ФИЛЬТР-СЕПАРАТОР ДЛЯ ОЧИСТКИ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОСУШКИ ГАЗА МЕТАНА Российский патент 2006 года по МПК E21B43/38 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к наземному оборудованию скважин для добычи метана из газоносных угольных пластов, и может быть использовано в составе установки для освоения метаноугольной скважины или установки подготовки на устье метаноугольной скважины добываемого из нее газа.

Известен роторный сепаратор-каплеулавливатель, содержащий цилиндрический корпус с тангенциально расположенными патрубками в его верхней и нижней частях, емкость-накопитель конденсата, размещенную в цилиндрическом корпусе, сообщенную с выходным осевым каналом в его нижней части, причем тангенциально расположенный патрубок в нижней части является входным, а в верхней части - выходным (Роторный сепаратор-каплеулавливатель, ОАО "ТатНИИнефтемаш", проспект ОАО "ТАТНЕФТЬ" Товары, услуги, технологии, РТ, г.Казань, 2000, с.17).

Этот известный сепаратор предназначен для очистки газа от капельной жидкости с целью уменьшения потерь нефти и промышленных газов, а также воздуха - от вредных примесей с целью защиты окружающей среды в нефтегазодобывающей, химической и нефтехимической отраслях промышленности, но не предназначен для использования в составе установки для освоения метаноугольной скважины или установки подготовки на устье метаноугольной скважины добываемого из нее газа.

Известен сепаратор для очистки газа, предназначенный для улавливания мелкодисперсных жидких и твердых частиц из газового потока в поле центробежных сил (RU 2221625, опубл. 20.01.2004). Этот известный сепаратор содержит цилиндрический корпус с патрубком в его верхней части, который в совокупности с дефлектором, по сути, формирует тангенциальный ввод направляемой на очистку в цилиндрический корпус сепаратора газожидкостной смеси. Цилиндрический корпус имеет крышку и днище. Емкость-накопитель конденсата размещена в цилиндрическом корпусе, сообщена с выходным осевым каналом в его нижней части. Открытый сверху кожух установлен с зазором между внутренней стенкой цилиндрического корпуса. Имеются завихрители. Крышка и днище цилиндрического корпуса выполнены с осевыми каналами, приспособлены для взаимодействия с трубопроводной арматурой и имеют присоединительные места.

Недостатком известного сепаратора является отсутствие фильтрующих элементов, что не позволяет производить тонкую очистку газа от механических примесей. Другим недостатком является сложность конструкции, обусловленная наличием сепарационного пакета, включающего большое количество элементов сложной пространственной формы.

Известен сепаратор, предназначенный для осаждения полидисперсных жидких частиц из газового потока в центробежном поле (SU 1066629, опубл. 15.01.1984), включающий цилиндрический корпус с тангенциально расположенным входным патрубком в его нижней части, с крышкой и днищем, емкость-накопитель конденсата, размещенную в цилиндрическом корпусе, сообщенную с выходным осевым каналом в его нижней части, кожух, установленный в цилиндрическом корпусе и связанный воронкой с его днищем. Имеются завихрители, выполненные в виде направляющего аппарата с лопатками. Крышка и днище цилиндрического корпуса выполнены с осевыми каналами, приспособлены для взаимодействия с трубопроводной арматурой и имеют присоединительные места.

Недостатком известного сепаратора является отсутствие фильтрующих элементов, что не позволяет производить очистку газа от механических примесей. Другим недостатком является сложность конструкции, обусловленная наличием многоярусного сепарационного узла, включающего большое количество элементов и приводящего к увеличению габарита сепаратора по высоте.

Задачей изобретения является получение технического результата, выражающегося в обеспечении возможности эффективной одновременной очистки, фильтрации и предварительной осушки газа непосредственно на устье метаноугольной скважины.

Технический результат достигается тем, что согласно изобретению фильтр-сепаратор для очистки и предварительной осушки газа включает два модуля, каждый из которых содержит цилиндрический корпус с тангенциально расположенными патрубками в его верхней и нижней частях, емкость-накопитель конденсата, размещенную в цилиндрическом корпусе, сообщенную с выходным осевым каналом в его нижней части, фильтрующий элемент с жестким перфорированным каркасом, кожух и воронку, при этом в первом модуле фильтрующий элемент размещен с наружной стороны жесткого перфорированного каркаса, кожух открыт сверху, установлен с зазором между цилиндрическим корпусом и фильтрующим элементом, второй модуль снабжен открытым снизу хвостовиком и установленным внутри него обтекателем, фильтрующий элемент в нем размещен с внутренней стороны жесткого перфорированного каркаса, охватывающего с зазором хвостовик, причем жесткий перфорированный каркас в первом модуле, хвостовик и жесткий перфорированный каркас во втором модуле своими верхними частями связаны с опорными втулками, установленными в верхней части цилиндрического корпуса соответствующего модуля, а модули соединены между собой упомянутыми тангенциально расположенными патрубками в верхних частях их цилиндрических корпусов, при этом тангенциально расположенный патрубок в нижней части цилиндрического корпуса первого модуля является входным, а в нижней части цилиндрического корпуса второго - выходным.

