Способ подготовки газа и устройство для его осуществления

 

Изобретение предназначено для газоочистки и относится к газоочистительным системам, реализующим высоконадежные, энерго- и ресурсосберегающие экологически чистые технологии, и может быть использовано, например, в системе очистки природного газа, транспортируемого по магистральным трубопроводам, перед поступлением его на газораспределительные станции. В заявляемом изобретении представлены способ подготовки газа, предусматривающий автоматическое удаление уловленной фильтром примеси по транспортному трубопроводу в сборную емкость и устройство для осуществления этого способа, последовательно содержащее фильтр и трубопровод, подключенный своим входом к нижней части фильтра, а выходом - к сборной емкости. Новым в предложенном способе подготовки газа является то, что удаление примеси в емкость производят непрерывно, для чего используют часть газа, поступающего из фильтра вместе с примесью в трубопровод с напором, обеспечиваемым откачным эжектором, установленным на входе очищаемого газа в фильтр, при этом расход рециркулирующего газа должен быть не менее 5% от суммарного расхода очищаемого газа через эжектор, а степень сжатия эжектора должна быть достаточной для преодоления сопротивления тракта циркуляции, включая фильтр, трубопровод, емкость, эжектор. Цель изобретения - повышение надежности и ресурса газоочистительной системы, безопасности и уменьшение энергозатрат при ее эксплуатации, а также улучшение экологических показателей окружающей среды путем принципиального изменения технологии удаления улавливаемой фильтром примеси. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Заявляемое изобретение относится к газоочистительным системам, реализующим высоконадежные, энерго- и ресурсосберегающие, экологически чистые технологии, и может быть использовано, например, в системе очистки природного газа, транспортируемого по магистральным трубопроводам перед поступлением на газораспределительные станции (ГРС), что позволяет предотвратить попадание механических примесей и конденсата в оборудование, в технологические трубопроводы, в приборы контроля и автоматики станции и потребителей газа.

Широко известны способы и устройства очистки природного газа, приведенные например, в справочном пособии "Газовое оборудование, приборы и арматура", Москва, "Недра", 1985, с. 130-147 и с. 355-358. Однако, несмотря на все многообразие типов и конструкций устройств (далее - фильтров), обеспечивающих очистку и подготовку газа на ГРС, все они работают, практически, по одной технологической схеме (см. , например, А.А. Данилов, А.И. Петров. "Газораспределительные станции", изд-во "Недра", С-Пб, 1997, с. 6-13), которая и выбрана в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Типичная технология подготовки газа (по схеме прототипа) заключается в следующем. Смесь газового конденсата и механических примесей (далее - примесь), содержащаяся в очищаемом газе и уловленная фильтром, скапливается в его нижней части, в накопительном бункере, откуда по мере накопления примеси производится ее автоматический сброс по наклонному трубопроводу в подземную емкость. Этот процесс реализуют посредством уровнемера, по сигналу которого срабатывает запорный клапан, установленный на выходе накопительного бункера. По мере накопления примеси в емкости она извлекается из нее специальным насосом в передвижную емкость и вывозится для дальнейшего использования.

Недостатками известного способа и устройства для его осуществления является следующее.

Надежность функционирования механически подвижных элементов (клапанов) указанной системы может быть достаточной только в том случае, если уловленной примесью является жидкость, например газовый конденсат. Как показывает практика (см. , например. Справочник работника магистрального трубопровода. Изд-во "Недра", Л,1974, с.8) газ может содержать в себе не только жидкости, как-то конденсат, метанол, соляровое и турбинное масла, но и твердые примеси, например песок, сварочный грат, сернистые соединения железа и др. В такой среде надежность и ресурс периодически срабатывающих запорных устройств, которыми оснащена известная система подготовки газа, недостаточны. По крайней мере они вместе с фильтром должны быть размещены в обогреваемом помещении, что требует определенных затрат энергии. Кроме того, не исключено проникновение газа по транспортному трубопроводу в подземную емкость, ее наддув и последующий сброс избытка газа через предохранительный клапан "на свечу", что, кроме потери газа как ценного топлива, загрязняет атмосферу. При этом нет гарантии своевременного срабатывания предохранительного клапана, в особенности в условиях их возможного примерзания в холодное время года.

