過濾分離設(shè)備在天然氣長(zhǎng)輸管道中的應(yīng)用

王佳宇

摘要：過濾分離設(shè)備主要用于去除天然氣中的固體顆粒和液體雜質(zhì)，保證長(zhǎng)輸管網(wǎng)運(yùn)行安全，是管網(wǎng)運(yùn)行的核心設(shè)備。根據(jù)不同的天然氣氣質(zhì)和功能要求，可選擇不同的過濾分離設(shè)備結(jié)構(gòu)和形式。

關(guān)鍵詞：過濾分離設(shè)備;天然氣;長(zhǎng)輸管道;應(yīng)用

一、長(zhǎng)輸管道中過濾分離設(shè)備介紹

1.過濾分離器

天然氣過濾分離器采用濾芯作為濾芯，主要用于去除天然氣中含有的小顆粒固體粉塵和大顆粒液滴。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

過濾分離器主要由殼體、快開盲板、液袋和內(nèi)部組成，主要包括分離器、濾芯和葉片分離器。過濾分離器主要為臥式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部分離器將殼體分為進(jìn)料腔和出料腔，濾芯固定在分離器上。天然氣先從進(jìn)氣口進(jìn)入進(jìn)料室，氣體中夾帶的大型固體顆粒和液滴在重力作用下沉積到殼體底部，液滴被收集并流入液袋。初始沉降分離后，天然氣通過濾芯從外到內(nèi)，和優(yōu)良的固體雜質(zhì)和大液滴在氣的外表面上攔截過濾器的元素，和凈化天然氣進(jìn)入放電腔內(nèi)的過濾元件。在排出室中設(shè)有葉片分離器。通過改變天然氣的流動(dòng)通道，氣體中攜帶的小液滴相互碰撞并聚合成大液滴，然后沉降并合并到液體聚集袋中。天然氣經(jīng)濾芯和葉片分離器兩次分離后，由殼體的出氣口進(jìn)入下游，從而實(shí)現(xiàn)氣固氣液分離。過濾分離器的核心功能元件為過濾元件，過濾精度為1μm，固體顆粒過濾效率為99.0%。結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

濾芯主要由上端蓋、下端蓋、金屬中心管、墊片、過濾介質(zhì)、保護(hù)套等組成。上下端蓋及金屬中心管均為不銹鋼材質(zhì)，過濾介質(zhì)為聚酯纖維纏繞管或聚丙烯纖維噴嘴，形成梯度深濾。橡膠墊塊材料為丁腈橡膠或氟橡膠。濾芯通過端蓋接口安裝固定在濾芯分離器殼體內(nèi)。氣體由外向內(nèi)通過濾芯，固體雜質(zhì)及較大液滴被截留在過濾介質(zhì)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)氣液氣固分離。過濾濾芯整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求在0.65MPa以上，需要定期更換，更換壓差為0.12MPa。

2.氣-液聚結(jié)分離器

氣-液聚結(jié)分離器采用氣液聚結(jié)濾芯作為分離元件，主要用于去除天然氣中的較小粒徑液滴，適用于天然氣中含液量較高或處理精度要求更高的場(chǎng)所，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

氣-液聚結(jié)分離器主要由殼體和內(nèi)件組成，內(nèi)件主要包括隔板和氣液聚結(jié)濾芯。氣-液聚結(jié)分離器多為立式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部被隔板分為上、下兩個(gè)腔室。氣液聚結(jié)濾芯位于上腔室，固定在隔板上。天然氣首先由進(jìn)氣口進(jìn)入下腔室，較大液滴和粉塵在重力作用下初步沉降，由底部排污口排出。之后天然氣由內(nèi)向外通過氣液聚結(jié)濾芯，聚結(jié)濾芯由內(nèi)向外依次為過濾層、聚結(jié)層和排放層。通過過濾層進(jìn)一步去除氣體中的固體顆粒雜質(zhì)，通過聚結(jié)層使氣體中的細(xì)小液滴變?yōu)檩^大粒徑的液滴，通過排放層使得聚結(jié)長(zhǎng)大的液滴能夠與濾芯本體快速脫離。在重力作用下，較大粒徑液滴沉降到隔板底部，由排液口排出。除液后的天然氣由位于濾芯上部的出氣口進(jìn)入下游，氣液分離過程結(jié)束。氣-液聚結(jié)分離器的核心元件是氣液聚結(jié)濾芯，過濾精度為0.3μM，對(duì)于氣體中0.3μM以上液滴的去除率為99.8%，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

氣-液聚結(jié)濾芯主要由上端蓋、下端蓋、中心管、密封墊和功能層組成。端蓋和中心管為不銹鋼材質(zhì)，密封墊為氟橡膠材質(zhì)。功能層由內(nèi)向外分為過濾層、聚結(jié)層和排放層。過濾層材料為玻璃纖維紙，精度為0.1μM，通過折波形式增大過濾面積。過濾層主要功能是去除天然氣中的固體顆粒雜質(zhì)，防止顆粒雜質(zhì)污染聚結(jié)層材料，影響脫液效果;聚結(jié)層材料為玻璃纖維氈，絲徑為1μM，孔徑隨氣流方向逐漸變大。超細(xì)玻纖能夠有效捕捉氣體中的微小液滴，隨著氣體的流動(dòng)，小液滴被送入深層纖維，同其他小液滴碰撞后聚結(jié)成更大的液滴。聚結(jié)過程不斷重復(fù)，最終將0.5～300μM的小液滴變?yōu)?.5～2.2MM的大液滴。

