长输天然气管道过滤器
毕思永
中国石油集团渤海石油装备制造有限公司石化设备厂
＊
摘要：天然气过滤器是输气管道站场必需的设备，用来过滤输送介质，其设计和制造质量对安全生产至关重要。主要由壳体、快开盲板、过滤组件、积液槽等内外部件组成，其中过滤组件包括滤芯、滤芯座、压盖、隔板等，核心部件是滤芯。中国石油集团渤海石油装备制造有限公司石化设备厂研发的天然气过滤器，组件中分布有多个滤芯，过滤组件设计和布置合理，保证了过滤效率，粉尘和液滴的过滤效率分别超过９９％和９８％，滤芯更换方便快捷。过滤器的设计制造严格按照压力容器的相关法规标准执行，确保安全，过滤器起始压降不大于０．００３５ＭＰａ。该成果现已成功应用于国内数十条（个）输气管道站场，产品各项性能指标均达到或超过用户要求，市场前景良好。
关键词：天然气 管道 过滤器 原理 结构ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－３０２ｘ．２０１４．０１．０１２
从地层中开采出来的天然气往往含有沙粒和其他固体杂质（如铁锈等），以及水、水蒸气、硫化物和二氧化碳等有害物质。沙、铁等尘粒随气流在输送管道中运动，磨损压缩机、管道和仪表的部件，导致其损伤、破坏，有时还会聚在某些部位，影响输气正常运行；混入的水如果聚集在管道低洼处，就会减少管道输气截面，增加输气阻力，而且还会在管道内壁形成一层水膜，遇酸性气体（Ｈ２Ｓ、ＣＯ２等）形成酸性水溶液，对管内壁造成腐蚀，导致管道被破坏；混入水在一定温度和压力条件下还能与天然气的某些组分生成冰雪状水合物，造成管道冰堵。因此，过滤掉进入输送管道天然气中的固体杂质及其他有害物质，是确保输气管道安全运行的一项重要任务。
天然气输送系统中的液体和固体杂质主要来自三方面：一是采气时从井下带出的凝析油、凝析水、岩屑粉尘；二是管道施工时留在管道内的脏物（污物）和焊渣；三是管道内及相关设备、仪表的腐蚀产物［１］。
通常，在集气站、压气站、配气站、调压计量站等处设有分离器、除尘器和过滤器，脱出各类固（液）体杂质。天然气管道过滤器一般用于去除小于５µｍ的固体颗粒和液滴，选用的聚酯纤维滤芯寿命长，具有较高的过滤效率，现已广泛应用于国内各天然气输气项目，效果良好。
１ 过滤器结构特点及工作原理
１．１ 结构
天然气管道过滤器主要由壳体、快开盲板、过滤组件、积液槽等内外部件组成，一般采用卧式结构（图１）。过滤组件由滤芯、滤芯座、压盖、隔板等部件组成，通过过滤组件的隔板，将壳体分为过滤室和排气室，其核心部件是滤芯，按一定的排列方式固定在隔板滤芯座上，滤芯定期更换，以保证其过滤效率。
１．２ 工作原理
含尘（液滴）天然气由进气口进入过滤室内，通
＊中国石油天然气集团公司２０１２年自主创新重要产品。
基金项目：中国石油天然气集团公司科研项目“管道工程项目技术集成研究”（编号：油气０８０５０１）。获奖情况：“西气东输工程用Ｘ７０板卷、螺旋埋弧焊管、涂敷作业线及涂料的研制与应用”２００４年获国家科学技术进步二等奖。
获专利情况：“钢管补焊辅助装置”（专利号：ＺＬ ２００７ ２ ０１０１９８３．３）、“一种螺旋焊管成型辊角度显示仪”（专利号：ＺＬ ２０１０２ ０５７９５８７．３）“螺旋缝埋弧焊管管端清渣机”、（专利号：ＺＬ ２０１１ ２ ０１９８１４３．Ｘ）获国家实用新型专利。
第一作者简介：毕思永，１９７３年生，毕业于天津职业大学，工程师，主要从事压力容器制造施工技术及质量管理工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｓｙ１９７３＠１２６．ｃｏｍ
２０１４年第１期・石油科技论坛５５
压力表口
放空口１２３－１
快开盲板
４
３－２差压计口１
２４
５出气口
３－１５
７１－３
６１－２
７２－４
６－２７３－４７１－２６－１
排污口液位计口液位计口排污口
图１ 天然气管道过滤器的结构
过滤芯过滤层时产生筛分、惯性、黏附、扩散、静电等作用而被捕集，净化后的气体从滤芯内出来，经排气室的出气口排出，被捕集的液滴、固体颗粒在重力作用下进入积液槽中，当液位计显示积液已满时开启排污阀，经排污口排出。