Цель изобретения состоит в повышении надежности и ресурса газоочистительной системы, безопасности и уменьшении энергозатрат при ее эксплуатации, а также улучшение экологических показателей окружающей среды.

Поставленная цель достигается тем, что в способе подготовки, предусматривающем автоматическое удаление уловленной фильтром примеси по транспортному трубопроводу в сборную емкость, удаление примеси в емкость производят непрерывно, для чего используют часть газа, поступающую из фильтра вместе с примесью в трубопровод с напором, обеспечиваемым откачным эжектором, установленным на входе очищаемого газа в фильтр, при этом расход рециркулирующего газа должен быть не менее 5% от суммарного расхода очищаемого газа через эжектор, а его степень сжатия должна быть достаточной для преодоления сопротивления тракта циркуляции, включая фильтр, трубопровод, емкость, эжектор.

Поставленная цель достигается также тем, что в устройстве для осуществления способа подготовки газа, последовательно содержащем фильтр и трубопровод, подключенный своим входом к нижней части фильтра, а выходом - к сборной емкости, согласно изобретению откачной эжектор выполнен в виде сопла Вентури, к горлу которого подключен ввод рециркулирующего газа через сквозную кольцевую щель, ориентированную параллельно оси симметрии сопла Вентури, а емкость, выполненная в виде горизонтально расположенного цилиндрического сосуда, разделена в диаметральной плоскости перегородкой, в нижней части проницаемой для примеси, в верхней - для газа, при этом место ввода примеси в емкость и место откачки газа из емкости расположены по разные стороны упомянутой перегородки.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена технологическая схема с основными элементами, дающими представление о способе подготовки газа и устройства для его осуществления, отличающих их от прототипа.

Представленное устройство для осуществления способа подготовки газа последовательно содержит фильтр 1 и трубопровод 2 для транспортировки уловленной примеси в емкость 3. При этом трубопровод 2, подключенный своим входом к нижней части фильтра 1, а выходом - к емкости 3, имеет уклон в сторону емкости. Емкость 3, выполненная в виде горизонтально расположенного цилиндрического сосуда, разделена в диаметральной плоскости перегородкой 4 с вырезом 5 в нижней своей части для обеспечения беспрепятственного проникновения примеси. А в верхней части перегородка 4 снабжена перфорацией, например, в виде сетки 6 для прохода рециркулирующего газа, поступающего в емкость 3 вместе с примесью. Место ввода примеси с газом в емкость выполнено в виде опускного патрубка 7 по одну сторону перегородки 4, а отвод рециркулирующего газа - по патрубку 8, расположенному в верхней части емкости по другую сторону перегородки.

Причем патрубок 8 подключен к откачному эжектору 9 последовательно через тороидальный коллектор 10, охватывающий горло 11 сопла Вентури и сквозную кольцевую щель 12, ориентированную параллельно оси симметрии сопла Вентури. При этом контур входной части 13 сопла Вентури очерчен одним радиусом, равным приблизительно двум диаметрам горла 11, а диффузор 14 выполнен в виде конуса с углом полураскрытия ψ ≤ 6°..

Устройство работает следующим образом.

