ФИЛЬТР ДЛЯ ТЕКУЧИХ СРЕД, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ ГАЗА, В НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКЕ Российский патент 2014 года по МПК B01D29/11 B01D35/02 B01D46/24 

Область техники

Настоящее изобретение относится к фильтру для текучих сред, в частности для фильтрации газа в нефтехимической установке.

Уровень техники

Конкретнее настоящее изобретение относится к фильтру, содержащему трубчатый картридж, проходящий вдоль оси и предназначенный для фильтрации текучей среды; и корпус, присоединяемый к трубопроводу нефтехимической установки, в котором размещается трубчатый картридж.

Фильтры вышеупомянутого типа обычно используют для фильтрации пропана, бутана, сингаза и других газов, и он служит для отделения твердых частиц, которые могут повредить оборудование, расположенное ниже по потоку от фильтра.

Фильтр подвергается сильным нагрузкам от огромного объема фильтруемого газа, перепадов температуры и давления газа. Чтобы дать представление об условиях, в которых работает фильтр, достаточно сказать, что расход может достигать 50000 кубических метров в час, давление может достигать 200 бар, а диапазон перепада температур может составлять от -50°C до 160°C.

Поэтому фильтр, а в особенности трубчатый картридж подвергается экстремальным термическим и механическим нагрузкам. Механическое напряжение также создается потоком газа с учетом сильной турбулентной составляющей в области фильтра, которая серьезно нагружает трубчатый картридж.

Раскрытие сущности изобретения

Одной из задач настоящего изобретения является создание фильтра, способного выдерживать сильные нагрузки, которым он подвергается в течение срока службы.

Еще одной из задач настоящего изобретения является создание фильтра, который легко изготавливать и устанавливать.

Согласно изобретению обеспечен фильтр для фильтрации текучих сред, в частности газа, на нефтехимических установках, который содержит:

- трубчатый картридж, который продолжается вдоль первой оси, фильтрует текучую среду и содержит первый и второй кольцевые торцы;

- корпус, который может быть подсоединен к трубопроводу нефтехимической установки, вмещает упомянутый трубчатый картридж и содержит первую и вторую торцевые опоры; и

- осевое компенсационное кольцо, расположенное между трубчатым картриджем и одной из первой или второй торцевой опорой; причем фильтр отличается тем, что трубчатый картридж содержит свободно опирающуюся металлическую трубу, имеющую стенку с множеством отверстий, расположенных неравномерно, в результате чего вдоль стенки металлической трубы образуется, по меньшей мере, одна продольная полоса, параллельная первой оси и не содержащая отверстий, и, по меньшей мере, одна кольцевая полоса без отверстий; это предусмотрено с целью упрочнения металлической трубы.

Таким образом, осевое компенсационное кольцо между трубчатым картриджем и корпусом компенсирует различия в тепловом расширении между корпусом и трубчатым картриджем, поглощает удары или относительные перемещения между корпусом и трубчатым картриджем, и одновременно с этим предварительно сжимает трубчатый картридж внутри корпуса в рабочем положении. Кроме того, кольцевая форма компенсационного кольца не требует креплений, продолжающихся вдоль первой оси; к тому же трубчатый картридж и осевое компенсационное кольцо чрезвычайно легко собирать вместе.

Таким образом в формуле предлагается фильтр для фильтрации текучих сред, в частности газа, на нефтехимических установках, содержащий: трубчатый картридж, который проходит вдоль первой оси, выполнен с возможностью фильтрования текучей среды и содержит первый и второй кольцевые торцы; корпус, соединяемый с трубопроводом нефтехимической установки, вмещает упомянутый трубчатый картридж и содержит первую и вторую торцевые опоры; и осевое компенсационное кольцо, расположенное между трубчатым картриджем и первой или второй торцевой опорой; причем трубчатый картридж содержит свободно опирающуюся металлическую трубу, которая имеет стенку с множеством отверстий, расположенных неравномерно, образуя вдоль стенки металлической трубы, по меньшей мере, одну продольную полосу, параллельную первой оси и не содержащую отверстий, и, по меньшей мере, одну кольцевую полосу без отверстий, чтобы упрочнить металлическую трубу.

