Центробежный газожидкостный сепараторный фильтр

Изобретение предназначено для очистки газа и жидкости от механических примесей и может быть использовано в газовой, нефтяной, энергетической и других областях промышленности. Центробежный газожидкостный сепараторный фильтр содержит вертикальный корпус с верхней и нижней камерами, конусными крышкой и днищем, оборудованным устройством отбора твердых фракций, тангенциальным вводом смеси, осевой трубой, экранирующими конусными пластинами, патрубками вывода очищенного газа и жидкости. Осевая труба выполнена в виде набора перфорированных патрубков, 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 выведен сбоку нижней камеры, снабжен клапанным узлом, не пропускающим газ, и выполнен с возможностью рециркуляции жидкости при раздвинутом состоянии корпуса. Нижняя камера коаксиально и герметично вставлена в верхнюю камеру с возможностью ограниченного осевого выдвижения и фиксации в рабочем и раздвинутом состояниях. Тангенциальный ввод вставлен в верхнюю камеру корпуса. Верхний перфорированный патрубок жестко и герметично сверху соединен с конусной крышкой и патрубком вывода очищенного газа, который снабжен клапанным узлом, не пропускающим жидкость, и выполнен с возможностью рециркуляции газа при раздвинутом состоянии корпуса. Верхний конец каждого перфорированного патрубка, за исключением верхнего, снабжен экранирующими конусными пластинами. Отверстия перфорированных патрубков снаружи перекрыты фильтрами. Верхний конец фильтров герметично присоединен к перфорированному патрубку выше отверстий, 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 перфорированных патрубков не превышает длины раздвижения верхней и нижней камер корпуса. Технический результат: увеличение межремонтного периода и качества очистки. 1 ил.

 

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.

Известен «Сепаратор» (патент RU №2147914, B 01 D 45/12, опубл. 27.04.2000 г.), содержащий корпус с патрубками входа 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 предлагаемого изобретения является:

во-первых, расширение функциональных возможностей за счет возможности очистки газа и жидкости, а также 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 функции самоочистки;

в-третьих, исключение возможности засорения твердыми фракциями очищенной жидкости, в том числе при срыве потока или падении давления в тангенциальном вводе устройства.

Техническая задача решается центробежным газожидкостным сепараторным фильтром, содержащим вертикальный корпус, состоящий из верхней и нижней камер, тангенциальный ввод смеси, осевую трубу, экранирующие конусные пластины, патрубки вывода очищенного газа и жидкости.

Новым является то, что корпус сверху и снизу оснащен соответственно конусными крышкой и днищем, а нижняя камера коаксиально и герметично вставлена в верхнюю с возможность ограниченного осевого выдвижения и фиксации в рабочем и раздвинутом состояниях, причем тангенциальный ввод установлен в верхнюю камеру корпуса, при этом конусное днище оборудовано устройством отбора твердых фракций, а 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 выведен сбоку нижней камеры корпуса, снабжен клапанным узлом, не пропускающим газ, и выполнен с возможностью рециркуляции жидкости при раздвинутом состоянии корпуса, верхний перфорированный патрубок жестко и герметично сверху соединен с конусной крышкой и патрубком вывода очищенного газа, который снабжен клапанным узлом, не пропускающим жидкость, и выполнен с возможностью рециркуляции газа при раздвинутом состоянии корпуса, при этом экранирующими конусными пластинами снабжен верхний конец каждого перфорированного патрубка, за исключением верхнего, отверстия перфорированных патрубков снаружи перекрыты фильтрами, верхний конец которых герметично присоединен к перфорированному патрубку выше отверстий, 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 перфорированных патрубков не превышает длины раздвижения верхней и нижней камер корпуса.

На чертеже изображена схема центробежного газожидкостного сепараторного фильтра в поперечном разрезе.

