一种湿气过滤用滤芯的性能评价系统及方法与流程

本发明涉及化工分析领域，特别涉及一种湿气过滤用滤芯的性能评价系统及方法。

背景技术：

目前，自井口产出的高压原料天然气多采用湿气输送方式至处理厂进行净化处理，由于原料天然气中含有多种杂质，例如液相烃类、游离水、化学添加剂等，这些均会影响处理厂内处理设备的正常运行，所以有必要对原料天然气进行预处理，以尽可能地出去上述杂质。

在相关技术中，首先利用气液分离器对原料天然气进行气液分离，通过重力作用脱除大部分的液相烃类、游离水和固态类化学添加剂，随后，将其导入液雾分离器中，利用其内设置的滤芯来脱除其中的微液雾等微颗粒杂质。可见，液雾分离器中滤芯的过滤性能对于原料天然气的预处理效果具有重要的影响。为了避免预处理后的原料天然气污染处理设备，有必要对滤芯的过滤性能进行评价，以便于选择高性能的滤芯。

然而，目前并未出现对湿气过滤用滤芯性能进行评价的方法。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种湿气过滤用滤芯的性能评价系统及方法，可解决上述技术问题。具体技术方案如下：

第一方面，提供了一种湿气过滤用滤芯的性能评价系统，所述系统包括：原料气混合器、气液分离器、液雾分离器；

所述原料气混合器的侧壁上设置有天然气进口，顶壁上设置有雾化液进口和混合湿气出口；

所述气液分离器的侧壁上设置有混合湿气进口，顶壁上设置有气雾出口；

所述液雾分离器的侧壁上设置有气雾进口，顶壁上设置有过滤气出口，内部可拆卸地设置有滤芯，所述滤芯的上端口与所述过滤气出口连通；

所述混合湿气出口通过混合湿气管线与所述混合湿气进口连通，所述气雾出口通过气雾管线与所述气雾进口连通，所述过滤气出口与过滤气管线连通；

所述气雾管线上设置有第一采样口，所述过滤气管线上设置有第二采样口。

在一种可能的设计中，所述液雾分离器包括：本体、滤芯支架、卡套、导向板；

所述滤芯可拆卸地设置在所述滤芯支架内，且上端口与设置在所述滤芯支架顶部的连接管连通；

所述连接管通过所述卡套与所述过滤气管线的下端口连通，所述过滤气管线密封穿过并固定于所述本体顶壁上的所述过滤气出口；

所述气雾管线密封穿过并固定于所述本体侧壁上的所述气雾进口，所述导向板在所述本体内部与所述气雾管线连通，用于使气雾导向至所述滤芯。

在一种可能的设计中，所述滤芯支架包括：上盖板、下盖板、多个支撑杆、紧固螺母；

所述支撑杆的上、下两端均设置有与所述紧固螺母相适配的外螺纹；

所述支撑杆的上、下两端分别穿过所述上盖板和所述下盖板，并通过所述紧固螺母锁紧；

所述连接管设置在所述上盖板中部的连接孔内。

在一种可能的设计中，所述滤芯外壁与所述本体内壁之间的间距大于或等于2cm。

在一种可能的设计中，所述气液分离器内部设置有丝网除沫器。

在一种可能的设计中，所述雾化液进口处设置有雾化喷头。

在一种可能的设计中，所述原料气混合器的底壁上还设置有第一排液口；

所述气液分离器的底壁上还设置有第二排液口；

所述液雾分离器的底壁上还设置有第三排液口。

第二方面，提供了利用第一方面所提及的任一系统对湿气过滤用滤芯进行性能评价的方法，所述方法包括：

使原料天然气和雾化液分别由天然气进口和雾化液进口进入原料气混合器内均匀混合，获得混合湿气；

所述混合湿气依次经混合湿气出口、混合湿气管线、混合湿气进口进入气液分离器进行气液分离，获得混合气雾；

所述混合气雾依次经气雾出口、气雾管线、气雾进口进入气雾分离器，并通过滤芯进行过滤，获得过滤气，并经过滤气管线排出；

在所述气雾管线的第一采样口和所述过滤气管线的第二采样口处分别进行采样，分别获得第一采样气和第二采样气；

对所述第一采样气和所述第二采样气中的液雾含量进行分析，根据分析结果来评价所述滤芯的过滤性能。

在一种可能的设计中，所述对所述第一采样气和所述第二采样气中的液雾含量进行分析，包括：

在所述雾化液中加入可溶盐类示踪离子；

通过第一采样口，取预设量的所述第一采样气，并利用脱水剂吸收所述第一采样气中液雾；

通过第二采样口，取预设量的所述第二采样气，并利用同样的脱水剂吸收所述第二采样气中的液雾；