Предпочтительно осевое компенсационное кольцо содержит первое и второе кольцо, с возможностью скольжения соединенные аксиально между собой упругим соединительным устройством.

Предпочтительно упругое соединительное устройство содержит множество соединительных модулей, предпочтительно разнесенных на равные расстояния вдоль первого и второго кольца и по первой оси.

Предпочтительно каждый соединительный модуль содержит: штифт, прикрепленный ко второму кольцу и соединенный с первым кольцом для скольжения параллельно первой оси; и упругий элемент, вставленный между первым и вторым кольцом и установленный вокруг штифта.

Предпочтительно каждый соединительный модуль содержит средство ограничения перемещения упомянутого штифта относительно первого кольца; причем упомянутое средство ограничения перемещения штифта предпочтительно содержит кольцевую канавку в упомянутом штифте и фиксатор, прикрепленный к первому кольцу, который частично занимает упомянутую кольцевую канавку, так что упомянутое перемещение ограничено параллельно первой оси размером кольцевой канавки и фиксатора.

Предпочтительно упомянутое осевое компенсационное кольцо прикреплено к трубчатому картриджу, образуя узел картридж-кольцо.

Предпочтительно упомянутая первая торцевая опора приварена к корпусу.

Предпочтительно первая торцевая опора получена машинной обработкой в корпусе.

Предпочтительно корпус содержит заглушку, выполненную с возможностью снятия для установки и снятия трубчатого картриджа вдоль первой оси; при этом вторая торцевая опора образована участком упомянутой заглушки.

Предпочтительно металлическая труба содержит первый, второй и третий кольцевые участки, примыкающие друг к другу, и причем второй участок расположен между первым и третьим участками; причем второй участок имеет большую плотность отверстий по сравнению с первым и третьим участками.

Предпочтительно трубчатый картридж содержит первый продольный сектор и второй продольный сектор, примыкающий к первому продольному сектору; причем второй продольный участок имеет большую плотность отверстий, чем на первом продольном участке.

Предпочтительно трубчатый картридж является цилиндрическим и ориентируемым по выбору по первой оси; причем упомянутый трубчатый картридж и корпус имеют соответствующие установочные метки, указывающие заданные положения трубчатого картриджа относительно корпуса.

Предпочтительно корпус имеет форму перевернутой буквы «Т» и содержит первый трубчатый участок, проходящий по первой оси и, по меньшей мере, частично вокруг трубчатого картриджа, и второй участок, проходящий вокруг второй оси поперек первой оси.

Кроме того, согласно формуле предлагается нефтехимическая установка, содержащая: компрессор; трубопровод для подачи текучей среды в упомянутый компрессор; и вышеуказанный фильтр.

Краткое описание чертежей

Не носящий ограничительного характера вариант осуществления настоящего изобретения будет описан в качестве примера со ссылками на прилагаемые чертежи.

На Фиг.1 представлен вид сбоку фильтра по изобретению, частично в продольном разрезе, на котором некоторые детали удалены для ясности чертежа.

На Фиг.2 представлен уменьшенный вид с торца фильтра, показанного на Фиг.1.

На Фиг.3 представлен вид в разрезе участка фильтра, показанного на Фиг.2.

На Фиг.4 представлен вид в продольном разрезе со снятыми для ясности деталями участка фильтра, показанного на Фиг.1, в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения.

На Фиг.5 представлен вид в продольном разрезе с удаленными из соображений ясности деталями участка фильтра, показанного на Фиг.1, в соответствии со вторым вариантом настоящего изобретения.

На Фиг.6 представлен вид в продольном разрезе с удаленными из соображений ясности деталями участка фильтра, показанного на Фиг.1, в соответствии с третьим вариантом настоящего изобретения.

На Фиг.7 представлен вид в продольном разрезе с удаленными из соображений ясности деталями деталей фильтра, показанного на Фиг.1.

