ｐａｌｌ过滤器在重庆天然气净化总厂的应用
发布时间：2008-04-25
ｐａｌｌ过滤器在重庆天然气净化总厂的应用
万义秀 徐仕利 倪钟利 杨勇 赵顺国
(中国石油西南油气田分公司重庆天然气净化总厂 重庆401259)
摘要:在重庆天然气净化总厂,由于原料气携带微小颗粒进入溶液系统,严重影响了装置的正常生产。经过现场侧线试验,选择了过滤精度高的ｐａｌｌ过滤器过滤分离原料天然气。从性能测试和一年多的使用情况看,除在渠县分厂试验使用效果偏低外,在其它装置的使用中,过滤0.01μｍ的颗粒有效率达到98.7%(ｍ)以上,基本上解决了溶液受原料气夹带杂质而被污染的问题,给企业带来一定的经济效益和社会效益,也减轻了操作工的劳动强度。
关键词:非计划停产;过滤器;滤芯侧线试验;ｐａｌｌ过滤器的应用;效果
文章编号:1006 5539(2006)03 0047 05 文献标识码:ｂ
0 前言
在天然气净化厂,原料天然气过滤分离设备的使用效果,直接影响脱硫效果和溶液再生质量。由于净化厂所属净化装置原有过滤设备过滤精度低,造成大量硫化铁粉末等杂质随原料气夹带进入脱硫溶液系统,影响装置处理量及产品气净化度,导致装置临时停产检修次数增多。为保证净化装置的长周期、安全、平稳运行,让天然气净化装置“两年一修或三年两修”的检修目标具有可行性,保持脱硫溶液的清洁度,过滤分离器的有效过滤就显得十分重要。
1 应用前状况
1.1 过滤设备状况
重庆天然气净化总厂共有9套天然气净化装置,处理原料天然气能力为2480×104ｍ3/ｄ,担负着向西南三省一市和“两湖”地区工农业供气的重任。天然气净化装置原有原料气过滤分离系统由一级卧式重力分离器和一级国产仿照ｐｅｃｏ的过滤分离器构成。通常重力分离器起粗分离的作用,用于分离原料天然气液态烃、游离水滴和100μｍ以上的固体微粒;过滤分离器起细过滤分离的作用,用于进一步分离原料气中液态烃、游离水滴和1μｍ以上的固体微尘。但国内卧式过滤分离器是20年前从日本引进设备的仿制品,由于国内材料和制造的原因,滤芯过滤精度不高、设备的密封性能也不好,造成只能拦截大于5μｍ以上的固体微尘。
1.2 气质情况
近年来,由于气矿输送到净化厂的原料气改为干气及干湿气混合输送后,对原料气输送管线多次清管,大量的硫化铁等粉尘杂质随原料气夹带进入净化厂,经过重力分离和过滤分离,大颗粒杂质和游离水被分离,但大量呈细小颗粒状、难以聚集的杂质穿透过滤器,进入脱硫系统使溶液污染变质,严重影响了溶液的活性,同时设备腐蚀状况加剧。大量杂质在溶液流速相对缓慢的吸收塔塔盘和换热设备管束中沉积,造成换热设备堵塞,吸收塔拦液发泡,装置原料气有效处理量下降等,甚至产品气不合格,引起装置多次临时停产检修,给生产带来很大的损失。
1.3 影响情况
自2000～2004年来,重庆天然气净化总厂净化装置受原料气夹带杂质,造成溶液被污染拦液、换热设备堵塞,难以维持装置正常生产而引发的非计划停产共计22次,影响处理能力30428×104ｍ3、涉及处理量30169×104ｍ3,严重影响企业的正常生产,直接影响下游以天然气为原料的企业生产和居民生活用气,给企业造成负面的社会影响。
2 过滤方式选择为了解各种滤芯在装置实际工况下的过滤分离效果,在现有一级重力分离器和一级仿照ｐｅｃｏ过滤分离器的基础上,总厂与科研单位在引进分厂80×104ｍ3/ｄ原料天然气过滤装置上进行了侧线试验,综合现有过滤设备存在的问题考虑,共选择了五种过滤元件进行现场侧线试验。
对现场侧线试验的结果分析,原有过滤效果差的主要原因是过滤管过滤精度不够,适应不了大处理量工况下过滤大量细微固体颗粒的需要,同时,原有过滤器中过滤管密封结构不合理也是造成过滤效果差的主要原因之一。因此,更换过滤管,改善过滤管密封结构是提高过滤效果的主要途径。
经市场调研综合比较和应用对比后,重庆天然气净化总厂选用一级卧式ｐｅｃｏ过滤分离器+一级ｐａｌｌ卧式过滤器的原料气过滤改造方式。首先在渠县分厂增加两台颇尔过滤器有限公司的高效过滤器,采用ｍｃｃ1401-ｅ100滤芯用于原料气过滤的工业化试用,后根据使用效果在重庆天然气净化总厂全面推广。
3 ｐａｌｌ过滤器的应用