压盖拉杆滤芯隔板
花板
１．３ 设计特点
该过滤器的过滤组件包括隔板、滤芯座、拉杆、滤芯、压盖、花板等部件（图２），隔板与过滤器筒体相焊接，将过滤器筒体分为过滤室和排气室，滤芯座焊于隔板上，通过拉杆、螺栓将其余部件组合一体。组件中分布有多个滤芯，滤芯数量根据用户提供的天然气操作的温度、压力、流量及天然气的物理参数通过工艺计算得出。滤芯采用环形排列，这种排列方式可使进入过滤室内的气体均匀分布，保证介质有良好的流动性；同时，为方便更换和维修滤芯，合理确定过滤原件的结构位置，滤芯固定花板到快开盲板间的距离一般不超过２００ｍｍ。
滤芯选用聚酯纤维为滤料，具有高效、环保、使用后可分解等特点，适用于天然气、油田气、煤气等气体过滤，过滤精度高，一般固体粉尘可达０．５６µｍ，液滴可达到０．３µｍ。滤芯属于易耗品，一般在设计工况下，使用寿命不小于１４个月。
为了便于过滤组件的更换，过滤器一般设计为快开盲板的结构型式，可实现过滤器的安全快速开启。快开盲板带有安全自锁系统和压力报警系统，在有残压的
图２ 过滤器的过滤组件
情况下无法开启，可防止误操作。采用的复合自紧密封结构，性能可靠且维护方便，开启和关闭无需任何特殊工具，由一人操作，可在１ｍｉｎ内完成快开盲板的开启。
Ａ－Ａ
１．４ 安全附件
为确保过滤器的安全使用，过滤器设置了压力表、差压计、液位计等安全附件的接口，压力表、差压计、液位计均可设置远传功能，将信号接入站内，可对过滤器的运行情况进行实时监控。
当差压计显示过滤室和排气室压差过大时，说明
５６石油科技论坛・２０１４年第１
期
过滤器滤芯堵塞严重，有大量的颗粒聚集，应及时更换滤芯；液位计可随时观测积液槽内液位高度，当显示充满时，开启排污阀及时排放积液；压力表监测过滤器内部实时压力，避免因操作压力波动造成事故。
理，确保内部清洁、干燥。
３ 现场应用情况
自２００９年起，天然气过滤器在西气东输二线、三线工程、韩—渭—西煤层气管道工程、长呼输气管道复线工程、中卫—贵阳联络线、宁夏石化外输、石空—兰州原油管道工程、永唐秦输气管道等多个工程项目上数十个站场成功应用超过３００余台，产品的各项性能指标均达到或超过用户要求。
１．５ 技术参数指标
（１）过滤效率。
粉尘：１µｍ，９９％；≤３µｍ，９９．１％；≤５µｍ，９９．９％。液滴：１µｍ，９８％；≤３µｍ，９８．６％；≤５µｍ，９９．０％。（２）过滤器起始压降≤０．００３５ＭＰａ。
２ 制造要求
天然气过滤器属于压力容器，随着天然气输送压力的升高，一般过滤器的设计压力为１０ＭＰａ以上，制造要求较高，除严格按ＧＢ１５０《压力容器》标准制造检验外，制造过程还应注意以下几点：
一是快开盲板的组焊。快开盲板与筒体焊接连接，组对过程中应严格控制筒体的圆度和组对间隙；焊接采用焊条电弧焊时，对称施焊，防止出现变形而影响快开盲板的密封性能。
二是过滤组件的组焊。过滤组件包含较多的滤芯，每个滤芯的滤芯座均需与隔板焊接，与隔板焊接时采用刚性固定措施和合理的焊接顺序以降低焊接变形；并在组焊完成后，进行试装滤芯，确保滤芯与隔板垂直安装，使压盖能够压紧滤芯，保证其密封性。
三是清理。过滤器制造完成后应对其内部进行清
４ 结论
（１）管道过滤器是天然气输送过程中不可缺少的除尘设备，其过滤效率是衡量产品性能的重要指标，合理的设计和布置过滤组件，可保证产品的过滤效率，同时可方便快捷地更换滤芯。
（２）用户提供的天然气操作的温度、压力、流量及天然气的物理参数是设计过滤器的基础数据，数据的准确性将直接影响设计成果和过滤器的过滤效果。
（３）过滤器的设计制造应严格按照压力容器的相关法规标准执行，确保过滤器的使用安全。
【参考文献】
［１］（美）气体加工和供应者协会编．气体加工工程数据手册［Ｍ］．宋允林，等译．北京：石油工业出版社，１９９２．
（收稿日期：２０１４－１０－１２）
Filter of Long-Distance Natural Gas Pipeline
Bi S iyong
(Petrochemical Equipment Plant of CNPC Bohai Petroleum Equipment Manufacturing Co. Ltd.)
