输气站场过滤分离器常见问题及应对措施研究

张兵强，昂 扬，刘 愉，张琼华，林钧华

1.山东省中远天然气技术服务有限责任公司武汉分公司，安徽安庆 246000

2.中石化川气东送天然气管道有限公司，安徽安庆 246000

3.吉林石油集团工程建设有限责任公司，吉林松原 138000

输气站场过滤分离器常见问题及应对措施研究

张兵强1，昂 扬2，刘 愉2，张琼华1，林钧华3

1.山东省中远天然气技术服务有限责任公司武汉分公司，安徽安庆 246000

2.中石化川气东送天然气管道有限公司，安徽安庆 246000

3.吉林石油集团工程建设有限责任公司，吉林松原 138000

过滤分离器是天然气输气站场重要设备组成部分之一，其安全生产运行至关重要，在日常运行及检维修作业过程中诸多问题日益显现。针对快开盲板密封点泄漏、检维修作业过程中氮气置换不彻底以及液位测试不便问题开展原因分析，提出检维修维护措施。通过强化设备检维修措施消除泄漏点，对比过滤分离器进行氮气置换的各种操作方法，选择压力循环置换法作为常规方式置换，设计制作出一套简易液位测试装置以便开展过滤分离器液位测试。通过对过滤分离器运行和检修问题的有效处理，能保证设备正常安全生产运行。

输气站场；过滤分离器；泄漏；液位测试；置换

天然气在管道输送过程中通常夹杂有泥砂、岩石颗粒、粉尘以及液体等杂质，其中液体杂质主要有液烃、油水等。这些固、液杂质的存在和联合作用，在天然气输气站场运行过程中会使输送设备、管道、阀门等产生磨损、腐蚀、甚至堵塞，对输送系统中计量器具、仪表等产生不良影响[1]。尤其是随着超声波流量计在输气站场的广泛应用，天然气在输送过程中，这些脏污介质会附着在流量计的上、下游管道和超声波探头表面，影响天然气计量的准确度[2]。并且随着脏污介质的聚集，对仪表计量准确度的影响逐渐增大[3]。川气东送输气站场采用的过滤分离器为卧式过滤分离器，安装在计量以及调压设备的上游，因此其运行是否可靠直接关系着下游设备、仪表的安全运行，同时也对下游用户的气质保证起着至关重要的作用。本文针对川气东送输气站场过滤分离器运行及检维修过程中存在的问题开展分析，合理提出应对措施，确保设备安全生产运行。

1 结构组成与工作原理

过滤分离器主要由滤芯、壳体、快开盲板以及内外部件组成，采用卧式、快开盲板结构。过滤分离器作为压力容器，除了设备本体外还有安全阀、压力表以及差压变送器等附属部件。

其工作原理是天然气首先进入进料布气腔，气体撞击在支撑滤芯的支撑管上，较大的固、液颗粒被初步分离，并在重力的作用下沉降到容器底部（定期从排污口排出）。接着气体从外向里通过过滤聚结滤芯，固体颗粒被过滤介质截留，液体颗粒则因过滤介质聚结功能而在滤芯的内表面逐渐聚结长大。当液滴到达一定尺寸时会因气流的冲击作用从内表面脱落出来而进入滤芯内部流道，而后进入汇流出料腔。在汇流出料腔内，较大的液珠因重力沉降分离出来，此外在汇流出料腔，还设有分离元件，它能有效地捕集液滴，进一步提高了分离效果。最后洁净的气体流出过滤分离器。随着燃气通过量的增加，沉积在滤芯上的颗粒会引起燃气过滤器压差的增加，当压差上升到规定值时（从压差计读出），说明滤芯已被严重堵塞，应该及时更换。

2 运行现状

在输气站场根据下游用户年设计输气量及检维修需求通常设置两台卧式过滤分离器，运行时通常采用一用一备方式运行，气量需求高峰时段达到单台处理量时两台同时运行以满足用户气量需求。

过滤分离器在整个输气站场工艺流程中通过法兰与管道相连，同时上下游均设置球阀（见图1），其中下游球阀与电动执行机构相匹配使用，能实现远程开关控制。在正常运行状态下，在用过滤分离支路的上下游球阀处于完全开启状态，备用过滤分离支路的上游球阀处于开启状态，下游球阀处于关闭状态。对于过滤分离器切换有两种方式：一种是手动模式，另一种是自动模式。在手动模式下可由操作人员通过远程和就地状态下实现过滤支路流程切换；当在自动模式下电动阀产生事故关断时，则报警并自动选择备用设备，打开备用支路的电动阀，关闭当前支路的电动阀门，实现工作分离器和备用分离器的切换，上述过程由程序自动完成，不需人为干预。

