过滤分离器培训课件

煤层气过滤分离设备培训煤层气过滤分离设备培训 从气井中开采出来的煤层气，常带有一部分液体（水）和固体杂质（如岩从气井中开采出来的煤层气，常带有一部分液体（水）和固体杂质（如岩屑粉尘、管线腐蚀）等。这些杂质不仅腐蚀管道、设备、仪表，而且还可以堵屑粉尘、管线腐蚀）等。这些杂质不仅腐蚀管道、设备、仪表，而且还可以堵塞阀门管线、损害设备影响正常生产。因此，从井场来的流体必须在集气站进塞阀门管线、损害设备影响正常生产。因此，从井场来的流体必须在集气站进行脱除机械杂质和处理，然后才能进入输气干线。另外，煤层气在经过集输管行脱除机械杂质和处理，然后才能进入输气干线。另外，煤层气在经过集输管道到达末站，由于管线内腐蚀等原因，不可避免的含有机械杂质，必须进行脱道到达末站，由于管线内腐蚀等原因，不可避免的含有机械杂质，必须进行脱除。除。1、概述、概述1.1 煤层气分离的方法煤层气分离的方法 相分离相分离在一定的压力和温度下，气液混合物将形成一定比例和组成的液相和气在一定的压力和温度下，气液混合物将形成一定比例和组成的液相和气相，即相分离。相，即相分离。机械分离机械分离用机械分离的方法把液相（或固相）和气相分开，称之为机械分离。用机械分离的方法把液相（或固相）和气相分开，称之为机械分离。1.2 煤层气分离的基本目的煤层气分离的基本目的从气流中分离掉液体和固体。从气流中分离掉液体和固体。1.3 四个操作要求（功能）四个操作要求（功能）气和液的基本气和液的基本“相相”的分离；的分离；脱除气相中所夹带的液沫（雾状）；脱除气相中所夹带的液沫（雾状）；脱除液相中所包含的气泡；脱除液相中所包含的气泡；从分离器内分别引走已经分离出来的气相和液相，不允许它们彼此有重从分离器内分别引走已经分离出来的气相和液相，不允许它们彼此有重新夹带掺混的机会。新夹带掺混的机会。2 重力式两相分离器重力式两相分离器2.1 重力沉降分离原理重力沉降分离原理 重重力力沉沉降降是是分分散散相相液液滴滴在在重重力力作作用用下下，与与周周围围气气体体发发生生相相对对运运动动，并并实实现现分离的过程。分离的过程。液液滴滴的的重重力力沉沉降降速速度度是是指指液液滴滴相相对对于于周周围围流流体体的的沉沉降降运运动动速速度度。影影响响重重力力沉降的因素很多，有颗粒的形状、大小、密度、流体的种类、密度、粘度等。沉降的因素很多，有颗粒的形状、大小、密度、流体的种类、密度、粘度等。液滴颗粒的沉降速度液滴颗粒的沉降速度阻力系数阻力系数 是雷诺数是雷诺数Re的函数的函数2.2 碰撞分离（聚结）原理碰撞分离（聚结）原理 碰撞分离就是利用碰撞作用把在沉降分离中未能除去的较小的液滴除去。碰撞分离就是利用碰撞作用把在沉降分离中未能除去的较小的液滴除去。气液分离器中完成碰撞分离作用的部件叫除雾器。气液分离器中完成碰撞分离作用的部件叫除雾器。除除雾雾器器内内气气体体的的通通道道是是曲曲折折的的，携携带带着着液液雾雾的的气气体体进进入入除除雾雾器器，在在其其中中被被迫迫绕绕流流时时，由由于于液液雾雾的的密密度度比比气气体体大大，惯惯性性大大，液液雾雾不不完完全全随随气气流流改改变变运运动动方方向向，于于是是被被碰碰撞撞到到经经常常润润湿湿的的结结构构上上被被吸吸附附。这这些些液液雾雾不不断断被被吸吸附附积积蓄蓄，沿沿结结构垂直面流下。构垂直面流下。