天然氣過濾分離器失效原因分析與結(jié)構(gòu)改進(jìn)優(yōu)化研究

康喜，謝軍，黃海宇，肖天馳，陳氡

（西南油氣田公司川西北氣礦劍閣天然氣凈化廠，四川 成都 610051）

1 概況

在天然氣采輸過程中，一般加有緩蝕劑DT-1、化排劑UT-1、消泡劑SB-1等物質(zhì)。其中化排劑UT-1屬于表面活性類物質(zhì)，具有較強(qiáng)的發(fā)泡性能。在天然氣輸送過程中還不斷產(chǎn)生碎屑、銹渣、粉塵、油的碳化物及凝析水。當(dāng)天然氣中所含緩蝕劑、化排劑、消泡劑以及集輸場站未過濾干凈的碎屑、銹渣、粉塵、油的碳化物及凝析水帶入凈化廠吸收塔設(shè)備時，就會造成嚴(yán)重發(fā)泡，影響整套凈化設(shè)備的正常運(yùn)行。但是，現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)了過濾器壓差基本不上升的情況，無法通過壓差來判斷過濾器是否需要更換濾芯。雖然壓差基本不上升，但根據(jù)過濾器液位上升情況即可說明過濾器捕集到液滴，起到了分離原料氣雜質(zhì)的作用。但是，壓差不變化，不是過濾器的正常工況，因此有必要對過濾器工況進(jìn)行研究分析，找到壓差無變化的根本原因，明確濾芯更換周期。

2 天然氣過濾分離器運(yùn)行工況分析

原料氣過濾器屬于脫硫單元的重要設(shè)備，過濾效果的好壞直接制約著整套裝的生產(chǎn)情況。該廠天然氣過濾分離器B已運(yùn)行約一年時間，下游脫硫吸收塔設(shè)備頻繁發(fā)泡，而查看天然氣過濾分離器B設(shè)備DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)一年內(nèi)的壓差值始終維持在0.3kPa左右，而根據(jù)《輸氣管道工程過濾分離設(shè)備規(guī)范》SY/T 6883-2012中要求，過濾器濾芯初始壓降應(yīng)小于10kPa，在使用過程中，隨著過濾物質(zhì)的堆積，壓差會逐漸上升，當(dāng)達(dá)到120kPa時，應(yīng)及時更換濾芯，濾芯的設(shè)計(jì)使用壽命不應(yīng)小于1年。也就是說，隨著過濾時間的增加，過濾掉的天然氣雜質(zhì)會附著在濾芯上導(dǎo)致過濾器壓差升高，觀察現(xiàn)場過濾器一年時間內(nèi)的壓差始終無變化，考慮可能是過濾器內(nèi)部密封或者過濾器濾芯失效，為了改善后端設(shè)備內(nèi)溶液頻繁發(fā)泡情況，保證正常生產(chǎn)，需將原料氣過濾器打開進(jìn)行仔細(xì)檢查，分析可能造成其失效的根本原因。

3 天然氣過濾分離器失效原因分析

3.1 天然氣過濾分離器工作原理

天然氣過濾氣主要有進(jìn)氣口、出氣口、中間隔板、濾芯支撐桿、濾芯、支撐環(huán)、下端排污口等部件組成，原料天然氣通過進(jìn)氣口后經(jīng)過安裝于濾芯支撐桿的濾芯，天然氣由濾芯外部進(jìn)入濾芯內(nèi)部完成過濾功能，天然氣所含帶的碎屑、銹渣、粉塵、油的碳化物及凝析水被攔截與濾芯外部，天然氣進(jìn)入濾芯內(nèi)部后通過前后容器間的管路進(jìn)入過濾器后端容器內(nèi)，最后通過出氣口進(jìn)入下游設(shè)備。過濾器的過濾效果主要取決于濾芯的密封效果，而濾芯的密封效果主要取決于安裝時是否按照規(guī)范要求進(jìn)行操作，濾芯的中心線與容器中心線是否保持了良好的平行度，以及濾芯端面是否與設(shè)備連接處端面保持垂直并壓緊。

3.2 天然氣過濾分離器無壓差原因分析

為了判斷天然氣過濾器內(nèi)部是否失效，一般通過外部差壓計(jì)的數(shù)值變化作出判斷依據(jù)，通過調(diào)看工廠DCS系統(tǒng)內(nèi)天然氣過濾分離器一年內(nèi)的壓差歷史曲線，發(fā)現(xiàn)壓差基本一直維持在0.3kPa左右,根據(jù)該設(shè)備300×104m3/d處理量以及流速計(jì)算，在設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)下，壓差應(yīng)該維持在0～30kPa,甚至更高，并且隨時間、流量、原料氣介質(zhì)成分逐漸變化。通過分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)不相符可能存在有以下三種原因：

