CN103463894B - 聚结过滤器及其滤芯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚结过滤器及其滤芯，该滤芯包括具有内腔的第一滤芯，用于过滤气体中的液体杂质，还包括具有滤腔的第二滤芯，用于过滤气体中的固体杂质；所述第二滤芯嵌装于所述第一滤芯。如此设置，当气体进入滤芯的滤腔后，先经过位于内侧的第二滤芯过滤，将气体中的固体杂质滤除，再经过位于外侧的第一滤芯过滤液体杂质，由于第二滤芯的设置，气体中的固体杂质不会拥堵于第一滤芯的进气侧表面和滞留在第一滤芯的第一过滤介质内部，如此即延长了滤芯的使用寿命和更换周期，节约了运行成本。

Description

聚结过滤器及其滤芯

技术领域

本发明涉及多相流分流技术领域，特别是涉及一种聚结过滤器及其滤芯。

背景技术

在天然气和煤层气等开采和集输过程中，通常都会夹带有固体和液体杂质，这些杂质会危害管道运行安全，一般通过设置过滤分离设备去除杂质。虽然，大多数过滤分离设备可以去除固体杂质和处理较大液滴的液体杂质，但还需要聚结过滤器对微细液滴进行处理。

聚结过滤器是一种去除气体中微细液滴（通常指1μm以下的液滴）的过滤装置。聚结滤芯是聚结过滤器的核心部件，聚结过滤器依靠聚结滤芯拦截液滴，使得微小液滴在聚结滤芯的过滤介质内部聚结成较大液滴，从而在重力作用下沿聚结滤芯排驱，过滤后的气体从聚结过滤器出口排出。

常见的聚结滤芯，包括聚结内骨架、聚结外骨架和聚结过滤介质，所述聚结过滤介质设置于聚结内骨架和聚结外骨架之间，该三者的两端还设置有上端盖和下端盖，其中，上端盖封堵聚结滤芯的滤腔的上端，下端盖具有通孔，与聚结滤芯的滤腔连通。过滤时，气体从聚结滤芯的下端进入滤腔内并向上流动，同时径向穿过聚结滤芯，气体中的液体杂质在聚结过滤介质的作用下聚结排驱，过滤后的气体从聚结过滤器出口排出。

在实际运行过程中，即使集输前期对气体中的固体杂质进行了滤除，气体中也仍然残存有固体杂质，而，气体中的固体杂质是影响聚结过滤器安全运行的最大因素。

目前常用的聚结过滤器均只对液滴具有较好的聚结和排驱能力，不具有对固体杂质的处理能力。气体在通过聚结过滤器时，气体中残存的固体杂质会拥堵在聚结滤芯进气侧的表面或滞留在聚结滤芯过滤介质的内部，造成聚结滤芯压降过大，影响整个集输系统的安全性，缩短聚结滤芯的使用寿命，提高聚结滤芯的更换频率，使得运行成本增加。

此外，由于气体从聚结滤芯下端进入滤腔后，有向上流动的趋势，而通过聚结滤芯聚结的液滴要向下排驱，如此，上行的气体容易对下行的聚结液滴造成冲击，对其形成阻滞作用，影响聚结滤芯的过滤性能。

有鉴于此，如何延长滤芯的使用寿命和更换周期，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚结过滤器及其滤芯，该滤芯的结构设置能够延长滤芯的使用寿命和更换周期，降低运行成本。

为解决上述技术问题，本发明提供一种聚结过滤器的滤芯，包括具有内腔的第一滤芯，用于过滤气体中的液体杂质，还包括具有滤腔的第二滤芯，用于过滤气体中的固体杂质；所述第二滤芯嵌装于所述第一滤芯。

优选地，所述第二滤芯包括具有滤腔的第二内骨架和套装固定于所述第二内骨架的第二过滤介质，两者的两端分别固设有第二上端盖和第二下端盖；所述第二上端盖与所述第一滤芯的第一上端盖连接，并封堵所述滤腔的上端，所述第二下端盖与所述第一滤芯的第一下端盖连接，并具有连通所述滤腔的通孔。