2.3 动量改变分离原理动量改变分离原理 流流体体中中不不同同密密度度的的各各相相有有不不同同的的动动量量。如如果果两两相相流流突突然然改改变变方方向向，较较大大动动量量的的重重流流体体微微粒粒，不不能能象象轻轻的的流流体体那那样样迅迅速速转转向向，所所以以就就要要产产生生分分离离。流流动动中中的的两两相相分分离离，通通常常采采用用动动量量法法，如如分分离离器器的的进进口口初初级级分分离离部部分分就就是是利利用改变动量实现分离的典型例子。用改变动量实现分离的典型例子。2.4 重力式两相分离器的分离过程重力式两相分离器的分离过程图图1 卧式分离器示意图卧式分离器示意图图图3 双筒分离器示意图双筒分离器示意图2.5 卧式与立式分离器的比较卧式与立式分离器的比较分离器重力沉降部分中液滴下沉方向看，在立式分离器中两者相反，在卧式分分离器重力沉降部分中液滴下沉方向看，在立式分离器中两者相反，在卧式分离器中两者相互垂直。在卧式分离器中，液滴更易于从气流中分出，因而卧式离器中两者相互垂直。在卧式分离器中，液滴更易于从气流中分出，因而卧式分离器适合于处理带液量较大的流体。分离器适合于处理带液量较大的流体。在卧式分离器中，气液界面面积较大，集液部分液体中所含有的气泡易于上升在卧式分离器中，气液界面面积较大，集液部分液体中所含有的气泡易于上升至气相空间，即所得的液体中含气量少。此外，卧式分离器还有单位处理量成至气相空间，即所得的液体中含气量少。此外，卧式分离器还有单位处理量成本低，易于安装、检查、保养、易于制成撬装式等优点。本低，易于安装、检查、保养、易于制成撬装式等优点。立式分离器占地面积小，适合于处理含固体杂质较多的煤层气。卧式分离器立式分离器占地面积小，适合于处理含固体杂质较多的煤层气。卧式分离器处理含固体杂质较多的煤层气时，由于固相杂质有处理含固体杂质较多的煤层气时，由于固相杂质有4560的静止角，故的静止角，故在分离器底部沿长度方向需设置几个排放口。在分离器底部沿长度方向需设置几个排放口。卧式分离器具有较小的液体波动容量。卧式分离器具有较小的液体波动容量。立式分离器也有与生产过程无关的缺点立式分离器也有与生产过程无关的缺点u卸压阀和某些控制器在没有特别的扶梯和平台时，可能是难以操作维修卸压阀和某些控制器在没有特别的扶梯和平台时，可能是难以操作维修的。的。对对于于正正常常的的气气液液分分离离，特特别别是是出出现现泡泡沫沫或或高高气气液液比比的的场场合合，卧卧式式分分离离器器可可能能是是最最经经济济的的。在在低低气气液液比比的的场场合合，立立式式分分离离器器工工作作得得最最有有效效，在在非非常常高高的的气气液液比比场场合合，（比比如如在在从从气气体体中中仅仅仅仅需需要要脱脱除除液液体体雾雾沫沫所所使使用用的的气气体体洗洗涤涤器器）也可以使用立式分离器。也可以使用立式分离器。2.6 两相分离器的外壳及内部构件两相分离器的外壳及内部构件2.6.1 分离器的外壳分离器的外壳内部承受压力的容器。内部承受压力的容器。它是一个圆形筒体，其内径及长度的尺寸，根据气体和液体的处理量，以它是一个圆形筒体，其内径及长度的尺寸，根据气体和液体的处理量，以及操作压力和温度等参数来设计确定，两端有通常是椭球形或球形的封头。及操作压力和温度等参数来设计确定，两端有通常是椭球形或球形的封头。