燃氣過濾器應(yīng)用的探討

摘要：分析燃氣過濾器的工作原理及設(shè)計選型和安裝方法提出在設(shè)計、安裝和制造方面的改進措施
關(guān)鍵詞：燃氣過濾器、設(shè)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(xiàn)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(diào)壓器閥口仍然受到雜質(zhì)的沖刷，影響調(diào)壓器的正常工作。雜質(zhì)的分析城鎮(zhèn)燃氣輸配系統(tǒng)中的雜質(zhì)可分為來自氣田的雜質(zhì)、長輸管道中的雜質(zhì)、長輸管道事故后進人管道的雜質(zhì)、門站到調(diào)壓站前管網(wǎng)的雜質(zhì)以及施工中或事故后進人燃氣管網(wǎng)的雜質(zhì)。從雜質(zhì)類型來看，主要包括氣井開采中可能產(chǎn)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(chǎn)生的銹渣，管道破損后進入的雜質(zhì)。按雜質(zhì)粒徑可分為大于lOtxm的雜質(zhì)和小于10Ixm的雜質(zhì)。按雜質(zhì)的危害可分為直接損害后端設(shè)備的雜質(zhì)，對后端設(shè)備損害較小的雜質(zhì)和對后端設(shè)備損害可以忽略不計的雜質(zhì)。根據(jù)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(zhì)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(guān)系
②擴散作用是指小顆粒粉塵作無規(guī)則的布朗運動，粉塵越小，無規(guī)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(zhì)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(yīng)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(jù)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(zhì)的處理要簡便安全不影響供氣；盡可能減少維護次數(shù)；減少易損件。常用的過濾器有旋風(fēng)式過濾器和濾芯式過濾器。旋風(fēng)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(zhì)較臟而后端設(shè)備對氣質(zhì)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(zhì)較潔凈的場所，氣質(zhì)臟時需要經(jīng)常維護，后端設(shè)備對氣質(zhì)要求高時效果較好。
②安裝：設(shè)置在城市門站內(nèi)的過濾器，對氣體進行處理，將長輸管道中的絕大多數(shù)雜質(zhì)過濾掉。采用一次性集中處理，減少下游城市輸配管網(wǎng)雜質(zhì)的處理量，降低下游管網(wǎng)過濾器的綜合費用。城市門站的過濾系統(tǒng)通常設(shè)置為二級過濾，一級采用旋風(fēng)式過濾器，二級采用濾芯式過濾器。設(shè)置在區(qū)域調(diào)壓站的過濾器主要處理門站后到調(diào)壓站前管網(wǎng)中的雜質(zhì)及少量門站處理的剩余雜質(zhì)，保護調(diào)壓器等設(shè)備。一般采用濾芯式過濾器。在用戶調(diào)壓箱內(nèi)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(wǎng)運行中的雜質(zhì)，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(xué)性質(zhì)等因素有關(guān)。過濾器設(shè)計時根據(jù)用戶的要求確定壓力降和流量等參數(shù)。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(shù)——流體流過編織網(wǎng)的速度，m/s P——流體在工作狀態(tài)下的密度，kg/m。

阻力系數(shù)占可按下列經(jīng)驗公式計算：
占=1.872[(1-So/S)+(So/S-1)
(2)式中So——過濾網(wǎng)孔的全部面積S——過濾網(wǎng)的全部面積。不同材料的過濾網(wǎng)對應(yīng)不同的阻力系數(shù)。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(tài)下的流量，ma/s K——濾材的透氣度系數(shù)。A——過濾面積。
3.3濾芯過濾介質(zhì)的選擇
常用濾芯過濾介質(zhì)的優(yōu)缺點見表2。

過濾介質(zhì)	優(yōu) 點	缺 點
金屬編織網(wǎng)	耐磨、耐高溫、不易被顆粒堵塞。易清洗、再生、沒有介質(zhì)遷移，價格低。	過濾精度低
金屬纖維燒結(jié)毯	耐磨，耐高溫。過濾精度高。易清洗、再生。沒有介質(zhì)遷移，空隙率和透氣率高，使用壽命長。	價格高
金屬粉末燒結(jié)管	耐磨，耐高溫，過濾精度高。易清洗、再生。偶爾有介質(zhì)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(jié)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(zhì)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(zhì)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(zhì)可采用過濾精度為lOLm的金屬編織網(wǎng)，材質(zhì)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(zhì)過濾除去，達到凈化燃氣、保護下游設(shè)備的目的。精細過濾器的過濾介質(zhì)可采用金屬纖維燒結(jié)毯，其孔徑成階梯結(jié)構(gòu)，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(nèi)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(jié)毯經(jīng)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(zhì)，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(wǎng)的尺寸或增加濾芯個數(shù)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(shè)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(zhì)沖刷下來，并通過排污閥排出。操作過程中，排污閥應(yīng)瞬間打開排出一定雜質(zhì)后就關(guān)上，連續(xù)幾次間歇性排污后，過濾器的雜質(zhì)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(zhì)存放空間。一般過濾器的排污口較小，為解決雜質(zhì)顆粒比較大而堵塞排污口的問題，將排污口根據(jù)空間的允許適量放大。

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