ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ГАЗОЖИДКОСТНЫЙ СЕПАРАТОРНЫЙ ФИЛЬТР Российский патент 2007 года по МПК B01D45/12 

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 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 вводу, отсутствие возможности самоочистки и отбора из жидкости металлических взвесей, которые в дальнейшем играют активную роль в коррозийном разрушении металлических частей трубопроводов и систем тепло- и водоснабжения, а также снижение качества очистки при невысокой скорости потока в тангенциальном вводе.

Техническими задачами предполагаемого изобретения являются:

во-первых, расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности отдельно 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 повышения качества очистки жидкости и газа за счет добавления функции самоочистки;

в-третьих, исключение возможности засорения устройства твердыми фракциями жидкости, в том числе при срыве потока смеси или падении давления;

в-четвертых, удаление металлических взвесей из очищенной жидкости;

в-пятых, сохранять качество очистки при невысокой скорости потока в тангенциальном вводе.

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 сверху и снизу 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 поворота, при этом нижняя часть нижнего перфорированного патрубка телескопически входит в патрубок вывода очищенной жидкости, который изогнут в бок, снабжен клапанным узлом, не пропускающим газ, и выполнен с возможностью рециркуляции жидкости, а экранирующими конусными пластинами снабжен верхний конец каждого перфорированного патрубка, за исключением верхнего, который сверху жестко соединен с патрубком вывода очищенного газа, герметично установленного в конусную крышку с возможностью поворота и фиксации в крайних положениях, снабженного клапанным узлом, не пропускающим жидкость, и выполненного с возможностью рециркуляции газа, при этом отверстия перфорированных патрубков перекрыты снаружи фильтрами, причем фильтры выполнены с возможностью изменять свою пропускную способность при повороте перфорированных патрубков относительно друг друга, при этом нижняя часть корпуса снабжена снаружи электрической обмоткой, а тангенциальный ввод оснащен сужением перед вертикальным корпусом.

Новым является также то, что фильтры выполнены в виде герметично и коаксиально вставленных друг в друга цилиндрических сеток с возможностью поворота относительно друг друга, причем верхний конец одной из цилиндрических сеток герметично присоединен к перфорированному патрубку выше отверстий, а нижний конец другой цилиндрической сетки - к верхнему краю другого перфорированного патрубка или патрубка вывода очищенной жидкости, в который вставляется перфорированный патрубок с первой цилиндрической сеткой.

Новым является также то, что конусное днище выполнено из диэлектрического материала.

Новым является также то, что конусное днище и нижняя часть корпуса с электрической обмоткой выполнены из диэлектрического материала.

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 сверху и снизу соответственно оснащен конусными крышкой 7 и днищем 8, а конусное днище 8 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. Нижняя часть 11 нижнего перфорированного патрубка 10 телескопически входит в патрубок вывода очищенной жидкости 6, который изогнут в бок, снабжен клапанным узлом 13, не пропускающим газ, и выполнен с возможностью рециркуляции жидкости. Экранирующими конусными пластинами 4 снабжен верхний конец каждого перфорированного патрубка 10, за исключением верхнего. Верхний перфорированный патрубок 10 сверху жестко соединен с патрубком вывода очищенного газа 5, который герметично установлен в конусную крышку 7 с возможностью поворота и фиксации в крайних положениях, осевого перемещения вверх, снабжен клапанным узлом 14, не пропускающим жидкость, и выполнен с возможностью рециркуляции газа. Для обеспечения возможности ограниченного поворота перфорированных патрубков 10 относительно друг друга и патрубка вывода очищенной жидкости 6, с внутренней стороны торцы верхних частей 12 перфорированных патрубков 10, за исключением верхнего, и патрубка вывода очищенной жидкости 6 оборудованы упорами 15, взаимодействующими с ограничителями (не показаны), расположенными на внешней стороне нижних частей 11 перфорированных патрубков 10. Отверстия 16 перфорированных патрубков 10 перекрыты снаружи фильтрами 17. Фильтры 17 выполнены с возможностью изменять свою пропускную способность при повороте перфорированных патрубков 10 относительно друг друга. Фильтры 17 выполнены в виде герметично и коаксиально вставленных друг в друга цилиндрических сеток 18 и 19 с возможностью поворота относительно друг друга, причем верхний конец 20 одной из цилиндрических сеток 18 герметично присоединен к перфорированному патрубку 10 выше отверстий 16, а нижний конец 21 другой цилиндрической сетки 19 - к верхнему краю другого перфорированного патрубка 10 или патрубка вывода очищенной жидкости 6, в который вставляется перфорированный патрубок 10 с первой цилиндрической сеткой 18. Нижняя часть корпуса 1 снабжена снаружи электрической обмоткой 22 (показана условно). Тангенциальный ввод 2 оснащен сужением 23 перед вертикальным корпусом 1.

