Контроль перепада давлений на газовых фильтрах – необходимое условие надежной работы газораспределительных систем – 1

Публикации

Автор:
Е.Л. Апарин, к.т.н, заместитель генерального директора НПФ «РАСКО»; Золотаревский С.А., к.т.н., генеральный директор НПФ «РАСКО»

Издание: Энергоанализ и Энергоэффективность № 5-6 .
Год: 2008

24.11.2008

В настоящее время, пожалуй, уже никого не надо убеждать в необходимости очистки природного газа от механических включений, появляющихся в процессе его транспортировки: продуктов коррозии газопроводов, по которым перекачивается газ, механических частиц, оставшихся в газопроводах после монтажа (например, «сварочного града»), продуктов износа и смазки запорно-регулирующей арматуры, используемой при эксплуатации газоперекачивающего оборудования. Однако для надежной работы газовых фильтров необходимо обеспечить постоянный контроль их технического состояния, прежде всего – степени загрязнения. Это создаст возможность своевременной очистки или замены фильтрующих элементов и позволит обеспечить надежную работу газовой аппаратуры.

По своему функциональному назначению газовые фильтры условно можно разделить на:

Фильтры предварительной очистки используются, в основном, непосредственно на газовых месторождениях. Они состоят, как правило, из сепаратора, в котором механические включения отсеиваются под действием центробежных сил, а также последовательно установленных за ним фильтров грубой и, иногда, средней очистки.
Фильтры грубой очистки (со степенью очистки 300- 500 мкм), устанавливаются, обычно, на входе в газоперекачивающие станции и в газораспределительные пункты (ГРП), фильтры средней очистки (150-300 мкм) – на входе в ГРП непосредственно за, а в значительной части случаев вместо фильтров грубой очистки.
Фильтры тонкой очистки (со степенью очистки 50-80 мкм) стали применяться в российском газовом хозяйстве только в последнее десятилетие. Их появление было обусловлено появлением на российском рынке современного, высокоэффективного газового оборудования (регуляторов давления газа, счетчиков газа, газовой автоматики, газовых горелок и т.п.), длительная надежная работа которого возможна только на природном газе, имеющем необходимую степень очистки.
При этом следует отметить, что в развитых странах Европы и Америки широко применяются и газовые фильтры со степенью очистки газа до 2-5 мкм. В настоящей статье мы классифицируем их как фильтры ультратонкой очистки, хотя такая классификация, подчеркнем еще раз, весьма условна. Из российских предприятий первым освоило выпуск таких газовых фильтров ООО «Эльстер Газэлектроника».
От правильного выбора и эксплуатации газовых фильтров в определяющей степени зависит надежность и безопасность работы всего газового оборудования от газовых месторождений до конечных потребителей газа. В настоящей статье мы остановимся на вопросах правильного выбора газовых фильтров для защиты газораспределительных сетей (ГРС) и газопотребляющего оборудования (ГРО) и обеспечения их эффективной эксплуатации.
Для того, чтобы правильно выбрать газовый фильтр (газовые фильтры), надо ответить на следующие вопросы:

1. Какую чистоту фильтрации требуется обеспечить?
2. Какой должна быть пропускная способность фильтра?
3. Какой может быть максимальная потеря давления (перепад давлений) на фильтре?
4. Какая требуется периодичность обслуживания фильтра? 

Чтобы правильно ответить на эти вопросы, в общем случае, необходимо знать:

1. Степень загрязненности газа в месте установки фильтра (фильтров).
2. Требуемую пропускную способность ГРП или соответствующие технические характеристики ГРО.
3. Требования по очистке газа, подаваемого на вход ГРП или ГРО.
4. Исходные расходно-перепадные характеристики устанавливаемых фильтров (с чистым фильтрующим элементом).

