Центробежный газожидкостный сепараторный фильтр
Предложение относится к оборудованию для очистки газа и жидкости от механических примесей и может быть использовано в газовой, нефтяной, энергетической и в других областях промышленности. Центробежный газожидкостный сепараторный фильтр, содержащий вертикальный корпус с конусными крышкой и днищем, которое оборудовано устройством отбора твердых фракций, тангенциальный ввод смеси, осевую трубу, экранирующие конусные пластины, патрубки вывода очищенного газа и жидкости. Осевая труба выполнена в виде набора перфорированных патрубков с фильтрами наружи, нижняя часть которых телескопически вставлена в верхнюю часть другого патрубка с возможностью ограниченного раздвижения. Нижний перфорированный патрубок телескопически входит в патрубок вывода очищенной жидкости, который изогнут в бок, снабжен клапанным узлом, не пропускающим газ, и выполнен с возможностью рециркуляции жидкости. Верхний конец каждого перфорированного патрубка снабжен экранирующими конусными пластинами, причем верхняя экранирующая конусная пластина установлена выше тангенциального ввода и выполнена с возможностью скользящего перемещения относительно корпуса. Верхний перфорированный патрубок, выше верхней экранирующей конусной пластины, жестко соединен с патрубком вывода очищенного газа, который герметично установлен в конусную крышку с возможностью фиксации, осевого перемещения вверх, снабжен клапанным узлом, не пропускающим жидкость, и выполнен с возможностью рециркуляции газа. Верхний конец каждого фильтра герметично присоединен к перфорированному патрубку выше отверстий перфорации, а нижний - к верхнему краю другого перфорированного патрубка, в который вставляется перфорированный патрубок с фильтром. Фильтры выполнены с возможностью увеличивать свою пропускную способность при раздвижении перфорированных патрубков. Суммарная длина раздвижения патрубков не превышает длины выдвижения патрубка вывода очищенного газа из корпуса. Конусная крышка вверху оборудована газоотводом, соединенным вторым концом с патрубком вывода очищенного газа через газовый клапан. Использование подобной конструкции центробежного газожидкостного сепараторного фильтра позволяет очищать газожидкостную смесь с практически любым содержанием газа в жидкости, вплоть до просто жидкости или газа, исключать засорение жидкости особенно при срыве потока смеси и падении давления, производить самоочистку фильтров, что значительно увеличивает межремонтный период и качество очистки газа и жидкости.
Предложение относится к оборудованию для очистки газа и жидкости от механических примесей и может быть использовано в газовой, нефтяной, теплоэнергетической и в других областях промышленности.
Известен «Сепаратор» (патент RU №2147914, B 01 D 45/12, опубл. 27.04.2000 г.), содержащий корпус с патрубками входа и неочищенного газа, выхода газа и жидкости, сепарационные элементы, расположенные на тарелке, оборудованной сливной трубой, при этом в нем установлен циклон, входное отверстие трубы входа газа которого смонтировано в полости патрубка входа неочищенного газа, а осевая зона соединена с концом трубы слива жидкости.
Одним из недостатков данного устройства является большая металлоемкость, так как циклон находится внутри корпуса, оборудованного сепарационными элементами.
Наиболее близким по технической сущности является «Центробежный двухступенчатый газожидкостной сепаратор» (патент SU №1492522, B 01 D 45/12, опубл. 15.01.1994 г.), содержащий вертикальный корпус, разделенный горизонтальной перегородкой на верхнюю и нижнюю сепарационные камеры, тангенциальный ввод разделяемой смеси, расположенный под перегородкой, осевую трубу, соединяющую верхнюю и нижнюю камеры, установленный с зазором над ней осевой выходной патрубок, экранирующую пластину, расположенную в нижней камере под осевой трубой, рециркуляционную трубу, соединяющую верхнюю и нижнюю камеры, при этом рециркуляционная труба размещена по оси корпуса, один ее конец присоединен к верхней камере через стенку осевой трубы, а другой расположен над экранирующей пластиной с зазором относительно ее поверхности, причем экранирующая пластина выполнена в виде конуса.
Общими недостатками данных устройств являются невозможность отдельно очищать газ и жидкость, вероятность перемешивания жидкости с выделенными при очистке твердыми фракциями, особенно при срыве потока, подаваемого по тангенциальному патрубку, отсутствие возможности самоочистки.
Технической задачей является:
во-первых, расширение функциональных возможностей за счет возможности очистки газа и жидкости, а так же освобождения газа при малом содержании жидкости и жидкости при малом содержании газа;
во-вторых, увеличение межремонтного периода устройства и качества очистки жидкости и газа за счет добавления функции самоочистки;
в-третьих, исключение возможности засорения твердыми фракциями жидкости, в том числе при срыве потока смеси или падении давления.
