張兵強，昂 揚，劉 愉，張瓊華，林鈞華

1.山東省中遠天然氣技術服務有限責任公司武漢分公司，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.吉林石油集團工程建設有限責任公司，吉林松原 138000

輸氣站場過濾分離器常見問題及應對措施研究

張兵強1，昂 揚2，劉 愉2，張瓊華1，林鈞華3

1.山東省中遠天然氣技術服務有限責任公司武漢分公司，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.吉林石油集團工程建設有限責任公司，吉林松原 138000

過濾分離器是天然氣輸氣站場重要設備組成部分之一，其安全生產運行至關重要，在日常運行及檢維修作業(yè)過程中諸多問題日益顯現。針對快開盲板密封點泄漏、檢維修作業(yè)過程中氮氣置換不徹底以及液位測試不便問題開展原因分析，提出檢維修維護措施。通過強化設備檢維修措施消除泄漏點，對比過濾分離器進行氮氣置換的各種操作方法，選擇壓力循環(huán)置換法作為常規(guī)方式置換，設計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行和檢修問題的有效處理，能保證設備正常安全生產運行。

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，其中液體雜質主要有液烴、油水等。這些固、液雜質的存在和聯合作用，在天然氣輸氣站場運行過程中會使輸送設備、管道、閥門等產生磨損、腐蝕、甚至堵塞，對輸送系統(tǒng)中計量器具、儀表等產生不良影響[1]。尤其是隨著超聲波流量計在輸氣站場的廣泛應用，天然氣在輸送過程中，這些臟污介質會附著在流量計的上、下游管道和超聲波探頭表面，影響天然氣計量的準確度[2]。并且隨著臟污介質的聚集，對儀表計量準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，安裝在計量以及調壓設備的上游，因此其運行是否可靠直接關系著下游設備、儀表的安全運行，同時也對下游用戶的氣質保證起著至關重要的作用。本文針對川氣東送輸氣站場過濾分離器運行及檢維修過程中存在的問題開展分析，合理提出應對措施，確保設備安全生產運行。

1 結構組成與工作原理

過濾分離器主要由濾芯、殼體、快開盲板以及內外部件組成，采用臥式、快開盲板結構。過濾分離器作為壓力容器，除了設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入進料布氣腔，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濾芯，固體顆粒被過濾介質截留，液體顆粒則因過濾介質聚結功能而在濾芯的內表面逐漸聚結長大。當液滴到達一定尺寸時會因氣流的沖擊作用從內表面脫落出來而進入濾芯內部流道，而后進入匯流出料腔。在匯流出料腔內，較大的液珠因重力沉降分離出來，此外在匯流出料腔，還設有分離元件，它能有效地捕集液滴，進一步提高了分離效果。最后潔凈的氣體流出過濾分離器。隨著燃氣通過量的增加，沉積在濾芯上的顆粒會引起燃氣過濾器壓差的增加，當壓差上升到規(guī)定值時（從壓差計讀出），說明濾芯已被嚴重堵塞，應該及時更換。

2 運行現狀

在輸氣站場根據下游用戶年設計輸氣量及檢維修需求通常設置兩臺臥式過濾分離器，運行時通常采用一用一備方式運行，氣量需求高峰時段達到單臺處理量時兩臺同時運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，同時上下游均設置球閥（見圖1），其中下游球閥與電動執(zhí)行機構相匹配使用，能實現遠程開關控制。在正常運行狀態(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程和就地狀態(tài)下實現過濾支路流程切換；當在自動模式下電動閥產生事故關斷時，則報警并自動選擇備用設備，打開備用支路的電動閥，關閉當前支路的電動閥門，實現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。

圖1 過濾分離器流程設置

3 運行與檢修作業(yè)中的問題

3.1 盲板密封點泄漏問題

川氣東送過濾分離器采用了GD鎖環(huán)式快開盲板，具有結構形式先進、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計結構進行密封，密封圈一次模壓成型，在壽命期內具有良好的密封性能。但隨著設備運行時間延長，密封圈存在老化、變形以及開裂現象，密封性能降低，極易出現泄漏事故。同時在日常生產運行過程中，也常會由于密封處存在臟污以及操作不當等原因造成快開盲板密封處泄漏，設備本體一旦發(fā)生天然氣泄漏現象，就極易在局部區(qū)域擴散蔓延。天然氣具有易燃易爆、有毒等危險特性，處置不當很容易引發(fā)火災爆炸、中毒等事故，造成重大人員傷亡及設備損壞[4]。