优选地，所述第一滤芯和所述第二滤芯可拆卸连接。

优选地，所述第二滤芯、所述第一滤芯的上端盖和下端盖分别可拆卸连接。

优选地，所述第二上端盖和所述第一上端盖通过螺纹连接，所述第二下端盖和所述第一下端盖卡接。

优选地，所述第二上端盖和所述第一上端盖之间，和\或，所述第二下端盖和所述第一下端盖之间设有密封垫片。

优选地，所述第二上端盖设有旋转头部。

优选地，所述第二过滤介质为打褶过滤介质。

优选地，所述第二滤芯和所述第一滤芯之间具有间隙。

本发明提供的聚结过滤器的滤芯通过结构改进延长了其使用寿命。具体地，本方案中第一滤芯的内腔嵌装有具有滤腔的第二滤芯，其中，第一滤芯用于过滤气体中的液体杂质，第二滤芯用于过滤气体中的固体杂质。如此设置，当气体进入滤腔后，先经过位于内侧的第二滤芯过滤，将气体中的固体杂质滤除，再经过位于外侧的第一滤芯过滤液体杂质，由于第二滤芯的设置，气体中的固体杂质不会拥堵于第一滤芯的进气侧表面和滞留在第一滤芯的第一过滤介质内部，如此即延长了滤芯的使用寿命和更换周期，节约了运行成本。

另外，由于第二滤芯的设置，气体先经过第二滤芯滤除固体杂质后，再经过第一滤芯滤除液体杂质，如此，避免了气体直接经过第一滤芯上行，从而减少了气体上行时，对第一滤芯聚结的向下排驱的液滴的阻滞作用，有利于液体杂质在第一滤芯表面的排驱，提高过滤效率。

在一种优选的实施方案中，所述第一滤芯和所述第二滤芯可拆卸连接；如此设置，当第一滤芯和第二滤芯的失效程度不一时，可以根据实际情况所需，只更换第一滤芯或只更换第二滤芯，进一步降低了运行成本。

在另一种优选的实施方案中，所述第二滤芯的第二过滤介质为打褶过滤介质；如此设置，增大了第二滤芯介质的作用面积，提高了第二滤芯对固体杂质的纳污量，延长了第二滤芯的使用寿命。

在另一种优选的实施方案中，所述第一滤芯和所述第二滤芯之间具有间隙；如此设置，第一滤芯和第二滤芯之间形成有一定宽度的狭长空间，使得气体在通过第二滤芯后进入第一滤芯前，有一定的活动空间，利于其合理分布，进一步减少对聚结液滴的阻滞作用，更有利于液体杂质在第一滤芯表面的排驱。

本发明还提供一种聚结过滤器，包括套筒和设于所述套筒内的滤芯，所述滤芯为上述任一项所述的滤芯。

由于上述滤芯具有上述技术效果，所以包括该滤芯的聚结过滤器也具有相应的技术效果。

附图说明

图1为本发明所提供一种聚结过滤器的滤芯的结构示意图；

图2为图1中第一滤芯的结构示意图；

图3为图1中第二滤芯的结构示意图；

图4为图1中滤芯的爆炸示意图；

图5为图1中滤芯的横截面示意图；

图6为图1中滤芯的纵向局部剖视图；

图7为第一滤芯和第二滤芯的上端盖的连接结构示意图；

图8为第一滤芯和第二滤芯的下端盖的连接结构示意图；

图9为一种工况下本发明提供的滤芯与现有技术中聚结滤芯的压降对比图；

图10为一种工况下本发明提供的滤芯与现有技术中聚结滤芯的过滤效率对比图。

图1-8中：

滤芯10；第一滤芯11，第一内骨架111，第一过滤介质112，第一外骨架113，第一上端盖114，第一下端盖115；第二滤芯12，第二内骨架121，第二过滤介质122，第二上端盖124，旋转头部124-1，第二下端盖125；凹槽13，密封垫片14。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种聚结过滤器及其滤芯，该滤芯的结构设置能够延长滤芯的使用寿命和更换周期，降低运行成本。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1-4，图1为本发明所提供一种聚结过滤器的滤芯的结构示意图；图2为图1中第一滤芯的结构示意图；图3为图1中第二滤芯的结构示意图；图4为图1中滤芯的爆炸示意图。

