高中压调压站增加旋风除尘设备的必要性探讨

上海飞奥燃气设备有限公司 施汉龙

0 引言

天然气的广泛使用还是近 10年的事，由于存在高压管网已经设置旋风除尘设备，所以高中压调压站可不需要设置的设计理念，造成很多早期设计的工艺系统中都没有旋风除尘设备。随着时间的推移，燃气流量的增大，管道的磨损，管道内的各类杂质会随燃气一起带到调压系统，一方面，造成调压器、流量计等精密设备磨损加剧并使得设备发生故障；另一方面，势必要经常更换设备的备品备件及设备大修，从图1～3中，可以清楚地看到粉末状杂质的数量以及对滤芯的损坏程度。这样不但会影响燃气的正常供应，而且在给燃气公司和用户都带来不便的同时也会造成经济上的损失。

图2 金属粉末粘在滤芯表面

图3 存于调压器内部金属粉末

1 原因分析

1.1 设计流量

通常一个高中压调压站的设计流量是按照最大用气量乘以一定系数(该系数一般取 1.2)后得出的，而要达到调压站最大设计流量，正常情况下需要2～5年时间。由于前期的使用量相对较小，管道内燃气的流速比较低，所以很多施工时遗留在管道内大颗粒垃圾杂质堆积在管道内，缓慢地向下游移动。当流量达到设计值后，管道内燃气的流速达到较高值时，管道内的大颗粒垃圾杂质就会随着燃气一起进入调压站。

1.2 钢管磨损

随着燃气系统的正常使用，高速的燃气会对钢管内壁产生冲刷作用，造成钢管磨损并产生大量的较大粉末杂质。在设备投运前期，这个问题还不是很明显，但随着使用年限的增加，产生的粉末杂质越来越多，当流量接近设计值时，管道内的大量粉末杂质就会同样随着燃气一起进入调压站。

2 造成后果

进入调压站的大颗粒杂质会堵塞过滤器滤芯并压坏。造成过滤不能正常工作。随即会流入到主设备部分：

涡轮流量计：整流器、叶轮、轴承、轴等主要零部件损坏，直至流量计不能工作。

超声波流量计：表体内表面损伤，造成计量精度下降；探测头磨损加剧，导致无法正常工作。

调压器：阀垫、阀芯、阀杆、皮膜等主要零部件损坏，直至调压器不能工作。

温度仪表：插入到管道内的部分，受到冲击后会变形，传感器探测精度降低，直至传感器无法工作。

3 增加旋风除尘设备的重要性、必要性

3.1 旋风分离器的功能简介

旋风分离器主要用于管道内有各类杂质如：水、粉尘等固、液颗粒较大的场合，适用于各种燃气及其他非腐蚀性气体。可设置于燃气城市门站及高中压调压站的进口端，对燃气进行预处理。一般的结构型式为立式圆筒结构，如图4所示。

旋风分离器由多个旋风管组成，利用每个定型旋风管较小的进口截面和直径提高分离效率，可将10 μm以上的固体颗粒及液态杂质全部分离。定型是一个利用离心原理的50 mm的管状物，如图4所示。燃气从进气口进入，在旋风管内形成旋流，由于固、液颗粒和燃气的密度差异，在离心力的作用下分离，清洁燃气从上导管流走，进入过滤腔进行终级过滤，固液颗粒从下导管落入过滤器底部，从排污口排走。

图4 旋风分离器和旋风管

3.2 增加旋风除尘设备的重要性

燃气输配系统一般是由长输管线、城市管线、城市门站、高中压调压站、储配站以及运行操作管理和控制设施等组成。城市门站和高中压调压站是燃气输配供应系统基本的也是主要设备，主要是对长输管线输送来的高压燃气进行净化、调压、计量、加臭及向城镇燃气输配管网或储配站输送商品燃气，是集燃气清洁过滤、调压、计量、加臭、燃气泄漏报警及数据采集监控等功能于一体的高度集成化系统，必须具有极高的完整性和可靠性。

《输气管道工程设计规范》(GB 50251—2015)3.1.2条款规定：“进入输气管道的气体应符合现行国家标准《天然气》GB 17820中二类气的指标，并应符合下列规定：1、应清除机械杂质；2、……”。其条文说明3.1.2条款描述：“输气管道中的机械杂质(含粉尘)的沉淀会影响输气效率，同时输气站内随天然气高速流动的机械杂质对部分设备会产生危害。同时，应根据机械杂质出现的可能性，采取分离或过滤设备清出有害的机械杂质。”

燃气中主要存在颗粒、粉尘类固体杂质及液态杂质，如果不予以有效去除，会对下游的调压器、流量计等精密设备造成破坏，并影响设备的正常使用和寿命。

从上所述，增加旋风除尘设备是非常重要的。

3.3 增加旋风除尘设备的必要性

从前一节中，我们知道：过滤器大量被堵塞和压扁的原因主要是大量的大颗粒机械杂质存在于燃气管道内造成。那么要保证过滤器能有效的工作，必须在燃气进入高中压调压站前给予清除，而对于大颗粒状的机械杂质，设置旋风除尘设备是非常合理和必要的。

