ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ТРАНСПОРТИРУЕМОГО ГАЗА ОТ ПРИМЕСЕЙ Российский патент 1998 года по МПК B01D45/12 

Изобретение относится к газовой промышленности, предназначено для очистки природного газа от мелкодисперсной жидкости и механических примесей и масла на подземных хранилищах газа и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности, на газоперерабатывающих предприятиях для улавливания нефти, механических примесей, а также в системах для очистки воздуха.

Известно устройство для очистки транспортного газа.

Устройство содержит корпус с размещенной коаксиально внутри него секцией, на входе и по длине которой установлены завихрители. Для повышения качества очистки от примесей и жидкости при наличии незагрязняемости фильтрующего элемента, последний установлен коаксиально внутри секции, выполненной в виде усеченного конуса, имеющей отношение диаметров в месте расположения завихрителей к диаметру фильтрующего элемента, равное 1,2-2,5:1.

Лопатки завихрителей установлены по углом к оси фильтрующего элемента.

Недостаток конструкции известного устройства состоит в том, что не обеспечивается высокое качество очистки природного газа при переключении направления потока газа, что необходимо на ПХГ. Конструкция устройства не обеспечивает возможность закручивания потока газа в разных направлениях, при этом не обеспечивается возможность качественной очистки газа от паров масла.

В основу изобретения поставлена задача создать такое устройство для очистки природного газа, в котором новое наличие элементов и связи между ними позволило бы обеспечить высокое качество очистки природного газа при подаче его от компрессорной станции и непосредственно от месторождения (подземного хранилища газа).

Эта задача решается тем, что устройство для очистки газа, включающее элемент, установленный внутри секции, выполненной в виде усеченного конуса, при этом указанная секция установлена внутри корпуса, а секция на входе и выходе снабжена завихрителями, дополнительно снабжено второй секцией, корпуса секций герметично соединены между собой со стороны, имеющей меньший диаметр основания усеченного конуса, при этом завихрители секций выполнены с возможностью вращения в разные стороны с разной угловой скоростью.

Усеченный конус выполнен перфорированным.

Установка второй секции обеспечивает возможность очистки природного газа, подаваемого от компрессорной станции и непосредственно от месторождения и ПХГ.

Выполнение завихрителей с возможностью вращения в разные стороны с разной угловой скоростью обеспечивает создание высокой турбулентности газа при его очистке. Наиболее высокое качество очистки с применением завихрителей возникает при предложенном соединении секций.

Соединение секций герметично со стороны меньшего основания усеченного конуса обеспечивает создание камеры чистого газа, из которой возможно через патрубок производить отвод чистого газа.

Выполнение конуса перфорированным улучшает отвод паров масла из газа.

На фиг. 1 показан общий вид устройства для очистки природного газа; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - вид В фиг. 2; на фиг. 6 - вид на Г фиг. 4.

Устройство состоит из корпуса 1, в котором коаксиально установлен фильтрующий элемент, выполненный в виде перфорированной трубы 2, покрытой пористым материалом 3 с гидрофобной поверхностью с малой адгезией и с динамически гладкой поверхностью (например, фторопластом).

В корпусе 1 установлена секция 4, выполненная в виде усеченного конуса, в котором размещены завихрители 5 - 7 с диффузором. Фильтрующий элемент закреплен внутри корпуса при помощи фланца 8. На корпусе 1 имеется патрубок 9. В корпусе 1 установлен второй фильтрующий элемент, выполненный в виде перфорированной трубы 10, покрытой пористым материалом 11 с гидрофобной поверхностью с малой адгезией и с динамически гладкой поверхностью (например фторопластом).

Коаксиально фильтрующему элементу в корпусе 1 также установлена секция 12, выполненная в виде усеченного конуса, в котором размещены по его длине завихрители 13-15 с диффузором. Фильтрующий элемент 10 при помощи фланца 16 закреплен внутри корпуса 1, а для герметизации камеры 17 от камеры 18 и 19 предусмотрены перегородки 20 и 21. Секция 12, завихрители 13-15 также установлены зеркально по отношению к соответствующим элементам 4 - 7.

Для сбора уловленной жидкости под корпусом 1 установлены емкости 22 и 23, соединенные патрубками 24-27 с корпусом 1. На патрубках 24 и 27 установлены краны 28 и 29. Корпус 1 также снабжен патрубком 30 с краном. В емкости 22 и 23 установлены трубки 31. Перегородки 32 разделяют емкости 22 и 23 на две части, не сообщающиеся между собой. В усеченной секции 4 и 12 выполнены отверстия 33 для удаления паров масла. Для удаления жидкости из емкости 22 и 23 имеется патрубок с краном 34. Корпус 1 имеет патрубок 35 и 36 для поступления газа в корпус фильтра. Фильтр снабжен также отсекателями 37 и 38.