筒体及封头的壁厚，按压力容器设计的要求及方法设计成有足够的厚度，筒体及封头的壁厚，按压力容器设计的要求及方法设计成有足够的厚度，以承受高的压力。以承受高的压力。2.6.2 进口转向器进口转向器（1）导流档板）导流档板球球形形盘盘，平平板板，角角铁铁，锥锥形形物物，或或者者是是任任何何一一种种能能使使液液流流方方向向和和速速度度快快速速变变化化的的东东西西。档档板板主主要要是是用用结结构构支支撑撑加加以以固固定定，以以承承受受冲冲击击动动量量载荷。载荷。使使用用半半球球形形或或锥锥形形的的装装置置，其其优优点点是是它它比比板板或或角角铁铁所所产产生生的的扰扰动动要要小小些些，减减少少再再夹夹带带或或乳乳化化的问题。的问题。（2）除沫板）除沫板当气泡从液体中逸放出来时，在气液界面可能形成泡沫。在进口处加入化当气泡从液体中逸放出来时，在气液界面可能形成泡沫。在进口处加入化学处理剂就可以使泡沫稳定下来。更为有效的解决办法是迫使泡沫流经一系列学处理剂就可以使泡沫稳定下来。更为有效的解决办法是迫使泡沫流经一系列倾斜的平行板片或管束，以便于泡沫聚结。倾斜的平行板片或管束，以便于泡沫聚结。液液流流进进入入分分离离器器，在在动动能能吸吸收收器器的的作作用用下下，进进行行了了初初步步分分离离，初初分分的的气气相相处处于于紊紊流流状状态态，对对液液滴滴的的自自然然重重力力沉沉降不利。降不利。“整流整流”构件，即在分离器内某一长构件，即在分离器内某一长度范围内设置一系列并有适当间距的度范围内设置一系列并有适当间距的平行薄板，气体通过狭窄的平行间隙平行薄板，气体通过狭窄的平行间隙时，作层状流动，促进气相中液滴的时，作层状流动，促进气相中液滴的重力沉降。重力沉降。（3）气相整流构件）气相整流构件（4）雾沫脱除器（除雾器）雾沫脱除器（除雾器）两种最常用的雾沫脱除装置：两种最常用的雾沫脱除装置：丝网垫和叶板丝网垫和叶板。丝网垫丝网垫是由很细的不锈钢丝缠绕成紧密的园柱形填料垫层。液滴碰击到是由很细的不锈钢丝缠绕成紧密的园柱形填料垫层。液滴碰击到丝网上，聚积起来。丝网的效果很大地依赖于气体有一个丝网上，聚积起来。丝网的效果很大地依赖于气体有一个恰当的速度范围恰当的速度范围。如。如果速度太大，分离出来的液体将被再夹带到气流中，如果速度较低，烃蒸汽漂果速度太大，分离出来的液体将被再夹带到气流中，如果速度较低，烃蒸汽漂流经过丝网，这样就没有液滴的碰击和聚积。流经过丝网，这样就没有液滴的碰击和聚积。丝网垫丝网垫的结构，通常规定成某种厚度（一般是的结构，通常规定成某种厚度（一般是75到到180mm）和某种筛网密度（一）和某种筛网密度（一般是每立方米般是每立方米160到到190kg）。尺寸适宜的丝网除雾器可以脱除）。尺寸适宜的丝网除雾器可以脱除99%的的10微米和更微米和更大些的液滴，但容易堵塞。大些的液滴，但容易堵塞。叶板除雾器叶板除雾器迫使气体在平行板内为层流，迫使气体在平行板内为层流，并使流动方向改变。液滴碰击到板面上就并使流动方向改变。液滴碰击到板面上就聚积起来，并向下沉降到液体收集处，然聚积起来，并向下沉降到液体收集处，然后液体按规定路线进入分离器的液体收集后液体按规定路线进入分离器的液体收集段。叶板式除雾器在制造厂制成序列，以段。叶板式除雾器在制造厂制成序列，以保证既是层流，又有某一最小的压力降。保证既是层流，又有某一最小的压力降。