Abstract:Natural gas filter is the essential equipment at the stations of gas transmission pipelines, which is used for filtration of
transmitted medium. Its design and quality hold the key to work safety. It is composed of shell body, fast opening blind, filterassembly and sump. The assembly includes filtering element, filter holder, gland and baffle. The core part is filtering element. Theassembly of natural gas filter, developed by Petrochemical Equipment Plant of CNPC Bohai Petroleum E quipment ManufacturingCo. Ltd., is distributed with a number of filtering elements. The assembly is well designed and deployed to ensure filteringefficiency. The efficiency for filtration of dust and drip surpasses 99 percent and 98 percent respectively. Filtering element is alsoeasy to be replaced. The filter is designed and manufactured in strictly accordance with the related laws and regulationsconcerning pressure container, ensuring work safety and keeping the initial pressure drop of filter no more than 0.0035MPa. Thisresult has been put into application at the stations of dozens of domestic gas pipelines. With all the functional targets meetingand outpacing the requirements of customers, this product shows a promising market prospect.Key words: natural gas, pipeline, filter, principle, structure
２０１４年第１期・石油科技论坛５７
长输天然气管道过滤器
毕思永
中国石油集团渤海石油装备制造有限公司石化设备厂
＊
摘要：天然气过滤器是输气管道站场必需的设备，用来过滤输送介质，其设计和制造质量对安全生产至关重要。主要由壳体、快开盲板、过滤组件、积液槽等内外部件组成，其中过滤组件包括滤芯、滤芯座、压盖、隔板等，核心部件是滤芯。中国石油集团渤海石油装备制造有限公司石化设备厂研发的天然气过滤器，组件中分布有多个滤芯，过滤组件设计和布置合理，保证了过滤效率，粉尘和液滴的过滤效率分别超过９９％和９８％，滤芯更换方便快捷。过滤器的设计制造严格按照压力容器的相关法规标准执行，确保安全，过滤器起始压降不大于０．００３５ＭＰａ。该成果现已成功应用于国内数十条（个）输气管道站场，产品各项性能指标均达到或超过用户要求，市场前景良好。
关键词：天然气 管道 过滤器 原理 结构ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－３０２ｘ．２０１４．０１．０１２
从地层中开采出来的天然气往往含有沙粒和其他固体杂质（如铁锈等），以及水、水蒸气、硫化物和二氧化碳等有害物质。沙、铁等尘粒随气流在输送管道中运动，磨损压缩机、管道和仪表的部件，导致其损伤、破坏，有时还会聚在某些部位，影响输气正常运行；混入的水如果聚集在管道低洼处，就会减少管道输气截面，增加输气阻力，而且还会在管道内壁形成一层水膜，遇酸性气体（Ｈ２Ｓ、ＣＯ２等）形成酸性水溶液，对管内壁造成腐蚀，导致管道被破坏；混入水在一定温度和压力条件下还能与天然气的某些组分生成冰雪状水合物，造成管道冰堵。因此，过滤掉进入输送管道天然气中的固体杂质及其他有害物质，是确保输气管道安全运行的一项重要任务。
