Фільтр для очищення газу, що транспортується, від домішок

Винахід відноситься до газової промисловості, призначений для очищення природного газу від дрібнодисперсної рідини і механічних домішок і олії на підземних сховища х газу і може бути використаний в нафтовидобувній промисловості, на газопереробних підприємствах для уловлювання нафти, механічних домішок, а також у системах для очищення повітря. Відомий фільтр для очищення газів, який має корпус із вхідними і вихідними патрубками, фільтрувальний матеріал, розміщений між верхньою і нижньою перфорованими перегородками, і розміщений під нижньою перегородкою засіб для зміни площі фільтрацій. З метою підвищення фільтроциклу засіб для зміни площі фільтрацій виконано у вигляді великокоміркової решітки, яка примикає до нижньої перфорованої перегородки, й укріпленої на ній перфорованої полотнини з пружноеластичного матеріалу, [див. А.C. СРСР № 1694192 МКВ B01D46/30]. Однак технічне рішення за зазначеним винаходом не забезпечує якісне очищення газів. Відомий пристрій для очищення транспортного газу. Пристрій містить корпус з розміщеною коаксіально усередині нього секцією, на вході і по довжині якої встановлені завихрювачі. Для підвищення якості очищення від домішок і рідини при наявності незабруднюваності фільтруючого елемента, останній установлений коаксіально усередині секції, виконаної у вигляді усіченого конуса, що має відношення діаметрів у місці розташування завихрювачів до діаметра фільтруючого елемента, яке дорівнює (1,2-2,5):1. Лопатки завихрювачів установлені під кутом до осі фільтруючого елемента. Недолік конструкції відомого пристрою полягає в тому, що не забезпечується висока якість очищення природного газу при переключенні напрямку потоку газу, що необхідно на підземному схови щі газу (ПСГ). Конструкція пристрою не забезпечує можливість закручування потоку газу в різних напрямках, при цьому не забезпечується можливість якісного очищення газу від пари олії [див. А.C. СРСР № 869786 МКВ В0145/12]. Зазначене технічне рішення прийнято як прототип. В основу винаходу поставлена задача створити такий пристрій для очищення природного газу, у якому нова наявність елементів і зв'язку між ними дозволила б забезпечити високу якість очищення природного газу при подачі його від компресорної станції і безпосередньо від родовища (ПСГ). Ця задача вирішується тим, що пристрій для очищення газу, який включає елемент, встановлений усередині секції, яка виконана у вигляді усіченого конуса, при цьому зазначена секція встановлена усередині корпуса, а секція на вході і виході постачена завихрювачами, додатково постачена другою секцією, корпуса секцій герметично з'єднані між собою з боку, що має менший діаметр основи усіченого конуса, при цьому завихрювачі секцій виконані з можливістю обертання в різні сторони з різною кутовою швидкістю. Усічений конус виконаний перфорованим. Установка другої секції забезпечує можливість очищення природного газу, який подається від компресорної станції і безпосередньо від родовища і ПСГ. Виконання завихрювачів з можливістю обертання в різні сторони з різною кутовою швидкістю забезпечує створення високої турбулентності газу при його очищенні. Найбільш висока якість очищення з застосуванням завихрювачів виникає при запропонованому з'єднанні секцій. З'єднання секцій герметично з боку меншої підстави усіченого конуса забезпечує створення камери чистого газу, з якої можливо через патрубок робити відвід чистого газу. Виконання конуса перфорованим поліпшує відвід пари олії з газу. На Фіг.1 показаний загальний вид пристрою для очищення природного газу; на Фіг.2 - розріз А-А на Фіг.1; на Фіг.3 - розріз Б-Б на Фіг.1; на Фіг.4 - розріз В-В на Фіг.1; на Фіг.5 - вид В Фіг.2; на Фіг.6 - вид на Г Фіг.4. Пристрій складається з корпуса 1, у якому коаксіально установлений фільтруючий елемент, виконаний у вигляді перфорованої труби 2, покритої пористим матеріалом 3 з гідрофобною поверхнею з малою адгезією і з динамічно гладкою поверхнею (наприклад, фторопластом). У корпусі 1 установлена секція 4, яка виконана у вигляді усіченого конуса, у якому розміщені завихрювачі 5 - 7 з дифузором. Фільтруючий елемент закріплений усередині корпуса за допомогою фланця 8. На корпусі 1 є патрубок 9. У корпусі 1 установлений другий фільтруючий елемент, виконаний у вигляді перфорованої труби 10, покритої пористим матеріалом 