天然氣凈化裝置膨脹機組過濾結構改造

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(1.中原油田分公司 a.天然氣處理廠， b. 供電服務中心， 河南 濮陽 457001；2. 中國石化達州天然氣凈化有限公司， 四川 達州 635000；3. 中國石油化工股份有限公司油田事業部， 北京 100728；4. 達州特種設備監督檢驗所， 四川 達州 635000))

經驗交流

天然氣凈化裝置膨脹機組過濾結構改造

付崗1a，段慧敏1b，鄺斌全2，湯麟3，江一4

(1.中原油田分公司 a.天然氣處理廠， b. 供電服務中心， 河南 濮陽 457001；2. 中國石化達州天然氣凈化有限公司， 四川 達州 635000；3. 中國石油化工股份有限公司油田事業部， 北京 100728；4. 達州特種設備監督檢驗所， 四川 達州 635000))

針對國內某高含硫天然氣凈化廠膨脹機組運行中遇到的問題，采用國際最先進的微孔吸聲方法改造消聲過濾器，并結合聲屏障方案實施了降噪優化處理和過濾器過濾精度的提高。在整個優化改造過程中，結合現場安裝方便的情況，將降噪優化方案充分應用于消聲過濾器改造，改造后該消聲過濾器消聲效果好、結構簡單、耐腐蝕、耐高低溫、對流過其內部的流體阻力小，且具有過濾系統雜質、凈化系統、對環境無危害等特點。

膨脹機組； 消聲器； 過濾器； 節能降噪

某高含硫天然氣凈化廠6 000 m3/h(標準狀況下)空分設備膨脹機組制動風機入口由于未采用消聲設備，造成開機時吸風噪聲高達100～120 dB(A)，產生了嚴重的噪聲污染[1]，對生產現場的工作人員安全造成了危害。同時該套空分裝置還存在運行過程中風機入口過濾器不能滿足過濾風量和過濾精度要求的問題，致使空氣中含有的大量污染物顆粒未經充分過濾而直接進入機組中。在長時間高速氣流的作用下，這些固體顆粒會對機組的葉輪、葉片等內部零件產生腐蝕及磨損，從而破壞機組的動平衡，縮短設備的使用壽命，影響生產進而造成較大的經濟損失。因此，風機必須與合適的空氣消聲器、過濾器配套使用才能確保生產的平穩運行[2]。針對空分裝置現狀，結合膨脹機組制動風機入口流量及進出口壓差情況，對空分裝置膨脹機組入口消聲過濾器實施了改造。

1 過濾器改造目標

(1)人員健康 改造后的消聲過濾器一經投用，設備噪聲將降至85 dB(A)以下，使裝置員工脫離噪聲對身體造成的危害[3]。

(2)壓差與消聲量 考慮消聲過濾器對機組動力性能的影響，即在保證消聲量的前提下，使消聲過濾器的壓力損失處于合適的范圍內且盡量降低[4]，保證消聲過濾器進口至膨脹機組入口壓差不超過100 kPa，以達到節能降耗的目的[5]。

(3)過濾精度 考慮消聲過濾器的過濾精度，嚴防空氣污染物顆粒進入機組內部腐蝕機組內部葉片，破壞轉子的動平衡，確保機組的安全平穩運行。

2 消聲過濾器優化

2.1核心技術

采用微孔吸聲方法降噪。在板厚小于1.0 mm的薄板上穿孔徑小于等于1.0 mm的微孔，穿孔率為1%～5%，后部留有一定厚度(5～20 cm)的空氣層，該層不需要裝填任何吸聲材料[6,7]。此種微穿孔板吸聲結構是一種低聲質量、高聲阻的共振吸聲結構，可吸收聲波中的高強頻，并將之擴散至廣闊空間或轉移空間[8]。經與廠家技術人員研討后，確定采用在穿孔板后間隔一定距離的空氣層內填裝吸聲棉的方案優化消聲效果，以期達到進一步降噪的目的。優化后的消聲結構吸聲系數高、吸收頻帶寬、壓力損失小、氣流再生噪聲低且易于控制[9]。

2.2優化方案

采用聲屏障吸聲進行優化，聲屏障原理見圖1。聲波在傳播過程中遇到障礙(聲屏障)時，就會發生反射、透射和繞射3種現象[10]。設計合理的聲屏障能夠阻止直達聲的傳播，充分加速繞射聲的衰減，可以忽略透射聲的影響[11]。在聲源和接收點之間插入一個聲屏障，聲波只能從屏障上方繞射過去，而在其后形成一個聲影區域，就像光線被物體遮擋形成一個陰影那樣。在這個聲影區內，人們可以感覺到噪聲明顯減弱[12]。經過與廠家技術人員論證，該方案有較強的可行性，并通過合理化設計將該理論運用到了消音器內部結構的設計與制作上。從現場使用結果看，使用聲屏障吸聲原理設計的消聲結構降噪效果顯著。