图1 过滤分离器流程设置

3 运行与检修作业中的问题

3.1 盲板密封点泄漏问题

川气东送过滤分离器采用了GD锁环式快开盲板，具有结构形式先进、密封性能良好以及操作便捷的特性。嵌到快开盲板门凹槽上的密封圈采用自紧式设计结构进行密封，密封圈一次模压成型，在寿命期内具有良好的密封性能。但随着设备运行时间延长，密封圈存在老化、变形以及开裂现象，密封性能降低，极易出现泄漏事故。同时在日常生产运行过程中，也常会由于密封处存在脏污以及操作不当等原因造成快开盲板密封处泄漏，设备本体一旦发生天然气泄漏现象，就极易在局部区域扩散蔓延。天然气具有易燃易爆、有毒等危险特性，处置不当很容易引发火灾爆炸、中毒等事故，造成重大人员伤亡及设备损坏[4]。

3.2 氮气置换效果不佳

过滤分离器作为输气站场压力容器设备之一，需要定期进行开筒维护作业。开启快开盲板之前首先应将进出口球阀关闭，然后再对其进行压力泄放，泄压之后为防止过滤分离器内天然气与空气的混合发生爆炸，因此需要进行氮气置换，增加天然气管道设备的安全保障[5]。目前输气站场在对过滤分离器进行氮气置换时通常采用大气压力稀释置换法[6]，氮气从一端被引入容器或管道系统内，系统内的空气或其他气体被置换排放到另一端的大气中，系统主要在大气压力下进行吹扫。这是一种典型的通过大气压力置换或稀释来达到吹扫目的方法，可采取一次或相同几次进行。由于过滤分离器设备本体自身以及与相连管段都存在较多死角，因此这种置换操作方法极易出现置换死角盲区，不能彻底吹扫干净。

3.3 液位测试问题

磁翻板液位计作为过滤分离器的附属备件（见图2），在每年的春秋季检维修时，输气站场都要对排污罐及过滤分离器磁翻板液位计进行液位测试，而目前磁翻板液位计液位测试都要从液位计顶部注水测试，检查液位计是否工作正常。而从液位计顶部注水时顶部注入孔是针型阀，并且针型阀是全焊接设计，无法拆卸，针型阀受自身结构所限，通道狭窄，水流在通过针型阀注入时极易将通道堵死，磁翻板液位计内部的气体不易排出，磁翻板液位计内腔形成封闭区，水流不易流入液位计内腔，给液位测试带来困难。

图2 磁翻板液位计

4 解决方法

4.1 强化维护措施消除泄漏点

快开盲板维护时要仔细检查密封圈是否有损坏或过度磨损、腐蚀现象[7]，如存在磨损腐蚀要及时更换密封圈。同时在对快开盲板进行维护保养时，要检查密封凹槽内有无锈蚀和污物，如有，用优质细砂纸清理干净，同时检查盲板颈的内部和门在关闭时接触的部分，包括门的槽，如发现有脏物或锈蚀（特别是底部），用砂纸清理干净，最后用干净棉布擦干。同时做好设备日常巡检工作，发现泄漏点，应及时处理，消除安全隐患。

4.2 改进氮气置换操作方法

针对过滤分离器进行氮气置换检维修作业时存在死角问题，建议采取压力循环置换法[6]，在进行压力循环置换法操作时，将氮气从一端引入到容器内部，使容器内部压力上升到许可范围以内，使氮气与内部的空气或其他气体进行混合并被置换排放到另一端的大气当中，主要是在高于大气压力下重复进行吹扫。此法具体操作主要取决于容许操作压力和吹扫后需要达到的吹扫纯度，可采取一次或相同几次进行系统内气体与氮气混合，被稀释后的操作可采用如下计算式表示（假设纯氮气）：

式中：Ct为系统最后状态的天然气体积分数，%；C0为系统初始状态的天然气体积分数，%；P为每次对系统充压后的压力，bar（1 bar=0.1MPa）；n为导入氮气充压后排放的次数。

GB 30871-2014[8]要求，当被测气体或蒸汽的爆炸下限大于或等于4%时，其被测浓度应不大于0.5%（体积分数）。因此对过滤分离器进行氮气置换之前，内部可燃气体体积分数设为100%（假设为纯天然气），置换合格后最后状态的可燃气体体积分数为0.5%，由上述公式可得出，进行一次操作想要达到所需的置换效果，需充压至20MPa，而20MPa压力远远超出过滤分离器的设计压力；进行两次操作想要达到所需的置换效果，需充压至4.47MPa，符合过滤分离器允许操作压力。因此可得出，随着氮气用量的减少，则所需排放次数及人工工作量将增加，具体实施操作可根据作业时间需求及工作量承受范围选取。

在进行氮气置换时，主入口与排放口的位置选取同样重要，对容器而言，氮气入口应设置在容器的底部[6]，排放口应设置在容器的顶部，这样有利于提升置换效果。由于过滤分离器进出口均设置球阀，在进行氮气置换作业之前应进行球阀内漏测试，如有球阀内漏现象，则先应根据球阀内漏性质进行维护[9]，消除因内漏原因造成氮气置换不彻底。

