聚结层排布对高压天然气净化用滤芯过滤性能影响的实验研究

本工作利用聚结滤芯过滤性能实验装置,通过改变滤芯内部的滤材排布,研究了聚结层为单一滤材以及由不同滤材排布组合的滤芯过滤性能,分析了聚结层排布方式对过滤效率、压降、饱和度及液体分布的影响。结果表明,由单一滤材组成的滤芯过滤效率随滤材孔径减小而增大,但孔径最小时由于压降较高,导致滤芯综合过滤性能反而最差。疏油在前、亲油在后的聚结层排布方式可提高滤芯过滤效率、减少液滴二次夹带,且以两层相同滤材交错排列的滤芯过滤效率比单层滤材交错排列明显更高,压降也相对较低,使得综合过滤性能显著提升。继续增加进气侧的疏油滤材层数可延缓压降增长、提高运行寿命,滤芯稳态品质因子达到最大值(0.30 kPa-1)。聚结层排布方式对滤芯过滤性能的影响主要通过改变液体分布形式而实现,且末层滤材的通道结构变化是导致不同聚结层排布方式的滤芯过滤性能出现差异的主要原因。     

输气管道压缩机干气密封前置过滤器运行问题分析与改造

西气东输二线西段自运行以来由于天然气气质原因,霍尔果斯、红柳、嘉峪关压气站机组先后出现干气密封失效事件。西气东输二线天然气在输送过程中残留颗粒,液体等,导致压缩机组的一级密封气过滤器滤芯更换频繁,更换的过滤器滤芯内粉尘、杂质很多。同时天然气中残留的水分也会冷凝并被带入干气密封,对密封性能造成严重影响。结合西二线乌鲁木齐压气分输站压缩机组干气密封控制系统,对干气密封的原理、结构进行介绍,并对干气密封系统增加前置过滤装置改造,避免压缩机干气密封失效,降低维护成本进行分析和评估。     

气液过滤过程中液滴二次夹带现象分析

在天然气长距离输送过程中,天然气夹带的液滴严重影响压缩机组的安全可靠运行。利用所建立的滤芯过滤性能检测装置,以癸二酸二辛酯为实验介质,分析了天然气净化用滤芯气液过滤过程中液滴二次夹带现象的特征,比较了滤材润湿性和过滤速度等参数的影响。结果表明:当滤芯仅由聚结层组成时,滤芯过滤过程中存在液滴二次夹带现象,二次夹带将导致下游气体中液滴数量增多,且有较大液滴出现,稳态阶段滤芯累积效率在大粒径处下降;液滴在滤材表面的润湿性对二次夹带现象具有重要影响,可润湿型滤材表面更易出现液滴二次夹带现象,在相同过滤速度下,若需提高过滤效率,宜选用不可润湿型滤材制作工业滤芯;在0.1～0.3 m·s^-1过滤速度范围内,提高过滤速度可减少液滴二次夹带现象的发生,与不可润湿型滤芯相比,可润湿型滤芯过滤效果的改善更为明显;滤芯增加排液层可有效消除液滴二次夹带现象。     

疏油改性对玻纤聚结元件气液过滤性能的影响

气液聚结元件在压缩气体净化等工业领域应用广泛,目前聚结元件的性能难以满足行业不断增长的需求,但是提高聚结元件过滤效率的同时,阻力也会随之升高,不利于其综合性能的优化。为研制低阻高效的聚结元件,利用不同浓度氟硅氧烷丙烯酸酯溶液对聚结滤材进行疏油改性,分析了表面能不同的滤材在气液过滤过程中压降、过滤效率以及二次夹带现象的变化,并对改性在聚结滤芯上的应用效果进行研究。结果表明,改性滤材在过滤效率提高10%的同时,稳态压降可降低约30%。滤材表面性质变化导致的跳跃压降减小是稳态压降降低的主要原因;滤材内液体分布对扩散、惯性分离作用的增强以及二次夹带的减少是效率提高的主要原因。对于表面能不同的疏油滤材,稳态压降和效率均随表面能的减小而升高。聚结滤芯经过改性后品质因子最大可提高92%。     

