上海飛奧燃氣設(shè)備有限公司 施漢龍

0 引言

天然氣的廣泛使用還是近 10年的事，由于存在高壓管網(wǎng)已經(jīng)設(shè)置旋風除塵設(shè)備，所以高中壓調(diào)壓站可不需要設(shè)置的設(shè)計理念，造成很多早期設(shè)計的工藝系統(tǒng)中都沒有旋風除塵設(shè)備。隨著時間的推移，燃氣流量的增大，管道的磨損，管道內(nèi)的各類雜質(zhì)會隨燃氣一起帶到調(diào)壓系統(tǒng)，一方面，造成調(diào)壓器、流量計等精密設(shè)備磨損加劇并使得設(shè)備發(fā)生故障；另一方面，勢必要經(jīng)常更換設(shè)備的備品備件及設(shè)備大修，從圖1～3中，可以清楚地看到粉末狀雜質(zhì)的數(shù)量以及對濾芯的損壞程度。這樣不但會影響燃氣的正常供應，而且在給燃氣公司和用戶都帶來不便的同時也會造成經(jīng)濟上的損失。

圖2 金屬粉末粘在濾芯表面

圖3 存于調(diào)壓器內(nèi)部金屬粉末

1 原因分析

1.1 設(shè)計流量

通常一個高中壓調(diào)壓站的設(shè)計流量是按照最大用氣量乘以一定系數(shù)(該系數(shù)一般取 1.2)后得出的，而要達到調(diào)壓站最大設(shè)計流量，正常情況下需要2～5年時間。由于前期的使用量相對較小，管道內(nèi)燃氣的流速比較低，所以很多施工時遺留在管道內(nèi)大顆粒垃圾雜質(zhì)堆積在管道內(nèi)，緩慢地向下游移動。當流量達到設(shè)計值后，管道內(nèi)燃氣的流速達到較高值時，管道內(nèi)的大顆粒垃圾雜質(zhì)就會隨著燃氣一起進入調(diào)壓站。

1.2 鋼管磨損

隨著燃氣系統(tǒng)的正常使用，高速的燃氣會對鋼管內(nèi)壁產(chǎn)生沖刷作用，造成鋼管磨損并產(chǎn)生大量的較大粉末雜質(zhì)。在設(shè)備投運前期，這個問題還不是很明顯，但隨著使用年限的增加，產(chǎn)生的粉末雜質(zhì)越來越多，當流量接近設(shè)計值時，管道內(nèi)的大量粉末雜質(zhì)就會同樣隨著燃氣一起進入調(diào)壓站。

2 造成后果

進入調(diào)壓站的大顆粒雜質(zhì)會堵塞過濾器濾芯并壓壞。造成過濾不能正常工作。隨即會流入到主設(shè)備部分：

渦輪流量計：整流器、葉輪、軸承、軸等主要零部件損壞，直至流量計不能工作。

超聲波流量計：表體內(nèi)表面損傷，造成計量精度下降；探測頭磨損加劇，導致無法正常工作。

調(diào)壓器：閥墊、閥芯、閥桿、皮膜等主要零部件損壞，直至調(diào)壓器不能工作。

溫度儀表：插入到管道內(nèi)的部分，受到?jīng)_擊后會變形，傳感器探測精度降低，直至傳感器無法工作。

3 增加旋風除塵設(shè)備的重要性、必要性

3.1 旋風分離器的功能簡介

旋風分離器主要用于管道內(nèi)有各類雜質(zhì)如：水、粉塵等固、液顆粒較大的場合，適用于各種燃氣及其他非腐蝕性氣體。可設(shè)置于燃氣城市門站及高中壓調(diào)壓站的進口端，對燃氣進行預處理。一般的結(jié)構(gòu)型式為立式圓筒結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

旋風分離器由多個旋風管組成，利用每個定型旋風管較小的進口截面和直徑提高分離效率，可將10 μm以上的固體顆粒及液態(tài)雜質(zhì)全部分離。定型是一個利用離心原理的50 mm的管狀物，如圖4所示。燃氣從進氣口進入，在旋風管內(nèi)形成旋流，由于固、液顆粒和燃氣的密度差異，在離心力的作用下分離，清潔燃氣從上導管流走，進入過濾腔進行終級過濾，固液顆粒從下導管落入過濾器底部，從排污口排走。