颇尔过滤器有限公司厂商选择的ｍｃｃ1401滤芯特别适用于天然气过滤,保证对0.3μｍ及以上固体杂质的去除效率在99.98%以上,其耐用性、大过滤面积和高容污量已证明在同类过滤器中是最有效的。
3.1 ｐａｌｌ过滤器特点
ｐａｌｌ高效过滤器的结构原理和通用原料气过滤分离器大致相同,不同之处是采用的材料和密封方式不同,通用原料气过滤分离器的滤芯与滤芯座密封是面密封,而ｐａｌｌ过滤器的滤芯与滤芯座是线密封(即“ｏ”型密封圈密封),避免了因加工精度或安装不正,导致滤芯短路不能有效过滤。在原料天然气等高压气流过滤中,ｐａｌｌ过滤器ｍｃｃ1401滤芯具有极高的精度,和溶剂、烃类等许多液体都相容,提供经济可靠的过滤技术,对气流中的悬浮固体颗粒及液滴有良好的拦截效果,从而获得优质流体。
3.1.1 持久优良的液体质量
绝对过滤精度:ｍｃｃ1401滤芯采用绝对精度衡量其过滤效率,可保证对超过精度的颗粒定量去除。由于采用的滤芯纤维直径很细、强度高,滤芯过滤介质的打褶结构使其在很小的柱状体积下具有高效的过滤面积,增加了空隙体积和空隙率。与传统的聚结器或其它过滤分离技术相比,其过滤面积超出10倍以上,容污量更高、持久性更强、使用寿命更长。能够提供更高的聚结效率、更大的处理容量及更佳的去污能力。
3.1.2 操作的可靠性
滤芯介质是一种树脂浸泡固结的醋酸纤维,利用树脂浸泡技术锁定纤维,防止弯曲和移动,避免由此引起所流动通道尺寸改变而使得去除效率降低的问题。纤维中固定过滤孔的网状结构位置固定,使得孔的尺寸在流速改变、压力波动、机械振动甚至压降升高时都不会变大,滤芯结构也不易损坏。因而滤出的液滴和颗粒不会卸载或释放到下游,去除效率保持一致不变。
3.1.3 经济有效的过滤系统
滤壳在选材上充分考虑硫化氢对设备的腐蚀,采用天然气工业普遍采用的快开盲板结构,保证能快捷安全地更换滤芯;ｍｃｃ1401滤芯与滤壳的连接采用内“ｏ”型圈密封方式,每支滤芯都是通过钢端盖中的一个内“ｏ”型圈正向密封在滤壳管板上,可以防止流体沟流,保证对污染物的去除精度;不需要昂贵的内部硬件,快开盲板和单个内“ｏ”型圈的设计,可满足滤芯迅速简易的更换要求,降低维修费用,使操作维护时间缩短,减少了系统停车时间。原有过滤器和增设ｐａｌｌ过滤器的密封方式。
3.2 ｐａｌｌ过滤器的试用情况
由于原料气夹带杂质严重污染溶液系统,仅通过过滤贫富液中的杂质不能彻底解决该问题,造成多次非计划停车清洗溶液系统,影响净化装置的平稳运行。为保证装置长周期正常运行,针对原料气夹带杂质污染溶液系统等关键具体问题,重庆天然气净化总厂决定采用一种切实可行的过滤分离系统改造方案,重点考虑从原料气过滤设备的控制解决问题。在组织相关人员和企业院校进行仔细分析,确定固体杂质主要为硫化亚铁颗粒,同时对天然气过滤分离技术的现状进行调研、分析,在现场滤芯侧线试验的基础上,对滤芯选择及密封方式作了进一步的考证。
在过滤器经科研试验和选型对比后,中国石油西南油气田分公司决定在渠县分厂增加两台颇尔过滤器有限公司的高效过滤器,采用ｍｃｃ1401-ｅ100滤芯用于原料气过滤的工业化试用。
2003年10月两台高效过滤分离器投运,用于渠县分厂原料气过滤分离系统,从含硫天然气中去除固体颗粒物,以保证脱硫塔高效稳定运行。过滤器经投运后测试,在系统正常运行情况下,效率为92.2%(ｍ),在系统粉尘含量较高的情况下,其除尘效率达到98.7%(ｍ)。
2003年11月13日下午,将ｂ台过滤器切换到ａ台。ｂ台经泄压放空和氮气置换后,打开排污阀,从过滤器底部排放口排出少量黑水。打开快开盲板,在过滤器下部积累了一些灰黑色的颗粒和粉末;
抽出部分滤芯检测,在靠近密封面一端有些黑色的污渍;滤芯几何尺寸没有变化,外保护罩完好,轻轻敲击滤芯,从过滤管的褶皱纤维中抖出少许黑色粉末。过滤器滤芯回装并关闭快开盲板,经试压合格后继续使用。
由于颇尔过滤器有限公司原料气高效过滤器在渠县分厂有良好的应用效果,2004年,重庆天然气净化总厂陆续在长寿分厂、引进分厂和垫江分厂大修时投运ｐａｌｌ原料气高效过滤器。
4 应用效果
4.1 检测分析
检测人员:颇尔过滤器有限公司、中国石油西南油气田分公司技术管理部门、重庆天然气净化总厂和各分厂技术管理人员、天然气研究院技术人员。