天然气输送系统中的液体和固体杂质主要来自三方面：一是采气时从井下带出的凝析油、凝析水、岩屑粉尘；二是管道施工时留在管道内的脏物（污物）和焊渣；三是管道内及相关设备、仪表的腐蚀产物［１］。
通常，在集气站、压气站、配气站、调压计量站等处设有分离器、除尘器和过滤器，脱出各类固（液）体杂质。天然气管道过滤器一般用于去除小于５µｍ的固体颗粒和液滴，选用的聚酯纤维滤芯寿命长，具有较高的过滤效率，现已广泛应用于国内各天然气输气项目，效果良好。
１ 过滤器结构特点及工作原理
１．１ 结构
天然气管道过滤器主要由壳体、快开盲板、过滤组件、积液槽等内外部件组成，一般采用卧式结构（图１）。过滤组件由滤芯、滤芯座、压盖、隔板等部件组成，通过过滤组件的隔板，将壳体分为过滤室和排气室，其核心部件是滤芯，按一定的排列方式固定在隔板滤芯座上，滤芯定期更换，以保证其过滤效率。
１．２ 工作原理
含尘（液滴）天然气由进气口进入过滤室内，通
＊中国石油天然气集团公司２０１２年自主创新重要产品。
基金项目：中国石油天然气集团公司科研项目“管道工程项目技术集成研究”（编号：油气０８０５０１）。获奖情况：“西气东输工程用Ｘ７０板卷、螺旋埋弧焊管、涂敷作业线及涂料的研制与应用”２００４年获国家科学技术进步二等奖。
获专利情况：“钢管补焊辅助装置”（专利号：ＺＬ ２００７ ２ ０１０１９８３．３）、“一种螺旋焊管成型辊角度显示仪”（专利号：ＺＬ ２０１０２ ０５７９５８７．３）“螺旋缝埋弧焊管管端清渣机”、（专利号：ＺＬ ２０１１ ２ ０１９８１４３．Ｘ）获国家实用新型专利。
第一作者简介：毕思永，１９７３年生，毕业于天津职业大学，工程师，主要从事压力容器制造施工技术及质量管理工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｓｙ１９７３＠１２６．ｃｏｍ
２０１４年第１期・石油科技论坛５５
压力表口
放空口１２３－１
快开盲板
４
３－２差压计口１
２４
５出气口
３－１５
７１－３
６１－２
７２－４
６－２７３－４７１－２６－１
排污口液位计口液位计口排污口
图１ 天然气管道过滤器的结构
过滤芯过滤层时产生筛分、惯性、黏附、扩散、静电等作用而被捕集，净化后的气体从滤芯内出来，经排气室的出气口排出，被捕集的液滴、固体颗粒在重力作用下进入积液槽中，当液位计显示积液已满时开启排污阀，经排污口排出。
压盖拉杆滤芯隔板
花板
１．３ 设计特点
该过滤器的过滤组件包括隔板、滤芯座、拉杆、滤芯、压盖、花板等部件（图２），隔板与过滤器筒体相焊接，将过滤器筒体分为过滤室和排气室，滤芯座焊于隔板上，通过拉杆、螺栓将其余部件组合一体。组件中分布有多个滤芯，滤芯数量根据用户提供的天然气操作的温度、压力、流量及天然气的物理参数通过工艺计算得出。滤芯采用环形排列，这种排列方式可使进入过滤室内的气体均匀分布，保证介质有良好的流动性；同时，为方便更换和维修滤芯，合理确定过滤原件的结构位置，滤芯固定花板到快开盲板间的距离一般不超过２００ｍｍ。
滤芯选用聚酯纤维为滤料，具有高效、环保、使用后可分解等特点，适用于天然气、油田气、煤气等气体过滤，过滤精度高，一般固体粉尘可达０．５６µｍ，液滴可达到０．３µｍ。滤芯属于易耗品，一般在设计工况下，使用寿命不小于１４个月。
为了便于过滤组件的更换，过滤器一般设计为快开盲板的结构型式，可实现过滤器的安全快速开启。快开盲板带有安全自锁系统和压力报警系统，在有残压的
图２ 过滤器的过滤组件
情况下无法开启，可防止误操作。采用的复合自紧密封结构，性能可靠且维护方便，开启和关闭无需任何特殊工具，由一人操作，可在１ｍｉｎ内完成快开盲板的开启。
Ａ－Ａ
１．４ 安全附件
为确保过滤器的安全使用，过滤器设置了压力表、差压计、液位计等安全附件的接口，压力表、差压计、液位计均可设置远传功能，将信号接入站内，可对过滤器的运行情况进行实时监控。
当差压计显示过滤室和排气室压差过大时，说明
５６石油科技论坛・２０１４年第１
期
过滤器滤芯堵塞严重，有大量的颗粒聚集，应及时更换滤芯；液位计可随时观测积液槽内液位高度，当显示充满时，开启排污阀及时排放积液；压力表监测过滤器内部实时压力，避免因操作压力波动造成事故。
理，确保内部清洁、干燥。
３ 现场应用情况
自２００９年起，天然气过滤器在西气东输二线、三线工程、韩—渭—西煤层气管道工程、长呼输气管道复线工程、中卫—贵阳联络线、宁夏石化外输、石空—兰州原油管道工程、永唐秦输气管道等多个工程项目上数十个站场成功应用超过３００余台，产品的各项性能指标均达到或超过用户要求。
１．５ 技术参数指标
（１）过滤效率。
粉尘：１µｍ，９９％；≤３µｍ，９９．１％；≤５µｍ，９９．９％。液滴：１µｍ，９８％；≤３µｍ，９８．６％；≤５µｍ，９９．０％。（２）过滤器起始压降≤０．００３５ＭＰａ。
２ 制造要求