4 增加旋风除尘设备的经济性

在未设置旋风除尘设备前，过滤器滤芯在用气高峰时要一天换一次。按平均2周换一次的话，一年需要更换 25个以上的滤芯，如果滤芯按材质不锈钢 50μ，规格按 G5.0，一个滤芯的销售价格是2000元，按此计算，直接的备件费用为5万元，加上需要不断更换工作的人工费用，那将是不容小觑的数字；同时，操作工人的劳动强度也是非常大。安装了旋风除尘设备后，滤芯的更换周期一般在3～6个月之间，不需经常更换，只需对旋风除尘进行2月一次的排污，待排污2～3次后进行清灰，清除集污罐或者排污池内的污物，所以可以大量减轻操作人员的劳动强度，还可节约许多人工费。

投资费用：对流量在4万m3/h左右的高中压调压站，增加旋风除尘设备的费用在 15万元左右，一年多就能收回投资。

5 增加旋风除尘设备的可行性分析

待改造的调压站都是在运营过程中，所以一般不能长时间停气，供改造增加设备的时间不多，一般在用气低谷时停5～6 h左右。对改造增加了难度，不仅要求我们在很短的时间里实施完整的改造工作，还要保证连接部分尺寸的准确性。下面从四个方面进行可行性分析。

5.1 工艺系统及工艺管道

如果要在高中压调压站进口处增加旋风除尘设备，从工艺系统及工艺管道来看，只要将原来的进口管段拆除，然后旋风除尘设备和相应的管道、阀门仪表等做成单独的一个整体，该整体设备的进出口管与原相应的接管法兰对接。图5和图6分别是改造前后的工艺流程图，从中可以看出，增加旋风除尘设备是可行的，同时也是比较简便易行的。

图5 改造前工艺流程

5.2 所占场地要求

以通常的高中压调压站为例，如果流量在2万～5万m3/h，那么所需面积在4×4至6×6 m2，一般都能满足要求。

5.3 对改造设备尺寸准确性要求

由于增加旋风除尘设备，属于老设备改造，所以只能在现有调压站设备的基础上拆除进口管部分，而旋风除尘设备做成一个整撬，旋风除尘撬的进出口管镶接在原进口管道位置。因此，尺寸误差必须控制在5 mm以内，而且螺栓孔必须跨中分布。如果角度偏移大于 0.5°，那么以螺栓连接孔距410 mm为例，那么就会偏移尺寸2.5 mm，会对法兰对接安装带来困难。所以：现场实际尺寸的精确测量，产品结构的合理设计，管道件的精心制作，产品的认真检验等环节是最终产品尺寸准确性的有力保证。

5.4 合理安排改造过程

为了在有限的时间里，完成整个改造工作，必须合理安排改造过程：在改造方案实施前，需要编制合理的施工方案；施工过程中，项目经理负责施工现场各项工作的指挥、管理、协调，以保证该工程优质、高效、安全、顺利地完成；在项目实施过程中，应急措施和安全措施落实到位，确保实施过程安全。

综上所述，在现场场地满足的前提下，只要通过精确测绘，精心制作，合理安排改造过程，那么增加旋风分离设备是完全可行的。

6 实际改造项目效果，对比分析

6.1 除尘效果分析

改造前：在用气高峰时，每天需要更换被颗粒垃圾堵塞和压扁的滤芯，更换下来的滤芯在现场堆积成小山一样，见图1。而且从滤芯表面可以看到，大量的金属粉末粘结在滤芯的各部位，见图 2。最后，通过对调压器的解体，发现很多黑色金属粉末存在于调压器内腔，见图3。

改造后：使用3到6个月正常更换下来的滤芯无压坏、损伤等痕迹，见图7。

旋风排污状况：通过对旋风分离器2个月一次的排污，大量的颗粒垃圾杂质被旋风分离器清除出来，见图8。

图8 旋风排污实际状况

6.2 调压站故障频率对比

经过改造增加旋风分离器后的高中压调压站，由于颗粒杂质造成的调压器工作故障减少了 85%以上。

7 存在问题及建议

从图8排污现场的烟雾，一方面可以看出排出的杂质粉尘量很多，但另一方面同时对周围的环境造成了影响。建议旋风分离设备分离出来的杂质，可以通过以下几种方式给以处理。

(1)通过设备上的人孔，对内部堆积的杂质进行人工处理，虽然劳动强度大，但清灰直观清楚。

(2)通过排污管道，带压排进调压站附近的排污池，劳动强度低，简单方便，但会浪费一定的燃气。

(3)设计一套排污系统，通过防爆的排污泵，排至集污罐(池)中。

8 结语

通过上面的增加旋风除尘设备的重要性和必要性分析以及在正在营运的高中压调压站上增加旋风除尘设备的可行性分析，可以得出：

(1)在燃气城市门站和高中压调压站上设置旋风除尘设备是必需的。

(2)在原有高中压调压站上增加旋风除尘设备是必要的，同时也是可行的。