氣-液聚結(jié)原理如圖5所示;排放層材料為聚酯纖維，一般多以針刺氈形式使用，孔徑多為50～100μM。排放層表面多經(jīng)過改性，具有良好的疏油疏水功能，能夠使聚結(jié)長(zhǎng)大的液滴快速脫落。

氣-液聚結(jié)濾芯也是易耗品，需要定期進(jìn)行更換，更換壓降為0.12MPa，使用時(shí)間不能超過24個(gè)月。

二、過濾分離設(shè)備在長(zhǎng)輸管道中的應(yīng)用

1.固體顆粒雜質(zhì)含量較高的工況

在天然氣長(zhǎng)輸管道的首站、天然氣儲(chǔ)氣庫井口以及煤層氣并網(wǎng)壓氣站等環(huán)節(jié)，天然氣中固體顆粒雜質(zhì)含量很高，但含液量相對(duì)較低。針對(duì)此種氣質(zhì)狀況，為達(dá)到天然氣凈化要求，同時(shí)考慮到運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

進(jìn)站天然氣首先進(jìn)入旋風(fēng)分離器，去除粒徑在10μM以上的較大固體顆粒雜質(zhì)，然后進(jìn)入濾芯式過濾分離器，通過過濾濾芯去除粒徑在1μM以上較為細(xì)小的固體顆粒雜質(zhì)和較大液滴。通過兩級(jí)處理后，天然氣達(dá)到氣質(zhì)要求進(jìn)入壓縮機(jī)，經(jīng)過加壓后進(jìn)入下游。壓縮機(jī)下游的過濾分離器視氣質(zhì)而定，若經(jīng)過壓縮機(jī)后含液量不高，可以直接進(jìn)入管網(wǎng)，不需通過下游的過濾分離器。

旋風(fēng)分離器的核心元件為旋風(fēng)子，可長(zhǎng)期使用不需更換。而過濾分離器內(nèi)的過濾濾芯為耗材，若來氣中雜質(zhì)含量高時(shí)，過濾濾芯壓降上升較快，使用壽命會(huì)變短。兩者結(jié)合使用后，實(shí)現(xiàn)分級(jí)處理，既保證了處理效果，同時(shí)也最大限度延長(zhǎng)了過濾濾芯的使用壽命，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性。

2.固體顆粒雜質(zhì)及液滴含量較低的工況

天然氣長(zhǎng)輸管道的中下游，由于經(jīng)過壓氣站過濾分離設(shè)備的層層凈化，天然氣的氣質(zhì)條件較好，天然氣中固體顆粒雜質(zhì)及液滴含量均較低，在此種工況條件下，多使用濾芯式過濾分離器一級(jí)處理單元來凈化天然氣。

此種工況下，過濾分離器的效率應(yīng)滿足SY/T6883—2012《輸氣管道工程過濾分離設(shè)備規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，即固體1μM以上顆粒分級(jí)效率為99.0%，3μM以上顆粒分級(jí)效率為99.5%，5μM以上顆粒分級(jí)效率為99.8%;1μM以上液滴分級(jí)效率為98.0%。

3.液滴含量較高的工況

往復(fù)式壓縮機(jī)應(yīng)用于天然氣長(zhǎng)輸管道的一些壓縮站中。往復(fù)式壓縮機(jī)需要定期補(bǔ)充潤(rùn)滑油，但在高溫高壓下，潤(rùn)滑油氣化成非常小的油滴隨著流量進(jìn)入下游，導(dǎo)致潤(rùn)滑油損失嚴(yán)重，頻繁加油，并使天然氣在燃燒時(shí)熱值不穩(wěn)定，無法滿足供氣質(zhì)量要求。因此，必須有效去除天然氣中的油滴。另外，在長(zhǎng)天然氣輸送管道的施工過程中有時(shí)會(huì)經(jīng)過海底，由于溫度的變化，天然氣中會(huì)產(chǎn)生大量凝析油，必須通過過濾分離設(shè)備進(jìn)行去除。對(duì)于含液量高的工況，采用氣液聚結(jié)分離器進(jìn)行凈化處理。

結(jié)束語：

天然氣中的固體顆粒雜質(zhì)和液滴會(huì)對(duì)天然氣的儲(chǔ)存、運(yùn)輸、計(jì)量和運(yùn)行安全產(chǎn)生很大的影響。因此，必須使用適當(dāng)?shù)倪^濾分離設(shè)備去除上述污染物，以保證管網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。天然氣過濾分離器、氣液聚結(jié)分離器、旋風(fēng)分離器和組合式過濾分離器廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離天然氣管道。根據(jù)設(shè)備的技術(shù)原理、氣質(zhì)和使用要求，在長(zhǎng)輸管道的不同工況下，采用不同的工藝方案。過濾分離設(shè)備是天然氣長(zhǎng)距離輸氣網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行的有效保障。隨著我國(guó)天然氣消費(fèi)量的不斷增加，過濾分離設(shè)備將發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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