Исходные расходно-перепадные характеристики фильтров должны в обязательном порядке указываться предприятиями-изготовителями в эксплуатационной документации. При установке фильтров необходимо учитывать, что потеря давления (перепад давлений) на фильтре ?P =

∆P = 8*ζ*ρ*Q2/π2*D4,

(1) где ζ – коэффициент гидравлического сопротивления фильтра с чистым фильтрующим элементом, ρ – плотность газа (зависит от его состава, прямо пропорциональна абсолютному давлению и обратно пропорциональна абсолютной температуре газа), Q – объемный расход газа при рабочих условиях (давлении и температуре), D – диаметр условного прохода фильтра (как правило, определяется по диаметру его проходного сечения).
Максимальная величина допустимого перепада давлений на газовом фильтре определяется его конструкцией, исходя из недопущения возможности разрушения указанным перепадом давлений фильтрующего элемента. В соответствии с Правилами ПР 50.2.019 – 2006 «МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ПОМОЩИ ТУРБИННЫХ, РОТАЦИОННЫХ И ВИХРЕВЫХ СЧЕТЧИКОВ» [1], п. 11.5, «…с целью обеспечения достаточной степени очистки газа без уноса частиц и фильтрующего материала… перепад давлений на сетчатых фильтрах не должен превышать 5 кПа, а на волосяных фильтрах и с синтетическим фильтрующим материалом – 10 кПа».
Однако данные значения перепада необходимо рассматривать как предельно допустимые для фильтра с максимально загрязненным фильтрующим элементом. Начальные значения перепада давлений на чистом фильтре должны быть меньше, как минимум, в разы, а в некоторых случаях – на порядок. Так, например, если газовый фильтр устанавливается на входе горелки котла, к которому подводится низкое давление порядка 400-500 мм вод. ст. (4-5 кПа), то перепад давлений в этом случае на новом фильтре не должен превышать 5-10% от указанной величины и, соответственно, составлять не более 0,2..0,5 кПа.
В то же время, если газовый фильтр устанавливается на входе ГРП, в котором осуществляется редуцирование давление газа с высокого до среднего или со среднего до низкого, то начальный перепад давлений на фильтре может быть установлен большим. Соответственно, можно выбрать меньший типоразмер фильтра, и таким образом уменьшить габариты устройства и снизить затраты на его приобретение. Например, уже упоминавшееся ООО «Эльстер Газэлектроника» рекомендует для своих фильтров ФГ 16 и ФГ 16-В, тонкой и ультратонкой очистки, соответственно, максимальное значение начального перепада давлений 4 кПа [2]. Аналогичным образом к данному вопросу подходят в своих рекомендациях и другие производители.
Максимальная величина срока службы фильтра от момента установки до замены или очистки фильтрующего элемента определяется периодом времени, в течение которого перепад давлений на фильтре (по мере загрязнения фильтрующего элемента) достигнет максимально допустимого значения. При этом следует учитывать, что перепад давлений на фильтре, в первую очередь, зависит (см. формулу (1) от расхода газа через фильтр. Поэтому рекомендуем производить плановую ревизию газовых фильтров перед началом зимнего отопительного сезона, когда резко увеличивается газопотребление.
Из изложенного выше, очевидна необходимость регулярного контроля за перепадом давлений на газовых фильтрах. Указанное требование законодательно закреплено Правилами [1], п. 11.5, которыми предписано использовать для этих целей дифманометры любого типа (именно дифманометры, а не манометры на входе и выходе фильтров, как это делают до настоящего времени некоторые производители газового оборудования и что совершенно недопустимо, т.к., особенно при высоком статическом давлении, использование для этих целей манометров не позволяет определить указанный перепад с необходимой погрешностью (не более 5-10% от измеренного значения). Однако, в отличии от счетчиков газа, перепад давлений на газовых фильтрах допускается измерять дифманометрами индикаторного типа, т.е. класса точности 4 и даже ниже и не подвергавшимися в обязательном порядке государственной поверке.
Естественно, для этих целей можно применять и дифманометры, являющиеся средствами измерения и применяемые, в соответствии с требованиями упомянутых Правил [1] для контроля перепада давлений на счетчиках газа, например, дифманометры ДСП-80В-РАСКО [3] в комплекте с вентильными блоками, получившие в последнее время самое широкое распространение вследствие компактной и удобной для эксплуатации конструкции и оптимального соотношения «цена/качество».
Однако имеется возможность применить для этих целей и другие устройства индикаторного типа, которые могут быть существенно дешевле и компактнее, т.к., кроме отсутствия нормативного требования по обязательной государственной поверке, дифманометры для контроля перепада давлений на газовых фильтрах могут применяться без вентильного блока, т.к. срок их эксплуатации не ограничивается межповерочным интервалом, который, как правило, меньше, чем у счетчиков газа, перепад давлений на которых они контролируют. Кроме того, при контроле перепада давлений на газовом фильтре практически исключена возможность резкого увеличения перепада давлений на фильтре, как это может быть, например, при «заклинивании» роторов ротационного счетчика газа в случае попадания в его рабочую полость крупных механических частиц.
Такие индикаторы перепада давлений выпускаются рядом зарубежных фирм, специализирующихся на производстве газового оборудования, например, Tartarini, Pietro Fiorentini (Италия) (рис. 2) и др., а также производителями приборов для измерения давления, например, фирмой WIKA (Германия). Однако применение их в России серьезно сдерживается высокими ценами, которые, например, выше, чем у дифманометров ДСП-80В-РАСКО с вентильным блоком (рис. 3), являющихся средствами измерения.
В связи с этим ряд российских и белорусских производителей газовых фильтров наладил производство указанных индикаторов перепада давлений, которые, как правило, поставляются только в комплекте с фильтрами. Наибольший опыт эксплуатации и положительные характеристики имеет датчик перепада давлений ДПД производства ООО «Эльстер Газэлектроника», который выпускается на перепады давлений 5 кПа и 10 кПа и применяется для комплектации уже упоминавшихся газовых фильтров ФГ 16 и ФГ 16-В.