4.3 液位测试简易装置

目前过滤分离器上的磁翻板液位计由顶部针型阀、液位计本体以及底部的排污阀组成，针对这一特点设计一套磁翻板液位计液位测试装置（见图3），该测试装置由漏斗、软管以及转换接头组成。在进行磁翻板液位计液位测试时，测试装置的转换接头与磁翻板液位计底部的排污阀相连接，因此测试装置与磁翻板液位计就形成了连通器，通过测试装置的漏斗加水测试，快速有效。

图3 液位测试装置

5 效果及评价

通过上述对过滤分离器在日常运行及检维修过程中存在的问题进行研究及应用，川气东送某管理处四座输气站场在过去一年中均未出现快开盲板泄漏现象。严格执行定期维护原则，反映出提升检维修质量能从本质上消除安全隐患；采用压力循环置换法进行氮气置换操作，置换效果明显提升，达到了置换标准，消除了死角区域引起的置换不彻底；通过制作液位测试简易装置，能快速有效地对磁翻板液位计进行液位测试，消除了通过顶部针型阀进行测试的不便。

6 结束语

过滤分离器作为输气站场重要的气质净化设备，直接关系到站场设备、仪表的安全平稳运行，因此，保证过滤分离器正常运行具有十分重要的意义。基于以上对过滤分离器出现问题的分析研究，笔者提出以下四点建议：

（1） 随着设备长时间运行，设备进入故障多发期，加强设备日常维护力度十分必要，同时做好备品备件的储备工作。

（2）对过滤分离器检维修作业需要实施氮气置换操作时，采用压力循环置换法进行置换较彻底，不易出现死角，并且根据压力需求至少需要操作两次以上，具体操作次数需结合实际作业时间及工作量适当选取；同时氮气置换前应需做好球阀内漏测试工作，消除内漏而导致的置换不彻底现象。

（3）目前在对川气东送输气站场较多的过滤分离器进行充压操作时，只能通过缓慢开启入口球阀进行操作，在多达几兆帕压差的作用下，强行开启入口球阀较为困难；同时在压充过程中，在高速气流冲刷的作用下，极易损伤球阀密封面，造成球阀内漏现象。建议给过滤分离器入口球阀加装旁通管路，通过旁通管路平衡压差。

（4） 建议将磁翻板液位计顶部的针型阀设计为球阀，以便于液位测试。

[1]王澎，朱云，范海峰.卧式过滤分离器设计[J].天然气与石油，2015，30（6）：73-75.

[2]蒋辉，林媛媛，曹斯亮.天然气超声波计量系统性能的影响因素[J].油气储运，2012，31（1）：53-56.

[3]JOHN LANSING.Dirty versus clean ultrasonic gas flow meter performance[C]//Proceedings of AGA Operations Conference. Chicago Illinois：AGAOperations Conference，2002.

[4]王洪明，潘永东.油气站场天然气泄漏应急处置若干问题探讨[J].石油化工安全环保技术，2015，31（2）：15-18.

[5]杨文辉，马利.氮气置换在天然气管道中的应用[J].硅谷，2013，12（8）：149.

[6]郑素君.采用惰性气体对容器管道置换的三种方法[J].深冷技术，2001，41（5）：22-24.

[7]马志荣.卧式过滤分离器的安全使用与维护保养[J].内江科技，2014，35（7）：49-50.

[8]GB 30871-2014，化学品生产单位特殊作业安全规范[S].

[9]胡玉华.浅析天然气管道球阀内漏与对策[J].科技创新与应用，2016，6（13）：152.

Study on common problems and countermeasures of gas filter separator in gas station

ZHANG Bingqiang1，ANG Yang2，LIU Yu2，ZHANG Qionghua1，LIN Junhua3
1.Wuhan Branch of Zhongyuan Gas Technology Service Co.，Ltd.in Shandong Province，Anqing 246000，China
2.Sinopec Sichuan to East Gas Pipeline Co.，Ltd.，Anqing 246000，China
3.Engineering Construction Co.，Ltd.of Jilin Petroleum Group，Songyuan 138000，China

The filter separator is one of the most important parts in the natural gas transmission station，and its safe operation is very crucial.Many problems spring up during the daily operation and maintenance work.The cause analyses are given aiming at leakage at seal points of quick opening closure，incomplete replacement of nitrogen in maintenance operation，inconvenient measurement of liquid level.Then，countermeasures are proposed，which include strengthening equipment maintenance to eliminate leakage points；choosing pressure cycle replacement method as a conventional nitrogen replacement way；designing a simple device to measure liquid level of the filter separator.Through handling the problems in the operation and maintenance of the filter separator，safe operation of the equipment can be ensured.

gas transmission station；filter separator；leakage；liquid levelmeasurement；replacement

张兵强（1987-），男，山东日照人，2013年毕业于中国石油大学（华东）油气储运工程专业，现主要从事天然气长输管道及设备的维护管理工作。Email：839653994@qq.com

2017-03-22

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.04.018