На Фиг.8 представлен увеличенный вид в разрезе участка Фиг.7.

На Фиг.9 и 10 представлены увеличенные виды в разрезе двух вариантов участка, показанного на Фиг.8.

На Фиг.11 представлен вид с торца участка фильтра, показанного на Фиг.1.

На Фиг.12 представлен вид в продольном разрезе с удаленными для ясности деталями детали фильтра, показанного на Фиг.1.

На Фиг.13 представлен увеличенный вид участка Фиг.11.

На Фиг.14 и 15 представлены виды в продольном разрезе с удаленными для ясности деталями фильтра, показанного на Фиг.1.

Лучший вариант осуществления изобретения

Цифрой 1 на Фиг.1 обозначен фильтр для фильтрации текучей среды, в частности газа. На Фиг.1 схематично показан трубопровод 2 для снабжения газом компрессора 3 нефтехимической установки; фильтр 1 установлен вдоль трубопровода 2 и формирует его часть и служит для отделения от газа любых твердых частиц, которые могут повредить компрессору 3. Фильтр 1 содержит трубчатый картридж 4, который проходит по продольной оси А1, фильтрует газ и содержит: два кольцевых торца 5, 6; корпус 7, который может быть подсоединен к трубопроводу 2, вмещает трубчатый картридж 4 и содержит две торцевые опоры 8, 9; и осевое компенсационное кольцо 10, расположенное между трубчатым картриджем 4 и торцевыми опорами 8 и 9. В примере, показанном на Фиг.1, осевое компенсационное кольцо 10 расположено между кольцевым торцом 6 и торцевой опорой 9.

Корпус 7, по существу, имеет форму перевернутой буквы «Т», проходит вдоль оси А1 и вдоль оси А2, которая перпендикулярна оси А1, и содержит множество трубчатых элементов, соединенных между собой. В представленном примере трубчатые элементы приварены друг к другу и содержат центральный тройник 11; три переходных патрубка 12, 13, 14 приварены к тройнику 11; а труба 15 приварена к переходному патрубку 12.

Корпус 7 также содержит фланец 17, приваренный к переходному патрубку 14; заглушка 18 прикреплена винтами к фланцу 17 и содержит участок, образующий торцевую опору 9. На Фиг.1 торцевая опора 8 образована металлическим кольцом, приваренным к трубе 15.

Корпус 7 имеет отверстие 19 (закрытое болтом, который не показан на Фиг.1) в самой нижней части фильтра 1, предназначенное для слива конденсата; отверстие 20 выше по потоку (перед трубчатым картриджем 4 для размещения первого манометра (не показанного на чертеже)); и отверстие 21 ниже по потоку (после трубчатого картриджа 4 для размещения второго манометра (не показанного на чертеже)).

Фильтр 1 содержит седловидную опору 22, расположенную над отверстием 19, которая обеспечивает опору для трубчатого картриджа 4 при вставке и извлечении его из корпуса 7. В процессе фактической эксплуатации, как более четко показано на Фиг.3, трубчатый картридж 4 не контактирует с седловидной опорой 22.

Трубчатый картридж 4 можно извлечь через фланец 17, после снятия с фланца 17 заглушки 18. Для более легкого извлечения заглушки 18 фильтр 1 содержит дугообразный рычаг 23, который, как более ясно показано на Фиг.2, поддерживает заглушку 18 и установлен на корпусе 7 с возможностью поворота вокруг вертикальной оси A3.

Как показано на Фиг.2, заглушка 18 также содержит ручку 24 и два смотровых окошка 25.

В варианте, представленном на Фиг.4, трубу 15 и торцевую опору 8 заменили трубой 26, в которой торцевая опора 27 получена машинной обработкой и которая имеет относительно толстую стенку, позволяющую растачивание.

Как показано на Фиг.7, трубчатый картридж 4 присоединен винтами к осевому компенсационному кольцу 10, образуя единый узел картридж-кольцо.