天然气过滤器属于压力容器，随着天然气输送压力的升高，一般过滤器的设计压力为１０ＭＰａ以上，制造要求较高，除严格按ＧＢ１５０《压力容器》标准制造检验外，制造过程还应注意以下几点：
一是快开盲板的组焊。快开盲板与筒体焊接连接，组对过程中应严格控制筒体的圆度和组对间隙；焊接采用焊条电弧焊时，对称施焊，防止出现变形而影响快开盲板的密封性能。
二是过滤组件的组焊。过滤组件包含较多的滤芯，每个滤芯的滤芯座均需与隔板焊接，与隔板焊接时采用刚性固定措施和合理的焊接顺序以降低焊接变形；并在组焊完成后，进行试装滤芯，确保滤芯与隔板垂直安装，使压盖能够压紧滤芯，保证其密封性。
三是清理。过滤器制造完成后应对其内部进行清
４ 结论
（１）管道过滤器是天然气输送过程中不可缺少的除尘设备，其过滤效率是衡量产品性能的重要指标，合理的设计和布置过滤组件，可保证产品的过滤效率，同时可方便快捷地更换滤芯。
（２）用户提供的天然气操作的温度、压力、流量及天然气的物理参数是设计过滤器的基础数据，数据的准确性将直接影响设计成果和过滤器的过滤效果。
（３）过滤器的设计制造应严格按照压力容器的相关法规标准执行，确保过滤器的使用安全。
【参考文献】
［１］（美）气体加工和供应者协会编．气体加工工程数据手册［Ｍ］．宋允林，等译．北京：石油工业出版社，１９９２．
（收稿日期：２０１４－１０－１２）
Filter of Long-Distance Natural Gas Pipeline
Bi S iyong
(Petrochemical Equipment Plant of CNPC Bohai Petroleum Equipment Manufacturing Co. Ltd.)
Abstract:Natural gas filter is the essential equipment at the stations of gas transmission pipelines, which is used for filtration of
transmitted medium. Its design and quality hold the key to work safety. It is composed of shell body, fast opening blind, filterassembly and sump. The assembly includes filtering element, filter holder, gland and baffle. The core part is filtering element. Theassembly of natural gas filter, developed by Petrochemical Equipment Plant of CNPC Bohai Petroleum E quipment ManufacturingCo. Ltd., is distributed with a number of filtering elements. The assembly is well designed and deployed to ensure filteringefficiency. The efficiency for filtration of dust and drip surpasses 99 percent and 98 percent respectively. Filtering element is alsoeasy to be replaced. The filter is designed and manufactured in strictly accordance with the related laws and regulationsconcerning pressure container, ensuring work safety and keeping the initial pressure drop of filter no more than 0.0035MPa. Thisresult has been put into application at the stations of dozens of domestic gas pipelines. With all the functional targets meetingand outpacing the requirements of customers, this product shows a promising market prospect.Key words: natural gas, pipeline, filter, principle, structure
２０１４年第１期・石油科技论坛５７