通过以下公式，分别计算所述第一采样气和所述第二采样气中的液雾含量：

其中：ρh2o-采样气中液雾含量，g/m³；

v0-脱水剂的体积，ml；

ρ-脱水剂的密度，g/ml；

x1-吸收液雾后的脱水剂中示踪离子浓度，ppm；

x0-采样气中的示踪离子浓度，ppm；

v1-采样气的取样量，m³。

在一种可能的设计中，所述脱水剂为三甘醇；所述示踪离子为三价铁离子。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的滤芯性能评价系统，通过设置原料气混合器、气液分离器、液雾分离器来模拟原料天然气的湿气预处理工况，以确保评价结果的准确度和可靠度。通过在液雾分离器内设置可拆卸的滤芯，并在其上、下游的管线上设置第一采样口和第二采样口，通过在两个采样口处进行取样，对采样气中的液体含量进行分析，即可获知滤芯的性能。该方法能用来准确评价滤芯性能，以便于在原料天然气预处理中选择高性能的滤芯，对于后续处理设备的正常运行具有重要的意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的湿气过滤用滤芯的性能评价系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的液雾分离器的结构示意图。

附图标记分别表示：

1-原料气混合器，

101-天然气进口，102-雾化液进口，103-混合湿气出口，104-第一排液口，

2-气液分离器，201-混合湿气进口，202-气雾出口，203-第二排液口，

3-液雾分离器，301-气雾进口，302-过滤气出口，303-第三排液口，

3a-本体，3b-滤芯支架，3c-卡套，3d-导向板，

3b1-上盖板，3b2-下盖板，3b3-支撑杆，3b4-紧固螺母，

4-滤芯，

5-混合湿气管线，

6-气雾管线，601-第一采样口，

7-过滤气管线，701-第二采样口，

8-雾化喷头。

具体实施方式

除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

第一方面，本发明实施例提供了一种湿气过滤用滤芯的性能评价系统，如附图1所示，该系统包括：原料气混合器1、气液分离器2、液雾分离器3。

其中，原料气混合器1的侧壁上设置有天然气进口101，顶壁上设置有雾化液进口102和混合湿气出口103。

气液分离器2的侧壁上设置有混合湿气进口201，顶壁上设置有气雾出口202。

液雾分离器3的侧壁上设置有气雾进口301，顶壁上设置有过滤气出口302，内部可拆卸地设置有滤芯4，滤芯4的上端口与过滤气出口302连通。

混合湿气出口103通过混合湿气管线5与混合湿气进口201连通，气雾出口202通过气雾管线6与气雾进口301连通，过滤气出口302与过滤气管线7连通。

气雾管线6上设置有第一采样口601，过滤气管线7上设置有第二采样口701。

本发明实施例提供的评价系统可用来评价滤芯4的过滤性能，以下就其作用原理给予概述：

将待评价的滤芯4安装在液雾分离器3内，并使滤芯4的上端口与液雾分离器3顶壁上的过滤气出口302连通。

随后，使原料天然气和雾化液分别由天然气进口101和雾化液进口102进入原料气混合器1内均匀混合，获得模拟用混合湿气。在此过程中，混合湿气中聚集的凝结液将在重力作用下与混合湿气分离。

分离后的混合湿气依次经混合湿气出口103、混合湿气管线5、混合湿气进口201进入气液分离器2进行气液分离，获得混合气雾。在此过程中，混合湿气中的聚集的凝结液将在重力作用下与混合气雾进行分离。

分离后的混合气雾依次经气雾出口202、气雾管线6、气雾进口301进入气雾分离器，并通过滤芯4进行过滤，获得过滤气，并经过滤气管线7排出。在此过程中，混合气雾的雾滴杂质将被滤芯4分离出来。

由上述可知，滤芯4对混合气雾进行了过滤，通过比较过滤前后气体中的液体含量，即能够判断滤芯4的过滤性能。所以，在气雾管线6的第一采样口601和过滤气管线7的第二采样口701处分别进行采样，分别获得第一采样气和第二采样气，对第一采样气和第二采样气中的液体含量进行分析比较，根据分析结果，即可来评价滤芯4的过滤性能。