Техническая задача решается центробежным газожидкостным сепараторным фильтром, содержащим вертикальный корпус, тангенциальный ввод смеси, осевую трубу, экранирующие конусные пластины, патрубки вывода очищенного газа и жидкости.
Новым является то, что корпус снизу и сверху соответственно оснащен конусными крышкой и днищем, а конусное днище снизу оборудовано устройством отбора твердых фракций, причем осевая труба выполнена в виде набора перфорированных патрубков, нижняя часть которых телескопически вставлена в верхнюю часть другого патрубка с возможностью ограниченного раздвижения, при этом нижний перфорированный патрубок телескопически входит в патрубок вывода очищенной жидкости, который изогнут в бок, снабжен клапанным узлом, не пропускающим газ, и выполнен с возможностью рециркуляции жидкости при раздвинутом состоянии перфорированных патрубков, а экранирующими конусными пластинами снабжен верхний конец каждого перфорированного патрубка, причем верхняя экранирующая конусная пластина установлена выше тангенциального ввода и выполнена с возможностью скользящего перемещения относительно корпуса, при этом верхний перфорированный патрубок выше этой экранирующей конусной пластины жестко соединен с патрубком вывода очищенного газа, который герметично установлен в конусную крышку с возможностью фиксации, осевого перемещения вверх и снабжен клапанным узлом, не пропускающим жидкость, и выполнен с возможностью рециркуляции газа при раздвинутом состоянии перфорированных патрубков, причем отверстия перфорированных патрубков снаружи перекрыты фильтрами, верхний конец которых герметично присоединен к перфорированному патрубку выше отверстий перфорации, а нижний - к верхнему краю другого перфорированного патрубка, в который вставляется перфорированный патрубок с фильтром, причем фильтры выполнены с возможностью увеличивать свою пропускную способность при раздвижении перфорированных патрубков, а суммарная длина раздвижения патрубков не превышает длины выдвижения патрубка вывода очищенного газа из корпуса, при этом конусная крышка вверху оборудована газоотводом, соединенным вторым концом с патрубком вывода очищенного газа через газовый клапан.
На чертеже изображена схема центробежного газожидкостного сепараторного фильтра в поперечном разрезе.
Центробежный сепараторный фильтр содержит вертикальный корпус 1, тангенциальный ввод 2 смеси, осевую трубу 3, экранирующие конусные пластины 4, патрубки вывода очищенного газа 5 и жидкости 6. Корпус 1 снизу и сверху соответственно оснащен
конусными крышкой 7 и днищем 8, а конусное днище снизу оборудовано устройством отбора твердых фракций 9. Осевая труба 3 выполнена в виде набора перфорированных патрубков 10, нижняя часть 11 которых телескопически вставлена в верхнюю часть 12 другого патрубка 10 с возможностью ограниченного упорами 13 и 14 раздвижения. Нижний перфорированный патрубок 10 телескопически входит в патрубок вывода 6 очищенной жидкости, который изогнут в бок, снабжен клапанным узлом 15, не пропускающим газ, и выполнен с возможностью рециркуляции жидкости при раздвинутом состоянии перфорированных патрубков 10. Экранирующими конусными пластинами 4 снабжен верхний конец каждого перфорированного патрубка 10, причем верхняя экранирующая конусная пластина 16 установлена выше тангенциального ввода 2 и выполнена с возможностью скользящего перемещения относительно корпуса 1. Верхний перфорированный патрубок 10, выше этой экранирующей конусной пластины 16, жестко соединен с патрубком 5 вывода очищенного газа, который герметично установлен в конусную крышку 7 с возможностью фиксации, осевого перемещения вверх, снабжен клапанным узлом 17, не пропускающим жидкость, и выполнен с возможностью рециркуляции газа при раздвинутом состоянии перфорированных патрубков 10. Отверстия 18 перфорированных патрубков 10 перекрыты снаружи фильтрами 19. Верхний конец каждого из фильтров 19 герметично присоединен к перфорированному патрубку 10 выше отверстий 18, а нижний - к верхнему краю другого перфорированного патрубка 10, в который вставляется перфорированный патрубок 10 с фильтром 19. Фильтры 19 выполнены с возможностью увеличивать свою пропускную способность при раздвижении перфорированных патрубков 10, а суммарная длина раздвижения патрубков 10 не превышает длины выдвижения патрубка вывода очищенного газа 5 из корпуса 1. Конусная крышка 7 вверху оборудована газоотводом 20, соединенным вторым концом с патрубком 5 вывода очищенного газа через газовый клапан 21.