3.2 氮氣置換效果不佳

過濾分離器作為輸氣站場壓力容器設備之一，需要定期進行開筒維護作業(yè)。開啟快開盲板之前首先應將進出口球閥關閉，然后再對其進行壓力泄放，泄壓之后為防止過濾分離器內天然氣與空氣的混合發(fā)生爆炸，因此需要進行氮氣置換，增加天然氣管道設備的安全保障[5]。目前輸氣站場在對過濾分離器進行氮氣置換時通常采用大氣壓力稀釋置換法[6]，氮氣從一端被引入容器或管道系統(tǒng)內，系統(tǒng)內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行吹掃。這是一種典型的通過大氣壓力置換或稀釋來達到吹掃目的方法，可采取一次或相同幾次進行。由于過濾分離器設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，輸氣站場都要對排污罐及過濾分離器磁翻板液位計進行液位測試，而目前磁翻板液位計液位測試都要從液位計頂部注水測試，檢查液位計是否工作正常。而從液位計頂部注水時頂部注入孔是針型閥，并且針型閥是全焊接設計，無法拆卸，針型閥受自身結構所限，通道狹窄，水流在通過針型閥注入時極易將通道堵死，磁翻板液位計內部的氣體不易排出，磁翻板液位計內腔形成封閉區(qū)，水流不易流入液位計內腔，給液位測試帶來困難。

圖2 磁翻板液位計

4 解決方法

4.1 強化維護措施消除泄漏點

快開盲板維護時要仔細檢查密封圈是否有損壞或過度磨損、腐蝕現象[7]，如存在磨損腐蝕要及時更換密封圈。同時在對快開盲板進行維護保養(yǎng)時，要檢查密封凹槽內有無銹蝕和污物，如有，用優(yōu)質細砂紙清理干凈，同時檢查盲板頸的內部和門在關閉時接觸的部分，包括門的槽，如發(fā)現有臟物或銹蝕（特別是底部），用砂紙清理干凈，最后用干凈棉布擦干。同時做好設備日常巡檢工作，發(fā)現泄漏點，應及時處理，消除安全隱患。

4.2 改進氮氣置換操作方法

針對過濾分離器進行氮氣置換檢維修作業(yè)時存在死角問題，建議采取壓力循環(huán)置換法[6]，在進行壓力循環(huán)置換法操作時，將氮氣從一端引入到容器內部，使容器內部壓力上升到許可范圍以內，使氮氣與內部的空氣或其他氣體進行混合并被置換排放到另一端的大氣當中，主要是在高于大氣壓力下重復進行吹掃。此法具體操作主要取決于容許操作壓力和吹掃后需要達到的吹掃純度，可采取一次或相同幾次進行系統(tǒng)內氣體與氮氣混合，被稀釋后的操作可采用如下計算式表示（假設純氮氣）：

式中：Ct為系統(tǒng)最后狀態(tài)的天然氣體積分數，%；C0為系統(tǒng)初始狀態(tài)的天然氣體積分數，%；P為每次對系統(tǒng)充壓后的壓力，bar（1 bar=0.1MPa）；n為導入氮氣充壓后排放的次數。

GB 30871-2014[8]要求，當被測氣體或蒸汽的爆炸下限大于或等于4%時，其被測濃度應不大于0.5%（體積分數）。因此對過濾分離器進行氮氣置換之前，內部可燃氣體體積分數設為100%（假設為純天然氣），置換合格后最后狀態(tài)的可燃氣體體積分數為0.5%，由上述公式可得出，進行一次操作想要達到所需的置換效果，需充壓至20MPa，而20MPa壓力遠遠超出過濾分離器的設計壓力；進行兩次操作想要達到所需的置換效果，需充壓至4.47MPa，符合過濾分離器允許操作壓力。因此可得出，隨著氮氣用量的減少，則所需排放次數及人工工作量將增加，具體實施操作可根據作業(yè)時間需求及工作量承受范圍選取。

