Повышение безопасности эксплуатации и эффективности контроля перепада давления цилиндрических газовых фильтров

Д. В. Салин, начальник отдела АО «Гипрониигаз»

В последние годы на рынке наблюдается устойчивое возрастание спроса на газовое оборудование широкой номенклатуры и ценового диапазона. Это обусловлено поступательным развитием новых технологий добычи и транспортировки газа, необходимостью увеличения пропускной способности существующих газораспределительных сетей. Также стремительно растет количество вводимых в эксплуатацию пунктов редуцирования газа, главным образом связанных с газификацией населенных пунктов РФ.

С ростом количества пунктов редуцирования газа все более широкое распространение в качестве очистного оборудования получают цилиндрические газовые фильтры. Они составляют порядка 94% от общего количества фильтров, установленных в пунктах редуцирования газа, и показывают себя как наиболее экономичные, эффективные и удобные в процессе эксплуатации. Цилиндрические фильтры представляют важный элемент по очистке газа, поступающего в регулирующее, защитное и предохранительное оборудование пунктов редуцирования газа.

Результаты анализа аварий и инцидентов, произошедших в пунктах редуцирования газа, показали, что в 10% случаев причиной их возникновения становится разрушение фильтрующих устройств из-за превышения нормативного значения перепада давления при засорении твердыми примесями. Такая ситуация возникает по причине несовершенства конструкций и способов достоверной и своевременной оценки предельных перепадов давления на фильтрующих устройствах, что в ряде случаев приводит к их деформации и разрушению.

В настоящее время у предприятий-изготовителей цилиндрических фильтров отсутствует единый подход к выбору мест и способов установки датчиков перепада давления с наименьшей погрешностью, при которых обеспечивалась бы их безопасная эксплуатация. В наиболее распространенных конструкциях цилиндрических фильтров для очистки природного газа (рис. 1) можно измерить только перепад давления между входным 3 и выходным 22 патрубками ΔРф с помощью дифференциальных манометров или индикаторов перепада давления 9.

Отсутствие единого обоснованного подхода к выбору мест замера перепада давления увеличивает риск возникновения деформации и разрушения фильтрующих устройств вследствие увеличения значения давления выше предельно допустимого. В этих условиях эксплуатационные организации пользуются непроверенными данными, степень достоверности которых неизвестна.

Перепад давления между входным 3 и выходным 22 патрубками фильтра ΔРф включает в себя потери давления на корпусе 1 ΔРк и перепад давления ΔРцфу на цилиндрических фильтрующих устройствах 5, 6 и 7:

где i — ряд конструктивных элементов корпуса фильтра, включающих i = 1, 2, 3, 4, 5, …, I;  — коэффициент местного сопротивления i-го конструктивного элемента фильтра; wi — скорость газа в i-ом конструктивном элементе фильтра, м/с; ri — плотность природного газа в i-ом конструктивном элементе при его фактическом давлении в фильтре, кг/м3.

Рис. 1. Схема фильтра сетчатого типа с замером перепадов давления между входным 3 и выходным 22 патрубками фильтра и на цилиндрических фильтрующих устройствах 5, 6 и 7

1 — корпус; 2 — стакан для установки на нем фильтрующих устройств; 322 — входной и выходной патрубки; 4111415 — импульсные трубки для замера перепада давления; 567 — нижнее, среднее и верхнее фильтрующие устройства сетчатого типа; 8 — крышка и ответный фланец корпуса фильтра; 913 — дифференциальные манометры; 12 — болтовое соединение; 16 — пространство между фильтрующими устройствами 567 и корпусом фильтра 1; 17 — внутреннее пространство фильтрующих устройств 56 и 7; 18 — заглушка; 19 — отверстие для замера статического давления очищенного газа в  вертикальной трубке-датчике 20; 21 — трубка-датчик для замера статического давления газа в кольцевом пространстве 16.

В данном случае отсутствует возможность точного определения перепада давления на фильтрующих устройствах в связи с измерением перепада давления вместе с потерями давления на корпусе фильтра.

В результате проведенных экспериментов было установлено, что погрешность измерения давления составляет более 60%.

При выполнении экспериментальных исследований была проведена проверка существующего метода определения перепада давления на цилиндрических фильтрующих устройствах. На графике (рис. 2) в виде экспериментальных точек на кривой 1 отмечены перепады давления в корпусе фильтра ΔРк и на фильтрующем устройстве ΔРцфу, полученные при испытании фильтра марки ФГ50. Кривая 1 получена путем расчетов по формуле (1). Как видно из рис. 2, теоретические значения перепада давления, полученные по формуле (1), показали хорошую сходимость с экспериментальными данными.

По графику на рис. 2 также видно, что величина потерь давления на фильтре ΔРф сильно зависит от пропускной способности, отнесенной к площади сечения для прохода газа, и от скорости течения газа. Так, при пропускной способности испытываемого фильтра ФГ50, равной 200 м3/ч, перепад давления составляет ΔРк = 13,7 кПа для кривой 1 (точки 1→2→3). Если увеличить диаметр корпуса фильтра в 1,5 раза (кривая 2) при его изготовлении, перепад давления при той же пропускной способности, равной 200 м3/ч, составит только ΔРк = 6,0 кПа (точки 1→4→5).

Рис. 2. График перепадов давления на фильтре и на фильтрующем устройстве
в зависимости от расхода газа: 1, 2 — теоретические кривые потерь давления на фильтре, полученные по формуле (1); 3 — штрих-пунктирная кривая, построенная по экспериментальным данным потерь давления на фильтрующим устройстве

Также на графике (рис. 2) приведены результаты замеров перепада давления ΔРцфу на фильтрующем устройстве без учета падения давления на корпусе в виде штрих-пунктирной кривой 3, полученной путем аппроксимации экспериментальных данных, показанных в виде треугольников. По графику видно, что величина потерь давления на фильтрующем устройстве ΔРцфу для той же пропускной способности испытываемого фильтра ФГ50, равной 200 м3/ч, составляет 2,8 кПа (точки 1→6→7).

Таким образом, результаты, приведенные на рис. 2, доказывают некорректность определения перепада давления на входном и выходном патрубках 3 и 22 (рис. 1) и, следовательно, степени засорения фильтра, и это подтверждает целесообразность измерения перепада давления до и после фильтрующего устройства 5 по датчикам 21 и 20.

По результатам проведенных исследований были разработаны метод и способ, обеспечивающие наибольшую точность и достоверность замера перепада давления на фильтрующем устройстве. В соответствии с предлагаемым методом датчик 21 (см. рис. 1) для отбора давления неочищенного газа устанавливается в нижней части корпуса 1 и соединяется с внутренним кольцевым пространством 16, что позволяет газу по импульсной трубке 15 поступать к дифференциальному манометру 13 для измерения статического давления Рн.н.

Узел для отбора давления очищенного газа выполняется в виде вертикальной трубки-датчика 20, которая введена во внутреннее пространство фильтрующего устройства 5 в нижней его части таким образом, чтобы отверстие 19 оказалось сбоку на уровне размещения входа датчика 21. Таким образом, датчики 21 и 20 измеряют разность статических давлений неочищенного и очищенного газа до и после цилиндрического фильтрующего устройства 5 (рис. 1).

Добавить в закладки
Поделиться
Читайте также
Хабаровские газовики приняли участие
в акции к Всемирному дню донора крови
И загораются глаза…
Рябиновая аллея в честь ветеранов предприятия
Устами генеральных