摘 要:简要介绍了对新型过滤器过滤介质研究的目的,通过现场实验对过滤介质的优缺点进行比较,对其选用的五种过滤介质进行了性能测定,得到了各个滤管净化后的含尘浓度和分级效率,依此进行了分析,对这几种新型过滤器过滤介质进行横向对比。
关键词:过滤器;过滤;过滤介质;过滤元件
中图分类号:TE624·62;O632·12 文献标识码:B
21世纪我国的能源结构将发生巨大变化,天然气将成为我国工业生产、民用及公共建筑事业的主要能源,随着西气东输工程的加速发展,天然气集输及长输管道工程相应的集输站、压气站场将大量建设。但我国主要产气区生产的天然气中部分含尘量超标,新疆塔里木气田、青海涩北气田等气田都有出砂现象。四川、长庆等地气田天然气中携带有较多的固体腐蚀产物及地层水,造成集气管道腐蚀和集气站阀门泄漏,计量仪表精度下降,使国家生产及经济效益受到较大影响[1]。因此迫切需要对新型过滤器过滤介质进行研究,本文对五种常用过滤介质的试验进行了对比。
1 试验对象
试验对象为两种型号的聚丙稀纤维层压滤管及1μm聚丙烯膜滤管、1μm聚四氟乙烯膜滤管、不锈钢密纹网滤管等5个滤管。
2 试验方法
过滤元件性能试验装置如图1所示,采用吸风式负压操作。试验时,含尘气体从入口管吸入,经过滤元件过滤后,从排气管排出。
过滤元件的压降由入口管与出口管上的测压管测量。
等动采样的具体步骤如下:
a)用皮托管测量排气管的气体流速u,根据u和采样管的直径计算采样气体的流量Q2,以保证采样气速与排气管中的气速相同。
b)采用过滤精度为0.1μm的超细聚丙稀纤维层压滤膜,用精度0.1 mg的分析天平称重。
c)将称重后的滤膜放入洁净采样夹的滤网上,牢固压紧至不漏气。采样结束后,将滤膜取出称重,并做好采样记录。
采样取出的粉尘用COULTER -MULTISIZERⅡ粒度分析仪(精度0.25μm)分析粒径分布,从而计算滤管的分级效率。
3 试验结果
3.1 2号聚丙稀纤维层压滤管(GLTΦ114×1000型)的性能测定:
2号滤管滤速压降特性如表1所示。
经2号滤管过滤后的气体尘粒分布见图2。
3.2 3号聚丙稀纤维层压滤管(GLTΦ114×1000型)的性能测定
3号滤管的空管滤速压降特性如表3所示。
当过滤滤速为0.3 m/s,入口气体含尘浓度为1g/m³时,经等动采样出口气体含尘浓度为0.058mg/m³,过滤效率为99.994%。
经3号滤管过滤后的气体尘粒分布见图3。
3.3 1μm聚丙烯膜滤管的性能测定
1μm聚丙烯膜滤管的空管滤速压降特性如表5所示。
当过滤滤速为0.05 m/s,入口气体含尘浓度为500 mg/m³时,经等动采样出口气体含尘浓度为1.149 mg/m³,过滤效率为99.770%。
经1μm聚丙烯膜滤管过滤后的气体尘粒分布见图4。
根据分级效率计算公式1μm聚丙烯膜滤管的分级效率如表6所示。
3.4 1μm聚四氟乙烯膜滤管的性能测定
1μm聚四氟乙烯膜滤管的空管滤速压降特性如表7所示。
当过滤滤速为0.1 m/s,入口气体含尘浓度为500 mg/m³时,经等动采样出口气体含尘浓度为0.838 mg/m³,过滤效率为99.832%。经1μm聚四氟乙烯膜滤管过滤后的气体尘粒分布见图5。
根据分级效率计算公式1μm聚四氟乙烯膜滤管的分级效率如表8所示。
3.5 不锈钢密纹网滤管的性能测定
不锈钢密纹网滤管的空管滤速压降特性如表9所示。
当过滤滤速为1.0 m/s,入口气体含尘浓度为1g/m³时,经等动采样出口气体含尘浓度为0.62mg/m³,过滤效率为99.938%。
经不锈钢密纹网滤管过滤后的气体尘粒分布见图6。
根据分级效率计算公式不锈钢密纹网滤管的分级效率如表10所示。
4 试验统计
经试验统计得出不同滤管过滤粉尘的分级效率见表11。
2号聚丙稀纤维层压滤管净化后天然气含尘浓度为1.673 mg/m³(中位粒径9.3μm)。
3号聚丙稀纤维层压滤管净化后天然气含尘浓度为0.058mg/m³(中位粒径9.3μm)。
聚丙烯膜滤管净化后天然气含尘浓度为1.149mg/m³(中位粒径1μm)。
聚四氟乙烯膜滤管净化后天然气含尘浓度为0.836 mg/m³(中位粒径1μm)。
不锈钢密纹网滤管净化后天然气含尘浓度为0.62 mg/m³(中位粒径3μm)。
5 综合分析
a)从单价来看,3号聚丙稀纤维层压滤管元件单价最低,其次为2号聚丙稀纤维层压滤管、聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜,最贵的为不锈钢密纹网滤管,同样外径下不锈钢密纹网滤管单价为3号聚丙稀纤维层压滤管元件的20~30倍。
b)从过滤元件的单件面积看,2号聚丙稀纤维层压滤管、3号聚丙稀纤维层压滤管为圆柱形深层过滤层压滤管,其过滤元件过滤面积只与圆柱体的面积与过滤元件长度有关,单件过滤面积为圆柱体柱面表面积乘以滤层高度。单个元件有效过滤面积最小,其余3个滤管可以采用折叠型式,单个元件过滤面积大大增加,可达10倍以上。
c)从反冲洗效果看,2号聚丙稀纤维层压滤管、3号聚丙稀纤维层压滤管为圆柱形深层过滤层压滤管,基本上无法进行反冲洗,元件只能拆卸进行表面冲洗,最多能重复使用2~3次,其余过滤元件均可进行在某种条件下的正冲洗和反冲洗,特别是不锈钢密纹网滤管,其正冲洗和反冲洗的条件范围很宽,冲洗效果最好,可多次使用。综合价格和反冲洗效果看,不锈钢密纹网滤管效果最好,虽然其一次投资较大,但是它既能满足天然气过滤的要求,且能长期使用,从投资角度看,其效果最好。
d)现有天然气过滤分离设备中的过滤元件基本上使用的是与2号聚丙稀纤维层压滤管、3号聚丙稀纤维层压滤管相类似的圆柱形深层过滤层压滤管,现有的过滤分离设备的设计人员均受到目前引进的卧式分离器类似结构的影响,在设计上基本上都沿用卧式分离器相应结构,并采用圆柱形深层过滤层压滤管。现在有必要解放思想,突破原有框架的限制,吸取其他行业中成熟先进的经验和技术,提高分离效率,如本次试验研究采用的过滤元件———聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜、不锈钢密纹网滤管就是大量使用在制水、制药、制酒行业中的相应滤管,其试验效果良好,均能满足天然气行业过滤设备的要求。
e)从试验看,有必要对反冲洗工艺流程及设备研究进行更加深入的研究。
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