張兵強(qiáng)，昂 揚(yáng)，劉 愉，張瓊?cè)A，林鈞華

1.山東省中遠(yuǎn)天然氣技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司武漢分公司，安徽安慶 246000

2.中石化川氣東送天然氣管道有限公司，安徽安慶 246000

3.吉林石油集團(tuán)工程建設(shè)有限責(zé)任公司，吉林松原 138000

輸氣站場過濾分離器常見問題及應(yīng)對措施研究

張兵強(qiáng)1，昂 揚(yáng)2，劉 愉2，張瓊?cè)A1，林鈞華3

1.山東省中遠(yuǎn)天然氣技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司武漢分公司，安徽安慶 246000

2.中石化川氣東送天然氣管道有限公司，安徽安慶 246000

3.吉林石油集團(tuán)工程建設(shè)有限責(zé)任公司，吉林松原 138000

過濾分離器是天然氣輸氣站場重要設(shè)備組成部分之一，其安全生產(chǎn)運(yùn)行至關(guān)重要，在日常運(yùn)行及檢維修作業(yè)過程中諸多問題日益顯現(xiàn)。針對快開盲板密封點(diǎn)泄漏、檢維修作業(yè)過程中氮?dú)庵脫Q不徹底以及液位測試不便問題開展原因分析，提出檢維修維護(hù)措施。通過強(qiáng)化設(shè)備檢維修措施消除泄漏點(diǎn)，對比過濾分離器進(jìn)行氮?dú)庵脫Q的各種操作方法，選擇壓力循環(huán)置換法作為常規(guī)方式置換，設(shè)計(jì)制作出一套簡易液位測試裝置以便開展過濾分離器液位測試。通過對過濾分離器運(yùn)行和檢修問題的有效處理，能保證設(shè)備正常安全生產(chǎn)運(yùn)行。

輸氣站場；過濾分離器；泄漏；液位測試；置換

天然氣在管道輸送過程中通常夾雜有泥砂、巖石顆粒、粉塵以及液體等雜質(zhì)，其中液體雜質(zhì)主要有液烴、油水等。這些固、液雜質(zhì)的存在和聯(lián)合作用，在天然氣輸氣站場運(yùn)行過程中會使輸送設(shè)備、管道、閥門等產(chǎn)生磨損、腐蝕、甚至堵塞，對輸送系統(tǒng)中計(jì)量器具、儀表等產(chǎn)生不良影響[1]。尤其是隨著超聲波流量計(jì)在輸氣站場的廣泛應(yīng)用，天然氣在輸送過程中，這些臟污介質(zhì)會附著在流量計(jì)的上、下游管道和超聲波探頭表面，影響天然氣計(jì)量的準(zhǔn)確度[2]。并且隨著臟污介質(zhì)的聚集，對儀表計(jì)量準(zhǔn)確度的影響逐漸增大[3]。川氣東送輸氣站場采用的過濾分離器為臥式過濾分離器，安裝在計(jì)量以及調(diào)壓設(shè)備的上游，因此其運(yùn)行是否可靠直接關(guān)系著下游設(shè)備、儀表的安全運(yùn)行，同時(shí)也對下游用戶的氣質(zhì)保證起著至關(guān)重要的作用。本文針對川氣東送輸氣站場過濾分離器運(yùn)行及檢維修過程中存在的問題開展分析，合理提出應(yīng)對措施，確保設(shè)備安全生產(chǎn)運(yùn)行。

1 結(jié)構(gòu)組成與工作原理

過濾分離器主要由濾芯、殼體、快開盲板以及內(nèi)外部件組成，采用臥式、快開盲板結(jié)構(gòu)。過濾分離器作為壓力容器，除了設(shè)備本體外還有安全閥、壓力表以及差壓變送器等附屬部件。

其工作原理是天然氣首先進(jìn)入進(jìn)料布?xì)馇?，氣體撞擊在支撐濾芯的支撐管上，較大的固、液顆粒被初步分離，并在重力的作用下沉降到容器底部（定期從排污口排出）。接著氣體從外向里通過過濾聚結(jié)濾芯，固體顆粒被過濾介質(zhì)截留，液體顆粒則因過濾介質(zhì)聚結(jié)功能而在濾芯的內(nèi)表面逐漸聚結(jié)長大。當(dāng)液滴到達(dá)一定尺寸時(shí)會因氣流的沖擊作用從內(nèi)表面脫落出來而進(jìn)入濾芯內(nèi)部流道，而后進(jìn)入?yún)R流出料腔。在匯流出料腔內(nèi)，較大的液珠因重力沉降分離出來，此外在匯流出料腔，還設(shè)有分離元件，它能有效地捕集液滴，進(jìn)一步提高了分離效果。最后潔凈的氣體流出過濾分離器。隨著燃?xì)馔ㄟ^量的增加，沉積在濾芯上的顆粒會引起燃?xì)膺^濾器壓差的增加，當(dāng)壓差上升到規(guī)定值時(shí)（從壓差計(jì)讀出），說明濾芯已被嚴(yán)重堵塞，應(yīng)該及時(shí)更換。