В одном из конкретных воплощений емкость-накопитель конденсата снабжена клапаном поплавкового типа, размещенным в выходном осевом канале, при этом клапан поплавкового типа может быть выполнен в виде взаимодействующей с седлом иглы-пробки, связанной с поплавковыми камерами и установленной на направляющей, закрепленной на заглушке жесткого каркаса первого модуля и на направляющей, закрепленной на обтекателе второго модуля.

Способствует достижению технического результата снабжение фильтра-сепаратора завихрителями, один из которых установлен в зазоре между верхней частью открытого сверху кожуха и опорной втулкой первого модуля, а другой - в зазоре между нижней частью открытого снизу хвостовика и обтекателем второго модуля. При этом завихритель в первом модуле закреплен на внутренней поверхности открытого сверху кожуха или на наружной поверхности опорной втулки, а во втором - на внутренней поверхности открытого снизу хвостовика или на наружной поверхности обтекателя. В конкретном виде завихритель может быть выполнен в виде направляющего аппарата с лопатками.

В частном случае цилиндрический корпус модуля имеет крышку и днище с осевыми каналами и присоединительными местами, приспособленными для взаимодействия с ответными элементами, например, при помощи резьбовых шпилек. Кожух в первом модуле связан воронкой с днищем, а во втором - также воронкой с днищем и дополнительно с жестким перфорированным каркасом.

Способствует получению технического результата то, что фильтрующие элементы выполнены сменными из материала на основе фторопласта с тонкостью фильтрации 40, 20, 5 или 1 мкм.

На фиг.1 показан фильтр-сепаратор, продольный разрез; на фиг.2 - то же с клапаном поплавкового типа в емкости-накопителе конденсата.

Фильтр-сепаратор включает два модуля (I-модуль и II-модуль), каждый из которых содержит цилиндрический корпус 1 с тангенциально расположенными патрубками 2, 3 в его верхней части и в нижней части соответственно. В нижней части цилиндрического корпуса 1 имеется выходной осевой канал 4. Емкость-накопитель 5 конденсата размещена в цилиндрическом корпусе 1 и сообщена с его выходным осевым каналом 4.

В первом модуле фильтрующий элемент 6 размещен с наружной стороны жесткого перфорированного каркаса 7. Между цилиндрическим корпусом 1 и фильтрующим элементом 6, с зазором между ними, установлен открытый сверху кожух 8. Второй модуль снабжен открытым снизу хвостовиком 9 и установленным внутри него обтекателем 10. Во втором модуле фильтрующий элемент 11 размещен с внутренней стороны жесткого перфорированного каркаса 12, охватывающего с зазором хвостовик 9. Жесткий перфорированный каркас 7 в первом модуле, а также хвостовик 9 и жесткий перфорированный каркас 12 во втором модуле своими верхними частями связаны соответственно с опорными втулками 13 и 14, установленными в верхних частях цилиндрических корпусов 1 первого и второго модулей. Указанные модули соединены между собой тангенциально расположенными патрубками 2 в верхних частях их цилиндрических корпусов. Тангенциально расположенный патрубок 3 в нижней части первого модуля является входным, а в нижней части второго модуля - выходным.

Емкость-накопитель конденсата 5 может быть снабжена клапаном поплавкового типа, размещенным в выходном осевом канале 4. Клапан поплавкового типа может быть выполнен в виде взаимодействующей с его седлом иглы-пробки 15, связанной с поплавковыми камерами 16 и установленной на направляющей 17, которая закреплена на заглушке 18 жесткого перфорированного каркаса 9 первого модуля и на направляющей 21, закрепленной на обтекателе 10 второго модуля.

