淺談高壓輸配送系統(tǒng)中的精密調調技術

淺談高壓輸配送系統(tǒng)中的精密調調技術

1煤氣輸送中的問題在高壓下輸送過程中，由于益氣、管道鋪設、設備磨損、腐蝕等因素，不同程度的含油量和灰塵。油及粉塵的存在會造成調壓設備及計量設備的堵塞,嚴重時還會造成調壓設備及計量設備的損壞而影響到生產,造成經(jīng)濟損失。上海石洞口煤氣廠的煤氣高壓輸送到大場、廟行等地的門站,先經(jīng)過濾器除塵,然后由調壓器降壓,最后輸往用戶使用。在兩年多的調試過程中,發(fā)現(xiàn)輸送煤氣中經(jīng)常突發(fā)大量粉塵,造成過濾器在較短時間內堵塞,阻力直線上升,壓力很快將過濾器的濾筒(折扇形)壓癟,以致調壓器和計量設備遭到損壞,被迫停車檢修更換,經(jīng)濟損失很大,生產也受到影響。在過去的兩年中更換了數(shù)十只濾筒,但問題并未得到解決,煤氣的正常輸配送難以得到保證。針對這一情況,1998年上?；ぴ簩κ纯?、大場、廟行等地管道的高壓輸送煤氣進行了現(xiàn)場測定,然后針對測定結果及燃氣輸配送的工藝特點,提出了一套除塵方案,在經(jīng)過實驗室的大量試驗及計算機的優(yōu)化模擬后,設計出一種專用于城市燃氣的高效組合式超凈除塵/除油裝置。2物流系統(tǒng)的操作流程和工藝選擇2.1進入門站的燃氣從石洞口煤氣廠到大場、廟行門站距離較遠,由于氣源含塵、管壁腐蝕等諸多原因,進入門站的燃氣中含有不定數(shù)量的粉塵、水和油分。這些雜質有時粘附在管壁上,當燃氣的流量發(fā)生較大的變動時,高流速氣體對管壁產生沖刷效應,瞬時產生大量粉塵,粉塵量變化很大,高時每1m3氣體中含塵量可達幾十克。2.2級串聯(lián)除塵方案用激光測粒儀對收集到的粉塵所作的粒徑分布分析表明:粉塵的平均粒徑約36μm,其中小于20μm的粉塵占20%左右,屬于較細粉塵?？紤]后系統(tǒng)調壓器對除塵要求很高,結合高壓燃氣輸配送的工藝特點,決定采用二級串聯(lián)除塵方案。其中第一級除塵器使用高效旋風分離器,第二級則采用多層式高效氣體過濾器。(1)旋轉軸旋轉除塵器當含塵燃氣進入旋風除塵器后,氣流受旋風筒壁作用,改變運動方向,氣流沿筒體呈螺旋形盤轉向下進入錐體,重度大于氣體的塵粒在離心力作用下甩向器壁并失去慣性,在重力及氣流的帶動下,沿筒壁下落進灰斗。旋轉下降的外旋氣流在錐體內收縮向旋風中心流動,同時其切向速度在不斷提高,到達錐體的某一位置后,氣流開始以同樣的旋轉方向從旋風中部反轉而上,形成內旋氣流,最后經(jīng)排氣管排出旋風除塵器。針對高壓燃氣輸送的特殊工藝條件,即氣體負荷變化大,易燃、易爆和高壓操作等特點,需要設計特殊結構型式的旋風除塵器,滿足壓力容器的設計要求。經(jīng)計算機模擬計算表明,當旋風除塵器入口速度為9~17m/s時,其分離效率大于95%,能夠除去其中粒徑在20μm以上的粉塵。旋風分離器的分離機理是利用顆粒在高速旋轉下的離心力作用,受其限制,對小于5μm的粉塵顆粒分離效率不高。(2)高效氣體過濾器+高效除塵濾材過濾方案多層式高效氣體過濾器使用多層結構的型式,設置幾個過濾箱體,采用具有強吸附能力的特制中空纖維作為濾料,按密度從疏松到致密呈立體分布。這種布置,使較大的塵粒在上層得到捕集,較小的塵粒在下層得到截留,微米級和亞微米級的粉塵顆粒能夠得到有效捕集,捕集效率高達99.99%,在提高粉塵捕集效率的同時過濾器的容塵量也得到大大提高。特制的中空纖維濾料具有很大的彈性,濾料不會因阻力的增大而遭破壞,處理氣量在一定范圍內波動時(20000~40000m3/h),除塵效率不受影響,因此多層式高效氣體過濾器的性能很穩(wěn)定。這種多層式高效氣體過濾器具有高效率、低阻力、高容塵量、不易破壞等優(yōu)點。在方案中沒有采用布袋除塵,這是因為雖然布袋除塵對較細粉塵的除塵效率很高,但過濾風速必須很小。由于輸配送燃氣的最大量可達40000m3/h,且輸送量變化很大,壓力較高。符合設計要求的布袋除塵就很大,清灰時還需要功率很大的脈沖反吹裝置,而且從安全考慮,反吹氣體介質需用氮氣,這樣的一套裝置費用很高,因此沒有采用。3冷模型試驗3.1試驗設備和試驗灰塵的安裝和試驗試驗設備采用組合多層式高效過濾器,筒體直徑為50mm,過濾氣量為5.5~10m3/h。試驗粉塵為滑石粉,平均粒徑為10μm。3.2試驗結果(1)阻力與防塵量之比阻力隨容塵量增加而增加,基本上成正比關系。當容塵量從5g增加到50g時,增加到10倍,阻力增加20%左右。(2)過濾效率與總清潔量之比容塵量從5g增加到50g,過濾器除塵效率基本不變,其效率達99.999%左右,說明該過濾器凈化效果很好,十分穩(wěn)定。4裝置運行效果從1999年開始使用上海化工院研制的組合式超凈煤氣/天然氣除塵除油裝置,運行已4年,除塵效果很顯著,調壓及計量裝置沒有發(fā)生過堵塞及損壞。據(jù)測算,每年僅節(jié)省更換進口濾筒的費用和延長運轉周期的經(jīng)濟效益達100萬元左右。1999年上海浦東天然氣公司在高壓天然氣輸配送系統(tǒng)中也采用了組合式超高效燃氣凈化裝置,運行也已近4年。曾將過濾器內的濾料取出檢查,過濾器上部幾層濾料已積有粉塵,但中、下部濾料依然非常潔凈,表明該超凈化裝置的使用效果很好。在裝置運轉期間,過濾器的壓差十分穩(wěn)定,表明裝置運行狀態(tài)也非常良好。2001年1月,組合式高壓燃氣超凈化裝置在上海吳淞煤氣制氣有限公司的天然氣輸配送系統(tǒng)中得到應用,該公司主要供應上海市區(qū)(浦西)的煤氣和天然氣。超凈除塵除油裝置已運行2年多,凈化效果很好,濾料尚未更新。華北油田供給北京20000~85000m3/h的高壓天然氣中含有少量的油分,少量管道、閥門等被腐蝕所產生的黑色粉塵。粉塵和油污對后續(xù)調壓器及計量設備的影響很大,并影響到天然氣的質量,因此需要對天然氣進行除油及除塵。由于需要除油,對原有的組合式超凈除塵除油裝置進行了改進,專門研制了一個能夠滿足處理85000m3/h天然氣的高效油氣分離器,裝置已于2002年正式