圖1 聲屏障原理示圖

3 消聲過濾器技術改造

3.1技改方案

過濾器外形尺寸為230 mm×380 mm，過濾器精度為20～50 μm，共用8組。過濾器中部進氣管采用DN250 mm的無縫鋼管，外部支架用Ⅰ8槽鋼作為支撐。外部密封板采用4 mm厚的鋼板，上部8組吸聲筒采用厚3 mm的不銹鋼沖孔和120目不銹鋼絲網組合，并通過法蘭和消聲部位相連，中間充滿吸聲棉材料，下部8組空氣過濾器周邊用鋼絲網密封。差壓顯示裝置從風機進口頂端放引流小管到末端。消聲過濾器油漆采用灰色純酸磁漆。消聲過濾器的設計與制造按照GB/T 50087—2013《工業企業噪聲控制設計規范》[13]所列標準與規范執行，滿足原機組的使用要求[14]，并保證消聲過濾器的制造質量。實體消聲過濾器和濾芯見圖2。

3.2現場安裝

在現場安裝過程中，考慮到盡量減少對現有空分裝置結構的改動，避免打破裝置平衡性，利用分餾塔現有的200×200的H型鋼作為支架，將消聲過濾器固定在型鋼之上。為了避免消聲過濾器與安裝支架位置發生干涉。將DN250 mm規格的無縫鋼管及90°彎頭避開現場的安裝支架，并與消聲過濾器

圖2 消聲過濾器和濾芯實體

進口法蘭連接。膨脹機組消聲過濾器安裝示意圖、工業裝置現場圖見圖3。

圖3 膨脹機組消聲過濾器安裝圖及實物圖

4 膨脹機組消聲過濾器技術改造效果

改造前和改造后的消聲過濾器性能指標對比情況見表1。

表1 膨脹機組消聲過濾器技術改造前后對比

分析表1所列的各項數據可以看出，過濾器的改造效果良好，在降噪的同時綜合考慮了過濾精度和壓降，整機性能得到了優化并確保了膨脹機組的平穩運行。

同時，安裝了組合式空氣消聲過濾器的生產實踐證明，膨脹機組消聲過濾器的改造也產生了良好的經濟效益和社會效益。經濟效益包括：①檢維修方便。該消聲過濾器拆卸方便，維修時可保證設備的連續運行，能有效地避免正常工況下停機檢維修造成的經濟損失及不良影響。②濾塵效果好。采用了這種組合式空氣消聲過濾器，機組運行半年解體檢查,氣缸體中間冷卻器散熱片及吸、排氣閥組幾乎見不到灰塵,而且積炭也明顯減少,經標定濾塵效率為98%，有效保證了膨脹機組轉子的動平衡，可預防機組非正常停車甚至事故的發生；社會效益包括：①降低噪聲。設計與制造相關數據表明,使用組合式空氣消聲過濾器后，風機進口過濾器過濾精度不小于20 μm。現場風機進口噪聲分貝值不高于原有分貝的50%，達到了國家《工業企業噪聲衛生標準》[15],降低了機組周圍噪聲，阻力小，改善了工作環境，有利于職工的身心健康[16]。②振動減弱。消除了空氣波對周圍環境所產生的振動。壓縮機運行過程中使周圍空氣產生振動波,對人體、建筑物有一定影響,使用組合式空氣消聲過濾器,將使空氣振動得到有效地控制[17，18]。

5 結語

本次改造采用的組合式消聲過濾器是工廠用壓縮機、膨脹機組的關鍵配套設備,其作用是降低吸氣口的噪聲,改善環境。該設備可以有效減少機組運行過程中所吸入的灰塵及雜質,減少機組積炭,是兼具除塵、消噪于一體的一種新型、高效、低噪的過濾器,可以確保機組的動平衡，促使機組長期、有效、平穩運行,減少各種費用,具有很好的經濟效益和社會效益。

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(柏編)

FilterStructureTechnicalModificationofExpansionUnitofNaturalGasPurificationPlant

FUGang1a，DUANHui-min1b，KUANGBin-quan2，TANGLin3，JIANGYi4

(1.Zhongyuan Oilfield Company a. Natural Gas Processing Plant，b. Electricity Power Supply Center, Puyang 457001, China；2. SINOPEC Dazhou Natural Gas Purification Corporation, Dazhou 635000， China；3.SINOPEC Oilfield Business Department, Beijing 100728, China；4. Dazhou Special Equipment Supervision and Inspection Institute, Dazhou 635000， China )

The technical modification of filter structure of expansion unit of a domestic purification plant for high sulfur-contained natural gas processing was introduced based on the analysis of problems in operation. Silencer elements were integrated into filters according to the most international advanced microporous absorption method. Measures were taken for reducing noise and improving filtration precision combined with acoustic barrier proposal. During the process of the modification, the noise reduction optimization scheme was fully applied to the filter with fully consideration of convenient installation on site. The new silencer-filter owns advantages and characteristics such as good noise reduction effect, a simple structure, more corrosion resistant, extreme temperature tolerance, filtering system impurities, no damage to the environment, etc.

expansion unit； silencer； filter； energy saving and noise reduction

TQ051.805; TE644

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.05.012

1000-7466(2017)05-0062-04

2017-03-28

付 崗(1982-)，女，遼寧黑山人，工程師，學士，長期從事天然氣處理設備的管理工作。