一種天然氣過濾分離設備的濾芯性能測定方法與流程
2023-10-04 05:16:24
本發明涉及多相介質流動、過濾分離技術領域，具體涉及一種天然氣濾芯性能檢測裝置。
背景技術：
目前在天然氣長輸管道壓氣站內常用到三種過濾濾芯,輸送天然氣用的工藝氣過濾器濾芯、離心壓縮機幹氣密封用過濾器濾芯和燃氣輪機燃料氣用過濾器濾芯。在高壓天然氣處理和長距離管道輸送過程中，其中的固體粉塵和液滴等雜質會造成大型壓縮機組損壞，計量儀器失效以及站場停輸等重大事故，嚴重影響管道的供氣安全和長周期運行。三種濾芯的目的都是除去天然氣含有的固體顆粒以及水和烴類液滴。進站的天然氣一般先進入工藝氣過濾器，其中壓縮機出口的極少量天然氣需要經過幹氣密封過濾器，然後再進入壓縮機軸端的幹氣密封。還有一少部分氣體天然氣經過燃料氣過濾器後進入燃氣輪機燃燒器進行燃燒產生動力。過濾分離設備用於去除天然氣中的石英砂和鐵鏽等固體雜質以及輸送過程中冷凝析出的游離水和輕烴等液滴。輸送用工藝氣過濾器濾芯的性能是最主要的影響因素，目前對其測試的技術包括：利用兩臺光散射氣溶膠計數器同時對旋風分離器進出口氣體中顆粒的粒徑分布及計數濃度進行測量，確定出分離器的分離效率，或者利用光散射顆粒分析儀測量氣溶膠顆粒的濃度和粒徑分布，或者採用氣動粒度儀對旋風分離器上下遊的顆粒濃度進行測量，還有利用雷射散射法測量分離器內顆粒的粒徑分布情況，或者利用掃描電遷移粒徑儀及空氣動力學粒徑分析儀測量過濾分離器上下遊氣溶膠濃度和粒徑分布從而確定氣溶膠粒子透過率，從而計算過濾器的過濾效率。在過濾性能檢測過程中，尤其是對濾芯氣液過濾性能進行檢測時，濾芯側排出的液體逐漸增多，如不對其進行排放，沉積液體中的部分顆粒會隨氣流進入濾芯下遊管路，將嚴重影響粒子計數器的計數準確性。
目前國內常用的過濾器濾芯質量評價標準國內現行檢測氣體過濾性能的標準主要參考《高效空氣過濾器性能試驗方法效率和阻力》國家標準gb/t6165-2008，但該標準主要針對大氣氣溶膠顆粒進行檢驗。
另外，現有測試方法計數中值粒徑測試範圍在0.1～10μm，而對0.1μm以下及10μm以上的顆粒未進行測定，不能滿足幹氣密封濾芯的粒徑範圍檢測要求。為了滿足天然氣管道壓氣站過濾用幹氣密封濾芯性能的檢測要求，保證測試過程及結果的穩定可靠，上述問題都需要加以改進。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種天然氣過濾分離設備的濾芯性能檢測裝置，可滿足天然氣管道輸送用過濾分離設備的濾芯性能的檢測要求。
為了達到上述目的，本發明採用的技術方案為：
一種天然氣過濾分離設備的濾芯性能檢測方法，包括如下步驟：
1)對天然氣進行等速採樣後進行流量分配，將其形成氣溶膠粒子；
2)進行流量控制；
3)高壓天然氣管道內顆粒物的在線檢測和分析以及常溫常壓下天然氣管道過濾分離設備分離效率的測定；以及
4)減壓放空。
其中，所述步驟1)包括等速取樣後的氣體首先通過流量分配器，然後將一部分含塵氣體形成氣溶膠粒子，並分配後在線檢測儀器進行檢測。
其中，所述形成氣溶膠粒子在氣溶膠粒子發生單元中完成，所述氣溶膠粒子發生單元使得天然氣經調壓閥後以一定的壓力進入噴霧器，將噴霧器內的稀氯化鈉溶液噴霧成細小的氯化鈉液滴，氯化鈉液滴隨後進入矽膠乾燥柱，出水乾燥、結晶後形成非常小的氯化鈉固體結晶粒子作為凝結核，隨後氯化鈉氣溶膠被分成兩部分，一部分進入盛有液態有機物質的飽和器中，另一部分直接進入加熱器，加熱飽和器液態有機物質使其在一定的壓力和溫度下蒸發進入再熱器，進入再熱器的為凝結核粒子、氮氣以及有機物質蒸氣三者的混合物，混合物經過再熱器進一步加熱確保在進入冷凝管之前不會發生冷凝，最後在冷凝管理有機物質凝結在凝結核上形成單分散氣溶膠。