Центробежный газожидкостный сепараторный фильтр работает следующим образом:
Перед началом работы патрубок вывода очищенного газа 5 фиксируют в нижнем положении относительно конусной крышки 7 корпуса 1. Затем газожидкостная смесь подается с высокой скоростью по тангенциальному вводу 2 в вертикальный корпус 1, где данная смесь под действием сил инерции и тяжести образует спиралевидный поток, направленный вниз, причем, чем тяжелее фракции, тем дальше они располагаются от центральной оси корпуса 1. В результате твердые тяжелые фракции газожидкостной смеси по стенкам корпуса 1 спускаются в конусное днище 8, снизу которого они отбираются устройством отбора твердых фракций 9. На практике в виде данного устройства 9 использовались
шнек с выходным клапаном, регулирующим степень отжима, (на черт. не показан), или отстойная камера, которую очищали по мере необходимости при закрытом вентиле 22. Очищенная газожидкостная смесь отжимается к центральной оси корпуса 1, откуда она попадает через фильтры 19 и отверстия 18 перфорированных патрубков 10 в осевую трубу 3. Наличие экранирующих конусных пластин 4 и 16 и фильтров 19 исключает засорение очищенной газожидкостной смеси отбираемой из осевой трубы 3 при срыве потока или падении давления в тангенциальном вводе 2. При входе в корпус 1 из тангенциального ввода 2 смесь попадает в зону разряжения, так как площадь поперечного сечения корпуса 1 превосходит площадь поперечного сечения тангенциального ввода 2, при этом при вращении смеси в корпусе 1, в зоне близкой к его оси, также создается разряжение, что в совокупности вызывает интенсивное выделение газа из газожидкостной смеси. Выделенный газ, проходя по экранирующим конусным пластинам 4 и 16 снизу, через фильтры 19, отверстия 18 перфорированных патрубков 10 осевой трубы 3 отбирается патрубком вывода очищенного газа 5. Оставшаяся очищенная жидкость из осевой трубы 3 отбирается патрубком вывода очищенной жидкости 6, который выведен сбоку корпуса 1, чтобы не мешать интенсивному отбору твердых фракций из конусного днища 8. Верхняя экранирующая конусная пластина 16 установлена выше тангенциального ввода 2 и выполнена большего диаметра, чем остальные экранирующие конусные пластины 4, с возможностью скользящего перемещения относительно корпуса 1, что исключает попадание твердых фракций газожидкостной смеси в зону корпуса 1, расположенную выше верхней экранирующей конусной пластины 16. Собирающийся под конусной крышкой 7 газ отводится по патрубку вывода очищенного газа 5 через газоотвод 20 с газовым клапаном 21.
В случаях, когда в газожидкостной смеси содержится очень малое количество растворенного газа, очищенная жидкость может подниматься по патрубку вывода 5 очищенного газа и далее в систему отбора газа (на чертеже не показана). Поэтому, чтобы исключить попадание жидкости в систему отбора газа, патрубок 5 вывода очищенного газа снабжен клапанным узлом 17, не пропускающим жидкость. Клапанный узел 17 на практике был выполнен в виде поплавкового клапана (на чертеже не показан), который при превышении уровня жидкости выше допустимого перекрывал проходной канал (на черт. не показан) патрубка 5 вывода очищенного газа.
В случаях, когда в газожидкостной смеси очень большое количество растворенного газа, очищенный газ может попадать в патрубок 6 вывода очищенной жидкости и далее в систему отбора жидкости (на чертеже не показана). Поэтому, чтобы исключить попадание газа в систему отбора жидкости, патрубок 6 вывода очищенной жидкости снабжен
клапанным узлом 15, не пропускающим газ. Этот клапанный узел 15 был выполнен на практике в виде байпасной линии с поплавковым клапаном (на чертеже не показаны), который при снижении уровня жидкости ниже допустимого перекрывал проходной канал (на черт. не показан) патрубка 6 вывода очищенной жидкости.
На практике так же применялись клапанные узлы 15 и 17 в виде электронных клапанов, работающих в зависимости от уровня жидкости в осевой трубе 3.
Фильтры 19 выполнены с возможностью увеличивать свою пропускную способность при растяжении перфорированных патрубков 10 осевой трубы 3 за счет увеличения поперечного сечения фильтрующих каналов (на чертеже не показаны). Для получения подобных свойств на практике фильтры 19 были изготовлены двух видов:
первый, в виде сплетенной из проволоки сетки (типа «сетка-рабица»), которая позволяет увеличивать при своем растяжении поперечное сечение фильтрующих каналов фильтра 19 в 3-4 раза;
второй, в виде сплетенных колец (типа «кольчуга»), которая позволяет увеличивать при своем растяжении поперечное сечение фильтрующих каналов фильтра 19 в 2,5-3 раза, но при этом отличается удобством в ремонте.