可见，本发明实施例提供的滤芯性能评价系统，通过设置原料气混合器1、气液分离器2、液雾分离器3来模拟原料天然气的湿气预处理工况，以确保评价结果的准确度和可靠度。通过在液雾分离器3内设置可拆卸的滤芯4，并在其上、下游的管线上设置第一采样口601和第二采样口701，通过在两个采样口处进行取样，对采样气中的液体含量进行分析，即可获知滤芯4的性能。该方法能用来准确评价滤芯4性能，以便于在原料天然气预处理中选择高性能的滤芯4，对于后续处理设备的正常运行具有重要的意义。

上述提及，滤芯4可拆卸地设置在液雾分离器3内，作为一种示例，如附图2所示，该液雾分离器3包括：本体3a、滤芯支架3b、卡套3c、导向板3d；

滤芯4可拆卸地设置在滤芯支架3b内，且上端口与设置在滤芯支架3b顶部的连接管连通；

连接管通过卡套3c与过滤气管线7的下端口连通，过滤气管线7密封穿过并固定于本体3a顶壁上的过滤气出口302；

气雾管线6密封穿过并固定于本体3a侧壁上的气雾进口301，导向板3d在本体3a内部与气雾管线6连接，用于使气雾导向至滤芯4。

应用时，混合气雾经固定于本体3a侧壁上的气雾出口202进入本体3a内部，并在导向板3d的作用下通过滤芯4进行过滤。可以理解的是，混合气雾由外向内通过滤芯4，其中所含的液体杂质将被滤芯4截留，而过滤气将进入滤芯4内部，并经连接管、滤气管线排出。

通过设置滤芯支架3b，使滤芯4可拆卸地设置在其内，以便于更换不同的待评价滤芯4。同时，以支架的形式固定滤芯4，确保了混合气雾能够无阻碍地沿径向方向由外至内进入滤芯4内部，以确保滤芯4能够截留雾滴，而使过滤气由其上端口进入过滤气管线7内。

通过设置卡套3c，以实现滤芯支架3b与过滤气管线7的可拆卸连接，举例来说，可以使卡套3c与过滤气管线7的下端口固定连接，同时，使卡套3c与滤芯支架3b顶部的连接管螺纹连接即可。

通过设置导向板3d，以确保混合气雾自气雾进口301进入本体3a内部后，被直接导向滤芯4。作为一种示例，如附图2所示，该导向板3d包括水平支板和竖直导板，其中，水平直板沿水平方向设置并与本体3a的内壁垂直连接，或者与气雾管线6的管口连接，而竖直导板与水平支板的自由端垂直连接，两者配合形成下面向下导向的导向腔。其中，该导向腔位于滤芯4上方，如此设置，使得混合气雾经该导向腔后向下流动，进而进入滤芯4。

上述提及，滤芯4可拆卸地设置在滤芯支架3b内，为了针对滤芯支架3b的结构给出一种示例：

如附图2所示，该滤芯支架3b包括：上盖板3b1、下盖板3b2、多个支撑杆3b3、紧固螺母3b4；

支撑杆3b3的上、下两端均设置有与紧固螺母3b4相适配的外螺纹；

支撑杆3b3的上、下两端分别穿过上盖板3b1和下盖板3b2，并通过紧固螺母3b4锁紧；

连接管设置在上盖板3b1中部的连接孔内。

应用时，将滤芯4下端放置在安装有支撑杆3b3的下盖板3b2上，利用上盖板3b1抵住滤芯4的上端，随后，使用紧固螺母3b4与穿过上盖板3b1的支撑杆3b3螺纹连接，以使上盖板3b1压紧并固定在滤芯4上端即可。

可见，通过使用上述滤芯支架3b，不仅能实现滤芯4在其中的可拆卸连接，且通过上盖板3b1和下盖板3b2，能够将滤芯4压紧在其中，以避免过滤器由连接处泄露。

为了便于经滤芯4截留的雾滴在重力作用下从滤芯4上滴落，滤芯支架3b底部与本体3a底部之间具有预设间距，例如3-10cm等。

在本发明实施例中，本体3a可以设置成筒体状，其上端可以设置法兰盖以作为顶壁，从而确保本体3a内腔的密封性。

进一步地，在本发明实施例中，滤芯4外壁与本体3a内壁之间的间距大于或等于2cm，例如，可以为2-10cm，例如2cm、4cm、6cm、8cm、10cm等。如此设置，能降低滤芯内外压降，有利于捕集聚集液雾的沉降分离。

本发明实施例通过设置气液分离器2，以模拟原料天然气预处理工艺中的重力分离器，以脱除混合湿气中大部分的液滴，特别是大于100微米的液滴。进一步地，还可以在气液分离器2内部设置有丝网除沫器，能进一步提高气液分离器对湿气中聚集大液滴分离效率。