Центробежный газожидкостный сепараторный фильтр работает следующим образом.

Перед началом работы патрубок 5 вывода очищенного газа фиксируют в крайнем положении относительно конусной крышки 7 корпуса 1. При этом упоры 15 перфорированных патрубков 10 и патрубка 6 вывода очищенной жидкости взаимодействуют с ограничителями взаимодействующих перфорированных патрубков 10, которые установлены так, что ячейки (не показаны) цилиндрических сеток 18 и 19 фильтра 17 взаимно наполовину перекрыты. Затем газожидкостная смесь подается с высокой скоростью по тангенциальному вводу 2 в вертикальный корпус 1, если скорость газожидкостной смеси в тангенциальном вводе 2 падает до величины, когда очистка газожидкостной смеси может быть недостаточна для качественной очистки, то пройдя через сужение 23 тангенциального ввода 2, данная скорость резко возрастает. Сужение 23 выбирается исходя из скоростных перепадов газожидкостной смеси в тангенциальном вводе 2, которые определяются опытным путем. В вертикальном корпусе 1 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 (не показан), или отстойная камера (не показана), которую очищали по мере необходимости при закрытом вентиле 24. Очищенная газожидкостная смесь отжимается к центральной оси корпуса 1, откуда она попадает через фильтры 17 и отверстия 16 перфорированных патрубков 10 в осевую трубу 3. Наличие экранирующих конусных пластин 4 и фильтров 17 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 конусной крыше 7 снизу через фильтры 17, отверстия 16 перфорированных патрубков 10 осевой трубы 3, отбирается патрубком 5 вывода очищенного газа. Оставшаяся очищенная жидкость из осевой трубы 3 отбирается патрубком 6 вывода очищенной жидкости, который выведен сбоку корпуса 1, чтобы не мешать интенсивному отбору твердых фракций из конусного днища 8.

Известно, что при прохождении по подающему трубопроводу (не показан) на высокой скорости, который соединен с тангенциальным вводом 2, металлические взвеси приобретают положительный заряд. Для их удаления на электрическую обмотку 22 подается постоянный ток, обеспечивающий направление намагниченной силы для положительно заряженных частиц сверху вниз, направляя металлические взвеси в устройство отбора твердых фракций 9. Для исключения намагничивания корпуса 1 и отталкивания от стенок корпуса 1 прилипших намагниченных взвесей на электрическую обмотку 22 периодически подается ток обратной первоначальной полярности на время, достаточное для размагничивания корпуса 1. Для уменьшения эффекта намагничивания нижняя часть корпуса 1 и конусное днище 8 или только конусное днище 8 могут быть выполнены из диэлектрического материала, чтобы на их стенках не скапливались поляризованные в потоке жидкости твердые фракции и металлические взвеси.

В случаях, когда в газожидкостной смеси содержится очень малое количество растворенного газа, очищенная жидкость может подниматься по патрубку 5 вывода очищенного газа и далее в систему отбора газа (не показана). Поэтому, чтобы исключить попадание жидкости в систему отбора газа, патрубок 5 вывода очищенного газа снабжен клапанным узлом 14, не пропускающим жидкость. Клапанный узел 14 на практике был выполнен в виде поплавкового клапана (не показан), который при превышении уровня жидкости выше допустимого перекрывал проходной канал (не показан) патрубка вывода очищенного газа 5.

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 (не показана). Поэтому, чтобы исключить попадание газа в систему отбора жидкости, патрубок 6 вывода очищенной жидкости снабжен клапанным узлом 13, не пропускающим газ. Клапанный узел 13 был выполнен на практике в виде байпасной линии с поплавковым клапаном (не показаны), который при снижении уровня жидкости ниже допустимого перекрывал проходной канал (не показан) патрубка 6 вывода очищенной жидкости.

На практике также применялись клапанные узлы 13 и 14 в виде электронных клапанов, работающих в зависимости от уровня жидкости в осевой трубе 3.

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 17 необходимо прочистить. Для этого устройство останавливают, патрубок 5 вывода очищенного газа поворачивают до упора относительно конусной крышки 7 с последующей фиксацией. Цилиндрические сетки 18 и 19 поворачиваются друг относительно друга благодаря тому, что верхний конец 20 одной из цилиндрических сеток 18 герметично соединен с перфорированным патрубком 10 выше отверстий 16, а нижний конец 21 другой цилиндрической сетки 19 - к верхнему краю другого перфорированного патрубка 10 или патрубка 6 вывода очищенной жидкости, в который вставляется перфорированный патрубок 10 с первой цилиндрической сеткой 18. При этом упоры 15 верхних частей перфорированных патрубков 10 и патрубка 6 вывода жидкости взаимодействуют с другими ограничителями нижних концов 12 взаимодействующих перфорированных патрубков 10, которые установлены так, что ячейки (не показаны) цилиндрических сеток 18 и 19 совпадают, что увеличивает пропускную способность фильтра 17 практически в два раза относительно первоначальной установки.