Фильтр-сепаратор имеет завихрители 22 и 23, один из которых (завихритель 22) установлен в зазоре между верхней частью открытого сверху кожуха 8 и опорной втулкой 13 первого модуля, а другой (завихритель 23) - в зазоре между нижней частью открытого снизу хвостовика 9 и обтекателем 10 второго модуля. Завихритель 22 закреплен на внутренней поверхности открытого сверху кожуха 8. В другом случае он может быть закреплен на наружной поверхности опорной втулки 13. Завихритель 23 закреплен на внутренней поверхности открытого снизу хвостовика 9 или в другом случае - на наружной поверхности обтекателя 10. В том и другом случае обтекатель 10 отцентрирован относительно хвостовика 9 и может быть связан с ним либо завихрителем 23, либо центраторами (не показаны). Возможен вариант закрепления обтекателя 10 на опорной втулке 14. В конкретном случае завихрители 22 и 23 могут быть выполнены, например, в виде направляющего аппарата с лопатками.

В примере цилиндрический корпус 1 каждого из модулей имеет крышку 24 и днище 25 с осевыми каналами и присоединительными местами, приспособленными для взаимодействия с ответными присоединительными элементами, например, кранов при помощи резьбовых шпилек. При наличии крышки 24 обтекатель 10 может быть закреплен на ней (не показано). Кожух 8 в первом модуле связан с днищем 25 воронкой 26 и образует емкость-накопитель 5, а во втором - емкость-накопитель 5 образована также кожухом 8, связанным с днищем 25 воронкой 26, но при этом кожух 8 связан дополнительно с жестким перфорированным каркасом 12. Осевой канал в крышке 24 предназначен для связи с пробоотборником или манометром и в их отсутствие перекрыт пробкой или краном (не показаны). Днище 25 связано с опорой 27, служащей основанием фильтра-сепаратора.

Фильтрующие элементы выполнены сменными из материала на основе фторопласта с тонкостью фильтрации 40, 20, 5 или 1 мкм. Все патрубки модулей оснащены присоединительными фланцами.

Фильтр-сепаратор работает следующим образом.

В процессе освоения или эксплуатации метаноугольной скважины поступающий на поверхность низконапорный газ в виде потока влажного газа с механическими примесями направляется в фильтр-сепаратор установки для освоения метаноугольной скважины или установки подготовки на устье метаноугольной скважины добываемого из нее газа с давлением обычно до 0,6 МПа. Поток газа подводят к входному патрубку 3, тангенциально расположенному в нижней части цилиндрического корпуса 1 первого модуля.

Внутри цилиндрического корпуса 1 первого модуля фильтра-сепаратора поток газа закручивается и поднимается по зазору между цилиндрическим корпусом 1 и емкостью-накопителем 5 конденсата до завихрителя 22, расположенного над фильтрующим элементом 6. При этом поток газа дополнительно обогревает емкость-накопитель 5 конденсата. Поток газа, получивший в завихрителе 22 дополнительное тангенциальное ускорение, проходит через фильтрующий элемент 6 и жесткий внутренний перфорированный каркас 7.

Отделенный на фильтрующем элементе 6 конденсат, т.е. пластовая вода с механическими примесями, стекает в емкость-накопитель 5 конденсата. Газ, освобожденный от капельной жидкости, но еще достаточно влажный, выходит из первого модуля и через тангенциально расположенные и сообщенные между собой патрубки 2 попадает внутрь второго модуля. Получив тангенциальное ускорение на входе в цилиндрический корпус 1 второго модуля, поток газа перемещается вниз по кольцевому зазору между хвостовиком 9 и обтекателем 10, направляясь на завихритель 23, при этом происходит повторное отделение капельной жидкости от газа. Жидкость направляется в емкость-накопитель 5 конденсата и далее через воронку 26 выводится через выходной осевой канал 4, а газ поднимается вверх и проходит через фильтрующий элемент 11 и жесткий перфорированный каркас 12. После этого газ, в значительной степени очищенный от парообразной воды, т.е. частично осушенный, по кольцевому зазору между цилиндрическим корпусом 1 и емкостью-накопителем 5 конденсата направляется в выходной патрубок 3 и далее в линию очищенного газа (выкидной трубопровод).

В случае если емкость-накопитель 5 конденсата снабжена клапаном поплавкового типа, то выходной осевой канал 4 в емкости-накопителе 5 конденсата, где он скапливается, перекрывается с помощью иглы-пробки 15. Избыточное давление газа, находящегося внутри модуля, способствует прижатию иглы-пробки 15 к седлу клапана. Две металлические поплавковые камеры, связанные с иглой-пробкой 15, всплывают при заполнении емкости-накопителя 5 жидкостью и приподнимают иглу-пробку 15. Происходит открытие осевого канала 4 и сброс жидкости из емкости-накопителя 5 конденсата.