Фильтр работает следующим образом:
газ, содержащий капельки жидкости, механические примеси и пары масла поступает на лопатку завихрителя 5 в случае подачи газа от компрессорной станции (газ имеет большое количество примесей), закручивается и далее попадает на лопатки завихрителя 6, направляющего вращение газа в противоположную сторону. При этом резко возрастает турбулентность потока газа, попадающего в камеру, образованную фильтрующим элементом и секцией 4, где происходит вращательное движение, в результате которого мелкодисперсная взвесь, увлекаемая потоком газа, по касательной проходит к динамически гладкой с минимальной адгезией поверхности материала 3, на которой за счет коагуляции и конденсации мелкодисперсной взвеси жидкости образует по всей боковой поверхности вращающуюся жидкостную пленку с постоянной для жидкости данной вязкости толщиной пленки. Эта пленка вращается за счет сил трения с газовым потоком на поверхности фторопластового фильтра, обеспечивая в основном улавливание всех механических примесей мелкодисперсной жидкости и аэрозоль паров масла.

Вращение жидкостной пленки относительно поверхности фторопластового материала 3 обеспечивается за счет его динамически гладкой с минимальной адгезией и гидрофобной поверхности.

Газ, пройдя очистку в камере, образованной секций 4, фильтрующим элементом 3, завихрителями 6 и 7, в которой коагулируют пары масла, попадает через перфорацию 2 в камеру 17. Выделившаяся из газа жидкость по патрубкам 24 и 25 попадает в емкость 2. Газ из камеры 17, имеющий небольшие остатки жидкости, скоагулировавшегося масла, направляется в перфорированную трубу 10, где остатки паров масла и газа агломерируются. Из перфорированной трубы 10 через фторопласт 11 газ попадает в камеру, образованную секцией 12. Благодаря завихрителям 13 и 14, обеспечивающим вращение газа в разные стороны, создается турбулентность газа, вращающегося вокруг фильтрующего элемента секции 12, чем создается незагрязняемость фильтрующего элемента частицами механических примесей, имеющих размер 1,0-35 мк.

Экспериментально установлено, что отношение диаметров усеченного конуса в месте расположения завихрителей к диаметру фильтрующего элемент должно быть (1,2-2,5):1. Кроме того, необходимо лопатки завихрителей устанавливать под углом к оси фильтрующего элемента, изменяющегося по его длине, 18-85^o.

Экспериментально установлено, что при отношении диаметров усеченного конуса к диаметру фильтрующего элемента больше 2,5, не будет достигаться требуемая окружная относительная скорость на поверхности пористого материала, не будет обеспечиваться вращение жидкостной пленки, т.е. не будет получен основной положительный эффект - эффект незагрязняемости пористого материала. Если отношение диаметров усеченного конуса к диаметру фильтрующего элемента будет меньше 1,2, то в узкой кольцевой полости не будет обеспечено эффективное выделение взвеси из газового потока, получится пробковое кольцевое течение и жидкость будет продавливаться через пористый материал фильтрующего элемента.

Если газ подается для очистки от месторождения, т.е. газ, который имеет незначительное содержание механических примесей и мелкодисперсной жидкости, то он подается в устройство со стороны патрубка 36 и завихрителем 15 закручивается и подается на завихрители 14 и 13. В результате того, что завихрители 15, 14, 13 вращаются в разные стороны, создается сильный турбулентный поток газа, в котором содержатся капельки жидкости и механических примесей. Газ подается в камеру 19, образованную секцией 12 и фильтрующим элементом, где приобретает вращательное движение, в результате которого мелкодисперсная взвесь, увлекаемая потоком газа, по касательной подходит к динамически гладкой с минимальной адгезией поверхности фторопласта, на которой, за счет коагуляции и конденсации мелкодисперсной взвеси, образуется по всей боковой поверхности вращающаяся жидкостная пленка с постоянной для данной жидкости толщиной пленки. Эта пленка вращается за счет сил трения с газовым потоком на поверхности фторопластового фильтра, обеспечивающего улавливание всех механических примесей и мелкодисперсных жидкостей. Газ, очистившись в камере, образованной секцией 12 в виде усеченного конуса, фильтрующим элементом и завихрителями 13 и 14, проходит через перфорированные трубы 10 и попадает в камеру 17.

Выделившаяся из газа жидкость по патрубкам 26 и 27 сливается в емкость 23. Из камеры 17, если газ чистый, его можно отвести через патрубок 9.