本发明实施例通过设置原料气混合器1，以模拟实际输送过程中原料天然气的特性。为了确保实现该目的，可以在雾化液进口102处设置雾化喷头8，特别是高压雾化喷头8，如此设置，雾化液经高压雾化喷头8后能够形成期望的雾化液。锁形成的雾化液的粒径优选在0.1-100微米。

上述提及，混合湿气中聚集的凝结液将在重力作用下与混合湿气分离；混合湿气中的聚集的凝结液将在重力作用下与混合气雾进行分离；混合气雾的雾滴杂质将被滤芯4分离出来，为了便于以上凝结液以及雾滴杂质被分离出来，本发明实施例中，如附图1所示，原料气混合器1的底壁上还设置有第一排液口104；气液分离器2的底壁上还设置有第二排液口203；液雾分离器3的底壁上还设置有第三排液口303。

具体地，如附图1所示，天然气进口101可以设置在原料气混合器1的侧壁中部或者中部以下；混合湿气进口201可以设置在气液分离器2的侧壁下部；气雾进口301可以设置在液雾分离器3的侧壁上部。如上设置的目的，均是为了更真实地模拟原料天然气在预处理工艺中的状态。

第二方面，本发明实施例提供了利用第一方面所涉及的系统对湿气过滤用滤芯进行性能评价的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、使原料天然气和雾化液分别由天然气进口101和雾化液进口102进入原料气混合器1内均匀混合，获得混合湿气。

步骤2、混合湿气依次经混合湿气出口103、混合湿气管线5、混合湿气进口201进入气液分离器2进行气液分离，获得混合气雾。

步骤3、混合气雾依次经气雾出口202、气雾管线6、气雾进口301进入气雾分离器，并通过滤芯4进行过滤，获得过滤气，并经过滤气管线7排出。

步骤4、在气雾管线6的第一采样口601和过滤气管线7的第二采样口701处分别进行采样，分别获得第一采样气和第二采样气。

步骤5、对第一采样气和第二采样气中的液体含量进行分析，根据分析结果来评价滤芯4的过滤性能。

本发明实施例提供的滤芯4性能评价方法，通过使原料天然气和雾化液依次经原料气混合器1、气液分离器2、液雾分离器3，来模拟原料天然气的湿气预处理工况，以确保评价结果的准确度和可靠度。通过在液雾分离器3内设置可拆卸的滤芯4，并在其上、下游的管线上设置第一采样口601和第二采样口701，通过在两个采样口处进行取样，对采样气中的液雾含量进行分析，即可判断滤芯4的性能。该方法能用来准确评价滤芯4性能，以便于在原料天然气预处理中选择高性能的滤芯4，对于后续处理设备的正常运行具有重要的意义。

以下就如何对第一采样气和第二采样气中的液雾含量进行分析给出一种示例：

在雾化液中加入可溶盐类示踪离子；

通过第一采样口601，取预设量的第一采样气，并利用脱水剂吸收第一采样气中液雾；

通过第二采样口701，取预设量的第二采样气，并利用同样的脱水剂吸收第二采样气中的液雾。

通过分析吸收液雾后的脱水剂中示踪离子的浓度，通过公式(一)计算得到第一采样气中的液雾含量或第二采样气中的液雾含量。

其中：ρh2o-采样气中液雾含量，g/m³；

v0-脱水剂的体积，ml；

ρ-脱水剂的密度，g/ml；

x1-吸收液雾后的脱水剂中示踪离子浓度，ppm；

x0-采样气中的示踪离子浓度，ppm；

v1-采样气的取样量，m³。

上述公式(一)建立在雾化液本体中示踪离子的浓度与采样气吸收液雾后所含示踪离子浓度相同的原理上。其中，v0ρx1为采样气的采样量为v1时，脱水剂中的示踪离子总量。

通过将可溶盐类离子作为示踪离子，其只能存在于液相中，而不会存在于气相中，所以，通过上述公式(一)即可获得第一采样气和第二采样气中的液雾含量，通过比较两个液雾含量，即可用来判断滤芯4的截留性能，该方法消除了脱水剂中吸收气体中水蒸气的影响，对于提高滤芯4的评价结果的精确度具有重要的意义。

其中，脱水剂可以为三甘醇，三甘醇对水吸收能力强，吸收充分。示踪离子可以为本领域常见的可溶性盐离子，例如三价铁离子。

另外，在向原料气混合器1中输入雾化液时，该雾化液可以采用溶胶液或者乳状液，其目的是溶胶液本身具有一定粒径，雾化后更加稳定，而乳状液可以模拟存在一定量固体杂质时液雾脱除效果评价，两者均能提高评价效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。