拱板除雾器拱板除雾器由一系列同心波纹圆筒由一系列同心波纹圆筒组成，这样就增大了液滴在圆筒表组成，这样就增大了液滴在圆筒表面的聚结面积。面的聚结面积。除雾器的作用是把沉降分离不能除去的微小液滴去掉，不能处理携带有除雾器的作用是把沉降分离不能除去的微小液滴去掉，不能处理携带有大量液滴的气体，更不能代替重力沉降分离段的作用。大量液滴的气体，更不能代替重力沉降分离段的作用。3 过滤分离器过滤分离器 煤层气首先进入进料布气腔部分，气体首先撞击在支撑滤芯的支撑煤层气首先进入进料布气腔部分，气体首先撞击在支撑滤芯的支撑管（避免气流直接冲击滤芯，造成材的提前损坏）上，较大的固液颗粒被管（避免气流直接冲击滤芯，造成材的提前损坏）上，较大的固液颗粒被初步分离，并在重力作用下沉降到容器底部（定期从排污口排出）。接着初步分离，并在重力作用下沉降到容器底部（定期从排污口排出）。接着气体从外向里通过聚结滤芯，固体颗粒被过滤介质截留，液体颗粒则因过气体从外向里通过聚结滤芯，固体颗粒被过滤介质截留，液体颗粒则因过滤介质聚结功能而在滤芯的内表面逐渐聚结长大。滤介质聚结功能而在滤芯的内表面逐渐聚结长大。3.1 过滤分离器原理过滤分离器原理 当液滴到达一定尺寸时会因气流的冲击作用从内当液滴到达一定尺寸时会因气流的冲击作用从内表面脱落出来而进入滤芯内部流道而后进入汇流出料表面脱落出来而进入滤芯内部流道而后进入汇流出料腔。在汇流出料腔内，较大的液珠依靠重力沉降分离腔。在汇流出料腔内，较大的液珠依靠重力沉降分离出来，此外，在汇流出料腔。还设有分离元件，它能出来，此外，在汇流出料腔。还设有分离元件，它能有效的捕集液滴，以防止出口液滴的被夹带，进一步有效的捕集液滴，以防止出口液滴的被夹带，进一步提高分离效果。最后洁净的气体流出过滤分离器。提高分离效果。最后洁净的气体流出过滤分离器。3.2 过滤机理效应（纤维滤芯）过滤机理效应（纤维滤芯）（1）扩散效应）扩散效应（2）拦截效应）拦截效应（3）惯性效应）惯性效应（4）筛效应）筛效应（5）静电效应）静电效应（1）扩散效应）扩散效应 小于小于1m的固液颗粒的固液颗粒不随气流运动，而是因不随气流运动，而是因气体分子的撞击做无规气体分子的撞击做无规则运动，称为则运动，称为“布朗扩布朗扩散运动散运动”。如果撞在过。如果撞在过滤器纤维上就被捕获。滤器纤维上就被捕获。颗粒越小，扩散运动越颗粒越小，扩散运动越剧烈，撞击纤维的机会剧烈，撞击纤维的机会越多，过滤效果越好。越多，过滤效果越好。（2）拦截效应）拦截效应 小而轻的固液颗粒小而轻的固液颗粒随气流而运动，当绕随气流而运动，当绕过纤维时，离纤维表过纤维时，离纤维表面太近的固液颗粒就面太近的固液颗粒就会被拦截下来会被拦截下来。（3）惯性效应惯性效应 较大的固液颗粒在气较大的固液颗粒在气流中做惯性运动，当气流流中做惯性运动，当气流绕过纤维时，惯性大的粒绕过纤维时，惯性大的粒子来不及绕过而直接撞到子来不及绕过而直接撞到纤维上。纤维上。固液颗粒越大，惯固液颗粒越大，惯性力越强，撞击纤维的可性力越强，撞击纤维的可能性越大，过滤效果越好。能性越大，过滤效果越好。（4）筛效应）筛效应 固液颗粒直径如果固液颗粒直径如果大于纤维之间的间隙，大于纤维之间的间隙，就会被拦住。一般来说，就会被拦住。一般来说，固液颗粒直径越小于纤固液颗粒直径越小于纤维间隙，也就是说，筛维间隙，也就是说，筛效应很少发生。效应很少发生。