一是天然氣過濾分離器濾芯失效，如被擊穿等，天然氣過濾分離器未起到過濾作用，僅僅相當(dāng)于一個通道，未產(chǎn)生壓差。二是天然氣過濾分離器濾芯裝配不當(dāng)，密封失效，天然氣從最薄弱的密封處流入后端容器內(nèi)，壓差值較低。三是可能儀表存在故障導(dǎo)致顯示壓差始終在0值附近徘徊。

為了獲取根本原因，首先，對過濾分離器儀表進(jìn)行了校驗(yàn)，并對接頭處進(jìn)行檢漏，發(fā)現(xiàn)儀表無故障，密封情況良好。接下來在對天然氣過濾分離器濾芯拆卸過程中，發(fā)現(xiàn)原安裝在支撐桿上的濾芯異常松動，后經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)主要原因是由于螺栓桿與容器內(nèi)部支撐環(huán)的孔洞很難一一對應(yīng)，操作人員在回裝濾芯時為使螺栓桿能正常插入支撐環(huán)孔中，需將鎖緊螺母松動后才能保障螺栓桿正常插入，這樣的做法直接導(dǎo)致濾芯底端面未壓緊，內(nèi)部密封效果大打折扣，氣體原本應(yīng)通過濾芯后進(jìn)入后端容器內(nèi)，現(xiàn)由于濾芯松動，大部分氣體就選擇從阻力最小的密封不嚴(yán)處直接進(jìn)入后端容器內(nèi)，過濾分離器基本起不到過濾效果。同時由于過濾分離器內(nèi)部的濾芯支撐環(huán)未與容器內(nèi)壁緊密貼合，由于支撐環(huán)自重對濾芯會有一個向下的拉力，對濾芯與容器中心線的平行度也會造成一定影響，平行度不達(dá)標(biāo)后加劇了濾芯后端面密封失效。

3.3 天然氣過濾分離器濾芯密封失效驗(yàn)證

為了驗(yàn)證濾芯密封是否失效，現(xiàn)場通過將濾芯取出后觀察密封端面可以看出，在密封正常情況下，端面應(yīng)該保持清潔，端面未被污染；當(dāng)密封失效后，由于氣體經(jīng)密封處端面流過進(jìn)入后端容器，含雜質(zhì)的不潔凈氣體便會在濾芯端面處留下污染痕跡，端面顏色發(fā)黑，如圖1所示。

圖1 端面密封良好與失效對比

4 解決密封失效的有效辦法

容器內(nèi)部支撐環(huán)的主要作用是對濾芯起到支撐作用，保證濾芯與容器的平行度從而保證密封效果，但現(xiàn)場的支撐環(huán)外徑680mm,容器內(nèi)徑700mm,支撐環(huán)嵌入容器內(nèi)壁后間歇過大，未起到有效的支撐作用，經(jīng)過設(shè)計(jì)優(yōu)化，一是在保障濾芯支撐桿與容器水平中心線平行度合格且自由狀態(tài)下重新定位支撐環(huán)的孔洞；二是將支撐環(huán)外壁擴(kuò)大，增加了8個支撐點(diǎn)，支撐點(diǎn)緊緊貼于容器內(nèi)壁，起到了很好的支撐效果，從而保證了濾芯與容器中心線的平行度。

另一方面，現(xiàn)場在濾芯安裝過程中要注意濾芯裝入滑桿后，必須將鎖緊螺栓上緊，保證后端壓實(shí)，后端密封才不會失效。在將螺栓桿對準(zhǔn)插入支撐環(huán)孔過程中，不能用蠻力操作，過度扭曲濾芯會導(dǎo)致在后端密封處同樣失效。支撐環(huán)安裝完畢后，將最外層螺栓上緊，使支撐環(huán)緊貼于容器內(nèi)壁保證有足夠的穩(wěn)定和支撐作用。

5 結(jié)語

通過對該廠原料氣過濾器的密封失效研究分析可以看出，一是在設(shè)計(jì)審查階段，設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的審查深度不夠，導(dǎo)致原料氣過濾器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在部分缺陷，二是在設(shè)備制造階段，監(jiān)造的工作不夠細(xì)致，導(dǎo)致支撐桿與支撐環(huán)不匹配，強(qiáng)行安裝致使支撐桿變形，從而導(dǎo)致設(shè)備起不到密封和過濾作用。在設(shè)備的實(shí)際使用中，設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件的配合要求是需要著重加強(qiáng)管理的，在實(shí)際生產(chǎn)中，要多方面考慮可能存在的設(shè)備失效原因，深入分析，從本質(zhì)上解決生產(chǎn)各類問題。