该实施例中，聚结过滤器的滤芯10包括具有内腔的第一滤芯11和具有滤腔的第二滤芯12；其中，第一滤芯11用于过滤气体中的液体杂质，第二滤芯12用于过滤气体中的固体杂质；第二滤芯12嵌装于第一滤芯11。

如此设计，在气体的集输过程中，当气体进入滤芯10的滤腔后，先经过位于内侧的第二滤芯12过滤，将气体中的固体杂质滤除，再经过位于外侧的第一滤芯11过滤，将气体中的液体杂质过滤，最后从聚结过滤器的出口排出。由于第二滤芯12的设置，气体中的固体杂质不会拥堵于第一滤芯11的进气侧表面，滞留于第一滤芯11的第一过滤介质112内部，减少了第一滤芯11的运行负荷，从而延长了第一滤芯11的使用寿命和更换周期，又，第二滤芯12专门用于过滤固体杂质，所以相对于背景技术中的聚结滤芯来说，其因固体杂质的聚集需要更换的周期较长，综合而言，该种结构延长了滤芯10的使用寿命和更换周期，节约了运行成本。

另外，由于第二滤芯12的设置，气体先经过第二滤芯12滤除固体杂质，再经过第一滤芯11滤除液体杂质，如此，避免了气体直接经过第一滤芯11上行，从而减少了气体上行时，对第一滤芯11聚结的向下排驱的液滴的阻滞作用，有利于液体杂质在第一滤芯11表面的排驱，提高过滤效率。

上述第一滤芯11和第二滤芯12的具体结构可参考图2和图3。

第一滤芯11包括具有内腔的第一内骨架111，套装固定于第一内骨架111的第一过滤介质112，以及套装固定于第一过滤介质112的第一外骨架113，三者的两端分别固设有第一上端盖114和第一下端盖115。其中，第一过滤介质112可以采用多种有机纤维材料制成，并根据孔隙率分层布置，以提高聚结和过滤性能。

具体地，第一滤芯11各部件之间可通过粘合固结为一体，还可确保密封性；应当理解，这里指的是各部件的接触部位粘合。当然，还可通过其他方式固结密封。

可以理解，第一滤芯11相当于背景技术中聚结过滤器的聚结滤芯。

需要指出的是，上述方位词上和下是以图1所示示图为基准定义的，应当理解，所述方位词的使用只是为了表述方案的清楚及方便，不应限制本申请请求的保护范围。下述与此类似，不再赘述。

第二滤芯12包括具有滤腔的第二内骨架121和套装固定于第二内骨架121的第二过滤介质122，两者的两端分别固设有第二上端盖124和第二下端盖125。其中，第二上端盖124与第一上端盖114连接，并封堵所述滤腔的上端，第二下端盖125与第一下端盖115连接，并具有连通所述滤腔的通孔。显然，过滤时，气体从下端进入滤腔。

与第一滤芯11类似，第二滤芯12的各部件之间可以通过粘合固结为一体，以确保密封性。

可以对上述滤芯10作出进一步的改进。

请一并参考图5和图6，图5为滤芯的横截面示意图；图6为滤芯的纵向局部剖视图。

第一滤芯11和第二滤芯12之间具有间隙，即，第二滤芯12的外周面与第一滤芯11的第一内骨架111之间具有间隙；如此设置，第一滤芯11和第二滤芯12之间形成有一定宽度的狭长空间，使得气流在通过第二滤芯12后进入第一滤芯11前，具有一定的活动空间，利于其合理分布，可进一步减少气体的流动对聚结液滴的阻滞作用，更有利于液体杂质在第一滤芯11表面的排驱，进一步提高过滤效率。