2 運(yùn)行現(xiàn)狀

在輸氣站場根據(jù)下游用戶年設(shè)計(jì)輸氣量及檢維修需求通常設(shè)置兩臺臥式過濾分離器，運(yùn)行時(shí)通常采用一用一備方式運(yùn)行，氣量需求高峰時(shí)段達(dá)到單臺處理量時(shí)兩臺同時(shí)運(yùn)行以滿足用戶氣量需求。

過濾分離器在整個輸氣站場工藝流程中通過法蘭與管道相連，同時(shí)上下游均設(shè)置球閥（見圖1），其中下游球閥與電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)相匹配使用，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)控制。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，在用過濾分離支路的上下游球閥處于完全開啟狀態(tài)，備用過濾分離支路的上游球閥處于開啟狀態(tài)，下游球閥處于關(guān)閉狀態(tài)。對于過濾分離器切換有兩種方式：一種是手動模式，另一種是自動模式。在手動模式下可由操作人員通過遠(yuǎn)程和就地狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)過濾支路流程切換；當(dāng)在自動模式下電動閥產(chǎn)生事故關(guān)斷時(shí)，則報(bào)警并自動選擇備用設(shè)備，打開備用支路的電動閥，關(guān)閉當(dāng)前支路的電動閥門，實(shí)現(xiàn)工作分離器和備用分離器的切換，上述過程由程序自動完成，不需人為干預(yù)。

圖1 過濾分離器流程設(shè)置

3 運(yùn)行與檢修作業(yè)中的問題

3.1 盲板密封點(diǎn)泄漏問題

川氣東送過濾分離器采用了GD鎖環(huán)式快開盲板，具有結(jié)構(gòu)形式先進(jìn)、密封性能良好以及操作便捷的特性。嵌到快開盲板門凹槽上的密封圈采用自緊式設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行密封，密封圈一次模壓成型，在壽命期內(nèi)具有良好的密封性能。但隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間延長，密封圈存在老化、變形以及開裂現(xiàn)象，密封性能降低，極易出現(xiàn)泄漏事故。同時(shí)在日常生產(chǎn)運(yùn)行過程中，也常會由于密封處存在臟污以及操作不當(dāng)?shù)仍蛟斐煽扉_盲板密封處泄漏，設(shè)備本體一旦發(fā)生天然氣泄漏現(xiàn)象，就極易在局部區(qū)域擴(kuò)散蔓延。天然氣具有易燃易爆、有毒等危險(xiǎn)特性，處置不當(dāng)很容易引發(fā)火災(zāi)爆炸、中毒等事故，造成重大人員傷亡及設(shè)備損壞[4]。

3.2 氮?dú)庵脫Q效果不佳

過濾分離器作為輸氣站場壓力容器設(shè)備之一，需要定期進(jìn)行開筒維護(hù)作業(yè)。開啟快開盲板之前首先應(yīng)將進(jìn)出口球閥關(guān)閉，然后再對其進(jìn)行壓力泄放，泄壓之后為防止過濾分離器內(nèi)天然氣與空氣的混合發(fā)生爆炸，因此需要進(jìn)行氮?dú)庵脫Q，增加天然氣管道設(shè)備的安全保障[5]。目前輸氣站場在對過濾分離器進(jìn)行氮?dú)庵脫Q時(shí)通常采用大氣壓力稀釋置換法[6]，氮?dú)鈴囊欢吮灰肴萜骰蚬艿老到y(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)內(nèi)的空氣或其他氣體被置換排放到另一端的大氣中，系統(tǒng)主要在大氣壓力下進(jìn)行吹掃。這是一種典型的通過大氣壓力置換或稀釋來達(dá)到吹掃目的方法，可采取一次或相同幾次進(jìn)行。由于過濾分離器設(shè)備本體自身以及與相連管段都存在較多死角，因此這種置換操作方法極易出現(xiàn)置換死角盲區(qū)，不能徹底吹掃干凈。

3.3 液位測試問題

磁翻板液位計(jì)作為過濾分離器的附屬備件（見圖2），在每年的春秋季檢維修時(shí)，輸氣站場都要對排污罐及過濾分離器磁翻板液位計(jì)進(jìn)行液位測試，而目前磁翻板液位計(jì)液位測試都要從液位計(jì)頂部注水測試，檢查液位計(jì)是否工作正常。而從液位計(jì)頂部注水時(shí)頂部注入孔是針型閥，并且針型閥是全焊接設(shè)計(jì)，無法拆卸，針型閥受自身結(jié)構(gòu)所限，通道狹窄，水流在通過針型閥注入時(shí)極易將通道堵死，磁翻板液位計(jì)內(nèi)部的氣體不易排出，磁翻板液位計(jì)內(nèi)腔形成封閉區(qū)，水流不易流入液位計(jì)內(nèi)腔，給液位測試帶來困難。