После чего патрубок 5 вывода очищенного газа или патрубок 6 вывода очищенной жидкости переводят в режим рециркуляции, то есть обратной продувки (промывки) фильтра 17. В результате фильтр 17 очищается. Далее патрубок 5 очищенного газа поворачивают 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, подающуюся практически с любой скоростью и любым содержанием газа в жидкости, вплоть до просто жидкости или газа, исключать засорение жидкости, особенно при срыве потока смеси и падении давления, удалять металлические взвеси из очищенной жидкости, производить самоочистку фильтров, что значительно увеличивает межремонтный период устройства и качество очистки газа и жидкости.

Изобретение относится к оборудованию для очистки газа и жидкости от механических примесей и может быть использовано в газовой, нефтяной, энергетической и в других областях промышленности. Фильтр содержит вертикальный корпус с конусными крышкой и днищем, тангенциальный ввод смеси, осевую трубу, экранирующие конусные пластины, патрубки вывода очищенного газа и жидкости с соответствующими им клапанными узлами, не пропускающими жидкость или газ. Конусное днище снизу оборудовано устройством отбора твердых фракций. Осевая труба выполнена в виде набора перфорированных патрубков, нижняя часть которых телескопически вставлена в верхнюю часть другого перфорированного патрубка с возможностью ограниченного поворота. Нижний перфорированный патрубок телескопически входит в патрубок вывода очищенной жидкости, который изогнут в бок и выполнен с возможностью рециркуляции жидкости. Конусными пластинами снабжен верхний конец каждого перфорированного патрубка, за исключением верхнего. Верхний перфорированный патрубок жестко соединен с патрубком вывода очищенного газа. Патрубок вывода очищенного газа герметично установлен в конусную крышку с возможностью поворота и фиксации в крайних положениях, выполнен с возможностью рециркуляции газа. Отверстия перфорированных патрубков перекрыты снаружи фильтрами, которые выполнены с возможностью изменять свою пропускную способность при повороте перфорированных патрубков относительно друг друга. Фильтры выполнены в виде герметично и коаксиально вставленных друг в друга цилиндрических сеток с возможностью поворота относительно друг друга, причем верхний конец одной из цилиндрических сеток герметично присоединен к перфорированному патрубку выше отверстий, а нижний конец другой цилиндрической сетки - к верхнему краю другого перфорированного патрубка или патрубка вывода очищенной жидкости, в который вставляется перфорированный патрубок с первой цилиндрической сеткой. Нижняя часть корпуса снабжена электрической обмоткой. Технический результат: обеспечение возможности очистки газожидкостной смеси, подающейся с любой скоростью и любым содержанием газа в жидкости, вплоть до просто жидкости или газа, исключение засорения жидкости, повышение качества очистки. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. 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 днищем и крышкой, 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 поворота, при этом нижняя часть нижнего перфорированного патрубка телескопически входит в патрубок вывода очищенной жидкости, который изогнут в бок, снабжен клапанным узлом, не пропускающим газ, и выполнен с возможностью рециркуляции жидкости, а экранирующими конусными пластинами снабжен верхний конец каждого перфорированного патрубка за исключением верхнего, который сверху жестко соединен с патрубком вывода очищенного газа, герметично установленного в конусную крышку с возможностью поворота и фиксации в крайних положениях, снабженного клапанным узлом, не пропускающим жидкость, и выполненного с возможностью рециркуляции газа, при этом отверстия перфорированных патрубков перекрыты снаружи фильтрами, причем фильтры выполнены с возможностью изменять свою пропускную способность при повороте перфорированных патрубков относительно друг друга, при этом нижняя часть корпуса снабжена снаружи электрической обмоткой, а тангенциальный ввод оснащен сужением перед вертикальным корпусом.2. Центробежный газожидкостный сепараторный фильтр по п.1, отличающийся тем, что фильтры выполнены в виде герметично и коаксиально вставленных друг в друга цилиндрических сеток с возможностью поворота относительно друг друга, причем верхний конец одной из цилиндрических сеток герметично присоединен к перфорированному патрубку выше отверстий, а нижний конец другой цилиндрической сетки - к верхнему краю другого перфорированного патрубка или патрубка вывода очищенной жидкости, в который вставляется перфорированный патрубок с первой цилиндрической сеткой.3. Центробежный газожидкостный сепараторный фильтр по п.1, отличающийся тем, что конусное днище выполнено из диэлектрического материала.4. Центробежный газожидкостный сепараторный фильтр по n.1, отличающийся тем, что нижняя часть корпуса с электрической обмоткой и конусное днище выполнены из диэлектрического материала.