11 з гідрофобною поверхнею з малою адгезією і з динамічно гладкою поверхнею (наприклад фторопластом). Коаксіально фільтруючому елементу в корпусі 1 також установлена секція 12, яка виконана у вигляді усіченого конуса, у якому розміщені уздовж нього завихрювачі 13-15 з дифузором. Фільтруючий елемент 10 за допомогою фланця 16 закріплений усередині корпуса 1, а для герметизації камери 17 від камери 18 та 19 передбачені перегородки 20 та 21. Секція 12, завихрювачі 13-15 також установлені дзеркально стосовно відповідних елементів 4-7. Для збору уловленої рідини під корпусом 1 установлені ємності 22 та 23, з'єднані патрубками 24-27 з корпусом 1. На патрубках 24 та 27 установлені крани 28 та 29. Корпус 1 також постачений патрубком 30 із краном. У ємності 22 та 23 установлені трубки 31. Перегородки 32 розділяють ємності 22 та 23 на дві частини, що не сполучені між собою. В усіченій секції 4 та 12 виконані отвори 33 для видалення парів олії. Для видалення рідини з ємності 22 та 23 мається патрубок із краном 34. Корпус 1 має патрубок 35 та 36 для надходження газу в корпус фільтра. Фільтр постачений також відсікачами 37 та 38. Корпус 1 має торцеву кришку 39, Фільтр працює таким чином: газ, що містить крапельки рідини, механічні домішки і пари олії надходить на лопатку завихрювача 5 у випадку подачі газу від компресорної станції (газ має велику кількість домішок), закручується і далі попадає на лопатки завихрювача 6, що направляє обертання газу в протилежну сторону. При цьому різко зростає турбулентність потоку газу, що попадає в камеру, утворену фільтруючим елементом і секцією 4, де відбувається обертальний рух, у результаті якого дрібнодисперсна суспензія, що захоплюється потоком газу, по дотичній проходить до динамічно гладкої з мінімальною адгезією поверхні матеріалу 3, на якій за рахунок коагуляції і конденсації дрібнодисперсної суспензії рідини утворює по всій бічній поверхні обертову рідинну плівку з постійною для рідини даної в'язкості товщиною плівки. Ця плівка обертається за рахунок сил тертя з газовим потоком на поверхні фторопластового фільтра, забезпечуючи в основному уловлювання всіх механічних домішок дрібнодисперсної рідини й аерозоль пари олії. Обертання рідинної плівки щодо поверхні фторопластового матеріалу 3 забезпечується за рахунок його динамічно гладкої з мінімальною адгезією і гідрофобної поверхні. Газ, пройшовши очищення в камері, утвореній секцією 4, фільтруючим елементом 3, завихрювачами 6 та 7, у якій коагулюють пари олії, попадає через перфорацію 2 у камеру 17. Рідина, що виділилася з газу, патрубками 24 та 25 попадає в ємність 2. Газ з камери 17, що має невеликі залишки рідини, олії, що коагулювалася, направляється в перфоровану тр убу 10, де залишки пари олії і газу агломеруються. З перфорованої труби 10 через фторопласт 11 газ попадає в камеру, утворену секцією 12. Завдяки завихрювачам 13 та 14, що забезпечують обертання газу в різні сторони, створюється турбулентність газу, що обертається навколо фільтруючого елемента секції 12, чим досягається незабруднюваність фільтруючого елемента частками механічних домішок, які мають розмір 1,0-35 мк. Експериментально встановлено, що відношення діаметрів усіченого конуса в місці розташування завихрювачів до діаметра фільтруючого елемента повинно бути (1,2-2,5):1. Крім того, необхідно лопатки завихрювачів установлювати під кутом до осі фільтруючого елемента, що змінюється по його довжині, 18-85°. Експериментально встановлено, що при відношенні діаметрів усіченого конуса до діаметра фільтруючого елемента більше 2,5 не буде досягатися необхідна окружна відносна швидкість на поверхні пористого матеріалу, не буде забезпечуватися обертання рідинної плівки, тобто не буде отриманий основний позитивний ефект ефект незабруднюваності пористого матеріалу. Якщо відношення діаметрів усіченого конуса до діаметра фільтруючого елемента буде менше 1,2, то у вузькій кільцевій порожнині не буде забезпечене ефективне виділення суспензії з газового потоку, вийде корковий кільцевий плин і рідина буде продавлюватися через пористий матеріал фільтруючого елемента. Якщо газ подається для очищення від родовища, тобто газ, що має незначний вміст механічних домішок і дрібнодисперсної рідини, то він подається в пристрій з боку патрубка 36 і завихрювачем 15 закручується і подається на завихрювачі 14 і 13. У результаті