折叠滤芯气液过滤性能测试及优化

采用聚结型滤芯气液过滤性能实验装置,研究了油雾加载率和表观过滤速度对折叠滤芯过滤性能的影响及涂覆粘合剂对折叠滤芯过滤性能的优化作用。结果表明,涂覆粘合剂后,滤材抗张力强度明显增大,滤材孔径减小。随油雾加载率增大,滤芯过滤层液体运移通道数增加,通道压降升高。初始压降随表观过滤速度增加而升高。粘合剂主要凝固在渗透性低的区域,压降变化较小。表观过滤速度增加抑制了二次夹带,折叠滤芯过滤效率升高,而由于粘合剂脱落,涂覆粘合剂的滤芯过滤效率下降。表观过滤速度为0.10 m/s时,随油雾加载率增大,聚结在滤材表面的粘合剂抑制夹带,滤芯过滤效率升高。     

高压工况对天然气滤芯性能影响的实验研究

为探究高压工况下天然气滤芯的过滤性能变化规律及影响因素,选取了四种规格的滤芯为研究对象,开展了现场实验和实验室性能测试。发现在现场运行410 d后,四种滤芯的压差平均增长约20%,在相同气固过滤实验条件下压差增长速率更大,而四种滤芯的过滤效率和品质因子的差异相对缩小。高压工况下过滤材料压缩了7%~31%,大量颗粒嵌入过滤材料或沉积在表面,各过滤层的透气度普遍下降,而抗拉强度均有所上升。结果表明,选用孔径分布均匀的纤维材料、过滤精度梯级设计的复合材料,对过滤层打褶以及采用导流式骨架,均有助于滤芯在高压运行工况下长周期稳定可靠运行。     

压缩机润滑油雾滤芯过滤性能分析与改进研究

利用现场高压和实验室常压滤芯性能评价装置，对比了不同工况下的滤芯过滤性能，分析了液体物性和油雾浓度对滤芯过滤性能的影响规律，提出了滤芯改进方法并进行了效果验证。结果表明，由于气液相互作用改变，高压下滤芯过滤效率相比常压略低，但常压工况过滤性能变化规律能反映现场实际运行性能。与气体流量相比，液体黏度对中效滤芯的过滤效率影响更大，且滤芯在过滤高黏度液体时才会出现压降的显著上升。油雾浓度对中效滤芯的压降影响受液体黏度控制，高黏度时压降随油雾浓度升高而升高，但低黏度时压降基本不随油雾浓度变化。由于流量对液滴扩散捕集作用的影响，低流量时滤芯对高黏度液体的过滤效率随油雾浓度降低反而升高。通过调整滤芯内部的滤材组成及排布方式，可实现小尺寸液滴的高效捕集，对癸二酸二辛酯液滴的过滤效率相比原滤芯至少提升50%。研究结果对于指导天然气储运过程中滤芯性能提升与机理认识具有重要意义。     

静电纺丝纤维滤材表征及其气液过滤性能

以聚丙烯腈与二甲基甲酰胺为原料配制纺丝溶液,采用静电纺丝技术制备玻璃纤维/聚丙烯腈纤维/玻璃纤维三层复合滤材,研究了纺丝溶液浓度与纺丝电压等参数对纤维形貌及尺寸的影响,分析了复合滤材的过滤性能. 结果表明,控制不同纺丝溶液浓度可得形貌不同的纤维,且溶液浓度越大纤维尺寸越大;纺丝电压对纤维形貌的影响较小,但增加纺丝电压使静电纺纤维层的孔径减小. 相比玻璃纤维滤材,复合滤材过滤效率明显提升,稳态效率最大可提升21%,最易穿透粒径效率最大可提升39%,但复合滤材孔径较小时,过程压降增加了一段跳跃阶段,纳米纤维层表面形成液膜,使复合滤材稳态压降升高.     

金属多孔纤维毡气体过滤性能测试与分析

通过测试不同孔径纤维毡滤材的过滤效率、初阻力和容尘量,分析了孔径对这三种性能的影响,主要从纤维毡的孔径特点上分析了滤料对粉尘的拦截机理;另外,测试了同种样品在不同流量下的过滤效率和阻力,分析了气体流量对过滤效率和阻力的影响,这种影响主要是气体流量大小对颗粒运动方向所产生的。同种样品在粉尘浓度不变,流量较小时,在0.2~0.3μm颗粒段,粒径越大效率越低;同样在粉尘浓度和流量不变,样品孔径较大时,也存在这种现象。     