Центробежный сепараторный фильтр содержит вертикальный корпус 1, состоящий из верхней 2 и нижней 3 камер, тангенциальный ввод 4 смеси, осевую трубу 5, экранирующие конусные пластины 6, патрубки вывода очищенного газа 7 и жидкости 8. Корпус 1 сверху и снизу оснащен соответственно конусными крышкой 9 и днищем 10, а нижняя камера 3 коаксиально и герметично вставлена в верхнюю 2 с возможность ограниченного соответствующими фиксаторами 11 и 12 осевого выдвижения и фиксации в рабочем и раздвинутом состояниях. Тангенциальный ввод 4 установлен в верхнюю камеру 2 корпуса 1. Конусное днище 10 оборудовано устройством отбора твердых фракций 13. Осевая труба 5 выполнена в виде набора перфорированных патрубков 14, нижняя часть 15 которых телескопически вставлена в верхнюю часть 16 другого патрубка 14 с возможностью ограниченного соответствующими упорами 17 и 18 раздвижения. Нижний перфорированный патрубок 14 телескопически входит в патрубок вывода очищенной жидкости 8, который выведен сбоку нижней камеры 3 корпуса 1, снабжен клапанным узлом 19, не пропускающим газ, и выполнен с возможностью рециркуляции жидкости при раздвинутом состоянии корпуса 3. Верхний перфорированный патрубок 14 жестко и герметично сверху соединен с конусной крышкой 9 и патрубком вывода очищенного газа 7, который снабжен клапанным узлом 20, не пропускающим жидкость, и выполнен с возможностью рециркуляции газа при раздвинутом состоянии корпуса 1. Экранирующими конусными пластинами 6 снабжен верхний конец каждого перфорированного патрубка 14, за исключением верхнего. Отверстия 21 перфорированных патрубков 14 снаружи перекрыты фильтрами 22, верхний конец которых герметично присоединен к перфорированному патрубку 14 выше отверстий 21, а нижний - к верхнему краю другого перфорированного патрубка 14, в который вставляется перфорированный патрубок 14 с фильтром 22. Фильтры 22 выполнены с возможностью увеличивать свою пропускную способность при раздвижении перфорированных патрубков 14. Суммарная длина раздвижения перфорированных патрубков 14 не превышает длины раздвижения верхней 2 и нижней 3 камер корпуса 1.

Центробежный газожидкостный сепараторный фильтр работает следующим образом.

Перед началом работы верхнюю 2 и нижнюю 3 камеры корпуса 1 фиксируют в рабочем положении. Затем газожидкостная смесь подается с высокой скоростью по тангенциальному вводу 4 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 10, снизу которого они отбираются устройством отбора твердых фракций 13. На практике в виде данного устройства 13 использовались шнек с выходным клапаном, регулирующим степень отжима (на чертеже не показан), или отстойная камера, которую по необходимости очищали от твердых фракций при закрытом вентиле 23. Благодаря тому, что внутренний диаметр нижней камеры 3 меньше внутреннего диаметра верхней камеры 2 корпуса 1, скорость спиралевидного потока при переходе из верхней камеры 2 в нижнюю 3 увеличивается, улучшая отделение твердых фракций от газожидкостной смеси. Очищенная газожидкостная смесь отжимается к центральной оси корпуса 1, откуда она попадает через фильтры 22 и отверстия 21 перфорированных патрубков 10 в осевую трубу 3. Наличие экранирующих конусных пластин 6, конусной крышки 9, которая играет роль экранирующей пластины для верхнего перфорированного патрубка 14, и фильтров 22 исключает засорение очищенной газожидкостной смеси, отбираемой из осевой трубы 5 при срыве потока или падении давления в тангенциальном вводе 4. При входе в корпус 1 из тангенциального ввода 4 смесь попадает в зону разряжения, так как площадь поперечного сечения верхней камеры 2 корпуса 1 превосходит площадь поперечного сечения тангенциального ввода 4, 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 6 и конусной крышке 9 снизу, через фильтры 22, отверстия 21 перфорированных патрубков 14 осевой трубы 5, отбирается патрубком вывода очищенного газа 5. Оставшаяся очищенная жидкость из осевой трубы 5 отбирается патрубком вывода очищенной жидкости 8, который выведен сбоку нижней камеры 3 корпуса 1, чтобы не мешать интенсивному отбору твердых фракций из конусного днища 10.

В случаях, когда в газожидкостной смеси содержит очень малое количество растворенного газа, очищенная жидкость может подниматься по патрубку вывода очищенного газа 7 и далее в систему отбора газа (на чертеже не показана). Поэтому, чтобы исключить попадание жидкости в систему отбора газа, патрубок вывода очищенного газа 7 снабжен клапанным узлом 20, не пропускающим жидкость. Клапанный узел 20 был выполнен на практике в виде поплавкового клапана (на чертеже не показан), который при превышении уровня жидкости выше допустимого перекрывал проходной канал (на чертеже не показан) клапанного узла 20.