В представленном примере трубчатый картридж 4 содержит металлическую трубу 28 и два кольца 29, 30, приваренные к свободным концам трубы 28, образуя кольцевые торцы 5, 6 трубчатого картриджа 4. Труба 28 содержит стенку 31, в которой выполнены отверстия 32 постоянного диаметра; это более четко показано на Фиг.8.

В варианте, представленном на Фиг.9, стенка 31 имеет отверстия 33, расширяющиеся в направлении потока D, т.е. наружу в направлении радиуса трубы 28.

В варианте, представленном на Фиг.10, стенка 31 имеет отверстия 34, содержащие первый участок с постоянным диаметром и второй участок, расширяющийся в направлении потока D.

Как показано на Фиг.7, к наружной части трубы 28 прикреплено кольцо 29, содержащее кольцевую торцевую поверхность 35, а также тороидальную поверхность 36, обеспечивающую плавную вставку и извлечение картриджа. Аналогично вышеперечисленному кольцо 30 содержит кольцевую торцевую поверхность 37 и тороидальную поверхность 38.

Осевое компенсационное кольцо 10 содержит два кольца 39, 40, соединенные между собой для скольжения в направлении, параллельном оси А1 (Фиг.1), с помощью упругого соединительного устройства 41, содержащего множество соединительных модулей 42, разнесенных на равные расстояния вдоль колец 39, 40 и по оси А1 (Фиг.1).

Каждый соединительный модуль 42 содержит штифт 43, прикрепленный к кольцу 40 и соединенный с кольцом 39 для скольжения параллельно оси А1 (Фиг.1), и упругий элемент 44, вставленный между кольцами 39 и 40 и установленный вокруг штифта 43. Другими словами, штифт 43 параллелен оси А1 (Фиг.1), ввинчен внутрь резьбового отверстия 45 в кольце 40, установлен с возможностью скольжения внутри отверстия 46 в кольце 39 и обращен к отверстию 45.

Штифт 43 содержит кольцевую канавку 47, а соединительный модуль 42 содержит фиксатор 48, который выступает внутри отверстия 46, занимая часть кольцевой канавки 47, так что смещение штифта 43 ограничено разностью между шириной кольцевой канавки 47 и шириной фиксатора 48. В примере, представленном на Фиг.7, фиксатор 48 представляет собой винт, установленный в кольце 39, который выступает внутрь отверстия 46, а упругий элемент 44 образован последовательно расположенными тарельчатыми пружинами.

Размер фильтра 1 может варьироваться в зависимости от расхода потока газа; это означает, что размер корпуса 7 и трубчатого картриджа 4 может варьироваться в зависимости от технических требований конкретного проекта. Соединительные модули 42, в свою очередь, остаются неизменными, варьируется только их количество вместе с изменениями размера фильтра 1.

В варианте, представленном на Фиг.5, кольцо 29 заменено кольцом 49, прикрепленным винтами к трубе 28 и содержащим канавку, в которую вставляют конец трубы 28; винты проходят через кольцо 49 и стенку 31 трубы 28. Кольцо 49 содержит торцевую стенку 50, цилиндрическую наружную стенку 51 и наклонную стенку 52, образованную скосом между торцевой стенкой 50 и цилиндрической наружной стенкой 51.

В варианте, представленном на Фиг.6, кольцо 29 заменено кольцом 53, которое приварено к стенке 31 трубы 28 и содержит торцевую стенку 54, цилиндрическую наружную стенку 55 и наклонную стенку 56, образованную скосом между торцевой стенкой 54 и цилиндрической наружной стенкой 55.

Согласно Фиг.1, торцевая опора 8 и кольцо 29 содержат соответствующие отверстия 57 и 58, которые при использовании выровнены по одной линии, чтобы направлять образующийся в трубе 15 конденсат в отверстие 19.