（5 5）静电效应）静电效应颗粒越小，效果越好颗粒越小，效果越好静电的影响静电的影响l采用带有静电的化纤滤料，可以提高初始效率；采用带有静电的化纤滤料，可以提高初始效率；l一般上说，滤料的静电是在生产过程中自然产生的；一般上说，滤料的静电是在生产过程中自然产生的；l带有静电的化纤滤料无法长期保持静电，当在实际使带有静电的化纤滤料无法长期保持静电，当在实际使用时，静电会很快消失；用时，静电会很快消失；l采用纤维数量少、直径粗的化纤，无法得到与玻纤滤采用纤维数量少、直径粗的化纤，无法得到与玻纤滤料过滤器同样的长期的高效率。料过滤器同样的长期的高效率。3.3 过滤器性能指标过滤器性能指标（1 1）效率）效率（2 2）阻力）阻力（3 3）使用寿命）使用寿命（4 4）纳污量）纳污量（1）滤料）滤料-效率效率 式中式中:G1，G2过滤器进出口气流中颗粒的质量（过滤器进出口气流中颗粒的质量（mg/h）；）；N1，N2过滤器进出口气流中颗粒的浓度（过滤器进出口气流中颗粒的浓度（mg/m3）；）；Q通过过滤器的风量（通过过滤器的风量（m3/h）。）。过滤效率过滤效率=95%l降低穿过滤料的风速低（增降低穿过滤料的风速低（增加所用的滤料面积）加所用的滤料面积）l增加滤料中细纤维含量增加滤料中细纤维含量l滤料存在静电（新滤料）滤料存在静电（新滤料）提高过滤器对小灰尘粒子效率：提高过滤器对小灰尘粒子效率：（2）过滤器阻力）过滤器阻力过滤器阻力过滤器阻力取决于：取决于：l处理气量处理气量l过滤材料（纤维粗细、数量、厚度、蓬松度等）过滤材料（纤维粗细、数量、厚度、蓬松度等）l过滤器的结构（褶的形状，迎风面结构等）过滤器的结构（褶的形状，迎风面结构等）l滤料阻力（滤料阻力（Pm）l结构阻力（结构阻力（Pc）要想过滤器的阻力低要想过滤器的阻力低，滤料，滤料必须：必须：l蓬松度好蓬松度好l面积大（穿过滤料的速度低）面积大（穿过滤料的速度低）蓬松度差蓬松度差蓬松度好蓬松度好l同样效率的滤料，细纤维的阻力低。同样效率的滤料，细纤维的阻力低。l一般来说，效率越高的过滤器阻力也越大。一般来说，效率越高的过滤器阻力也越大。l选用优质滤料（蓬松度、纤维直径、数量）选用优质滤料（蓬松度、纤维直径、数量）“死区死区”-滤料无法滤料无法充分利用充分利用影响影响Pc的因素：的因素：l打折均匀打折均匀l褶形褶形l褶密度褶密度l褶深度褶深度（3）使用寿命）使用寿命 定义：过滤器积灰，阻力增加，当阻力增大到某一定义：过滤器积灰，阻力增加，当阻力增大到某一规定终阻力值时，过滤器报废。在这之前的使用时间称为规定终阻力值时，过滤器报废。在这之前的使用时间称为“使用寿命使用寿命”。使用寿命取决于：使用寿命取决于：新过滤器的初阻力新过滤器的初阻力过滤材料（蓬松的滤料能容纳更多的灰尘）过滤材料（蓬松的滤料能容纳更多的灰尘）滤料面积（有效过滤面积）滤料面积（有效过滤面积）气体含尘浓度气体含尘浓度处理气量处理气量l蓬松的滤料比密实的滤料能容纳的灰尘多，因此使用蓬松的滤料比密实的滤料能容纳的灰尘多，因此使用寿命长寿命长l滤料中少量的粗纤维就是为了提高蓬松度和强度，增滤料中少量的粗纤维就是为了提高蓬松度和强度，增加使用寿命加使用寿命蓬松蓬松密实密实（4）纳污纳污量量定义：过滤器阻力达到规定值时，容纳定义：过滤器阻力达到规定值时，容纳各种杂质各种杂质的量。的量。