燃氣過濾器應用的探討

摘要：分析燃氣過濾器的工作原理及設計選型和安裝方法提出在設計、安裝和制造方面的改進措施
關鍵詞：燃氣過濾器、設計、安裝
中圖分類號：TU996
文獻標識碼：B
文章編號：1000—4416(2005)10—0036—03
　在北京市引進陜甘寧天然氣的過程中，出現過一些問題，如雖然安裝了燃氣過濾器(以下簡稱過濾器)，但其后的調壓器閥口仍然受到雜質的沖刷，影響調壓器的正常工作。雜質的分析城鎮燃氣輸配系統中的雜質可分為來自氣田的雜質、長輸管道中的雜質、長輸管道事故后進人管道的雜質、門站到調壓站前管網的雜質以及施工中或事故后進人燃氣管網的雜質。從雜質類型來看，主要包括氣井開采中可能產生的固體顆粒，施工中帶人管道的土壤、沙礫和焊渣等，管道銹蝕產生的銹渣，管道破損后進入的雜質。按雜質粒徑可分為大于lOtxm的雜質和小于10Ixm的雜質。按雜質的危害可分為直接損害后端設備的雜質，對后端設備損害較小的雜質和對后端設備損害可以忽略不計的雜質。根據北京市衙門口接收站和次渠接收站多年運行的資料，除管道運行初期及事故外，過濾后的天然氣一般不含水分。天然氣中雜質的粒徑及成分見表1。

2 過濾器的工作原理
常見的過濾原理分為慣性作用、擴散作用和靜電作用h引。
①慣性作用是指大顆粒粉塵隨天然氣的高速流動做慣性運動，具有一定的動量。當氣流遇障礙物繞行時，粉塵因慣性偏離氣流方向并撞到障礙物上(碰撞到濾芯時被攔住)。粉塵粒徑越大，慣性力越大，撞擊障礙物的可能性越大，過濾效果越好(見圖1、2)。

粉塵粒徑圖2粉塵粒徑與過濾效率的關系
②擴散作用是指小顆粒粉塵作無規則的布朗運動，粉塵越小，無規則運動越劇烈，撞擊障礙物的機會越多，過濾效果越好。
③靜電作用是指過濾材料帶靜電或者粉塵帶靜電，過濾效果可以明顯改善。其原因主要有2個：一是靜電力使粉塵改變運動軌跡并撞向障礙物，二是靜電力使粉塵在介質上粘得更牢固。燃氣中的小顆粒粉塵主要作布朗運動，粒子越小，過濾器的效率越高；大顆粒粉塵主要做慣性運動，粒子越大，過濾器的效率越高。擴散和慣性作用都不明顯的那部分粉塵最難過濾，對過濾器性能而言，過濾效率最低點的效率值最具代表性。

3.過濾器的應用
3.1過濾器的選型與安裝
①選型：過濾器的選型需遵循以下原則：根據要求選擇不同過濾效率的過濾器，保證需要的過濾粒徑要求；盡可能減少壓力損失；對雜質的處理要簡便安全不影響供氣；盡可能減少維護次數；減少易損件。常用的過濾器有旋風式過濾器和濾芯式過濾器。旋風式過濾器利用慣性作用，過濾精度較低，處理能力比較大，體積大，維護和檢修方便。一般用在氣質較臟而后端設備對氣質要求不高的場所效果較好。濾芯式過濾器的種類很多，過濾精度可以做得很高，處理能力相對較小，維護和檢修不太方便。一般用在氣質較潔凈的場所，氣質臟時需要經常維護，后端設備對氣質要求高時效果較好。
②安裝：設置在城市門站內的過濾器，對氣體進行處理，將長輸管道中的絕大多數雜質過濾掉。采用一次性集中處理，減少下游城市輸配管網雜質的處理量，降低下游管網過濾器的綜合費用。城市門站的過濾系統通常設置為二級過濾，一級采用旋風式過濾器，二級采用濾芯式過濾器。設置在區域調壓站的過濾器主要處理門站后到調壓站前管網中的雜質及少量門站處理的剩余雜質，保護調壓器等設備。一般采用濾芯式過濾器。在用戶調壓箱內的過濾器是燃氣用具的最后一道保護裝置，主要是攔截城市中壓輸配管網運行中的雜質，保護燃氣用具安全用氣。一般采用濾芯式過濾器。
3.2過濾面積的計算
過濾器的過濾面積與氣體的流量、流速、過濾器的壓力降和氣體的物理化學性質等因素有關。過濾器設計時根據用戶的要求確定壓力降和流量等參數。以下主要探討濾芯式過濾器的過濾面積計算H～'0，分粗過濾器和精細過濾器2種類型。粗過濾器的過濾面積計算過程為先初選過濾面積，然后校核計算壓力降是否符合要求。計算公式為：
△p=8/2J9 (1)式中卸——壓力降，s——阻力系數——流體流過編織網的速度，m/s P——流體在工作狀態下的密度，kg/m。