Соответственно, трубчатый картридж 4 может быть по выбору ориентирован по оси A1 посредством двух ручек 59, установленных на осевом компенсационном кольце 10 (Фиг.11); а трубчатый картридж 4 и корпус 7 имеют соответствующие установочные метки - 60, 61 и 62, - указывающие на заданное положение; в представленном примере имеются два положения трубчатого картриджа 4 относительно корпуса 7, разнесенные на 90°, и в одном из этих двух положений отверстия 57 и 58 (Фиг.1) совмещаются.

Как показано на Фиг.12 и 13, труба 28 имеет участки без отверстий 32, образующие вдоль стенки 31 трубы 28 сплошную продольную полосу 63, параллельную оси А1, и сплошную кольцевую полосу 64 приблизительно посередине трубы 28. Так как трубчатый картридж 4 является свободно опирающимся, т.е. не содержит опорного каркаса, жесткость конструкции трубчатого картриджа 4 может быть обеспечена с помощью трубы 28; фактически, именно для этого необходимы продольная и кольцевая полосы 63, 64. В зависимости от своего размера труба 28 может даже содержать множество продольных полос 63 и кольцевых полос 64.

Как показано на Фиг.14, труба 28 содержит три смежных трубчатых участка 65, 66, 67, при этом трубчатый участок 66 имеет более высокую плотность отверстий, чем трубчатые участки 65 и 67, чтобы уменьшить турбулентность в фильтре 1, уменьшая тем самым взаимные нагрузки между трубчатым картриджем 4 и корпусом 7.

Как показано на Фиг.15, труба 28 имеет обращенный вниз сектор 68 и обращенный преимущественно вверх сектор 69, с более высокой плотностью отверстий, чем в секторе 68. Данное решение также обеспечивает уменьшение турбулентности текучей среды и, следовательно, уменьшение нагрузок на трубчатый картридж 4.

В процессе фактической эксплуатации текучая среда подается в трубчатый картридж 4 и выходит через отверстия 32; все твердые частицы удерживаются внутри трубчатого картриджа 4; весь конденсат собирается в нижней части корпуса 7 и время от времени сливается через отверстие 19 во время простоя нефтехимической установки.

В процессе фактической эксплуатации заглушка 18 предварительно прижимает осевое компенсационное кольцо 10 к трубчатому картриджу, давая возможность компенсировать разницу теплового расширения и поглощая любые удары между трубчатым картриджем 4 и корпусом 7.

Очевидно, что в описанный пример осуществления настоящего изобретения могут быть внесены изменения, при условии, однако, что они не являются отступлением от объема прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение предназначено для фильтрации текучих сред, в частности газа. Фильтр содержит трубчатый картридж 4, который проходит вдоль первой оси А1, выполнен с возможностью фильтрования текучей среды и содержит первый и второй кольцевые торцы 5, 6; корпус 7, соединяемый с трубопроводом нефтехимической установки, вмещает упомянутый трубчатый картридж и содержит первую и вторую торцевые опоры; и осевое компенсационное кольцо 10, расположенное между трубчатым картриджем и первой или второй торцевой опорой. Трубчатый картридж содержит свободно опирающуюся металлическую трубу, которая имеет стенку с множеством отверстий, расположенных неравномерно, образуя вдоль стенки металлической трубы, по меньшей мере, одну продольную полосу, параллельную первой оси и не содержащую отверстий, и, по меньшей мере, одну кольцевую полосу без отверстий, чтобы упрочнить металлическую трубу. Технический результат: способность выдерживать сильные нагрузки, легкость изготовления и установки. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Фильтр для фильтрации текучих сред, в частности газа, на нефтехимических установках, содержащий:
- трубчатый картридж (4), который проходит вдоль первой оси (А1), выполнен с возможностью фильтрования текучей среды и содержит первый и второй кольцевые торцы (5, 6);
- корпус (7), соединяемый с трубопроводом (2) нефтехимической установки, вмещает упомянутый трубчатый картридж (4) и содержит первую и вторую торцевые опоры (8, 9; 27, 9); и
- осевое компенсационное кольцо (10), расположенное между трубчатым картриджем (4) и первой или второй торцевой опорой (8, 9); отличающийся тем, что трубчатый картридж (4) содержит свободно опирающуюся металлическую трубу (28), которая имеет стенку (31) с множеством отверстий (32; 33; 34), расположенных неравномерно, образуя вдоль стенки (31) металлической трубы (28), по меньшей мере, одну продольную полосу (63), параллельную первой оси (А1) и не содержащую отверстий (32; 33; 34), и, по меньшей мере, одну кольцевую полосу (64) без отверстий (32; 33; 34), чтобы упрочнить металлическую трубу (28).