Использование изобретения позволяет осуществить одновременную эффективную очистку, фильтрацию и предварительную осушку газа непосредственно на устье метаноугольной скважины.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к наземному оборудованию скважин для добычи метана из газоносных угольных пластов, и может быть использовано в составе установки для освоения метаноугольной скважины или установки подготовки на устье метаноугольной скважины добываемого из нее газа. Обеспечивает возможность одновременной очистки, фильтрации и предварительной осушки газа непосредственно на устье скважины. Сущность изобретения: устройство включает два модуля, каждый из которых содержит цилиндрический корпус с тангенциально расположенными патрубками в его верхней и в нижней частях. В корпусе размещены емкость-накопитель конденсата, сообщенная с выходным осевым каналом в его нижней части, фильтрующий элемент с жестким перфорированным каркасом, кожух и воронка. В первом модуле фильтрующий элемент размещен с наружной стороны каркаса, кожух открыт сверху, установлен с зазором между корпусом и фильтрующим элементом. Второй модуль снабжен открытым снизу хвостовиком и установленным внутри него обтекателем, фильтрующий элемент в нем размещен с внутренней стороны каркаса, охватывающего с зазором хвостовик. Каркас в первом модуле, хвостовик и каркас во втором модуле своими верхними частями связаны с опорными втулками, установленными в верхней части корпуса соответствующего модуля. Модули соединены между собой упомянутыми тангенциально расположенными патрубками в верхних частях их корпусов. Патрубок в нижней части корпуса первого модуля является входным, а в нижней части второго - выходным. 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Фильтр-сепаратор для очистки и предварительной осушки газа, включающий два модуля, каждый из которых содержит цилиндрический корпус с тангенциально расположенными патрубками в его верхней и в нижней частях, емкость-накопитель конденсата, размещенную в цилиндрическом корпусе, сообщенную с выходным осевым каналом в его нижней части, фильтрующий элемент с жестким перфорированным каркасом, кожух и воронку, при этом в первом модуле фильтрующий элемент размещен с наружной стороны жесткого перфорированного каркаса, кожух открыт сверху, установлен с зазором между цилиндрическим корпусом и фильтрующим элементом, второй модуль снабжен открытым снизу хвостовиком и установленным внутри него обтекателем, фильтрующий элемент в нем размещен с внутренней стороны жесткого перфорированного каркаса, охватывающего с зазором хвостовик, причем жесткий перфорированный каркас в первом модуле, хвостовик и жесткий перфорированный каркас во втором модуле своими верхними частями связаны с опорными втулками, установленными в верхней части цилиндрического корпуса соответствующего модуля, а модули соединены между собой упомянутыми тангенциально расположенными патрубками в верхних частях их цилиндрических корпусов, при этом тангенциально расположенный патрубок в нижней части цилиндрического корпуса первого модуля является входным, а в нижней части цилиндрического корпуса второго - выходным.2. Фильтр-сепаратор по п.1, отличающийся тем, что емкость-накопитель конденсата снабжена клапаном поплавкового типа, размещенным в выходном осевом канале.3. Фильтр-сепаратор по п.2, отличающийся тем, что клапан поплавкового типа выполнен в виде взаимодействующей с седлом иглы-пробки, связанной с поплавковыми камерами и установленной на направляющей, закрепленной на заглушке жесткого каркаса первого модуля, и на направляющей, закрепленной на отражателе второго модуля.4. Фильтр-сепаратор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен завихрителями, один из которых установлен в зазоре между верхней частью открытого сверху кожуха и опорной втулкой первого модуля, а другой в зазоре между нижней частью открытого снизу хвостовика и обтекателем второго модуля.5. Фильтр-сепаратор по п.4, отличающийся тем, что завихритель в первом модуле закреплен на внутренней поверхности открытого сверху кожуха или на наружной поверхности опорной втулки, а во втором - на внутренней поверхности открытого снизу хвостовика или на наружной поверхности обтекателя.6. Фильтр-сепаратор по п.4 или 5, отличающийся тем, что завихритель выполнен в виде направляющего аппарата с лопатками.7. Фильтр-сепаратор по п.1, отличающийся тем, что цилиндрический корпус модуля имеет крышку и днище с осевыми каналами и присоединительными местами, приспособленными для взаимодействия с ответными элементами, например, при помощи резьбовых шпилек.8. Фильтр-сепаратор по п.7, отличающийся тем, что кожух в первом модуле связан с днищем воронкой, а во втором - также воронкой и дополнительно - с жестким перфорированным каркасом.9. Фильтр-сепаратор по п.1, отличающийся тем, что фильтрующие элементы выполнены сменными.10. Фильтр-сепаратор по п.9, отличающийся тем, что фильтрующие элементы выполнены из материала на основе фторопласта.11. Фильтр-сепаратор по п.10, отличающийся тем, что тонкость фильтрации фильтрующих элементов составляет 40, 20, 5 или 1 мкм.