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石油化工用过滤器的设计与选型

                                   石油化工用过滤器的设计与选型
                             吕冲,王运波,吴忠军,司海娟,孙振
               (甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司,甘肃兰州730070)
    摘要:过滤器广泛应用于石油、化工行业,通过过滤元件分离出气相及液相物料中所含的固体杂质颗粒,防止其进入装置后造成的设备、管件损坏或者堵塞,以保证生产装置的正常稳定运行。因此,如何正确、安全、经济、合理的设计使用过滤器就显得尤为重要。结合相关行业标准及实际设计经验,系统阐述了过滤器的结构类型、适用范围、过滤元件的性能参数、设计选型方法。
    关键词:过滤器,管道,选型,石油化工
    中图分类号:TF085
    过滤器广泛应用于石油、化工行业中气相及液相物料中固体杂质颗粒的分离以及吸附剂、催化剂的回收再利用[1~2]。通过过滤物料中所含的固体杂质, 防止固体杂质颗粒进入装置后造成的设备、管件损坏或者堵塞,保证生产介质满足工艺设计要求和生产装置的正常稳定运行,保护生产装置相关设备的安全和使用周期。过滤器按照其结构型式主要分为两类:管道型过滤器和设备型过滤器,本文介绍了以上两类过滤器的结构、性能、适用范围及参数,通过两类过滤器的比较和区别,为工业生产中过滤器的设计选型提供技术参考和支持。
    1 ·管道型过滤器
    1.1 结构
    管道型过滤器是石油化工行业常用的粗过滤器,为过滤固体杂质,保证工艺设备正常运行的一种管道元件, 按照其结构型式一般分为Y 型、T 型、锥型、篮式等几种,其中T 型过滤器按介质流向分为正折流式、反折流式和直流式,锥形过滤器按外形分为尖顶和平顶,在实际生产过程中以Y 型和篮式过滤器使用较多。管道过滤器的主要结构及特性见表1。

    1.2 选用原则及适用范围
    管道型过滤器设计选型一般是根据入口管道的公称直径,按照SH/T 3411-1999《石油化工泵用过滤器选用、检验及验收》及HG/T 21637-1991《化工管道过滤器》,其适用范围见表2,选用原则如下[3~4]:
                  
    1)首先根据介质的性质和温度、压力选用过滤器的型式;
    2) 过滤器承受的压力等级一般比管道内介质压力高一个等级;
    3)对于凝固点较高、黏度较大、含悬浮物较多,停输时需要经常吹扫的介质,宜选用卧式安装的反冲洗过滤器;
    4)对于固体杂质含量较多,粘度较大的介质,一般采用篮式过滤器;
    5)对易燃、易爆、有毒的介质,宜采用对焊连接的过滤器,当管道直径小于DN40 时,宜采用承插焊连接的过滤器;
    6)当介质流向有90℃变化时,宜选用折流式T型过滤器;
    7)对于泵用过滤器,设置在泵入口管道上的临时过滤器宜选用锥形过滤器,
    8)当管道直径小于DN400 时,宜选用Y 型及T型过滤器,管道直径大于或等于DN400 时,宜选用篮式过滤器。
    9) 永久性过滤器, 当管道直径小于或等于DN80 时, 宜选用Y 型过滤器, 当管道直径大于DN80 时,宜选用T 型过滤器,临时过滤器,当管道直径小于或等于DN100 时,宜选用锥形过滤器。
    管道型过滤器的公称直径一般为DN15 ~DN600, 以单层不锈钢金属丝网制造的过滤滤篮作为过滤元件, 过滤滤篮以过滤精度以30 目/英寸的单层不锈钢丝网作为标准网,过滤滤篮的目数选择需考虑满足工艺过程的需要或泵、压缩机等流体输送机械能起到保护作用的目的,过滤滤篮的有效过滤面积一般取相连管道流通截面积的两倍以上[5]。不锈钢金属丝网的丝径、孔径规格按照GB/T5330-2003 进行选择。
    2 ·设备型过滤器
    设备型过滤器作为高精度过滤器,其设备内部安装有单支或多支过滤滤芯,设备本体按照石油化工压力容器相关标准设计、制造、检验和验收。
    2.1 过滤滤芯
    过滤滤芯是设备型过滤器的过滤元件和核心部件,其数量和材质根据工艺要求确定。过滤滤芯材质及种类较多,过滤滤芯按材质型式一般分为金属滤芯和非金属滤芯。其中金属滤芯分为不锈钢丝网折叠滤芯、不锈钢丝网烧结滤芯、不锈钢纤维烧结滤芯、金属粉末烧结滤芯等[6];非金属滤芯分为袋式滤芯、纤维烧结滤芯、线缠绕式滤芯、聚丙烯折叠滤芯、陶瓷滤芯等。常用过滤滤芯性能及适用范围见表3。