圖2 磁翻板液位計(jì)

4 解決方法

4.1 強(qiáng)化維護(hù)措施消除泄漏點(diǎn)

快開盲板維護(hù)時(shí)要仔細(xì)檢查密封圈是否有損壞或過度磨損、腐蝕現(xiàn)象[7]，如存在磨損腐蝕要及時(shí)更換密封圈。同時(shí)在對快開盲板進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)時(shí)，要檢查密封凹槽內(nèi)有無銹蝕和污物，如有，用優(yōu)質(zhì)細(xì)砂紙清理干凈，同時(shí)檢查盲板頸的內(nèi)部和門在關(guān)閉時(shí)接觸的部分，包括門的槽，如發(fā)現(xiàn)有臟物或銹蝕（特別是底部），用砂紙清理干凈，最后用干凈棉布擦干。同時(shí)做好設(shè)備日常巡檢工作，發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)，應(yīng)及時(shí)處理，消除安全隱患。

4.2 改進(jìn)氮?dú)庵脫Q操作方法

針對過濾分離器進(jìn)行氮?dú)庵脫Q檢維修作業(yè)時(shí)存在死角問題，建議采取壓力循環(huán)置換法[6]，在進(jìn)行壓力循環(huán)置換法操作時(shí)，將氮?dú)鈴囊欢艘氲饺萜鲀?nèi)部，使容器內(nèi)部壓力上升到許可范圍以內(nèi)，使氮?dú)馀c內(nèi)部的空氣或其他氣體進(jìn)行混合并被置換排放到另一端的大氣當(dāng)中，主要是在高于大氣壓力下重復(fù)進(jìn)行吹掃。此法具體操作主要取決于容許操作壓力和吹掃后需要達(dá)到的吹掃純度，可采取一次或相同幾次進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)氣體與氮?dú)饣旌?，被稀釋后的操作可采用如下?jì)算式表示（假設(shè)純氮?dú)猓?/p>

式中：Ct為系統(tǒng)最后狀態(tài)的天然氣體積分?jǐn)?shù)，%；C0為系統(tǒng)初始狀態(tài)的天然氣體積分?jǐn)?shù)，%；P為每次對系統(tǒng)充壓后的壓力，bar（1 bar=0.1MPa）；n為導(dǎo)入氮?dú)獬鋲汉笈欧诺拇螖?shù)。

GB 30871-2014[8]要求，當(dāng)被測氣體或蒸汽的爆炸下限大于或等于4%時(shí)，其被測濃度應(yīng)不大于0.5%（體積分?jǐn)?shù)）。因此對過濾分離器進(jìn)行氮?dú)庵脫Q之前，內(nèi)部可燃?xì)怏w體積分?jǐn)?shù)設(shè)為100%（假設(shè)為純天然氣），置換合格后最后狀態(tài)的可燃?xì)怏w體積分?jǐn)?shù)為0.5%，由上述公式可得出，進(jìn)行一次操作想要達(dá)到所需的置換效果，需充壓至20MPa，而20MPa壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出過濾分離器的設(shè)計(jì)壓力；進(jìn)行兩次操作想要達(dá)到所需的置換效果，需充壓至4.47MPa，符合過濾分離器允許操作壓力。因此可得出，隨著氮?dú)庥昧康臏p少，則所需排放次數(shù)及人工工作量將增加，具體實(shí)施操作可根據(jù)作業(yè)時(shí)間需求及工作量承受范圍選取。

在進(jìn)行氮?dú)庵脫Q時(shí)，主入口與排放口的位置選取同樣重要，對容器而言，氮?dú)馊肟趹?yīng)設(shè)置在容器的底部[6]，排放口應(yīng)設(shè)置在容器的頂部，這樣有利于提升置換效果。由于過濾分離器進(jìn)出口均設(shè)置球閥，在進(jìn)行氮?dú)庵脫Q作業(yè)之前應(yīng)進(jìn)行球閥內(nèi)漏測試，如有球閥內(nèi)漏現(xiàn)象，則先應(yīng)根據(jù)球閥內(nèi)漏性質(zhì)進(jìn)行維護(hù)[9]，消除因內(nèi)漏原因造成氮?dú)庵脫Q不徹底。