того, що завихрювачі 15, 14, 13 обертаються в різні сторони, створюється сильний турбулентний потік газу, у якому містяться крапельки рідини і механічних домішок. Газ подається в камеру 19, утворену секцією 12 і фільтруючим елементом, де здобуває обертальний рух, у результаті якого дрібнодисперсна суспензія, що захоплюється потоком газу, по дотичній підходить до динамічно гладкої з мінімальною адгезією поверхні фторопласта, на якій, за рахунок коагуляції і конденсації дрібнодисперсної суспензії, утворюється по всій бічній поверхні обертова рідинна плівка з постійною для даної рідини товщиною плівки. Ця плівка обертається за рахунок сил тертя з газовим потоком на поверхні фторопластового фільтра, що забезпечує уловлювання всіх механічних домішок і дрібнодисперсних рідин. Газ, який очистився в камері, утвореній секцією 12 у вигляді усіченого конуса, фільтруючим елементом і завихрювачами 13 і 14, проходить через перфоровані труби 10 і попадає в камеру 17. Рідина, що виділилася з газу, патрубками 26 та 27 зливається в ємність 23. З камери 17, якщо газ чистий, його можна відвести через патрубок 9. Якщо газ недостатньо очищений, його подають у перфоровану тр убу 2, на пористий матеріал 3, де залишки механічних домішок агломеруються. З труби 2 через матеріал 3 газ попадає в камеру, утворену секцією 4. Завдяки завихрювачам 7 та 6, що забезпечують обертання газу в різні сторони і з різною кутовою швидкістю (оскільки лопатки завихрювачів мають різні кути нахилу), створюється висока турбулентність газу, що обертається навколо фільтруючого елемента. Встановлення відсікачів дозволяє видалити рідину з газу чи зволожити його через трубки 31. Встановлення відсікачів 37 і 38 дозволяє видалити рідину з газу чи зволожити його через парубок 31. На патрубки 24 і 27 встановлені дифузори-ежектори для регулювання зволоження газу. При надходженні газу через патрубок 35 з недостатнім змістом рідини в потоці газу, двохфазний потік попадає на завихрювач 5 і проходить по відсікачеві 37 з розрахунковою швидкістю і, за рахунок створюваного розрідження в газовому потоці, через дифузор-ежектор 24 по трубці 31 надходить додаткова кількість рідини. Це забезпечує необхідну щільність покриття поверхні фільтрів плівкою рідини і їх незабруднення. Потік газу зі збагаченням (з надлишковою кількістю рідини в потоці газу) надходить на першу секцію очищення, де забезпечується повна сепарація краплинної рідини, і далі в другу секцію очищення. Газ із залишковим змістом рідини (у виді пари і тумана) надходить у перфоровану тр убу 10 і розподіляється по всій довжині в пористу структур у фільтра 11. При проходженні газу з залишками пари і тумана через фільтр (через його лабіринт пір діаметром 3-10 мкм) відбувається коагуляція, осадження тумана і рідина, що захоплюється газовим потоком, у виді крапельок надходить на циліндричну поверхню фторопластового фільтра пакета. За рахунок повної адгезії і гідрофобності поверхні фторопласта крапельки рідини будуть здуватись газом, що обертається при проходженні через завихрювачі. У секції 12 уловлена у виді плівки рідина надходить на завихрювач 14. При проходженні плівки через завихрювач 14 рідина у виді великих крапель відбивається за рахунок відцентрових сил на відсікач 38 і стікає в збірник 23. Очищений газ виходить через завихрювач 15 та патрубок 36. На патрубках 24 та 27 установлені дифузори для регулювання зволоження газу. Усічені поверхні секцій 4 та 12 мають отвори діаметром 3,0-2,5 мм (на кресленні умовно не показані всі отвори по діаметрі усіченого конуса, поз. 33) для поліпшення видалення пари олії із секцій. Кількість з'єднаних секцій залежить від продуктивності фільтра. Виконання завихрювачів з можливістю обертання в різні сторони (за годинниковою стрілкою і проти годинникової стрілки, Фіг.2-4) і з різною кутовою швидкістю навколо перфорованої труби в залежності від кута нахилу лопаток завихрювачів підвищує якість очищення газу від домішок. Як показали досліди й експлуатація запропонованого фільтра, найбільший ефект очищення газу від домішок досягається, коли газ проходить через завихрювачі, установлені від більшої основи усіченого конуса до меншої основи, а потім від меншої основи усіченого конуса до більшої основи. Така конструкція фільтра забезпечує поліпшення коагуляції краплинної рідини, дрібнодисперсної суспензії (туман) і його осадження.