在進行氮氣置換時，主入口與排放口的位置選取同樣重要，對容器而言，氮氣入口應設置在容器的底部[6]，排放口應設置在容器的頂部，這樣有利于提升置換效果。由于過濾分離器進出口均設置球閥，在進行氮氣置換作業(yè)之前應進行球閥內漏測試，如有球閥內漏現象，則先應根據球閥內漏性質進行維護[9]，消除因內漏原因造成氮氣置換不徹底。

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由頂部針型閥、液位計本體以及底部的排污閥組成，針對這一特點設計一套磁翻板液位計液位測試裝置（見圖3），該測試裝置由漏斗、軟管以及轉換接頭組成。在進行磁翻板液位計液位測試時，測試裝置的轉換接頭與磁翻板液位計底部的排污閥相連接，因此測試裝置與磁翻板液位計就形成了連通器，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

通過上述對過濾分離器在日常運行及檢維修過程中存在的問題進行研究及應用，川氣東送某管理處四座輸氣站場在過去一年中均未出現快開盲板泄漏現象。嚴格執(zhí)行定期維護原則，反映出提升檢維修質量能從本質上消除安全隱患；采用壓力循環(huán)置換法進行氮氣置換操作，置換效果明顯提升，達到了置換標準，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進行液位測試，消除了通過頂部針型閥進行測試的不便。

6 結束語

過濾分離器作為輸氣站場重要的氣質凈化設備，直接關系到站場設備、儀表的安全平穩(wěn)運行，因此，保證過濾分離器正常運行具有十分重要的意義?；谝陨蠈^濾分離器出現問題的分析研究，筆者提出以下四點建議：

（1） 隨著設備長時間運行，設備進入故障多發(fā)期，加強設備日常維護力度十分必要，同時做好備品備件的儲備工作。

（2）對過濾分離器檢維修作業(yè)需要實施氮氣置換操作時，采用壓力循環(huán)置換法進行置換較徹底，不易出現死角，并且根據壓力需求至少需要操作兩次以上，具體操作次數需結合實際作業(yè)時間及工作量適當選??；同時氮氣置換前應需做好球閥內漏測試工作，消除內漏而導致的置換不徹底現象。

（3）目前在對川氣東送輸氣站場較多的過濾分離器進行充壓操作時，只能通過緩慢開啟入口球閥進行操作，在多達幾兆帕壓差的作用下，強行開啟入口球閥較為困難；同時在壓充過程中，在高速氣流沖刷的作用下，極易損傷球閥密封面，造成球閥內漏現象。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頂部的針型閥設計為球閥，以便于液位測試。

[1]王澎，朱云，范海峰.臥式過濾分離器設計[J].天然氣與石油，2015，30（6）：73-75.

[2]蔣輝，林媛媛，曹斯亮.天然氣超聲波計量系統(tǒng)性能的影響因素[J].油氣儲運，2012，31（1）：53-56.

[3]JOHN LANSING.Dirty versus clean ultrasonic gas flow meter performance[C]//Proceedings of AGA Operations Conference. Chicago Illinois：AGAOperations Conference，2002.

[4]王洪明，潘永東.油氣站場天然氣泄漏應急處置若干問題探討[J].石油化工安全環(huán)保技術，2015，31（2）：15-18.

[5]楊文輝，馬利.氮氣置換在天然氣管道中的應用[J].硅谷，2013，12（8）：149.

[6]鄭素君.采用惰性氣體對容器管道置換的三種方法[J].深冷技術，2001，41（5）：22-24.

[7]馬志榮.臥式過濾分離器的安全使用與維護保養(yǎng)[J].內江科技，2014，35（7）：49-50.

[8]GB 30871-2014，化學品生產單位特殊作業(yè)安全規(guī)范[S].

[9]胡玉華.淺析天然氣管道球閥內漏與對策[J].科技創(chuàng)新與應用，2016，6（13）：152.

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

2017-03-22

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.04.018