具体地，该间隙的范围为1mm～3mm；当然，在实际设置时，可以根据需要来设置所述间隙的范围，并不局限于前述范围。

进一步地，第一滤芯11和第二滤芯12可拆卸连接。由于第一滤芯11用于过滤液体杂质，第二滤芯12用于过滤固体杂质，所以两者的失效程度可能不一致，如上设置后，当滤芯10运行一段时间后，压降达到一定程度，对整个集输系统产生安全性影响，无法对气体继续进行过滤时，可对滤芯10进行检查，如果只是第二滤芯12失效，第一滤芯11仍可继续使用，则只需将第二滤芯12拆卸更换，反之亦然，如此可进一步节省运行成本。

一种简便可靠的可拆卸连接方式为，第一滤芯11和第二滤芯12通过两者的上端盖、下端盖分别可拆卸连接。

具体可参考图7-8理解，图7为第一滤芯和第二滤芯的上端盖的连接结构示意图；图8为第一滤芯和第二滤芯的下端盖的连接结构示意图。

第一上端盖114和第二上端盖124通过螺纹连接；第一下端盖115设有容纳第二下端盖125的卡槽，第二下端盖125可卡接于第一下端盖115内。

装配时，第一滤芯11的各部件固结为一体，第二滤芯12的各部件固结为一体，第二滤芯12由第一滤芯11的第一上端盖114插入，直至第二滤芯12的第二下端盖125卡置于第一下端盖115的卡槽内，然后将第二滤芯12旋紧，使其第二上端盖124和第一上端盖114之间完成螺纹配合。应当理解，在第二上端盖124和第一上端盖114的螺纹配合过程中，在第二上端盖124的旋转带动下，整个第二滤芯12均旋转，所以，第一下端盖115卡槽的设置，以能够便于第二下端盖125的旋转为准。

为了方便第二上端盖124的旋转，可以在第二上端盖124设置旋转头部124-1；具体地，该旋转头部124-1可设置为类似螺母的结构，便于用专用工具拧动第二上端盖124，确保第二上端盖124和第一上端盖114配合的可靠性。

更进一步地，第二上端盖124和第一上端盖114之间，和\或，第二下端盖125和第一下端盖115之间设有密封垫片14，如此，可确保两个滤芯之间的密封性，避免气体进入滤芯10后，未经过第二滤芯12过滤就进入第一滤芯11过滤，可进一步减少第一滤芯11的运行负荷，延长其使用寿命和更换周期。

在此基础上，第一上端盖114、第二上端盖124、第一下端盖115和第二下端盖125上还分别设置有凹槽13；如此，第一滤芯11的第一内骨架111、第一过滤介质112和第一外骨架113的两端分别置于第一上端盖114和第一下端盖115的凹槽13内；第二滤芯12的第一内骨架121和第二过滤介质122的两端分别置于第二上端盖124和第二下端盖125的凹槽13内，可结合图6理解，如此设置，提高了第一滤芯11和第二滤芯12的稳固性和可靠性。

进一步地，第二过滤介质122设为打褶过滤介质，具体地，可采用有机纤维织造布或针刺毡布制成，其具体结构可结合图5理解，如此设置，增大了第二过滤介质122的作用面积，可提高第二过滤介质122对固体杂质的纳污量，从而延长第二滤芯12的使用寿命，进一步节省运行成本。

上述各实施例中，可根据工况不同，选用合适的材料制造滤芯10的各部件。其中，滤芯10的端盖可根据需要采用钢、铝等金属材料，或塑料、发泡聚氨酯等有机材料制成；骨架可采用不锈钢、铝或聚丙烯等材料制成。