随着固液颗粒越大，对于各种材料的滤芯的纳污随着固液颗粒越大，对于各种材料的滤芯的纳污量都会降低；反之增量都会降低；反之增加。加。与化纤滤芯相比，玻璃纤维滤芯的纤维较细而密，微小的颗粒更容易与化纤滤芯相比，玻璃纤维滤芯的纤维较细而密，微小的颗粒更容易进入滤料内部，纳污进入滤料内部，纳污量也更大量也更大。目前，煤层气集输站过滤分离器采用的纤维型滤芯为聚酯过滤管结目前，煤层气集输站过滤分离器采用的纤维型滤芯为聚酯过滤管结构。该纤维滤芯具有除尘效率高、阻力损失小、耐高温、耐腐蚀等优点。构。该纤维滤芯具有除尘效率高、阻力损失小、耐高温、耐腐蚀等优点。特别适用于精细过滤场所。特别适用于精细过滤场所。4 现状现状序号序号技术参数技术参数类类 别别单单 位位数数 值值1设计压力设计压力MPa1.22设计流量设计流量104m3/d17.53设计温度设计温度504操作压力范围操作压力范围MPa0.05-0.155分离固体粒度分离固体粒度m56分离液体粒度分离液体粒度m107过滤效率过滤效率%99.58进出口管径进出口管径DNmm250过滤分离器技术参数过滤分离器技术参数 安装：安装：为了保证过滤分离器过滤效率，过滤芯在安装时端面必须压紧，为了保证过滤分离器过滤效率，过滤芯在安装时端面必须压紧，压紧力不得小于压紧力不得小于0.15MPa，端盖与过滤芯胶垫接触而平整，不得有凹凸和裂纹。，端盖与过滤芯胶垫接触而平整，不得有凹凸和裂纹。使用：使用：为确保过滤精度，建议在工作压差达到为确保过滤精度，建议在工作压差达到0.05MPa时进行清洗或更时进行清洗或更换。换。清洗：清洗：当过滤分离器达到滤芯更换压差时对滤芯进行清洗（采用压力水当过滤分离器达到滤芯更换压差时对滤芯进行清洗（采用压力水从内向外冲洗），以延长过滤芯使用寿命。从内向外冲洗），以延长过滤芯使用寿命。更换：更换：由于清洗只能去掉过滤芯表面尘粒，而在压差作用下进入过滤层由于清洗只能去掉过滤芯表面尘粒，而在压差作用下进入过滤层的尘粒就无法清除，所以当过滤芯清洗的尘粒就无法清除，所以当过滤芯清洗12次后需进行更换。次后需进行更换。滤芯的维护滤芯的维护 集输系统未加装过滤分离器前，由于煤层气中携带大量粉尘，接连出集输系统未加装过滤分离器前，由于煤层气中携带大量粉尘，接连出现粉尘堆积锥形滤网、气阀内，并进入气缸的情况，频繁造成滤网堵塞、现粉尘堆积锥形滤网、气阀内，并进入气缸的情况，频繁造成滤网堵塞、进排气阀片及弹簧断裂活塞、活塞环、缸套磨损等故障，可能导致设备事进排气阀片及弹簧断裂活塞、活塞环、缸套磨损等故障，可能导致设备事故，严重影响煤层气稳定外输，给分公司造成重大的直接和间接经济损失。故，严重影响煤层气稳定外输，给分公司造成重大的直接和间接经济损失。进气阀进气阀 弹簧弹簧 阀片阀片 活塞活塞 通过运行，过滤分离器存在清洗、更换滤芯工作量大，滤芯清洗后过通过运行，过滤分离器存在清洗、更换滤芯工作量大，滤芯清洗后过滤效果不佳，需频繁更换滤芯，运行费用高等缺点。滤效果不佳，需频繁更换滤芯，运行费用高等缺点。目前还需根据煤层气中粉尘的特点探索更适合的过滤除尘方式。目前还需根据煤层气中粉尘的特点探索更适合的过滤除尘方式。目前还需根据煤层气中粉尘的特点探索更适合的过滤除尘方式。目前还需根据煤层气中粉尘的特点探索更适合的过滤除尘方式。谢谢大家谢谢大家不妥之处，请批评指正不妥之处，请批评指正