天然气及煤层气输送配后系统高效除尘设备的设计

天然气及煤层气输送配后系统高效除尘设备的设计

上海北方天然气输送公司负责将高压气从石孔口的煤矿气厂转移到大型工厂、庙行等车站，压压器减压后输送给用户。输送配后系统调压设备从意大利进口,整套设备价格在2千多万元。在经过两年的调试过程中,发现输送管道中含有氧化铁(占50%以上)等粉尘,造成过滤器在较短时间内堵塞,有时运转不到一天就被压瘪,阻力直线上升,被迫停车更换,意大利进口滤筒价格昂贵,两年中已更换十余只,仍然不能解决问题,煤气的输送配不能保证连续正常运行。为此,上海化工研究院对石洞口和门站管路进行了现场测试,提出了系统除尘方案,设计了一种多层式高效气体过滤器,并配以高效旋风分离器,这套复合式除尘装置经半年多实际运行考核,效果良好,现场测试结果表明,总除尘效率可达99.99%以上,而且容尘量较大,阻力较低,运转稳定,操作方便,完全可满足高压天然气及煤气的输送要求。操作场景和技术路线的选择1.,97,4.3天然气(煤气)输送配压力在0.6～1.6MPa,最大输量Qmax=40000m3/h(20℃,101.325kPa,下同)。根据现场测定和粉尘粒度分析结果表明,天然气(煤气)中粉尘浓度小于10mg/m3,粉尘平均粒径为36μm,其中小于20μm的粉尘占20%左右,属于较细粉尘,考虑后系统调压器对除尘要求很高,因此对输送配天然气(煤气)须经超净化处理。2.级串联除尘方案由于天然气(煤气)中粉尘浓度极低,粉尘较细,须超净化处理。旋风分离器的分离机理是利用颗粒在高速旋转下的离心力作用,受其限制,对<5μm的粉尘颗粒分离效率不高。布袋除尘对较细粉尘的除尘效率很高,但要求过滤风速很小。由于输送配天然气(煤气)的最大输量Qmax可达40000m3/h,且输量变化很大,压力较高。符合设计要求的布袋除尘就很大,清灰时还需要功率很大的脉冲反吹装置,而且从安全考虑反吹气体介质需用氮气,这样的一套装置代价很大,因此在方案中没有被采用。根据现场测试结果、尤其对收集到的粉尘粒径分布的分析,综合考虑高压天然气(煤气)输送配的工艺特点后,决定采用二级串联除尘方案(见图1)。其中第一级除尘器使用高效旋风分离器,第二级则采用组合多层式高效过滤器。由于从石洞口煤气厂到门站距离较远,管道在铺设时及管道本身存在密封问题,管道中渗入了许多水和粉尘。水和粉尘平时粘附在管壁上,在天然气(煤气)的冲刷下,瞬时可以产生较大量的粗颗粒灰尘。针对较大量粗颗粒灰尘,高效旋风分离器能够除去其中直径在20μm以上的粉尘。能够减轻组合多层式高效空气过滤器的负荷。组合多层式高效气体过滤器属一种空气净化装置,能够捕集微米级和亚微米级的粉尘颗粒。基于设计的基础、技术的改进和小试验结果1.现场试验及水质粉尘样品粒径分析:实际收取粉尘量:0.348kg/h(从滤筒中收下,输量约10000m3/h);粉尘定性:氧化铁占50%;现场测试:石洞口输出煤气中粉尘浓度<10mg/m3;最大输量Qmax=40000m3/h,压力p=0.6～1.6Mpa。2.指标在过滤器后系统调压器基本要求无粉尘。除尘系统要求总阻力Δp≤0.1MPa,10μm以上杂质全部除去。3.滤料阻力测试筒体直径为>50mm,输量Q试=5.5m3/h,过滤速度v过=0.78m/s。固定输量下滤料与阻力的关系见表1。