過濾分離設備在天然氣長輸管道中的應用

王佳宇

摘要：過濾分離設備主要用于去除天然氣中的固體顆粒和液體雜質，保證長輸管網運行安全，是管網運行的核心設備。根據不同的天然氣氣質和功能要求，可選擇不同的過濾分離設備結構和形式。

關鍵詞：過濾分離設備;天然氣;長輸管道;應用

一、長輸管道中過濾分離設備介紹

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。其結構如圖1所示。

過濾分離器主要由殼體、快開盲板、液袋和內部組成，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構，內部分離器將殼體分為進料腔和出料腔，濾芯固定在分離器上。天然氣先從進氣口進入進料室，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，和優良的固體雜質和大液滴在氣的外表面上攔截過濾器的元素，和凈化天然氣進入放電腔內的過濾元件。在排出室中設有葉片分離器。通過改變天然氣的流動通道，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。天然氣經濾芯和葉片分離器兩次分離后，由殼體的出氣口進入下游，從而實現氣固氣液分離。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%。結構圖如圖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、保護套等組成。上下端蓋及金屬中心管均為不銹鋼材質，過濾介質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。氣體由外向內通過濾芯，固體雜質及較大液滴被截留在過濾介質內，實現氣液氣固分離。過濾濾芯整體結構強度要求在0.65MPa以上，需要定期更換，更換壓差為0.12MPa。

2.氣-液聚結分離器

氣-液聚結分離器采用氣液聚結濾芯作為分離元件，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所，其結構如圖3所示。

氣-液聚結分離器主要由殼體和內件組成，內件主要包括隔板和氣液聚結濾芯。氣-液聚結分離器多為立式結構，內部被隔板分為上、下兩個腔室。氣液聚結濾芯位于上腔室，固定在隔板上。天然氣首先由進氣口進入下腔室，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。之后天然氣由內向外通過氣液聚結濾芯，聚結濾芯由內向外依次為過濾層、聚結層和排放層。通過過濾層進一步去除氣體中的固體顆粒雜質，通過聚結層使氣體中的細小液滴變為較大粒徑的液滴，通過排放層使得聚結長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入下游，氣液分離過程結束。氣-液聚結分離器的核心元件是氣液聚結濾芯，過濾精度為0.3μM，對于氣體中0.3μM以上液滴的去除率為99.8%，其結構如圖4所示。

氣-液聚結濾芯主要由上端蓋、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，密封墊為氟橡膠材質。功能層由內向外分為過濾層、聚結層和排放層。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，防止顆粒雜質污染聚結層材料，影響脫液效果;聚結層材料為玻璃纖維氈，絲徑為1μM，孔徑隨氣流方向逐漸變大。超細玻纖能夠有效捕捉氣體中的微小液滴，隨著氣體的流動，小液滴被送入深層纖維，同其他小液滴碰撞后聚結成更大的液滴。聚結過程不斷重復，最終將0.5～300μM的小液滴變為0.5～2.2MM的大液滴。

氣-液聚結原理如圖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。排放層表面多經過改性，具有良好的疏油疏水功能，能夠使聚結長大的液滴快速脫落。

氣-液聚結濾芯也是易耗品，需要定期進行更換，更換壓降為0.12MPa，使用時間不能超過24個月。

二、過濾分離設備在長輸管道中的應用

1.固體顆粒雜質含量較高的工況

在天然氣長輸管道的首站、天然氣儲氣庫井口以及煤層氣并網壓氣站等環節，天然氣中固體顆粒雜質含量很高，但含液量相對較低。針對此種氣質狀況，為達到天然氣凈化要求，同時考慮到運行的經濟性。

進站天然氣首先進入旋風分離器，去除粒徑在10μM以上的較大固體顆粒雜質，然后進入濾芯式過濾分離器，通過過濾濾芯去除粒徑在1μM以上較為細小的固體顆粒雜質和較大液滴。通過兩級處理后，天然氣達到氣質要求進入壓縮機，經過加壓后進入下游。壓縮機下游的過濾分離器視氣質而定，若經過壓縮機后含液量不高，可以直接進入管網，不需通過下游的過濾分離器。

旋風分離器的核心元件為旋風子，可長期使用不需更換。而過濾分離器內的過濾濾芯為耗材，若來氣中雜質含量高時，過濾濾芯壓降上升較快，使用壽命會變短。兩者結合使用后，實現分級處理，既保證了處理效果，同時也最大限度延長了過濾濾芯的使用壽命，實現了運行維護的經濟性。

2.固體顆粒雜質及液滴含量較低的工況

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

此種工況下，過濾分離器的效率應滿足SY/T6883—2012《輸氣管道工程過濾分離設備規范》中的相關規定，即固體1μM以上顆粒分級效率為99.0%，3μM以上顆粒分級效率為99.5%，5μM以上顆粒分級效率為99.8%;1μM以上液滴分級效率為98.0%。

3.液滴含量較高的工況

往復式壓縮機應用于天然氣長輸管道的一些壓縮站中。往復式壓縮機需要定期補充潤滑油，但在高溫高壓下，潤滑油氣化成非常小的油滴隨著流量進入下游，導致潤滑油損失嚴重，頻繁加油，并使天然氣在燃燒時熱值不穩定，無法滿足供氣質量要求。因此，必須有效去除天然氣中的油滴。另外，在長天然氣輸送管道的施工過程中有時會經過海底，由于溫度的變化，天然氣中會產生大量凝析油，必須通過過濾分離設備進行去除。對于含液量高的工況，采用氣液聚結分離器進行凈化處理。

結束語：

天然氣中的固體顆粒雜質和液滴會對天然氣的儲存、運輸、計量和運行安全產生很大的影響。因此，必須使用適當的過濾分離設備去除上述污染物，以保證管網安全穩定運行。天然氣過濾分離器、氣液聚結分離器、旋風分離器和組合式過濾分離器廣泛應用于長距離天然氣管道。根據設備的技術原理、氣質和使用要求，在長輸管道的不同工況下，采用不同的工藝方案。過濾分離設備是天然氣長距離輸氣網絡安全運行的有效保障。隨著我國天然氣消費量的不斷增加，過濾分離設備將發揮越來越重要的作用。

參考文獻

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