圖4 旋風分離器和旋風管

3.2 增加旋風除塵設(shè)備的重要性

燃氣輸配系統(tǒng)一般是由長輸管線、城市管線、城市門站、高中壓調(diào)壓站、儲配站以及運行操作管理和控制設(shè)施等組成。城市門站和高中壓調(diào)壓站是燃氣輸配供應系統(tǒng)基本的也是主要設(shè)備，主要是對長輸管線輸送來的高壓燃氣進行凈化、調(diào)壓、計量、加臭及向城鎮(zhèn)燃氣輸配管網(wǎng)或儲配站輸送商品燃氣，是集燃氣清潔過濾、調(diào)壓、計量、加臭、燃氣泄漏報警及數(shù)據(jù)采集監(jiān)控等功能于一體的高度集成化系統(tǒng)，必須具有極高的完整性和可靠性。

《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50251—2015)3.1.2條款規(guī)定：“進入輸氣管道的氣體應符合現(xiàn)行國家標準《天然氣》GB 17820中二類氣的指標，并應符合下列規(guī)定：1、應清除機械雜質(zhì)；2、……”。其條文說明3.1.2條款描述：“輸氣管道中的機械雜質(zhì)(含粉塵)的沉淀會影響輸氣效率，同時輸氣站內(nèi)隨天然氣高速流動的機械雜質(zhì)對部分設(shè)備會產(chǎn)生危害。同時，應根據(jù)機械雜質(zhì)出現(xiàn)的可能性，采取分離或過濾設(shè)備清出有害的機械雜質(zhì)。”

燃氣中主要存在顆粒、粉塵類固體雜質(zhì)及液態(tài)雜質(zhì)，如果不予以有效去除，會對下游的調(diào)壓器、流量計等精密設(shè)備造成破壞，并影響設(shè)備的正常使用和壽命。

從上所述，增加旋風除塵設(shè)備是非常重要的。

3.3 增加旋風除塵設(shè)備的必要性

從前一節(jié)中，我們知道：過濾器大量被堵塞和壓扁的原因主要是大量的大顆粒機械雜質(zhì)存在于燃氣管道內(nèi)造成。那么要保證過濾器能有效的工作，必須在燃氣進入高中壓調(diào)壓站前給予清除，而對于大顆粒狀的機械雜質(zhì)，設(shè)置旋風除塵設(shè)備是非常合理和必要的。

4 增加旋風除塵設(shè)備的經(jīng)濟性

在未設(shè)置旋風除塵設(shè)備前，過濾器濾芯在用氣高峰時要一天換一次。按平均2周換一次的話，一年需要更換 25個以上的濾芯，如果濾芯按材質(zhì)不銹鋼 50μ，規(guī)格按 G5.0，一個濾芯的銷售價格是2000元，按此計算，直接的備件費用為5萬元，加上需要不斷更換工作的人工費用，那將是不容小覷的數(shù)字；同時，操作工人的勞動強度也是非常大。安裝了旋風除塵設(shè)備后，濾芯的更換周期一般在3～6個月之間，不需經(jīng)常更換，只需對旋風除塵進行2月一次的排污，待排污2～3次后進行清灰，清除集污罐或者排污池內(nèi)的污物，所以可以大量減輕操作人員的勞動強度，還可節(jié)約許多人工費。

投資費用：對流量在4萬m3/h左右的高中壓調(diào)壓站，增加旋風除塵設(shè)備的費用在 15萬元左右，一年多就能收回投資。

5 增加旋風除塵設(shè)備的可行性分析

待改造的調(diào)壓站都是在運營過程中，所以一般不能長時間停氣，供改造增加設(shè)備的時間不多，一般在用氣低谷時停5～6 h左右。對改造增加了難度，不僅要求我們在很短的時間里實施完整的改造工作，還要保證連接部分尺寸的準確性。下面從四個方面進行可行性分析。

5.1 工藝系統(tǒng)及工藝管道

如果要在高中壓調(diào)壓站進口處增加旋風除塵設(shè)備，從工藝系統(tǒng)及工藝管道來看，只要將原來的進口管段拆除，然后旋風除塵設(shè)備和相應的管道、閥門儀表等做成單獨的一個整體，該整體設(shè)備的進出口管與原相應的接管法蘭對接。圖5和圖6分別是改造前后的工藝流程圖，從中可以看出，增加旋風除塵設(shè)備是可行的，同時也是比較簡便易行的。

