一种天然气过滤分离设备的滤芯性能测定方法与流程

本发明涉及多相介质流动、过滤分离技术领域，具体涉及一种天然气滤芯性能检测装置。

背景技术：

目前在天然气长输管道压气站内常用到三种过滤滤芯,输送天然气用的工艺气过滤器滤芯、离心压缩机干气密封用过滤器滤芯和燃气轮机燃料气用过滤器滤芯。在高压天然气处理和长距离管道输送过程中，其中的固体粉尘和液滴等杂质会造成大型压缩机组损坏，计量仪器失效以及站场停输等重大事故，严重影响管道的供气安全和长周期运行。三种滤芯的目的都是除去天然气含有的固体颗粒以及水和烃类液滴。进站的天然气一般先进入工艺气过滤器，其中压缩机出口的极少量天然气需要经过干气密封过滤器，然后再进入压缩机轴端的干气密封。还有一少部分气体天然气经过燃料气过滤器后进入燃气轮机燃烧器进行燃烧产生动力。过滤分离设备用于去除天然气中的石英砂和铁锈等固体杂质以及输送过程中冷凝析出的游离水和轻烃等液滴。输送用工艺气过滤器滤芯的性能是最主要的影响因素，目前对其测试的技术包括：利用两台光散射气溶胶计数器同时对旋风分离器进出口气体中颗粒的粒径分布及计数浓度进行测量，确定出分离器的分离效率，或者利用光散射颗粒分析仪测量气溶胶颗粒的浓度和粒径分布，或者采用气动粒度仪对旋风分离器上下游的颗粒浓度进行测量，还有利用激光散射法测量分离器内颗粒的粒径分布情况，或者利用扫描电迁移粒径仪及空气动力学粒径分析仪测量过滤分离器上下游气溶胶浓度和粒径分布从而确定气溶胶粒子透过率，从而计算过滤器的过滤效率。在过滤性能检测过程中，尤其是对滤芯气液过滤性能进行检测时，滤芯侧排出的液体逐渐增多，如不对其进行排放，沉积液体中的部分颗粒会随气流进入滤芯下游管路，将严重影响粒子计数器的计数准确性。

目前国内常用的过滤器滤芯质量评价标准国内现行检测气体过滤性能的标准主要参考《高效空气过滤器性能试验方法效率和阻力》国家标准gb/t6165-2008，但该标准主要针对大气气溶胶颗粒进行检验。

另外，现有测试方法计数中值粒径测试范围在0.1～10μm，而对0.1μm以下及10μm以上的颗粒未进行测定，不能满足干气密封滤芯的粒径范围检测要求。为了满足天然气管道压气站过滤用干气密封滤芯性能的检测要求，保证测试过程及结果的稳定可靠，上述问题都需要加以改进。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种天然气过滤分离设备的滤芯性能检测装置，可满足天然气管道输送用过滤分离设备的滤芯性能的检测要求。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种天然气过滤分离设备的滤芯性能检测方法，包括如下步骤：

1)对天然气进行等速采样后进行流量分配，将其形成气溶胶粒子；

2)进行流量控制；

3)高压天然气管道内颗粒物的在线检测和分析以及常温常压下天然气管道过滤分离设备分离效率的测定；以及

4)减压放空。

其中，所述步骤1)包括等速取样后的气体首先通过流量分配器，然后将一部分含尘气体形成气溶胶粒子，并分配后在线检测仪器进行检测。

其中，所述形成气溶胶粒子在气溶胶粒子发生单元中完成，所述气溶胶粒子发生单元使得天然气经调压阀后以一定的压力进入喷雾器，将喷雾器内的稀氯化钠溶液喷雾成细小的氯化钠液滴，氯化钠液滴随后进入硅胶干燥柱，出水干燥、结晶后形成非常小的氯化钠固体结晶粒子作为凝结核，随后氯化钠气溶胶被分成两部分，一部分进入盛有液态有机物质的饱和器中，另一部分直接进入加热器，加热饱和器液态有机物质使其在一定的压力和温度下蒸发进入再热器，进入再热器的为凝结核粒子、氮气以及有机物质蒸气三者的混合物，混合物经过再热器进一步加热确保在进入冷凝管之前不会发生冷凝，最后在冷凝管理有机物质凝结在凝结核上形成单分散气溶胶。