Уловленная фильтром 1 примесь непрерывно сбрасывается из нижней части фильтра в наклонный (транспортный) трубопровод 2, по которому преимущественно под воздействием динамического напора части газа, поступающего с примесью, происходит ее перемещение в сборную емкость 3. При этом не обязательно размещение фильтра 1 в обогреваемом помещении, а трубопровода 2 и емкости 3 - под землей. В емкости 3, являющейся своего рода осадительной камерой, под действием сил тяжести происходит разделение уловленных примесей и транспортирующего (рециркулирующего) газа, поступившего вместе с примесью по опускному патрубку 7 в емкость 3. Примеси, естественно, скапливаются в нижней ее части, а практически очищенный газ, поднимаясь вверх, через сетку 6 и патрубок 8 поступает на вход откачного эжектора 9. При этом в случае "залпового" сброса примеси и газа в емкость 3 перегородка 4 выполняет роль успокоительного элемента. Упомянутый эжектор 9, используя энергию очищаемого газа, обеспечивает рециркуляцию газа с расходом не менее 5% от суммарного расхода очищаемого газа и напором, достаточным для надежной транспортировки примеси от фильтра 1 до сборной емкости 3, и при этом, очевидно, что степень сжатия эжектора должна быть достаточной для преодоления сопротивления тракта циркуляции, включая фильтр 1, трубопровод 2, емкость 3, эжектор 9.

Выбор типа эжектора в виде сопла Вентури с геометрическими характеристиками, приведенными в вышеприведенном тексте описания, объясняется необходимостью минимизации потерь полного давления эжектора, что актуально при дефиците давления в магистральном трубопроводе, на входе в ГРС. Контур оптимального сопла Вентури, приведенный, например, в статье "Теоретический метод определения коэффициентов расхода для трубки Вентури, работающей в критическом режиме", в журнале Теоретическая механика, 4, ИЛ, 1962, с.237, взят за основу в предлагаемом устройстве.

Таким образом, использование предлагаемого способа подготовки газа и устройства для его осуществления позволяет по сравнению с прототипом отказаться от применения периодически срабатывающих запорных устройств в условиях контакта их с эрозионноактивной средой, и тем самым, повысить надежность и ресурс предложенной газоочистительной системы. Использование откачного эжектора исключает необходимость сброса избытка газа из сборной емкости в атмосферу, что экономит ценное топливо, которым является, в частности, природный газ, не загрязняя при этом окружающую среду. А непрерывное удаление в емкость уловленных фильтром примесей допускает (при конкретных условиях) возможность размещать предложенную газоочистительную систему в необогреваемом помещении, экономив при этом дополнительную энергию. И, следовательно, достигается цель изобретения, которая состоит в повышении надежности и ресурса газоочистительной системы, безопасности и уменьшении энергозатрат при ее эксплуатации и улучшении экологических показателей окружающей среды.

Формула изобретения

1. Способ подготовки газа, предусматривающий автоматическое удаление уловленной фильтром примеси по транспортному трубопроводу в сборную емкость, отличающийся тем, что удаление примеси в емкость производят непрерывно, для чего используют часть газа, поступающего из фильтра вместе с примесью в трубопровод с напором, обеспечиваемым откачным эжектором, установленным на входе очищаемого газа в фильтр, при этом расход рециркулирующего газа должен быть не менее 5% от суммарного расхода очищаемого газа через эжектор, а его степень сжатия должна быть достаточной для преодоления сопротивления тракта циркуляции, включая фильтр, трубопровод, емкость, эжектор.

2. Устройство для подготовки газа, последовательно содержащее фильтр и трубопровод, подключенный своим входом к нижней части фильтра, а выходом - к сборной емкости, отличающееся тем, что оно снабжено откачным эжектором в виде сопла Вентури, к горлу которого подключен ввод рециркулирующего газа через сквозную кольцевую щель, ориентированную параллельно оси симметрии сопла Вентури, а емкость, выполненная в виде горизонтально расположенного цилиндрического сосуда, разделена в диаметральной плоскости перегородкой, в нижней части проницаемой для примеси, в верхней - для газа, при этом место ввода примеси в емкость и место откачки газа из емкости расположены по разные стороны упомянутой перегородки.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 30.11.2006

Извещение опубликовано: 20.01.2008        БИ: 02/2008