность которых проницаема для паров воды. Газ, проходя внутри корпуса вдоль волокон 19, осушается, так как пары воды, содержащиеся в газе, с небольшим количеством газа проходят внутрь волокна, и выходят с противоположной стороны корпуса через патрубок 16. Пары воды с небольшим количеством газа, которые прошли через полые мембраны, постепенно накапливаются внутри волокон и выходят из устройства 5 через патрубок 17.

Степень осушки газа до требуемой влажности обеспечивается применением устройства 5 с необходимой площадью поверхности мембраны, с учетом свойств материала мембраны, при рабочем давлении и температуре газа.

При необходимости получения более низкой влажности, часть осушенного газа через дроссель 11 (см. фиг.1) направляется в патрубок 18 устройства 5 (см. фиг.2). При этом сухой газ направляется внутрь волокон, удаляя молекулы воды с внутренней поверхности мембраны, что повышает проницаемость молекул воды через мембрану вследствие увеличения разности концентраций воды снаружи и внутри мембранного волокна. Таким образом, с помощью дросселя 11 может производиться регулировка влажности осушенного газа.

Газ, прошедший осушку в устройстве 5 направляется через кран 7 в трубопровод 2 и далее к потребителям природного газа.

В процессе работы в фильтрах 3 и 4 производится периодический слив конденсата с помощью автоматизированных устройств слива конденсата 9. С помощью датчиков перепада давления 8 контролируется степень засорения фильтрующих элементов, при превышении заданного значения перепада давления производится замена фильтрующих элементов в фильтрах 3 и 4.

Для замены фильтрующих элементов установка отключается от газопровода кранами 6 и 7, природный газ сбрасывается в дренаж через краны 10.

При запуске установки рекомендуется использовать клапан-ограничитель роста давления 12, либо обеспечить плавное открытие ручным краном с контролированием скорости подъема давления, для предотвращения повреждения мембранных волокон в мембранном газоразделительном устройстве.

Для контроля влажности выходящего из установки газа используется датчик влажности (точки росы) 13.

Установка имеет автоматизированный режим работы посредством блока автоматизированного управления, имеющего электрические связи с датчиками и исполнительными механизмами, и не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала.

1. Установка для очистки и осушки газа, подключенная к транспортному газопроводу природного газа и содержащая последовательно установленные на входе, по меньшей мере, один водомаслоотделитель - фильтр грубой очистки, по меньшей мере, один фильтр тонкой очистки, соединительные трубопроводы и запорную управляемую арматуру, отличающаяся тем, что установка дополнительно содержит, по меньшей мере, одно мембранное газоразделительное устройство, рассчитанное на внутреннее избыточное давление, соответствующее давлению в транспортном газопроводе, при этом мембранное газоразделительное устройство содержит корпус с патрубками входа и выхода газа, полые мембранные волокна, закрепленные в установленных в корпусе решетках, и патрубок для удаления газа, прошедшего через стенки волокон.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что фильтр тонкой очистки содержит, по меньшей мере, один фильтрующий элемент коалесцирующего типа.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что установленные на входе фильтры содержат устройства для автоматизированного слива конденсата.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что установленные на входе фильтры содержат датчики для контроля перепада давления на фильтрующих элементах.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на входе установлен клапан-ограничитель роста давления.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на выходе осушенного газа из мембранного газоразделительного устройства установлен дроссель для регулирования влажности осушенного газа.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на входе в мембранное газоразделительное устройство установлен нагреватель-термостат.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на выходе установки размещен датчик влажности (температуры точки росы) осушенного газа.

9. Установка по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что содержит блок автоматизированного управления, имеющий электрические связи с датчиками и исполнительными механизмами.

10. Установка по п.9, отличающаяся тем, что узлы установки размещены на несущем каркасе.

11. Установка по п.10, отличающаяся тем, что установка размещена в контейнере.



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к оборудованию для обработки воды и может быть использована в системах водоочистных сооружений населенных пунктов, промышленных и сельскохозяйственных предприятий для комплексной очистки сточных вод промышленных предприятий и питьевой воды от взвешенных веществ, химических и радиоактивных веществ, а также болезнетворных микроорганизмов
Наверх