4.3 液位測試簡易裝置

目前過濾分離器上的磁翻板液位計(jì)由頂部針型閥、液位計(jì)本體以及底部的排污閥組成，針對這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)一套磁翻板液位計(jì)液位測試裝置（見圖3），該測試裝置由漏斗、軟管以及轉(zhuǎn)換接頭組成。在進(jìn)行磁翻板液位計(jì)液位測試時(shí)，測試裝置的轉(zhuǎn)換接頭與磁翻板液位計(jì)底部的排污閥相連接，因此測試裝置與磁翻板液位計(jì)就形成了連通器，通過測試裝置的漏斗加水測試，快速有效。

圖3 液位測試裝置

5 效果及評價(jià)

通過上述對過濾分離器在日常運(yùn)行及檢維修過程中存在的問題進(jìn)行研究及應(yīng)用，川氣東送某管理處四座輸氣站場在過去一年中均未出現(xiàn)快開盲板泄漏現(xiàn)象。嚴(yán)格執(zhí)行定期維護(hù)原則，反映出提升檢維修質(zhì)量能從本質(zhì)上消除安全隱患；采用壓力循環(huán)置換法進(jìn)行氮?dú)庵脫Q操作，置換效果明顯提升，達(dá)到了置換標(biāo)準(zhǔn)，消除了死角區(qū)域引起的置換不徹底；通過制作液位測試簡易裝置，能快速有效地對磁翻板液位計(jì)進(jìn)行液位測試，消除了通過頂部針型閥進(jìn)行測試的不便。

6 結(jié)束語

過濾分離器作為輸氣站場重要的氣質(zhì)凈化設(shè)備，直接關(guān)系到站場設(shè)備、儀表的安全平穩(wěn)運(yùn)行，因此，保證過濾分離器正常運(yùn)行具有十分重要的意義。基于以上對過濾分離器出現(xiàn)問題的分析研究，筆者提出以下四點(diǎn)建議：

（1） 隨著設(shè)備長時(shí)間運(yùn)行，設(shè)備進(jìn)入故障多發(fā)期，加強(qiáng)設(shè)備日常維護(hù)力度十分必要，同時(shí)做好備品備件的儲備工作。

（2）對過濾分離器檢維修作業(yè)需要實(shí)施氮?dú)庵脫Q操作時(shí)，采用壓力循環(huán)置換法進(jìn)行置換較徹底，不易出現(xiàn)死角，并且根據(jù)壓力需求至少需要操作兩次以上，具體操作次數(shù)需結(jié)合實(shí)際作業(yè)時(shí)間及工作量適當(dāng)選取；同時(shí)氮?dú)庵脫Q前應(yīng)需做好球閥內(nèi)漏測試工作，消除內(nèi)漏而導(dǎo)致的置換不徹底現(xiàn)象。

（3）目前在對川氣東送輸氣站場較多的過濾分離器進(jìn)行充壓操作時(shí)，只能通過緩慢開啟入口球閥進(jìn)行操作，在多達(dá)幾兆帕壓差的作用下，強(qiáng)行開啟入口球閥較為困難；同時(shí)在壓充過程中，在高速氣流沖刷的作用下，極易損傷球閥密封面，造成球閥內(nèi)漏現(xiàn)象。建議給過濾分離器入口球閥加裝旁通管路，通過旁通管路平衡壓差。

（4） 建議將磁翻板液位計(jì)頂部的針型閥設(shè)計(jì)為球閥，以便于液位測試。

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Study on common problems and countermeasures of gas filter separator in gas station

ZHANG Bingqiang1，ANG Yang2，LIU Yu2，ZHANG Qionghua1，LIN Junhua3
1.Wuhan Branch of Zhongyuan Gas Technology Service Co.，Ltd.in Shandong Province，Anqing 246000，China
2.Sinopec Sichuan to East Gas Pipeline Co.，Ltd.，Anqing 246000，China
3.Engineering Construction Co.，Ltd.of Jilin Petroleum Group，Songyuan 138000，China

The filter separator is one of the most important parts in the natural gas transmission station，and its safe operation is very crucial.Many problems spring up during the daily operation and maintenance work.The cause analyses are given aiming at leakage at seal points of quick opening closure，incomplete replacement of nitrogen in maintenance operation，inconvenient measurement of liquid level.Then，countermeasures are proposed，which include strengthening equipment maintenance to eliminate leakage points；choosing pressure cycle replacement method as a conventional nitrogen replacement way；designing a simple device to measure liquid level of the filter separator.Through handling the problems in the operation and maintenance of the filter separator，safe operation of the equipment can be ensured.

gas transmission station；filter separator；leakage；liquid levelmeasurement；replacement

張兵強(qiáng)（1987-），男，山東日照人，2013年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）油氣儲運(yùn)工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事天然氣長輸管道及設(shè)備的維護(hù)管理工作。Email：839653994@qq.com

2017-03-22

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.04.018