圖5 改造前工藝流程

5.2 所占場地要求

以通常的高中壓調(diào)壓站為例，如果流量在2萬～5萬m3/h，那么所需面積在4×4至6×6 m2，一般都能滿足要求。

5.3 對改造設(shè)備尺寸準確性要求

由于增加旋風除塵設(shè)備，屬于老設(shè)備改造，所以只能在現(xiàn)有調(diào)壓站設(shè)備的基礎(chǔ)上拆除進口管部分，而旋風除塵設(shè)備做成一個整撬，旋風除塵撬的進出口管鑲接在原進口管道位置。因此，尺寸誤差必須控制在5 mm以內(nèi)，而且螺栓孔必須跨中分布。如果角度偏移大于 0.5°，那么以螺栓連接孔距410 mm為例，那么就會偏移尺寸2.5 mm，會對法蘭對接安裝帶來困難。所以：現(xiàn)場實際尺寸的精確測量，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計，管道件的精心制作，產(chǎn)品的認真檢驗等環(huán)節(jié)是最終產(chǎn)品尺寸準確性的有力保證。

5.4 合理安排改造過程

為了在有限的時間里，完成整個改造工作，必須合理安排改造過程：在改造方案實施前，需要編制合理的施工方案；施工過程中，項目經(jīng)理負責施工現(xiàn)場各項工作的指揮、管理、協(xié)調(diào)，以保證該工程優(yōu)質(zhì)、高效、安全、順利地完成；在項目實施過程中，應急措施和安全措施落實到位，確保實施過程安全。

綜上所述，在現(xiàn)場場地滿足的前提下，只要通過精確測繪，精心制作，合理安排改造過程，那么增加旋風分離設(shè)備是完全可行的。

6 實際改造項目效果，對比分析

6.1 除塵效果分析

改造前：在用氣高峰時，每天需要更換被顆粒垃圾堵塞和壓扁的濾芯，更換下來的濾芯在現(xiàn)場堆積成小山一樣，見圖1。而且從濾芯表面可以看到，大量的金屬粉末粘結(jié)在濾芯的各部位，見圖 2。最后，通過對調(diào)壓器的解體，發(fā)現(xiàn)很多黑色金屬粉末存在于調(diào)壓器內(nèi)腔，見圖3。

改造后：使用3到6個月正常更換下來的濾芯無壓壞、損傷等痕跡，見圖7。

旋風排污狀況：通過對旋風分離器2個月一次的排污，大量的顆粒垃圾雜質(zhì)被旋風分離器清除出來，見圖8。

圖8 旋風排污實際狀況

6.2 調(diào)壓站故障頻率對比

經(jīng)過改造增加旋風分離器后的高中壓調(diào)壓站，由于顆粒雜質(zhì)造成的調(diào)壓器工作故障減少了 85%以上。

7 存在問題及建議

從圖8排污現(xiàn)場的煙霧，一方面可以看出排出的雜質(zhì)粉塵量很多，但另一方面同時對周圍的環(huán)境造成了影響。建議旋風分離設(shè)備分離出來的雜質(zhì)，可以通過以下幾種方式給以處理。

(1)通過設(shè)備上的人孔，對內(nèi)部堆積的雜質(zhì)進行人工處理，雖然勞動強度大，但清灰直觀清楚。

(2)通過排污管道，帶壓排進調(diào)壓站附近的排污池，勞動強度低，簡單方便，但會浪費一定的燃氣。

(3)設(shè)計一套排污系統(tǒng)，通過防爆的排污泵，排至集污罐(池)中。

8 結(jié)語

通過上面的增加旋風除塵設(shè)備的重要性和必要性分析以及在正在營運的高中壓調(diào)壓站上增加旋風除塵設(shè)備的可行性分析，可以得出：

(1)在燃氣城市門站和高中壓調(diào)壓站上設(shè)置旋風除塵設(shè)備是必需的。

(2)在原有高中壓調(diào)壓站上增加旋風除塵設(shè)備是必要的，同時也是可行的。