Если газ недостаточно очищен, его подают в перфорированную трубу 2, пористый материал 3, где остатки механических примесей агломерируются. Из трубы 2 через материал 3 газ попадает в камеру, образованную секцией 4.

Благодаря завихрителям 7 и 6, обеспечивающим вращение газа в разные стороны и с разной угловой скоростью (т.к. лопатки завихрителей имеют разные углы наклона), создается высокая турбулентность газа, вращающегося вокруг фильтрующего элемента.

Установка отсекателей позволяет удалить жидкость из газа или увлажнить его через трубки 31. Установка отсекателей 37 и 38 позволяет удалить жидкость из газа или увлажнить его через парубок 31. На патрубок 24 и 27 установлены диффузоры-эжекторы для регулирования увлажнения газа.

При поступлении газа через патрубок 35 с недостаточным содержанием жидкости в потоке газа, двухфазный поток попадает на завихритель 5 и проходит по отсекателю 37 с расчетной скоростью и, за счет создаваемого разрежения в газовом потоке, через диффузор-эжектор 24 по трубке 31 поступает дополнительное количество жидкости. Это обеспечивает необходимую плотность поверхности фильтров и их незагрязненность.

Поток газа с обогащением (с избыточным количеством жидкости в потоке газа) поступает на первую секцию очистки, где обеспечивается полная сепарация капельной жидкости, и далее во вторую секцию очистки.

Газ с остаточным содержанием жидкости (в виде пара и тумана) поступает в перфорированную трубу 10 и распределяется по всей длине в поровую структуру фильтра 11. При прохождении газа с остатками пара и тумана через фильтр (через его лабиринт пор диаметром 3-10 мкм) происходит коагуляция, осаждение тумана и увлекаемая газовым потоком жидкость в виде капелек поступает на цилиндрическую поверхность фторопластового фильтра пакета. За счет полной адгезии и гидрофобности поверхности фторопласта капельки жидкости будут сдуваться газом, вращающимся при прохождении через завихрители.

В секции 12 уловленная в виде пленки жидкость поступает на завихритель 14. При прохождении пленки через завихритель 14 жидкость в виде крупных капель отбивается за счет центробежных сил на отсекатель 38 и стекает в сборник 23.

Очищенный газ выходит через завихритель 15 и патрубок 36. На патрубках 24 и 27 установлены диффузоры для регулирования увлажнения газа.

Усеченные поверхности секций 4 и 12 имеют отверстия диаметром 3,0-2,5 мм (на чертеже условно не показаны все отверстия по диаметру усеченного конуса, поз. 33) для улучшения удаления паров масла из секций.

Количество соединенных секций зависит от производительности фильтра.

Выполнение завихрителей с возможность вращения в разные стороны (по часовой стрелке и против часовой стрелки, фиг. 2 - 4) и с разной угловой скоростью вокруг перфорированной трубы в зависимости от угла наклона лопаток завихрителей повышает качество очистки газа от примесей.

Как показали опыты и эксплуатация предложенного фильтра, наибольший эффект очистки газа от примесей достигается, когда газ проходит через завихрители, установленные от большего основания усеченного конуса к меньшему основанию, а затем от меньшего основания усеченного конуса к большему основанию. Такая конструкция фильтра обеспечивает улучшение коагуляции капельной жидкости, мелкодисперсной взвеси (туман) и его осаждение.

Использование: для очистки транспортируемого газа от примесей преимущественно в газовой промышленности для очистки газа от мелкодисперсной жидкости и механических примесей и масла на подземных хранилищах газа. Сущность изобретения: фильтр отличается по конструкции от других существующих устройств для очистки газа тем, что он дополнительно снабжен второй секцией, секции герметично соединены между собой со стороны меньшего основания усеченного конуса и образуют зеркальное отображение элементов секции, а завихрители секций выполнены с возможностью вращения в разные направления по часовой стрелке и против и с разной угловой скоростью относительно фильтрующего элемента. 6 ил.

Фильтр для очистки транспортируемого газа от примесей, включающий корпус с размещенной коаксиально внутри него секцией, на входе и по длине которой установлены завихрители, при этом секция снабжена фильтрирующим элементом, коаксиально установленным внутри секции, а секция выполнена в виде усеченного конуса, отличающийся тем, что он снабжен дополнительно второй секцией, секции герметично соединены между собой со стороны меньшего основания усеченного конуса и образуют зеркальное отображение элементов секций, при этом завихрители секций выполнены с возможностью вращения по часовой стрелке и против и с равной угловой скоростью относительно фильтрующего элемента.