Согласно требованиям качества очистки, производят замеры величины и количества твердых фракций в очищенном газе и очищенной жидкости. Если качество очистки перестало соответствовать заданным требованиям (например, ГОСТа), то, следовательно, фильтр 19 необходимо прочистить. Для этого устройство останавливают, патрубок вывода очищенного газа 5 вытягивают максимально вверх относительно конусной крышки 7 с последующей фиксацией. В результате нижние части 11 перфорированных патрубков выдвигаются из верхних частей 12 других перфорированных патрубков 10 до взаимодействия всех упоров 13 и 14 между собой благодаря тому, что суммарная длина раздвижения патрубков 10 не превышает длины выдвижения патрубка 5 вывода очищенного газа из корпуса 1. Так как верхний конец каждого из фильтров 19 герметично присоединен к перфорированному патрубку 10 выше отверстий 18, а нижний - к верхнему краю другого перфорированного патрубка 10, в который вставляется перфорированный патрубок 10 с фильтром 19, то с раздвижением перфорированных патрубков 10 фильтры 19 растягиваются, увеличивая свою пропускную способность. При этом верхняя экранирующая конусная пластина 16 вытесняет из полости корпуса 1, расположенной над ней, практически все отложения, жидкость и/или газ (в случаях их задавливания в процессе работы в эту полость) благодаря тому, что крышка 7 выполнена конусной, и между ней и верхней экранирующей конусной пластиной 16 практически не остается места при выдвинутом положении патрубка 5 вывода очищенного газа. После чего патрубок 5 вывода очищенного
газа или патрубок 6 вывода очищенной жидкости переводят в режим рециркуляции, то есть обратной продувки (промывки) фильтра 19. В результате фильтр 19 очищается. Далее патрубок 5 очищенного газа опускают в исходное состояние и фиксируют относительно конусной крышки 7.
Затем центробежный газожидкостный сепараторный фильтр снова запускают в работу.
Использование подобной конструкции центробежного газожидкостного сепараторного фильтра позволяет очищать газожидкостную смесь с практически любым содержанием газа в жидкости, вплоть до просто жидкости или газа, исключать засорение жидкости особенно при срыве потока смеси и падении давления, производить самоочистку фильтров, что значительно увеличивает межремонтный период устройства и качество очистки газа и жидкости.
Центробежный газожидкостный сепараторный фильтр, содержащий вертикальный корпус, тангенциальный ввод смеси, осевую трубу, экранирующие конусные пластины, патрубки вывода очищенного газа и жидкости, отличающийся тем, что корпус снизу и сверху соответственно оснащен конусными крышкой и днищем, а конусное днище снизу оборудовано устройством отбора твердых фракций, причем осевая труба выполнена в виде набора перфорированных патрубков, нижняя часть которых телескопически вставлена в верхнюю часть другого перфорированного патрубка с возможностью ограниченного раздвижения, при этом нижний перфорированный патрубок телескопически входит в патрубок вывода очищенной жидкости, который изогнут в бок, снабжен клапанным узлом, не пропускающим газ, и выполнен с возможностью рециркуляции жидкости при раздвинутом состоянии перфорированных патрубков, а экранирующими конусными пластинами снабжен верхний конец каждого перфорированного патрубка, причем верхняя экранирующая конусная пластина установлена выше тангенциального ввода и выполнена с возможностью скользящего перемещения относительно корпуса, при этом верхний перфорированный патрубок, выше этой экранирующей конусной пластины, жестко соединен с патрубком вывода очищенного газа, который герметично установлен в конусную крышку с возможностью фиксации, осевого перемещения вверх, снабжен клапанным узлом, не пропускающим жидкость, и выполнен с возможностью рециркуляции газа при раздвинутом состоянии перфорированных патрубков, причем отверстия перфорированных патрубков перекрыты снаружи фильтрами, верхний конец которых герметично присоединен к перфорированному патрубку выше отверстий перфорации, а нижний - к верхнему краю другого перфорированного патрубка, в который вставляется перфорированный патрубок с фильтром, причем фильтры выполнены с возможностью увеличивать свою пропускную способность при раздвижении перфорированных патрубков, а суммарная длина раздвижения патрубков не превышает длины выдвижения патрубка вывода очищенного газа из корпуса, при этом конусная крышка вверху оборудована газоотводом, соединенным вторым концом с патрубком вывода очищенного газа через газовый клапан.