其中，所述液態有機物質為dehs。
其中，所述步驟1)的等速採樣採用皮托管測量管路的氣速，皮托管與採樣嘴匹配，根據已知氣速及採樣嘴尺寸確定採樣流量，實現等速採樣。
其中，所述步驟1)的等速採樣利用靜壓平衡型取樣器，使得等速採樣管的內外靜壓差為零，此時採樣管內流速等於管道內測點的流速。
其中，所述步驟2)流量控制通過一個流量控制單元完成，所述流量控制單元包括計算機、真空泵和電動調節閥，所述計算機分別與壓力溫度溼度測量儀、第一粒子計數器、第二粒子計數器、壓差計、體積流量計及電動調節閥相連，真空泵與電動調節閥相連；所述電動調節閥設置在所述真空泵與所述壓差計之間的管路上。
其中，所述壓力溫度溼度測量儀、壓差計及體積流量計通過plc控制，數據自動採集存儲和實施分析，所述電動調節閥開度由計算機進行實時控制調節。
其中，所述步驟3)在進行在線檢測的同時利用離線採樣裝置對管道內粉塵取樣，用於後期數據分析比較，將在線和離線採樣獲得的結果進行計量後繼續步驟4)減壓放空。
其中，步驟3)中常溫常壓下天然氣管道過濾分離設備分離效率的測定是將採樣嘴伸入過濾分離設備得進出口管路進行等速採樣，利用真空泵從含塵氣體管路中抽取具有代表性的顆粒樣品進行在線分析，同時採用高精度濾膜驗證在線檢測的準確性。
本發明相比現有技術具有以下優點及有益效果：
與現有測試方法相比，可將天然氣傳輸管道過濾用氣密封濾芯放入測試裝置進行性能檢測，且氣體流通方式與天然氣壓氣站流通方式相符，測試結果能在一定程度上反映現場實際應用狀況。另外，通過相應控制程序對電動調節閥的開度進行自動調節，風量控制更加準確，檢測穩定性得以提高。此外，採用的兩種等速採樣方法可以獲得更有代表性的顆粒物，光學粒子分析儀耐高壓，從而增大了現有粒徑測量範圍，能夠實現高精度和寬量程的粒子檢測。
根據下文結合附圖對本發明具體實施例的詳細描述，本領域技術人員將會更加明了本發明的上述以及其他目的、優點和特徵。
附圖說明
後文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細描述本發明的一些具體實施例。附圖中相同的附圖標記標示了相同或類似的部件或部分。本領域技術人員應該理解，這些附圖未必是按比例繪製的。本發明的目標及特徵考慮到如下結合附圖的描述將更加明顯，附圖中：
圖1為根據本發明實施例的高壓管道內顆粒在線檢測流程；
圖2為根據本發明實施例的常壓常溫在線檢測流程。
具體實施方式
參見附圖1，實施例涉及一種天然氣過濾分離設備的濾芯性能檢測方法，分為四個部分：1)對天然氣進行等速採樣後進行流量分配，將其形成氣溶膠粒子；2)進行流量控制；3)高壓天然氣管道內顆粒物的在線檢測和分析以及常溫常壓下天然氣管道過濾分離設備分離效率的測定；以及4)減壓放空。等速取樣後的氣體首先通過流量分配器，然後將一部分含塵氣體形成氣溶膠粒子，並分配後在線檢測儀器進行檢測。形成氣溶膠粒子在氣溶膠粒子發生單元中完成，氣溶膠粒子發生單元使得天然氣經調壓閥後以一定的壓力進入噴霧器，將噴霧器內的稀氯化鈉溶液噴霧成細小的氯化鈉液滴，氯化鈉液滴隨後進入矽膠乾燥柱，出水乾燥、結晶後形成非常小的氯化鈉固體結晶粒子作為凝結核，隨後氯化鈉氣溶膠被分成兩部分，一部分進入盛有液態有機物質的飽和器中，另一部分直接進入加熱器，加熱飽和器液態有機物質使其在一定的壓力和溫度下蒸發進入再熱器，進入再熱器的為凝結核粒子、氮氣以及有機物質蒸氣三者的混合物，混合物經過再熱器進一步加熱確保在進入冷凝管之前不會發生冷凝，最後在冷凝管理有機物質凝結在凝結核上形成單分散氣溶膠。