專利名稱：天然氣過濾器濾芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種天然氣凈化設(shè)備中天然氣過濾分離設(shè)備中的過濾元件，尤其是涉及一種天然氣過濾器濾芯。
背景技術(shù)：
天然氣過濾器濾芯要求通過流量大，適應(yīng)天然氣介質(zhì)。天然氣過濾器濾芯單根處理量要求10X104Nm3/d以上，氣田集輸系統(tǒng)中天然氣粉塵含量較大，以四川氣田為例，Im3 天然氣含塵量約為2 10mg，顆粒分布5μ m以上粉塵約占2/3左右，約為60萬粒/m3以上。 天然氣粉塵主要由管道施工及井底帶出來的泥沙顆粒、鋼材與油田水及天然氣中酸性氣體產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物組成，泥沙粉塵大都是不規(guī)則的多面體，棱角尖銳。腐蝕產(chǎn)物大多為片狀結(jié)構(gòu)，往往有銳利的刃口，這些粉塵在氣流的帶動下與濾層發(fā)生碰撞，在氣體背壓作用下很容易將聚酯濾膜切開，造成濾層穿孔失效。濾材過濾機理可分為表面過濾和深度過濾(又稱深層過濾)。表面過濾是通過濾材微孔的攔截和搭橋作用來直接獲取，而深度過濾可以通過顆粒的慣性撞擊和布朗擴散作用來實現(xiàn)。目前我國天然氣過濾器上使用的濾芯有三種，其一為不銹鋼絲網(wǎng)折疊濾芯，其二為無紡布(網(wǎng))纏繞濾芯，其三為聚酯膜折疊濾芯。第一種不銹鋼絲網(wǎng)折疊濾芯屬于表面過濾，一般采用廣3層不銹鋼絲網(wǎng)折疊而成，其過濾面積大，透氣性好，可以實現(xiàn)大流量過濾，但其過濾精度受到絲徑及網(wǎng)孔限制。目前不銹鋼絲網(wǎng)的最小絲徑約為5 10 μ m，所能達到的網(wǎng)孔尺寸大于5 μ m，其最高過濾精度彡5μπι，用這種濾芯組成的過濾分離器主要用在精度要求不高的工藝設(shè)備及管道上。第二種無紡布(網(wǎng))纏繞濾芯屬于深層過濾，無紡布纏繞厚度可達到IOmm左右，采用孔徑為10 μ m無紡布纏繞幾十層后形成足夠厚度的過濾層，其過濾精度可達到廣3μπι， 這種濾芯使用在天然氣增壓站或天然氣處理廠過濾器上。無紡布纏繞濾芯是通過增加纏繞層厚度的方式來提高過濾精度，纏繞層越厚阻力損失越大，透氣性越差。并且濾芯是在圓筒形芯管上纏繞而成，其過濾面積有限，要實現(xiàn)大流量勢必增加濾芯根數(shù)，加大過濾器尺寸， 增加工程投資。第三種聚酯膜折疊濾芯屬于表面過濾，這種濾芯一般采用上、下保護層及中間膜折疊而成，保護層及膜都是聚酯材料，濾層總厚度<lmm，在同樣外徑下濾芯折疊牙數(shù)量大， 過濾面積大，盡管聚酯膜透氣性有限，但是大的折疊牙數(shù)增加了過濾面積，增大了透氣量， 能實現(xiàn)小壓差大流量過濾。由于這種濾芯濾層太薄，又缺乏支承結(jié)構(gòu)，牙型容易“倒伏”或并牙，使過濾面積減小。這種濾芯的過濾精度完全由濾膜決定，濾膜孔徑越小其過濾精度越高。氣田集輸系統(tǒng)中含有大量的強度和硬度遠大聚酯膜的粉塵，很快使濾膜穿孔、失效。 因此由聚酯膜折疊濾芯裝配的過濾分離器不能單獨使用在氣田集輸系統(tǒng)，只能使用在精濾段，精濾段的前面應(yīng)該有前置過濾器，前置過濾器應(yīng)除去所有大于5 μ m的腐蝕產(chǎn)物顆粒。目前我國天然氣過濾器上使用的濾芯的端部密封結(jié)構(gòu)單一，其一為端面密封，其二為端部0型圈密封。端面密封往往由于安裝和加工誤差很容易產(chǎn)生泄漏、短路。0型圈密封為徑向密封結(jié)構(gòu)，往往由于安裝部位的清潔度不夠，影響密封效果，產(chǎn)生短路。現(xiàn)有氣田集輸系統(tǒng)中天然氣過濾器上使用的這幾種濾芯無法滿足高精度、大流量的要求，端部密封結(jié)構(gòu)有待改進，并且天然氣過濾器濾芯設(shè)計還沒有有效的工藝計算方法。