阻力系數占可按下列經驗公式計算：
占=1.872[(1-So/S)+(So/S-1)
(2)式中So——過濾網孔的全部面積S——過濾網的全部面積。不同材料的過濾網對應不同的阻力系數。精細過濾器的計算公式為：卸=tz礦a^q (3)式中/x——粘度，Pa.s d——濾材的厚度。Q——天然氣在工作狀態下的流量，ma/s K——濾材的透氣度系數。A——過濾面積。
3.3濾芯過濾介質的選擇
常用濾芯過濾介質的優缺點見表2。

過濾介質	優 點	缺 點
金屬編織網	耐磨、耐高溫、不易被顆粒堵塞。易清洗、再生、沒有介質遷移，價格低。	過濾精度低
金屬纖維燒結毯	耐磨，耐高溫。過濾精度高。易清洗、再生。沒有介質遷移，空隙率和透氣率高，使用壽命長。	價格高
金屬粉末燒結管	耐磨，耐高溫，過濾精度高。易清洗、再生。偶爾有介質遷移。空隙率和透氣率低，使用壽命長。	價格高外型較大易堵塞
陶瓷粉末燒結管	耐磨，耐高溫。過濾精度高。空隙率和透氣率低，使用壽命長，價格低。	有介質遷移易堵塞強度低易碎
多孔塑料	耐腐蝕，過濾精度高，沒有介質遷移。空隙率和透氣率低。	易堵塞強度低不耐磨

　粗過濾的主要目的是除掉燃氣中粒徑大于10斗m的顆粒。過濾介質可采用過濾精度為lOLm的金屬編織網，材質可選擇1Crl8Ni9Ti.精細過濾是將粗過濾沒有濾去的大量微小(粒徑小于10斗m)固體雜質過濾除去，達到凈化燃氣、保護下游設備的目的。精細過濾器的過濾介質可采用金屬纖維燒結毯，其孔徑成階梯結構，形成曲折迂回的通道。當固體顆粒大于濾材表面孔徑時直接被濾材表面攔截，而較小的顆粒則進入濾材的內部，慣性碰撞到通道壁，由于吸附作用使其保持在那里并被濾除。金屬纖維燒結毯經大面積折疊成筒式濾芯，最高過濾精度可達到0.3I.Lm其納污能力強，空隙率高，透氣率高。
3.4過濾器的改進措施
①增大過濾面積由于燃氣中含有雜質，可采取增大過濾面積的辦法來改善過濾效果，即加大濾芯或濾網的尺寸或增加濾芯個數來增加過濾面積日。同時將過濾器筒體直徑加大，減緩氣體的流速。
②采用反吹流程：為減少過濾器清洗的勞動強度和頻次，可采用反吹流程。一般在過濾器出口設置一閥門，對過濾器外接氣源如N：或從高壓端引入燃氣，對濾芯進行反方向吹掃，操作時切斷過濾器前后管路的閥門。接入高壓氣體后，打開排污閥，將吸附在濾芯上的雜質沖刷下來，并通過排污閥排出。操作過程中，排污閥應瞬間打開排出一定雜質后就關上，連續幾次間歇性排污后，過濾器的雜質將被清除。③改善排污口：將過濾器筒體底部容積加大，以增加雜質存放空間。一般過濾器的排污口較小，為解決雜質顆粒比較大而堵塞排污口的問題，將排污口根據空間的允許適量放大。

參考文獻：
[1]蔡杰-空氣過濾器問題、第五屆中國國際(北京)潔凈技術學術論壇文集、北京：中國電子學會潔凈技術分會，1991.219—223
[2]郭蘭京-過濾器的凈度分析和選定、中國金屬學會冶金設備學會第四屆液壓與氣動學術年會論文集撫順：中國金屬學會冶金設備學會，1990.320-327
[3]張雯-過濾介質及過濾器的選擇、第二屆全國非均相分離學術交流會論文集、北京：中國通用機械工業協會分離機械分會，1990.152—159
[4]譚天佑、梁鳳珍-工業通風除塵技術、北京：中國建筑工業出版社，1984
[5]向曉東、現代除塵理論與技術、北京：冶金工業出版社，2002
[6]張殿印、張學義－除塵技術手冊、北京：冶金工業出版社，2002
[7]朱能、趙赫－金屬纖維氈用于鍋爐煙氣高溫除塵的研究、煤氣與熱力，2005.25(1):48—51
[8]黃紅祥、孟紅、朱連友－城市燃氣輸配系統中過濾器的改造煤氣與熱力，2004,24(8):464—465