    2.2 工艺设计
    过滤工艺设计,作为设备型过滤器设计的关键步骤,一般是根据介质工艺条件,例如温度、压力、粘度、密度、流量、固体杂质含量、介质出口固体杂质工艺指标、允许压降值、反冲洗要求、仪表条件及其他特性指标要求等进行, 通过确定过滤滤芯材质、数量、过滤精度及设备材质和外形结构尺寸,然后根据压力容器相关标准进行设备壳体的设计与制造。
    由于设备型过滤器的相关工艺设计资料在文献和标准中很少提及,设备过滤器的公称流量可按以下经验公式进行计算:
    Q=Q0×A1×A2×A3×A4 (1)
    式中:Q0—过滤介质的处理量,m3/h
    A1—过滤精度调整系数
    A2—液体粘度调整系数
    A3—杂质含量调整系数
    A4—流量调整系数
    式(1)中,A1以常用精密过滤器过滤精度10μm为基准,按照工艺条件中的过滤指标要求,取0.5~5的系数范围。A2以常温状态下水的黏度为基准值,取介质黏度值和基准值的比值。A3通过工艺设计条件中的杂质含量值取0.2~2 的系数范围。A4以工艺设计条件中的最大流量值为基准, 取1~1.2 的系数范围。在工艺设计中可通过调整滤芯结构尺寸和数量,以满足工艺流量的设计要求。
    3· 结语
    管道型过滤器通常安装在泵、压缩机的入口或流量仪表前端管道上,用以保护设备或仪表,除非在特殊情况下,可安放于泵出口,例如在催化剂生产过程中,安放于泵的出口管道上[7]。而设备型过滤器通常安装在生产装置单元界区及聚结器等设备的入口处,以保护装置的正常运行和设备的使用寿命和安全。
    设备型过滤器和管道型过滤器的区别主要是过滤元件、过滤精度、设备尺寸、设备设计及制造要求的不同。管道型过滤器虽然结构简单、制造成本低、设备外形尺寸较小,但存在过滤精度低、过滤面积小、滤篮结构强度低等问题。而设备型过滤器,则由于有较大的过滤面积和沉降时间、较高的过滤精度和结构强度、较长的使用周期及过滤滤芯的可在线冲洗和更换,可有效地解决上述管道型过滤器存在的相关问题,更适合装置的长周期、稳定化运行。但相对于管道型过滤器而言,设备型过滤器制造成本较高。在工业应用时,可根据使用场合、介质物性,在满足生产工艺要求的情况下,安全、经济、合理的选择使用。
参考文献:
[1]宋以常, 李辉, 杨军军. 国产精密过滤器在汽油吸附脱硫装置上的应用[J]. 石化技术, 2013,20(3):62-65.
[2]王同庆, 曾建涛, 肖郁春. 过滤器在石油炼厂的应用[J].过滤与分离, 2004,14(2):37-39.
[3]HG/T 21637-1991 化工管道过滤器[S].
[4]中国石化集团上海工程有限公司. 化工工艺设计手册[M]. 北京:化学工业出版社, 2003.
[5]SH/T 3411-1999 石油化工泵用过滤器选用、检验及验收[S].
[6]金琅. 新编过滤器选型设计制造新工艺新技术与质量检验标准规范实用手册[M]. 北京:中国机械出版社, 2006.
[7]肖祥明. 泵用过滤器设计[J]. 石油化工设备技术,1996,17(5):37-39.


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