實用新型內(nèi)容本實用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供了一種高精度、大流量的天然氣過濾器濾芯，采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)和端部的軸向密封加徑向密封的結(jié)構(gòu)，保證了濾芯的整體過濾精度、使用壽命及性能的可靠性。本實用新型的技術(shù)方案是一種天然氣過濾器濾芯，包括濾層和芯管，所述濾層為折疊式濾層，包括外層、中間層和內(nèi)層；所述外層為不銹鋼密紋網(wǎng)，中間層為聚酯或玻纖過濾濾膜，內(nèi)層為粗紋絲網(wǎng)；在整個濾芯的端部壓注有粘接料，在粘接料外部設(shè)置有固定環(huán)， 在固定環(huán)外部粘接有密封墊片，在固定環(huán)內(nèi)側(cè)安裝有密封環(huán)。在所述中間層兩側(cè)設(shè)置有無紡布保護層；所述無紡布保護層的孔徑為廣5 μ m。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點是不銹鋼密紋網(wǎng)外層構(gòu)成第一層表面過濾， 無紡布保護層構(gòu)成深層過濾，聚酯或玻纖過濾濾膜中間層構(gòu)成第二層表面過濾；提高和確保了過濾精度，增加了濾芯的使用壽命，具體表現(xiàn)如下1)通過采用不銹鋼密紋網(wǎng)外層，能夠抗擊天然氣中雜質(zhì)的沖刷，防止棱角尖銳和有銳利的刃口粉塵擊穿無紡布保護層與聚酯或玻纖過濾濾膜中間層，同時能夠攔截大固體顆粒(5 μ m以上)，起表面過濾作用；2)通過采用無紡布保護層，一方面保護聚酯或玻纖過濾濾膜中間層在濾芯制作過程中不被破壞，另一方面對廣5 μ m以上顆粒起深層過濾作用；3)通過采用聚酯或玻纖過濾濾膜中間層，對1 5μπι的顆粒起表面攔截作用，保證過濾精度；4)通過采用粗紋絲網(wǎng)內(nèi)層，具有一定強度，以增加牙型的抗壓性能，防止大壓差情況下牙型“倒伏”或“并牙”；5)端部密封通過采用軸向密封加徑向密封的結(jié)構(gòu)，可以對加工和安裝過程中產(chǎn)生的垂直度誤差進行補償。正常工況下軸向密封與徑向密封同時起作用，當軸向密封失效，徑向密封能確保密封效果。

本實用新型將通過例子并參照附圖的方式說明，其中圖1是本實用新型的天然氣過濾器濾芯的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的端部11的放大圖；圖3是圖1的截面圖；圖4是圖3的濾層4的放大圖；圖5為濾層的牙型參數(shù)的示意圖。
具體實施方式
4[0025]一種天然氣過濾器濾芯，如圖1至圖4所示，包括濾層4和芯管10，整個濾芯的端部11包括固定環(huán)3、密封墊片2、密封環(huán)1和環(huán)氧樹脂泥12。濾層4為折疊式濾層，采用表面過濾與深層過濾相結(jié)合的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括外層5、中間層7、內(nèi)層9。外層5為不銹鋼密紋網(wǎng)，中間層7為聚酯或玻纖過濾濾膜，內(nèi)層9為粗紋絲網(wǎng)，在中間層7兩側(cè)采用無紡布保護層6，無紡布保護層6的孔徑為廣5μπι。端部11壓注的粘接料采用環(huán)氧樹脂泥12，再用固定環(huán)3對濾層4端部進行粘接后的固定，最后在固定環(huán)3外部粘接密封墊片2 ；固定環(huán)3內(nèi)側(cè)安裝有密封環(huán)1，所述密封環(huán)1可以是0型密封圈或其它密封環(huán)。密封墊片2采用4至7mm厚度(5mm最佳)、邵氏硬度50-65 (60最佳)的軟質(zhì)橡膠，這樣，不但可以對加工和安裝時產(chǎn)生的垂直度誤差進行補償，當軸向密封失效時，徑向密封還能起到鞏固的效果。