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复合金属滤材过滤性能试验研究
文章来源:中国纤维网   添加人:service4   添加时间:2020-11-13

摘要:针对传统的天然气过滤分离器存在孔隙率低,比表面积小,过滤速度慢,过滤周期短,滤芯再生能力差,滤芯价格高和寿命短等问题,对10种不同性能的天然气滤材进行了性能试验研究。从分析研究综合价格、反冲洗效果和可再生性能等因素来看,复合金属滤材的效果良好。试验表明,3 和5 复合金属滤材效果最好,对粒径1 Ixm以上机械杂质的分离效率达到98.9% ,3I.Lm以上的机械杂质分离效率达到99.2% ,5 Ixm以上的机械杂质分离效率达到999% ;对粒径1、3、5 Ixm以上液体水的分离效率分别达到98.5% 、99.1% 、99.9% 。
    关键词:复合金属滤材    天然气过滤器    反洗   试验研究
    引 言
    随着天然气在世界能源中发展步伐的加快,天然气工业处理不论是脱硫、脱水、硫磺回收,还是尾气处理均大体配套相同,但天然气输送系统中各计量站、压气站、中间清管站的前端分离和天然气净化系统的前端分离,一直没有一种价廉质优、能重复使用的天然气分离系统,传统的天然气过滤分离器一般采用刚性过滤介质,其过滤精度高,但孔隙率低,比表面积小,过滤速度慢,过滤周期短,滤芯再生能力差,滤芯被堵达到设计压差时只能更换,不仅费工费时,且滤芯价格高,寿命短,对条件恶劣的气矿,现有国产滤芯使用寿命只有3个月,国外PALL公司生产的滤芯寿命可以长达2 a,但价格昂贵,导致天然气过滤作业成本过高,难以适应天然气工业大规模、长距离的输送要求¨ 。针对天然气净化前端过滤分离器的不足,2002年中国石油集团科技发展部立项由江汉机械研究所进行可再生式天然气过滤分离器的研制。笔者通过对国内外天然气过滤滤材的性能研究,获得2种复合金属滤材,应用于可反洗再生天然气过滤分离器,在四川气矿试验获得了较好效果。
     试验研究
     1.滤材的选择
    笔者对天然气滤材进行了全面的调查与研究,从非金属滤材、纤维滤材、金属滤材人手,收集并评价了陶瓷、玻璃纤维、复合金属等多种性能优良的滤材数l0种,通过试验初步选出l0种不同性能的复合金属滤材,进行了深入的试验和研究。
    2.综合分析
    (1)从价格看,聚丙烯纤维层压滤管元件单价最低,其次为聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜,最贵为复合金属网滤管,同样外径下其单价为聚丙烯纤维层压滤管元件的20~30倍;
    (2)从过滤元件的单件面积看,聚丙烯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面积和过滤元件长度有关,单个元件有效过滤面积最小,滤管也可以采用折叠型式,单个元件过滤面积可增大l0倍以上。
    (3)从反冲洗效果看,聚丙烯纤维层压滤管为圆柱形深层过滤层压滤管,基本上不能反冲洗,元件只能拆卸进行表面冲洗,能重复使用2~3次。其余过滤元件均可进行正冲洗和反冲洗,特别是复合金属网滤管,其正冲洗和反冲洗条件范围宽,冲洗效果好,可多次使用。以综合价格和反冲洗效果看,复合金属网滤管
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。
    (4)现有天然气过滤分离设备中的过滤元件基本上使用聚丙烯纤维层压滤管和类似的圆柱形深层过滤层压滤管,都沿用卧式分离器相应结构。笔者吸取其他行业中成熟先进的经验和技术,采用制水、制药、制酒行业中的滤管—— 复合金属网滤管聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜,均能满足天然气过滤设备的要求。
    (5)复合金属滤材是采用多层金属编织丝网为原料,通过特殊的叠层设计、复合压制和真空(或保护气氛)烧结等工艺制备而成的一种新型多孔结构与功能的材料。它既能保持普通金属编织丝网孔隙结构简单、网孔尺寸均匀的特性,又克服了强度低、整体性差、网孔形状不稳定等不足,还可以灵活地对材料的孔隙尺寸、渗透性能和机械强度进行合理匹配与设计,其综合特性明显优于复合金属粉末、陶瓷、纤维、滤纸、滤布等类型多孔材料。
    复合金属滤材通过高温扩散烧结固定网孔的多层滤网结构,其过滤机制以表层网孔和滤饼捕捉为主,由单层较细金属丝网烧结形成的过滤层属于直接拦截过滤,其优点是将具有一定尺寸分布的杂质颗粒直接拦截在滤网外层表面,形成一层均匀滤饼,随着滤饼的逐渐形成,又可以拦截更小规格的颗粒;滤材料表面形态均匀规则,网孔内部孔道光滑,既有利于滤饼层的快速形成,又便于滤渣的清除分离,因而可以获得过滤精度高、可靠性好、工艺过程稳定的效果,还具有承压强度高、操作压降小、滤饼形成均匀和适于反冲洗操作等特点,具有优异的反洗再生特性,可以长期反复使用,特别适用于系统连续化运行和自动化操作,并且易于成型、加工和焊接,组装方便,可制成各种形式的过滤元件。
    从综合价格、反冲洗效果和可再生性能等因素看,复合金属滤材的效果最好。
    3.试验设备
    试验装置有SzD一1散射光台式浊度仪,测量范围0—100 NTU;AX204电子天平,测量精度1/10万g;z—0.3/7—1空气压缩机,排气压力0.7MPa,标准排气量0.3 m /min;E2Hl024一P—W102单螺杆泵;LZB一25玻璃转子流量计,测量范围1—10m3 /h(气体)。
    4.试验流程
    采用复合金属膜片过滤装置为中心试验装置,试验目的是考察复合金属在气体过滤、污水过滤及反洗再生效果的性能。复合金属过滤性能试验流程见图1。
                  
    试验采用HIR一10粉尘,试验对象为10种复合金属膜片,膜片大小为Φ58mm。表1列出10种复合金属膜片基本技术参数。
                  
    将试件放人过滤试验装置中,将粉尘放人喷嘴人口处,启动空压机,在流量14.2 L/min条件下,流量计测量气体流量,每小时测试1次。

 
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