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摘要:針對傳統(tǒng)的天然氣過濾分離器存在孔隙率低，比表面積小，過濾速度慢，過濾周期短，濾芯再生能力差，濾芯價格高和壽命短等問題，對10種不同性能的天然氣濾材進行了性能試驗研究。從分析研究綜合價格、反沖洗效果和可再生性能等因素來看，復合金屬濾材的效果良好。試驗表明，3 和5 復合金屬濾材效果最好，對粒徑1 Ixm以上機械雜質(zhì)的分離效率達到98．9％ ，3I．Lm以上的機械雜質(zhì)分離效率達到99．2％ ，5 Ixm以上的機械雜質(zhì)分離效率達到999％ ；對粒徑1、3、5 Ixm以上液體水的分離效率分別達到98．5％ 、99．1％ 、99．9％ 。 關(guān)鍵詞:復合金屬濾材 天然氣過濾器 反洗 試驗研究 引 言 隨著天然氣在世界能源中發(fā)展步伐的加快，天然氣工業(yè)處理不論是脫硫、脫水、硫磺回收，還是尾氣處理均大體配套相同，但天然氣輸送系統(tǒng)中各計量站、壓氣站、中間清管站的前端分離和天然氣凈化系統(tǒng)的前端分離，一直沒有一種價廉質(zhì)優(yōu)、能重復使用的天然氣分離系統(tǒng)，傳統(tǒng)的天然氣過濾分離器一般采用剛性過濾介質(zhì)，其過濾精度高，但孔隙率低，比表面積小，過濾速度慢，過濾周期短，濾芯再生能力差，濾芯被堵達到設計壓差時只能更換，不僅費工費時，且濾芯價格高，壽命短，對條件惡劣的氣礦，現(xiàn)有國產(chǎn)濾芯使用壽命只有3個月，國外PALL公司生產(chǎn)的濾芯壽命可以長達2 a，但價格昂貴，導致天然氣過濾作業(yè)成本過高，難以適應天然氣工業(yè)大規(guī)模、長距離的輸送要求¨ 。針對天然氣凈化前端過濾分離器的不足，2002年中國石油集團科技發(fā)展部立項由江漢機械研究所進行可再生式天然氣過濾分離器的研制。筆者通過對國內(nèi)外天然氣過濾濾材的性能研究，獲得2種復合金屬濾材，應用于可反洗再生天然氣過濾分離器，在四川氣礦試驗獲得了較好效果。 試驗研究 1．濾材的選擇 筆者對天然氣濾材進行了全面的調(diào)查與研究，從非金屬濾材、纖維濾材、金屬濾材人手，收集并評價了陶瓷、玻璃纖維、復合金屬等多種性能優(yōu)良的濾材數(shù)l0種，通過試驗初步選出l0種不同性能的復合金屬濾材，進行了深入的試驗和研究。 2．綜合分析 (1)從價格看，聚丙烯纖維層壓濾管元件單價最低，其次為聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜，最貴為復合金屬網(wǎng)濾管，同樣外徑下其單價為聚丙烯纖維層壓濾管元件的20～30倍； (2)從過濾元件的單件面積看，聚丙烯纖維層壓濾管為圓柱形深層過濾層壓濾管，其過濾元件過濾面積只與圓柱體面積和過濾元件長度有關(guān)，單個元件有效過濾面積最小，濾管也可以采用折疊型式，單個元件過濾面積可增大l0倍以上。 (3)從反沖洗效果看，聚丙烯纖維層壓濾管為圓柱形深層過濾層壓濾管，基本上不能反沖洗，元件只能拆卸進行表面沖洗，能重復使用2～3次。其余過濾元件均可進行正沖洗和反沖洗，特別是復合金屬網(wǎng)濾管，其正沖洗和反沖洗條件范圍寬，沖洗效果好，可多次使用。以綜合價格和反沖洗效果看，復合金屬網(wǎng)濾管效果最好，雖然其一次投資較大，但是它既能滿足天然氣過濾的要求，且能長期使用。 (4)現(xiàn)有天然氣過濾分離設備中的過濾元件基本上使用聚丙烯纖維層壓濾管和類似的圓柱形深層過濾層壓濾管，都沿用臥式分離器相應結(jié)構(gòu)。筆者吸取其他行業(yè)中成熟先進的經(jīng)驗和技術(shù)，采用制水、制藥、制酒行業(yè)中的濾管—— 復合金屬網(wǎng)濾管聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜，均能滿足天然氣過濾設備的要求。 (5)復合金屬濾材是采用多層金屬編織絲網(wǎng)為原料，通過特殊的疊層設計、復合壓制和真空(或保護氣氛)燒結(jié)等工藝制備而成的一種新型多孔結(jié)構(gòu)與功能的材料。它既能保持普通金屬編織絲網(wǎng)孔隙結(jié)構(gòu)簡單、網(wǎng)孔尺寸均勻的特性，又克服了強度低、整體性差、網(wǎng)孔形狀不穩(wěn)定等不足，還可以靈活地對材料的孔隙尺寸、滲透性能和機械強度進行合理匹配與設計，其綜合特性明顯優(yōu)于復合金屬粉末、陶瓷、纖維、濾紙、濾布等類型多孔材料。 復合金屬濾材通過高溫擴散燒結(jié)固定網(wǎng)孔的多層濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其過濾機制以表層網(wǎng)孔和濾餅捕捉為主，由單層較細金屬絲網(wǎng)燒結(jié)形成的過濾層屬于直接攔截過濾，其優(yōu)點是將具有一定尺寸分布的雜質(zhì)顆粒直接攔截在濾網(wǎng)外層表面，形成一層均勻濾餅，隨著濾餅的逐漸形成，又可以攔截更小規(guī)格的顆粒；濾材料表面形態(tài)均勻規(guī)則，網(wǎng)孔內(nèi)部孔道光滑，既有利于濾餅層的快速形成，又便于濾渣的清除分離，因而可以獲得過濾精度高、可靠性好、工藝過程穩(wěn)定的效果，還具有承壓強度高、操作壓降小、濾餅形成均勻和適于反沖洗操作等特點，具有優(yōu)異的反洗再生特性，可以長期反復使用，特別適用于系統(tǒng)連續(xù)化運行和自動化操作，并且易于成型、加工和焊接，組裝方便，可制成各種形式的過濾元件。 從綜合價格、反沖洗效果和可再生性能等因素看，復合金屬濾材的效果最好。 3．試驗設備 試驗裝置有SzD一1散射光臺式濁度儀，測量范圍0—100 NTU；AX204電子天平，測量精度1／10萬g；z—0．3／7—1空氣壓縮機，排氣壓力0．7MPa，標準排氣量0．3 m ／min；E2Hl024一P—W102單螺桿泵；LZB一25玻璃轉(zhuǎn)子流量計，測量范圍1—10m3 ／h(氣體)。 4．試驗流程 采用復合金屬膜片過濾裝置為中心試驗裝置，試驗目的是考察復合金屬在氣體過濾、污水過濾及反洗再生效果的性能。復合金屬過濾性能試驗流程見圖1。 試驗采用HIR一10粉塵，試驗對象為10種復合金屬膜片，膜片大小為Φ58mm。表1列出10種復合金屬膜片基本技術(shù)參數(shù)。 將試件放人過濾試驗裝置中，將粉塵放人噴嘴人口處，啟動空壓機，在流量14．2 L／min條件下，流量計測量氣體流量，每小時測試1次。