孔径梯度分布对亲油型滤材气液过滤性能的影响

在天然气净化、大型旋转机械曲轴箱通风和压缩空气过滤等领域,气液聚结过滤器具有广泛的应用。利用滤材过滤性能实验装置,分析了气液过滤过程中不同孔径梯度分布的亲油型滤材的压降、穿透率和饱和度变化,比较了其过滤性能、内部液体分布特性以及对液滴二次夹带现象的影响。结果表明：在气液过滤过程“通道压降”阶段,孔径递增滤材压降和0.8 μm以上液滴穿透率的变化曲线具有明显的分层特征。不同孔径梯度分布滤材的稳态过滤性能存在明显差异,主要原因是滤材内部存在液体运移通道的传递现象。通过与孔径递减和孔径均匀分布滤材的稳态过滤性能对比,发现孔径递增滤材在保证较低压降的同时具有最高的品质因子,有利于减少液滴二次夹带现象的发生,且对0.8 μm以上不同粒径液滴均具有最高的过滤效率,即孔径递增滤材在气液聚结过滤器设计中更具优势。     

孔径梯度分布对亲油型滤材气液过滤性能的影响

在天然气净化、大型旋转机械曲轴箱通风和压缩空气过滤等领域,气液聚结过滤器具有广泛的应用。利用滤材过滤性能实验装置,分析了气液过滤过程中不同孔径梯度分布的亲油型滤材的压降、穿透率和饱和度变化,比较了其过滤性能、内部液体分布特性以及对液滴二次夹带现象的影响。结果表明:在气液过滤过程"通道压降"阶段,孔径递增滤材压降和0.8μm以上液滴穿透率的变化曲线具有明显的分层特征。不同孔径梯度分布滤材的稳态过滤性能存在明显差异,主要原因是滤材内部存在液体运移通道的传递现象。通过与孔径递减和孔径均匀分布滤材的稳态过滤性能对比,发现孔径递增滤材在保证较低压降的同时具有最高的品质因子,有利于减少液滴二次夹带现象的发生,且对0.8μm以上不同粒径液滴均具有最高的过滤效率,即孔径递增滤材在气液聚结过滤器设计中更具优势。     

天然气过滤分离用新型复合滤芯结构及滤材选择

以高性能天然气过滤技术为目标,针对现有缠绕式滤芯、折叠式滤芯结构的不足,提出了新型复合滤芯结构,并通过实验研究了常见滤材的流通性能,确定了滤芯结构内不同部件的滤材类型。结果表明,新型复合滤芯材料由外层粗纹丝网、中心过滤层以及保护层组成。当外层粗纹丝网滤材选择HLG300不锈钢丝网,保护层选择聚丙烯滤膜,中心过滤层选择四氟滤膜或醋酸纤维滤膜时,滤芯具有较好的过滤精度和流通性能。     

高效空气过滤用PTFE膜材料的结构和性能

聚四氟乙烯(PTFE)膜高效空气过滤材料以其过滤效率高、初始阻力小和无硼释放等优点,在电子工业洁净室中得到了广泛的应用,然而目前尚缺乏PTFE膜与传统滤材结构及性能的系统对比研究。本文选取了两种商业应用的PTFE膜高效滤材,采用扫描电子显微镜、孔径分析仪、自动滤材测试仪等多种表征手段对材料的微观结构和过滤性能与超细玻璃纤维(简称玻纤)滤材进行了较为全面的对比研究,结果表明,PTFE膜本质上也是一种纤维类滤材,其纤维平均直径为60～85nm,远低于玻纤滤材的668.8nm;高效PTFE膜的过滤效率与玻纤滤材相当,且其初始阻力不及玻纤滤材的50%,但PTFE膜滤材的容尘性能不及玻纤滤材,更适合应用于有再生或预过滤装置的场所。     

分离用非织造滤材过滤性能及测试研究

针对3种气固分离用非织造滤材的透气、孔径及其分布、过滤效率、容尘量、计重效率以及再生性能等相关过滤性能开展测试研究,比对了滤材的渗透、孔径、截留和再生情况,为非织造滤材的产品质量控制、选择及应用等提供的依据。     

