过滤分离设备在天然气长输管道中的应用

王佳宇

摘要：过滤分离设备主要用于去除天然气中的固体颗粒和液体杂质，保证长输管网运行安全，是管网运行的核心设备。根据不同的天然气气质和功能要求，可选择不同的过滤分离设备结构和形式。

关键词：过滤分离设备;天然气;长输管道;应用

一、长输管道中过滤分离设备介绍

1.过滤分离器

天然气过滤分离器采用滤芯作为滤芯，主要用于去除天然气中含有的小颗粒固体粉尘和大颗粒液滴。其结构如图1所示。

过滤分离器主要由壳体、快开盲板、液袋和内部组成，主要包括分离器、滤芯和叶片分离器。过滤分离器主要为卧式结构，内部分离器将壳体分为进料腔和出料腔，滤芯固定在分离器上。天然气先从进气口进入进料室，气体中夹带的大型固体颗粒和液滴在重力作用下沉积到壳体底部，液滴被收集并流入液袋。初始沉降分离后，天然气通过滤芯从外到内，和优良的固体杂质和大液滴在气的外表面上拦截过滤器的元素，和净化天然气进入放电腔内的过滤元件。在排出室中设有叶片分离器。通过改变天然气的流动通道，气体中携带的小液滴相互碰撞并聚合成大液滴，然后沉降并合并到液体聚集袋中。天然气经滤芯和叶片分离器两次分离后，由壳体的出气口进入下游，从而实现气固气液分离。过滤分离器的核心功能元件为过滤元件，过滤精度为1μm，固体颗粒过滤效率为99.0%。结构图如图2所示。

滤芯主要由上端盖、下端盖、金属中心管、垫片、过滤介质、保护套等组成。上下端盖及金属中心管均为不锈钢材质，过滤介质为聚酯纤维缠绕管或聚丙烯纤维喷嘴，形成梯度深滤。橡胶垫块材料为丁腈橡胶或氟橡胶。滤芯通过端盖接口安装固定在滤芯分离器壳体内。气体由外向内通过滤芯，固体杂质及较大液滴被截留在过滤介质内，实现气液气固分离。过滤滤芯整体结构强度要求在0.65MPa以上，需要定期更换，更换压差为0.12MPa。

2.气-液聚结分离器

气-液聚结分离器采用气液聚结滤芯作为分离元件，主要用于去除天然气中的较小粒径液滴，适用于天然气中含液量较高或处理精度要求更高的场所，其结构如图3所示。

气-液聚结分离器主要由壳体和内件组成，内件主要包括隔板和气液聚结滤芯。气-液聚结分离器多为立式结构，内部被隔板分为上、下两个腔室。气液聚结滤芯位于上腔室，固定在隔板上。天然气首先由进气口进入下腔室，较大液滴和粉尘在重力作用下初步沉降，由底部排污口排出。之后天然气由内向外通过气液聚结滤芯，聚结滤芯由内向外依次为过滤层、聚结层和排放層。通过过滤层进一步去除气体中的固体颗粒杂质，通过聚结层使气体中的细小液滴变为较大粒径的液滴，通过排放层使得聚结长大的液滴能够与滤芯本体快速脱离。在重力作用下，较大粒径液滴沉降到隔板底部，由排液口排出。除液后的天然气由位于滤芯上部的出气口进入下游，气液分离过程结束。气-液聚结分离器的核心元件是气液聚结滤芯，过滤精度为0.3μM，对于气体中0.3μM以上液滴的去除率为99.8%，其结构如图4所示。

气-液聚结滤芯主要由上端盖、下端盖、中心管、密封垫和功能层组成。端盖和中心管为不锈钢材质，密封垫为氟橡胶材质。功能层由内向外分为过滤层、聚结层和排放层。过滤层材料为玻璃纤维纸，精度为0.1μM，通过折波形式增大过滤面积。过滤层主要功能是去除天然气中的固体颗粒杂质，防止颗粒杂质污染聚结层材料，影响脱液效果;聚结层材料为玻璃纤维毡，丝径为1μM，孔径随气流方向逐渐变大。超细玻纤能够有效捕捉气体中的微小液滴，随着气体的流动，小液滴被送入深层纤维，同其他小液滴碰撞后聚结成更大的液滴。聚结过程不断重复，最终将0.5～300μM的小液滴变为0.5～2.2MM的大液滴。