其中，所述液态有机物质为dehs。

其中，所述步骤1)的等速采样采用皮托管测量管路的气速，皮托管与采样嘴匹配，根据已知气速及采样嘴尺寸确定采样流量，实现等速采样。

其中，所述步骤1)的等速采样利用静压平衡型取样器，使得等速采样管的内外静压差为零，此时采样管内流速等于管道内测点的流速。

其中，所述步骤2)流量控制通过一个流量控制单元完成，所述流量控制单元包括计算机、真空泵和电动调节阀，所述计算机分别与压力温度湿度测量仪、第一粒子计数器、第二粒子计数器、压差计、体积流量计及电动调节阀相连，真空泵与电动调节阀相连；所述电动调节阀设置在所述真空泵与所述压差计之间的管路上。

其中，所述压力温度湿度测量仪、压差计及体积流量计通过plc控制，数据自动采集存储和实施分析，所述电动调节阀开度由计算机进行实时控制调节。

其中，所述步骤3)在进行在线检测的同时利用离线采样装置对管道内粉尘取样，用于后期数据分析比较，将在线和离线采样获得的结果进行计量后继续步骤4)减压放空。

其中，步骤3)中常温常压下天然气管道过滤分离设备分离效率的测定是将采样嘴伸入过滤分离设备得进出口管路进行等速采样，利用真空泵从含尘气体管路中抽取具有代表性的颗粒样品进行在线分析，同时采用高精度滤膜验证在线检测的准确性。

本发明相比现有技术具有以下优点及有益效果：

与现有测试方法相比，可将天然气传输管道过滤用气密封滤芯放入测试装置进行性能检测，且气体流通方式与天然气压气站流通方式相符，测试结果能在一定程度上反映现场实际应用状况。另外，通过相应控制程序对电动调节阀的开度进行自动调节，风量控制更加准确，检测稳定性得以提高。此外，采用的两种等速采样方法可以获得更有代表性的颗粒物，光学粒子分析仪耐高压，从而增大了现有粒径测量范围，能够实现高精度和宽量程的粒子检测。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：

图1为根据本发明实施例的高压管道内颗粒在线检测流程；

图2为根据本发明实施例的常压常温在线检测流程。

具体实施方式

参见附图1，实施例涉及一种天然气过滤分离设备的滤芯性能检测方法，分为四个部分：1)对天然气进行等速采样后进行流量分配，将其形成气溶胶粒子；2)进行流量控制；3)高压天然气管道内颗粒物的在线检测和分析以及常温常压下天然气管道过滤分离设备分离效率的测定；以及4)减压放空。等速取样后的气体首先通过流量分配器，然后将一部分含尘气体形成气溶胶粒子，并分配后在线检测仪器进行检测。形成气溶胶粒子在气溶胶粒子发生单元中完成，气溶胶粒子发生单元使得天然气经调压阀后以一定的压力进入喷雾器，将喷雾器内的稀氯化钠溶液喷雾成细小的氯化钠液滴，氯化钠液滴随后进入硅胶干燥柱，出水干燥、结晶后形成非常小的氯化钠固体结晶粒子作为凝结核，随后氯化钠气溶胶被分成两部分，一部分进入盛有液态有机物质的饱和器中，另一部分直接进入加热器，加热饱和器液态有机物质使其在一定的压力和温度下蒸发进入再热器，进入再热器的为凝结核粒子、氮气以及有机物质蒸气三者的混合物，混合物经过再热器进一步加热确保在进入冷凝管之前不会发生冷凝，最后在冷凝管理有机物质凝结在凝结核上形成单分散气溶胶。液态有机物质可以采用dehs。等速采样采用皮托管测量管路的气速，皮托管与采样嘴匹配，根据已知气速及采样嘴尺寸确定采样流量，实现等速采样，也可以利用静压平衡型取样器，使得等速采样管的内外静压差为零，此时采样管内流速等于管道内测点的流速。流量控制通过一个流量控制单元完成，流量控制单元包括计算机、真空泵和电动调节阀，所述计算机分别与压力温度湿度测量仪、第一粒子计数器、第二粒子计数器、压差计、体积流量计及电动调节阀相连，真空泵与电动调节阀相连；所述电动调节阀设置在所述真空泵与所述压差计之间的管路上。压力温度湿度测量仪、压差计及体积流量计通过plc控制，数据自动采集存储和实施分析，所述电动调节阀开度由计算机进行实时控制调节。步骤3)在进行在线检测的同时利用离线采样装置对管道内粉尘取样(图中未示出)，用于后期数据分析比较，将在线和离线采样获得的结果进行计量后继续步骤4)减压放空。