К недостаткам данного изделия следует отнести:

1. Отсутствие оцифрованной шкалы, которую заменяют сектора зеленого и красного цвета.
2. Отсутствие полной документации на ДПД, как на самостоятельное изделие, что не позволяет применять его в качестве полноценного функционального изделия для комплектации произвольных газовых фильтров.
3. Ограниченный 2-мя указанными выше исполнениями типоразмерный ряд.

Поэтому российский рынок ждет конкурентоспособных по цене, качеству и удобству эксплуатации предложений по дифманометрам индикаторного типа для контроля перепада давлений на газовых фильтрах. Наиболее интересными в настоящий момент являются дифманометры ДСП-80-РАСКО индикаторного типа (рис. 4). В данной комплектации приборы поставляются класса точности 4, без вентильного блока и государственной поверки. Это позволило предложить потребителям компактные и высоконадежные изделия для контроля перепада давлений на газовых фильтрах, работающих при давлении газа в газовой магистрали до 1,6 МПа, имеющие:

1. Полный типоразмерный ряд: пределы измерения -1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25 кПа
2. Оцифрованную шкалу.
3. Возможность дооснащения в дальнейшем устройством дистанционной передачи информации о достижении перепадом давлений установленных пороговых значений. 

При этом дифманометр ДСП-80-РАСКО существенно дешевле импортных и не дороже российских аналогов.

Выводы:

1. Контроль состояния газовых фильтров (перепада давлений на них) является необходимым условием надежной и безопасной работы любого газового оборудования.
2. Наиболее рациональным является применение для этих целей специализированных дифманометров индикаторного типа.
3. Из указанных приборов оптимальным решением в настоящее время является дифманометр ДСП-80-РАСКО индикаторного исполнения в комплектации без вентильного блока.
4. Целесообразны разработка и освоение производства российским предприятием более компактных специализированных индикаторов перепада давления класса точности 2,5…5%, аналогичных по конструкции приборам производства таких фирм,как WIKA, Tartarini, Pietro Fiorentini, но по существенно более низким ценам. 

Литература:

1. Правила метрологии ПР 50.2.019 – 2006 «МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ПОМОЩИ ТУРБИННЫХ, РОТАЦИОННЫХ И ВИХРЕВЫХ СЧЕТЧИКОВ». –М: Стандартинформ, 2006.
2. Фильтры газа ФГ16-50, ФГ16-50-В, ФГ16-80, ФГ16-80-В, ФГ16-100, ФГ16-100-В. – Каталог продукции, ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлектроника», 2007 г., стр.23.
3. Апарин Е.Л., Золотаревский С.А. Новые дифманометры ДСП-80-РАСКО для контроля состояния приборов учета газа и газовых фильтров. – «Энергоанализ и энергоэффективность», №2 (30), 2008 г.