2. Фильтр по п.1, в котором осевое компенсационное кольцо (10) содержит первое и второе кольцо (39, 40), с возможностью скольжения соединенные аксиально между собой упругим соединительным устройством (41).

3. Фильтр по п.2, в котором упругое соединительное устройство (41) содержит множество соединительных модулей (42), предпочтительно разнесенных на равные расстояния вдоль первого и второго кольца (39, 40) и по первой оси (А1).

4. Фильтр по п.3, в котором каждый соединительный модуль (42) содержит: штифт (43), прикрепленный ко второму кольцу (40) и соединенный с первым кольцом для скольжения параллельно первой оси А1; и упругий элемент (44), вставленный между первым и вторым кольцом (39, 40) и установленный вокруг штифта (43).

5. Фильтр по п.4, в котором каждый соединительный модуль (42) содержит средство (47, 48) ограничения перемещения упомянутого штифта (43) относительно первого кольца (39); причем упомянутое средство (47, 48) ограничения перемещения штифта предпочтительно содержит кольцевую канавку (47) в упомянутом штифте (43) и фиксатор (48), прикрепленный к первому кольцу (39), который частично занимает упомянутую кольцевую канавку (47), так что упомянутое перемещение ограничено параллельно первой оси (А1) размером кольцевой канавки (47) и фиксатора (48).

6. Фильтр по п.1, в котором упомянутое осевое компенсационное кольцо (10) прикреплено к трубчатому картриджу (4), образуя узел картридж-кольцо.

7. Фильтр по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутая первая торцевая опора (8) приварена к корпусу (7).

8. Фильтр по любому из пп.1-6, в котором первая торцевая опора (27) получена машинной обработкой в корпусе (7).

9. Фильтр по п.1, в котором корпус (7) содержит заглушку (18), выполненную с возможностью снятия для установки и снятия трубчатого картриджа (4) вдоль первой оси (А1); при этом вторая торцевая опора (9) образована участком упомянутой заглушки (18).

10. Фильтр по п.1, в котором металлическая труба (28) содержит первый, второй и третий кольцевые участки (65, 66, 67), примыкающие друг к другу, и причем второй участок (66) расположен между первым и третьим участками (65, 67); причем второй участок (66) имеет большую плотность отверстий (32; 33; 34) по сравнению с первым и третьим участками (65, 67).

11. Фильтр по п.1, в котором трубчатый картридж (4) содержит первый продольный сектор (68) и второй продольный сектор (69), примыкающий к первому продольному сектору (68); причем второй продольный участок (69) имеет большую плотность отверстий (32; 33; 34), чем на первом продольном участке (68).

12. Фильтр по любому из пп.6, 9-11, в котором трубчатый картридж (4) является цилиндрическим и ориентируемым по выбору по первой оси; причем упомянутый трубчатый картридж (4) и корпус (7) имеют соответствующие установочные метки (60, 61, 62), указывающие заданные положения трубчатого картриджа (4) относительно корпуса (7).

13. Фильтр по п.1, в котором корпус (7) имеет форму перевернутой буквы «Т» и содержит первый трубчатый участок, проходящий по первой оси (А1) и, по меньшей мере, частично вокруг трубчатого картриджа (4), и второй участок, проходящий вокруг второй оси (А2) поперек первой оси (А1).

14. Нефтехимическая установка, содержащая: компрессор (3); трубопровод (2) для подачи текучей среды в упомянутый компрессор (3); и фильтр (1) по п.1.