试验结果:2#和1#滤料(单层)阻力较小,压缩后阻力上升较小,3#和5#滤料阻力较大。不同输量对滤料阻力的影响见表2。加料量与阻力的关系见表3。试验结果:随加料量增加,阻力上升,加料量达到55g时,在A试验组中,3#、5#滤料有粉尘,而B试验组中,3#、5#滤料无粉尘。试验表明,滤料在压缩后,过滤效率增加,但阻力上升。该分离器的结构特点、性能和应用1.内旋气流旋转轴当含尘气流由进气管进入旋风除尘器时,气流将由直线运动转变为圆周运动。旋转气流沿器壁自圆筒体呈螺旋形向下,朝锥体流动。含尘气体在旋转过程中产生离心力,将重度大于气体的尘粒一旦与器壁接触,便失去惯性而靠入口速度的动量和向下的重力沿壁面下落,进入灰斗。旋转下降的外旋气流在达到锥体时,因圆锥形的收缩而向除尘器中心流动。根据“旋转矩”不变原理,其切向速度不断提高。当气流下端某一位置时,即以同样的旋转方向从旋风除尘器中部,由下反转而上,继续作螺旋形运动,即内旋气流,经排气管排出器外,一部分未被捕集的尘粒也由此逃逸。上海化工研究院自七十年代以来,一直从事气固分离研究工作,通过旋风除尘器的机理研究,性能试验,结构探索及热态考核,相继研制成功D型、B型、ET型及EⅡ型等几种特殊结构型式的新型高效旋风分离器,并建立了用于分离系统的电子计算机模拟计算程序,可根据实际生产工艺条件进行最优化设计。针对高压天然气输送的特殊工艺条件,即气体负荷变化大,易燃、易爆和高压操作等特点,设计了特殊结构型式的旋风除尘器,满足压力容器的设计要求,经电子计算机模拟计算表明,当旋风除尘器入口速度为9～17m/s变化时,其分离效率大于95%。2.纤网密度、直径和厚度配置为了兼有高效率、低阻力和高容尘量(长寿命)三个优点,本过滤器采用多层结构的形式,在过滤器中设置几层不同填充密度和纤维直径的过滤层,由前至后,密度、直径和过滤层厚度的配置使效率逐步提高。这样可以使较大的尘粒在前面捕集,较小的尘粒在后面被捕集,避免了在单层过滤器中大部分尘粒沉积在过滤层前面的现象,因而可以大大提高过滤器的容尘量和效率,根据冷态试验结果表明,除尘效率可达99.999%以上。3.高压煤气输送超净化技术的应用上海浦东高压天然气输送除尘装置,自1999年4月起使用至今已将近一年,1999年10月曾将过滤器顶盖打开检查,把内置的滤料取出后观察,上箱体滤料的上部已积满粉尘,到第10张时滤片已基本没有粉尘,只有一点锈黄色,上箱体的下半部及中、下箱体内的滤料还非常清洁。除尘装置运转期间,过滤器压差十分稳定,基本没有什么变化,使用效果很好,运行稳定,管理方便,达到了超净化要求。该技术在高压煤气输送系统中也得到了实施,例如,上海石洞口煤气厂生产的煤气经高压输送至大场、庙行等门站。在各门站,煤气先通过过滤器除尘,再由调压器降压后输往用户使用。过滤器和调压器等设备,都是从意大利引进的,在两年的调试过程,发现输送管道内含有氧化铁(占50%多)等粉尘,造成过滤器在较短时间内堵塞,有时运转不到一天就将过滤器滤芯压瘪,阻力直线上升,甚至将调压器打坏,被迫停车,滤芯需从意大利进口,价格昂贵,在调试过程中已调换了十余只滤芯,由于没有从根本上解决问题,煤气输送一直未能正常连续运行。自采用本技术后已运行半年多。取得了良好的效果,除尘效率高,运转稳定,操作弹性大,保护了原过滤器不受损坏,使调压器能正