В случаях, когда в газожидкостной смеси очень большое количество растворенного газа, очищенный газ может попадать в патрубок вывода очищенной жидкости 8 и далее в систему отбора жидкости (на чертеже не показана). Поэтому, чтобы исключить попадание газа в систему отбора жидкости, патрубок вывода очищенной жидкости 8 снабжен клапанным узлом 19, не пропускающим газ. Клапанный узел 15 был выполнен на практике в виде байпасный линии с поплавковым клапаном (на чертеже не показаны), который при снижении уровня жидкости ниже допустимого перекрывал проходной канал (на чертеже не показан) патрубка вывода очищенной жидкости 8.

На практике применялись также клапанные узлы 19 и 20 в виде электронных клапанов, работающих в зависимости от уровня жидкости в осевой трубе 3.

Фильтры 22 выполнены с возможностью увеличивать свою пропускную способность при своем растяжении за счет увеличения поперечного сечения фильтрующих каналов (на чертеже не показаны). Для получения подобных свойств на практике фильтры 22 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»), что 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 22 необходимо прочистить. Для этого устройство останавливают, верхнюю 2 и нижнюю 3 камеры корпуса 1 раздвигают. Причем фиксаторы 11 и 12 исключают полное разъединение верхней 2 и нижней 3 камер и фиксируют эти камеры 2 и 3 в рабочем и раздвинутом состояниях (на практике на наружной поверхности нижней камеры 3 были под фиксатор 11 выполнены выступы (на чертеже не показаны), в которые фиксатор 11 входил при небольшом повороте верхней 2 и нижней 3 камер относительно друг друга, а фиксатор 12 играл роль герметичного уплотнения. В результате нижние части 15 перфорированных патрубков 14 выдвинутся из верхних частей 16 других перфорированных патрубков 14 до взаимодействия всех упоров 17 и 18 между собой благодаря тому, что суммарная длина раздвижения патрубков 10 не превышает длины раздвижения верхней 2 и нижней 3 камер корпуса 1. Так как верхний конец каждого из фильтров 22 герметично присоединен к перфорированному патрубку 14 выше отверстий 21, а нижний - к верхнему краю перфорированного патрубка 14, в который вставляется перфорированный патрубок 14 с фильтром 22, то с раздвижением перфорированных патрубков 14 фильтры 22 растягиваются, увеличивая свою пропускную способность. После чего патрубок вывода очищенного газа 7 или патрубок вывода очищенной жидкости 8 переводят в режим рециркуляции, то есть обратной продувки (промывки) фильтров 22. В результате фильтры 22 очищаются. Далее верхняя 2 и нижняя 3 камеры корпуса 1 сдвигают и фиксируют, приводя в рабочее состояние.

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, состоящий из верхней и нижней камер, тангенциальный ввод смеси, осевую трубу, экранирующие конусные пластины, патрубки вывода очищенного газа и жидкости, отличающийся тем, что корпус сверху и снизу оснащен соответственно конусными крышкой и днищем, а нижняя камера коаксиально и герметично вставлена в верхнюю с возможностью ограниченного осевого выдвижения и фиксации в рабочем и раздвинутом состояниях, причем тангенциальный ввод установлен в верхнюю камеру корпуса, при этом конусное днище оборудовано устройством отбора твердых фракций, а 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 выведен сбоку нижней камеры корпуса, снабжен клапанным узлом, не пропускающим газ, и выполнен с возможностью рециркуляции жидкости при раздвинутом состоянии корпуса, верхний перфорированный патрубок жестко и герметично сверху соединен с конусной крышкой и патрубком вывода очищенного газа, который снабжен клапанным узлом, не пропускающим жидкость, и выполнен с возможностью рециркуляции газа при раздвинутом состоянии корпуса, при этом экранирующими конусными пластинами снабжен верхний конец каждого перфорированного патрубка, за исключением верхнего, отверстия перфорированных патрубков снаружи перекрыты фильтрами, верхний конец которых герметично присоединен к перфорированному патрубку выше отверстий, 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 перфорированных патрубков не превышает длины раздвижения верхней и нижней камер корпуса.