气-液聚结原理如图5所示;排放层材料为聚酯纤维，一般多以针刺毡形式使用，孔径多为50～100μM。排放层表面多经过改性，具有良好的疏油疏水功能，能够使聚结长大的液滴快速脱落。

气-液聚结滤芯也是易耗品，需要定期进行更换，更换压降为0.12MPa，使用时间不能超过24个月。

二、过滤分离设备在长输管道中的应用

1.固体颗粒杂质含量较高的工况

在天然气长输管道的首站、天然气储气库井口以及煤层气并网压气站等环节，天然气中固体颗粒杂质含量很高，但含液量相对较低。针对此种气质状况，为达到天然气净化要求，同时考虑到运行的经济性。

进站天然气首先进入旋风分离器，去除粒径在10μM以上的较大固体颗粒杂质，然后进入滤芯式过滤分离器，通过过滤滤芯去除粒径在1μM以上较为细小的固体颗粒杂质和较大液滴。通过两级处理后，天然气达到气质要求进入压缩机，经过加压后进入下游。压缩机下游的过滤分离器视气质而定，若经过压缩机后含液量不高，可以直接进入管网，不需通过下游的过滤分离器。

旋风分离器的核心元件为旋风子，可长期使用不需更换。而过滤分离器内的过滤滤芯为耗材，若来气中杂质含量高时，过滤滤芯压降上升较快，使用寿命会变短。两者结合使用后，实现分级处理，既保证了处理效果，同时也最大限度延长了过滤滤芯的使用寿命，实现了运行维护的经济性。

2.固体颗粒杂质及液滴含量较低的工况

天然气长输管道的中下游，由于经过压气站过滤分离设备的层层净化，天然气的气质条件较好，天然气中固体颗粒杂质及液滴含量均较低，在此种工况条件下，多使用滤芯式过滤分离器一级处理单元来净化天然气。

此种工况下，过滤分离器的效率应满足SY/T6883—2012《输气管道工程过滤分离设备规范》中的相关规定，即固体1μM以上颗粒分级效率为99.0%，3μM以上颗粒分级效率为99.5%，5μM以上颗粒分级效率为99.8%;1μM以上液滴分级效率为98.0%。

3.液滴含量较高的工况

往复式压缩机应用于天然气长输管道的一些压缩站中。往复式压缩机需要定期补充润滑油，但在高温高压下，润滑油气化成非常小的油滴随着流量进入下游，导致润滑油损失严重，频繁加油，并使天然气在燃烧时热值不稳定，无法满足供气质量要求。因此，必须有效去除天然气中的油滴。另外，在长天然气输送管道的施工过程中有时会经过海底，由于温度的变化，天然气中会产生大量凝析油，必须通过过滤分离设备进行去除。对于含液量高的工况，采用气液聚结分离器进行净化处理。

结束语：

天然气中的固体颗粒杂质和液滴会对天然气的储存、运输、计量和运行安全产生很大的影响。因此，必须使用适当的过滤分离设备去除上述污染物，以保证管网安全稳定运行。天然气过滤分离器、气液聚结分离器、旋风分离器和组合式过滤分离器广泛应用于长距离天然气管道。根据设备的技术原理、气质和使用要求，在长输管道的不同工况下，采用不同的工艺方案。过滤分离设备是天然气长距离输气网络安全运行的有效保障。随着我国天然气消费量的不断增加，过滤分离设备将发挥越来越重要的作用。

参考文献

[1]李建明.过滤分离设备在坦桑尼亚天然气管道的应用[J].中国石油和化工标准与质量，2018，38（17）：17-19.

[2]国家能源局.输气管道工程过滤分离设备规范：SY/T6883—2012[S].北京：石油工业出版社，2012.

[3]尚明华.天然气聚结过滤分离技术应用[J].广州化工，2014，42（16）：132-134.