检测标准:颇尔过滤器有限公司ｌｓ073在线气体取样检测试验标准,测定单位体积的气体中固体颗粒物含量。
试验仪器:采用颇尔过滤器有限公司直径47ｍｍ,绝对过滤精度0.45μｍ尼龙膜片过滤,对于气体中固体颗粒物过滤精度为0.01μｍ。使用ｈｅｄｌａｎｄ便携式气体流量计(3-25ｃｆｍ)测量过滤后的气体体积,试验流量设计为16.99ｍ3/ｈ。
取样检测:在每台过滤器上下游同时各取样检测两次,每次取样时间为4～5ｈ。根据取样检测结果,打开设备检查过滤器滤芯安装和使用情况。按通过分析膜片的气体体积和膜片的净增重,计算每一取样位置气体中的粉尘含量。
计算方法:试验用流量计是用空气(比重为1.0)在21 1℃及689.5ｋｐａ(表压)下标定的。实际气体流量依操作温度和压力及气体比重折算。
4.2 操作参数[1]
两台过滤器一用一备互相切换运行,检测时除渠县分厂只考核了ｂ台外,其它分厂同时考核了ａ台和ｂ台。将现场记录的过滤器操作参数及其设计参数对比列入表2中。
4.3 粉尘含量检测[2]
按详细的试验条件对每台过滤器进行了两次检测,检测分析结果如表3所示。
4.4 性能分析
从过滤器设计和操作参数对比结果可以看出,所有过滤器都在其设计参数范围内运行。经过近1个月的使用,杂质含量较低,过滤器底部和滤芯内部粉尘较少。其压降维持在较低的水平,呈现了良好的使用性能。从过滤器进出口粉尘含量检测结果可以看出,所有的过滤器都呈现了良好的除尘效率,确实起到了保证脱硫塔高效稳定运行的作用。在系统正常运行情况下,所有的过滤器平均除尘效率最高为99.8%(ｍ),最低为93.0%(ｍ),总的平均结果大于98.0%(ｍ)。
说明:颇尔过滤器有限公司ｍｃｃ1401-ｅ100滤芯用于气体过滤去除效率的结论,是在实验室使用直径为0.3μｍ的颗粒物———磷酸三辛酯(ｄｏｐ)进行挑战试验得出的。在实际使用中,因气体粉尘中颗粒物粒径分布较广(大约从0.001～100μｍ),采用常规的方法,难以测定过滤器对大于和等于0.3μｍ的颗粒去除效率。
按颇尔过滤器有限公司在线气体取样测试试验标准,试验中采用颇尔过滤器有限公司直径47ｍｍ,过滤绝对精度0.45μｍ尼龙膜片,其对于气体中固体颗粒物过滤精度为0.01μｍ。试验膜片截留了气体中所有大于和等于0.01μｍ的颗粒物,其中既包含所有大于和等于0.3μｍ的颗粒,也有0.3～0.01μｍ的颗粒。去除部分无效数据外,ｐａｌｌ过滤器除在渠县分厂试验使用效果偏低外,在其它装置的使用中,过滤0.01μｍ的颗粒有效率达到98.7%(ｍ),推断过滤0.03μｍ的颗粒应该能达到99.98%(ｍ)。
4.5 运行效果
原料气过滤分离器投运后,现在已经全部运行一年以上,工作压差均小于30ｋｐａ,在近期引进分厂400×104装置大修时,打开过滤器盲板及取下滤芯检查,在ｐａｌｌ高效过滤器壳体和滤芯处,有效拦截了较多的固体颗粒物,效果明显优于原有原料气过滤器。具体过滤效果,见图2。
各分厂投用高效过滤器后,溶液清洁度外观明显好转,溶液袋式过滤器清洗频率降低,大大减轻了操作工的劳动负荷。溶液过滤器在原料气ｐａｌｌ过滤器投用前后的清洗频率,见表4。
5 结论
在重庆天然气净化总厂各套装置的ｐａｌｌ高效过滤器检修或切换时,均打开盲板进行检查,发现过滤器有效拦截了含硫天然气中的固体颗粒物,并且滤芯的外观形状保持良好,在敲打掉杂质后,上回即可继续使用,过滤器总体效果不错。加上气矿输送的原料气气质变好,因原料气夹带杂质污染溶液,造成脱硫装置被迫停车清洗的情况大幅度下降,近一年中仅发生一次,确实起到了保证脱硫塔高效稳定运行的作用,具有良好的经济效益和社会效益,同时大大降低了员工的劳动强度。根据前文的统计数据,1ｍ3天然气以0.75元计,平均每年可为中国石油西南油气田分公司增加4560万元,重要的是社会效益明显,随着川渝地区经济快速发展,对清洁能源天然气的需求迅猛增长,天然气净化厂减少临时停产次数,极大地缓解了供气紧张的矛盾。
参考文献:
[1] 任晋银.重庆天然气净化总厂颇尔高效过滤器检测报告[ｚ].北京:颇尔过滤器(北京)有限公司,2005.