液態有機物質可以採用dehs。等速採樣採用皮托管測量管路的氣速，皮托管與採樣嘴匹配，根據已知氣速及採樣嘴尺寸確定採樣流量，實現等速採樣，也可以利用靜壓平衡型取樣器，使得等速採樣管的內外靜壓差為零，此時採樣管內流速等於管道內測點的流速。流量控制通過一個流量控制單元完成，流量控制單元包括計算機、真空泵和電動調節閥，所述計算機分別與壓力溫度溼度測量儀、第一粒子計數器、第二粒子計數器、壓差計、體積流量計及電動調節閥相連，真空泵與電動調節閥相連；所述電動調節閥設置在所述真空泵與所述壓差計之間的管路上。壓力溫度溼度測量儀、壓差計及體積流量計通過plc控制，數據自動採集存儲和實施分析，所述電動調節閥開度由計算機進行實時控制調節。步驟3)在進行在線檢測的同時利用離線採樣裝置對管道內粉塵取樣(圖中未示出)，用於後期數據分析比較，將在線和離線採樣獲得的結果進行計量後繼續步驟4)減壓放空。
參照圖2，步驟3)中還涉及常溫常壓下天然氣管道過濾分離設備分離效率的測定，是將採樣嘴伸入過濾分離設備得進出口管路進行等速採樣，利用真空泵從含塵氣體管路中抽取具有代表性的顆粒樣品進行在線分析，同時採用高精度濾膜驗證在線檢測的準確性。
以多管旋風分離器實際分離性能的測定為例，旋風分離器的分離方式是利用分離器內部高速旋轉產生離心力將氣液分離，分離出的液滴會聚集在設備的表面，然後依靠重力作用排出，雖然分離效果比較好，但是調節比較小的氣體流量時效果會降低很多，測試所採用的氣體介質為潔淨空氣，採用的氣溶膠顆粒為dhes(癸二酸二辛酯)。檢測裝置在下述工況下進行操作：流量範圍:0～20m3/h；操作壓力：81.33～121.33kpa；操作溫度：18～28℃；操作溼度：40～70％。利用所述檢測裝置可依次對進行濾芯效率測試。具體操作步驟如下：
1)建立氣溶膠粒子發生單元：在濾芯阻力測試基礎上，依次將高效空氣過濾器、手動調壓閥、氣溶膠發生器和混合器相連。打開手動調壓閥，啟動氣溶膠發生器，測試氣溶膠與測試空氣在混合器均勻混合，調節加熱器使系統內的溫度達到溫度在(23±5)℃範圍內，相對溼度在(55±15)％範圍內。
2)調整流量調節單元：將系統流量調節到濾芯廠家規定的額定風量後，在整個測試過程中，利用計算機對電動調節閥開度進行實時自動調節，將流量控制在額定風量的±3％之內。
3)在上述步驟完成後可對測試濾芯上、下遊0.01～40μm粒徑範圍的粒子進行測定，從而通過計算得到濾芯效率。
4)測試結束後依次關閉粒子計數器、氣溶膠發生器真空泵。
所述性能測試過程中，採用在線和離線測量兩種方式，採用濾筒捕集粉塵的同時，採用氣溶膠粒徑譜儀以及耐高壓氣溶膠導管技術，實現高壓工況下天然氣顆粒物含量的在線分析，進行8組離線取樣，每次取樣時間為2小時，同時記錄累積採樣流量，離線檢測結果為2小時內管道顆粒物的平均濃度，測試前後將離線取樣濾筒取出放置在真空乾燥箱內乾燥4小時，並利用精度為0.1mg的電子分析天平稱重，得到粉塵樣品質量，計算效率，並進行比對校驗。
雖然本發明已經參考特定的說明性實施例進行了描述，但是不會受到這些實施例的限定而僅僅受到附加權利要求的限定。本領域技術人員應當理解可以在不偏離本發明的保護範圍和精神的情況下對本發明的實施例能夠進行改動和修改。