濾層的牙型參數(shù)、形狀如圖5所示，其中波紋牙高h 波紋牙高h是折疊濾芯增加過濾面積的主要參數(shù)。波紋牙高越大，濾膜展開后過濾面積越大，則濾芯流通阻力越小，納污量也越大，壽命也越長。但受濾芯尺寸、濾材厚度t 等因素影響，波紋牙高h選擇7 20mm之間，且滿足下列等式i——波紋牙高，mm;D——波紋總體外圓直徑，mm ； ——波紋總體內(nèi)圓直徑，mm。波紋牙數(shù)η 波紋牙高h確定之后，再乘以濾芯過濾長度，就可以計算出每半個波紋牙的過濾面積。牙數(shù)越多，則過濾面積越大。但在特定的濾芯總體結(jié)構(gòu)尺寸下，并不是牙數(shù)越多越好。 牙數(shù)太多會導致牙擠牙、牙間隙小，反而增大天然氣流通阻力，波紋牙數(shù)滿足下列等式η——波紋牙數(shù)，個；——波紋牙間距，匪；為了保護濾膜在折疊過程中不被損壞，保證過濾效果，濾層的折彎采用圓弧過渡， 波紋牙型折彎內(nèi)半徑r與濾材厚度I有關(guān)。理論過濾面積Λ——理論濾芯過濾面積，mm2 ；L——濾芯總長，mm ；有效過濾面積[0046]Ψ——折減系數(shù)折減系數(shù)-主要受到濾芯波紋牙數(shù)》的影響n越大，牙與牙之間間隙減小，牙底的透氣性越差。極限時，牙與牙完全壓實，只有波峰有過濾作用，氣流從波峰進入透過濾芯墊層及膜到達內(nèi)部，此時有效過濾面積僅為。此外，有效過濾面積應(yīng)該比濾芯工藝計算出的過濾面積大，以保證濾芯有較長的使用壽命。新型過濾濾芯采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，其濾材過濾機理既有表面過濾又有深層過濾， 因此根據(jù)Ruth方程和科澤尼一卡曼方程結(jié)合現(xiàn)場模擬試驗可以得到新型過濾濾芯壓降計
算公式
AP——濾芯壓降，Pa ； ^f——與濾材及天然氣固體顆粒形狀有關(guān)； 終——粘度，Pa. S; Q——工況流量，m3/s ； A—有效過濾面積，Hl2。
權(quán)利要求1.一種天然氣過濾器濾芯，包括濾層和芯管，所述濾層為折疊式濾層，包括外層、中間層和內(nèi)層；其特征在于所述外層為不銹鋼密紋網(wǎng)，中間層為聚酯或玻纖過濾濾膜，內(nèi)層為粗紋絲網(wǎng)；在整個濾芯的端部壓注有粘接料，在粘接料外部設(shè)置有固定環(huán)，在固定環(huán)外部粘接有密封墊片，在固定環(huán)內(nèi)側(cè)安裝有密封環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣過濾器濾芯，其特征在于在所述中間層兩側(cè)設(shè)置有無紡布保護層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天然氣過濾器濾芯，其特征在于所述無紡布保護層的孔徑為1 5 μ m0
專利摘要本實用新型公開了一種高精度、大流量的天然氣過濾器濾芯，采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)外層不銹鋼密紋網(wǎng)構(gòu)成第一層表面過濾，同時起抗沖刷作用；無紡布保護層構(gòu)成深層過濾；聚酯或玻纖過濾濾膜中間層構(gòu)成第二層表面過濾；內(nèi)層粗紋絲網(wǎng)起支撐作用；濾芯端部采用軸向密封加徑向密封的結(jié)構(gòu)。通過多層復(fù)合和組合密封結(jié)構(gòu)，保證了濾芯的整體過濾精度、使用壽命及性能的可靠性。
文檔編號B01D46/42GK201988295SQ20112003557
公開日2011年9月28日 申請日期2011年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月10日
發(fā)明者文代龍, 曾文, 楊文川, 米力田, 胡錦, 談文虎, 陳宇波 申請人:中國石油集團工程設(shè)計有限責任公司