参照图2，步骤3)中还涉及常温常压下天然气管道过滤分离设备分离效率的测定，是将采样嘴伸入过滤分离设备得进出口管路进行等速采样，利用真空泵从含尘气体管路中抽取具有代表性的颗粒样品进行在线分析，同时采用高精度滤膜验证在线检测的准确性。

以多管旋风分离器实际分离性能的测定为例，旋风分离器的分离方式是利用分离器内部高速旋转产生离心力将气液分离，分离出的液滴会聚集在设备的表面，然后依靠重力作用排出，虽然分离效果比较好，但是调节比较小的气体流量时效果会降低很多，测试所采用的气体介质为洁净空气，采用的气溶胶颗粒为dhes(癸二酸二辛酯)。检测装置在下述工况下进行操作：流量范围:0～20m3/h；操作压力：81.33～121.33kpa；操作温度：18～28℃；操作湿度：40～70％。利用所述检测装置可依次对进行滤芯效率测试。具体操作步骤如下：

1)建立气溶胶粒子发生单元：在滤芯阻力测试基础上，依次将高效空气过滤器、手动调压阀、气溶胶发生器和混合器相连。打开手动调压阀，启动气溶胶发生器，测试气溶胶与测试空气在混合器均匀混合，调节加热器使系统内的温度达到温度在(23±5)℃范围内，相对湿度在(55±15)％范围内。

2)调整流量调节单元：将系统流量调节到滤芯厂家规定的额定风量后，在整个测试过程中，利用计算机对电动调节阀开度进行实时自动调节，将流量控制在额定风量的±3％之内。

3)在上述步骤完成后可对测试滤芯上、下游0.01～40μm粒径范围的粒子进行测定，从而通过计算得到滤芯效率。

4)测试结束后依次关闭粒子计数器、气溶胶发生器真空泵。

所述性能测试过程中，采用在线和离线测量两种方式，采用滤筒捕集粉尘的同时，采用气溶胶粒径谱仪以及耐高压气溶胶导管技术，实现高压工况下天然气颗粒物含量的在线分析，进行8组离线取样，每次取样时间为2小时，同时记录累积采样流量，离线检测结果为2小时内管道颗粒物的平均浓度，测试前后将离线取样滤筒取出放置在真空干燥箱内干燥4小时，并利用精度为0.1mg的电子分析天平称重，得到粉尘样品质量，计算效率，并进行比对校验。

虽然本发明已经参考特定的说明性实施例进行了描述，但是不会受到这些实施例的限定而仅仅受到附加权利要求的限定。本领域技术人员应当理解可以在不偏离本发明的保护范围和精神的情况下对本发明的实施例能够进行改动和修改。