干气密封气源预处理系统在天然气管道压缩机上的应用

天然气长输管道压缩机首次开车通常采用外部洁净液氮作为干气密封气源,投产费用较高且存在安全隐患。干气密封气源预处理系统直接引入管道内天然气,进行三级递进分离净化后作为密封气源,三级分离分别采用气液分离器、不锈钢丝毡滤芯过滤器和凝聚式滤芯过滤器。该系统撬装化设计,简化了工艺和设备投入,可重复使用。实践表明该系统可大幅降低压缩机开工投资,安全可靠,经济效益好。     

亲油型聚结滤芯饱和度预测模型研究

纤维聚结滤芯广泛用于压缩空气净化、发动机曲轴箱通风、加工和切割等一系列工艺过程中,用于除去气流中的液体气溶胶颗粒。由于聚结滤芯饱和度对于过滤效率及阻力具有重要影响,因此建立饱和度与滤材参数及操作条件之间的关系将有助于优化滤芯结构并提高过滤性能。目前实际工业用聚结滤芯通常由多层微米级玻璃纤维材料组成,然而现有计算模型无法用于此类滤芯的饱和度预测。因此,本文基于多种常用亲油型聚结滤芯压降及饱和度实验测试结果,根据"跳跃-通道"模型及毛细管理论建立了新的饱和度预测模型。通过与大量已发表文献数据对比发现,当饱和值大于0.2时,预测值与实验结果吻合度较好,相对偏差≤20%。随着饱和度的降低,滤芯润湿区域和非润湿区域之间界限逐渐明显,此时无需对毛细管半径进行修正。然而,新模型仍然要依靠压降测量值进行计算,这一问题需在后续工作中加以解决。     

典型陶瓷基体对催化滤芯中催化剂分散及脱硝活性的影响

具有脱硝除尘一体化功能的催化滤芯在小型燃烧烟气处理中具有广泛的应用前景。采用3种典型商用陶瓷滤芯,涂覆V2O5-WO3-Mo O3/Ti O2脱硝催化剂,制备了具有脱硝除尘一体化功能的催化滤芯材料,考察了陶瓷滤芯的化学成分和孔径结构对NH3-SCR脱硝性能的影响。XRD、XRF、SEM、压汞等分析测试结果表明:碱金属与碱土金属元素含量低且孔径分布均匀的纤维状结构陶瓷滤芯,促进了催化剂分散,提升了脱硝活性,且降低了压降。催化滤芯在220~380℃、过滤面速度1 m·min-1、NH3/NO=1条件下脱硝率大于90%;抗水蒸气(15%,体积分数)和SO2中毒(3×10-2%,体积分数)测试表明催化滤芯在260~450℃温区内依然保持脱硝率大于90%,可满足催化滤芯实际工业应用要求。     

环己醇水合催化剂再生系统优化改造

对环己醇水合催化剂再生系统进行优化设计,以筐式滤网过滤器替代锥形滤网过滤器,增加了过滤面积,减少了堵塞;改造了过滤器内部构件,将滤芯与过滤器内件的密封形式由原来的"O"环密封改为套箍密封,结合裁丝连接支撑方式,提高了滤芯密封效果和使用周期;设计了外加冲洗水的双端面机械密封系统,加强了水合催化剂罐底泵的密封性能,避免因水合催化剂泄漏造成的设备损坏和系统停车,实现了环己醇水合催化剂再生系统设备安全稳定地运行。     

天然气用聚结过滤元件性能的测定与分析

为了评价目前天然气净化用滤芯气液分离性能,利用聚结型滤芯气液过滤性能的检测装置研究了滤芯的放置方式、滤芯的有效厚度及填充密度等相关因素对气液过滤性能的影响。结果表明：在相同条件下,滤芯垂直于地面放置比水平位置放置时排液较顺畅,气液过滤效果较好,并且压降至少降低25%;不同材质滤芯,随着滤芯厚度在6~32mm范围内增加,滤芯稳态压降增加,过滤器出口液滴浓度减小,过滤性能提高;滤芯的填充密度增加,滤芯压降增大,过滤器出口液滴浓度减小。     

无纺布对滤芯过滤精度稳定性的影响

过滤精度稳定性是油液滤芯重要性能指标之一。无纺布作为玻纤滤材的保护层,对过滤精度稳定性有着重要影响。通过不同无纺布及其复合工艺对过滤精度稳定性的影响研究,探讨提高滤芯过滤精度稳定性的技术途径。