与传统聚结过滤器的聚结滤芯相比，本发明提供的滤芯将过滤液体杂质的第一滤芯和过滤固体杂质的第二滤芯组合为一体，通过第二滤芯过滤气体中的固体杂质，减少第一滤芯的运行负荷，从而延长滤芯的使用寿命；本发明提供的滤芯的制造成本增加量可控制在30%以内，综合考虑滤芯使用寿命和市场价格，本发明提供的滤芯可有效降低生产运行成本20%以上。

请参考图9和图10，图9为一种工况下本发明提供的滤芯与现有技术中聚结滤芯的压降对比图；图10为一种工况下本发明提供的滤芯与现有技术中聚结滤芯的过滤效率对比图。

该种工况为：滤芯表面过滤速度为0.1m/s，滤芯入口液滴浓度为10g/m³，滤芯入口液滴的中位粒径20μm。

这里需要指出的是，聚结过滤器主要用来滤除气体中的微细液滴，但是在试验时，微细液滴不易获取，且会增加试验时间和试验成本，所以这里液滴的粒径相对较大，但在同等工况下，足以比较出两种滤芯的优劣。

图9中，P1和P1’分别表示本发明提供的滤芯和现有技术中的聚结滤芯，随滤芯表面液滴累积量的增大，压降的变化过程，可以看出，本发明提供的滤芯达到稳态压降的时间较短，表明本发明提供的滤芯的过滤性能较佳，虽然其稳态压降与现有技术中聚结滤芯的稳态压降相比增大了20%，但是对于高压气体来说，适度的压降增加对其影响不大，综合考虑来看，本发明提供的滤芯的过滤性能较好。

图10中，S1和S1’分别表示本发明提供的滤芯和现有技术中的聚结滤芯，不同液滴粒径时的累积过滤效率，可以看出，本发明提供的滤芯的过滤效率整体优于现有技术中的聚结滤芯，尤其是对于粒径小于2μm液滴过滤效果明显。

本发明还提供一种聚结过滤器，包括套筒和设于所述套筒内的滤芯，所述滤芯为上述任一实施例所述的滤芯。

由于上述滤芯具有上述技术效果，所以包括该滤芯的聚结过滤器也具有相应的技术效果，这里不再赘述。

以上对本发明所提供的聚结过滤器及其滤芯进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种聚结过滤器的滤芯，包括具有内腔的第一滤芯，用于过滤气体中的液体杂质，其特征在于，还包括具有滤腔的第二滤芯，用于过滤气体中的固体杂质；所述第二滤芯嵌装于所述第一滤芯；

所述第二滤芯包括具有滤腔的第二内骨架和套装固定于所述第二内骨架的第二过滤介质，两者的两端分别固设有第二上端盖和第二下端盖；所述第二上端盖与所述第一滤芯的第一上端盖连接，并封堵所述滤腔的上端，所述第二下端盖与所述第一滤芯的第一下端盖连接，并具有连通所述滤腔的通孔。

2.如权利要求1所述的滤芯，其特征在于，所述第一滤芯和所述第二滤芯可拆卸连接。

3.如权利要求2所述的滤芯，其特征在于，所述第二滤芯、所述第一滤芯的上端盖和下端盖分别可拆卸连接。

4.如权利要求3所述的滤芯，其特征在于，所述第二上端盖和所述第一上端盖通过螺纹连接，所述第二下端盖和所述第一下端盖卡接。

5.如权利要求4所述的滤芯，其特征在于，所述第二上端盖和所述第一上端盖之间，和\或，所述第二下端盖和所述第一下端盖之间设有密封垫片。

6.如权利要求4所述的滤芯，其特征在于，所述第二上端盖设有旋转头部。

7.如权利要求1所述的滤芯，其特征在于，所述第二过滤介质为打褶过滤介质。

8.如权利要求1至7任一项所述的滤芯，其特征在于，所述第二滤芯和所述第一滤芯之间具有间隙。

9.一种聚结过滤器，包括套筒和设于所述套筒内的滤芯，其特征在于，所述滤芯为如权利要求1至8任一项所述的滤芯。