CN204116065U - 一种滤芯性能检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及多相介质流动、过滤分离技术领域，具体涉及一种滤芯性能检测装置。所述检测装置，所述检测装置包括：气溶胶粒子发生单元、计量检测单元和流量控制单元三部分。本实用新型的检测装置通过改变过滤元件夹持装置，以洁净空气为流体介质，以NaCI、KCI、DEHS等颗粒模拟气体内部杂质，可将天然气长输管道过滤用干气密封滤芯放入测试装置进行性能检测，且气体流通方式与天然气压气站流通方式相符，测试结果能在一定程度上反映现场实际应用状况。本实用新型装置的建立，可实现对国内外滤芯过滤性能的检测，为研制高精度干气密封滤芯、实现天然气管道压气站过滤用干气密封滤芯国产化打下良好基础。
Description
技术领域
本实用新型涉及多相介质流动、过滤分离技术领域，具体涉及一种滤芯性能检测装置。
背景技术
目前在天然气长输管道压气站内常用到三种过滤滤芯,输送天然气用的工艺气过滤器滤芯、离心压缩机干气密封用过滤器滤芯和燃气轮机燃料气用过滤器滤芯。三种滤芯的目的都是除去天然气含有的固体颗粒以及水和烃类液滴。进站的天然气一般先进入工艺气过滤器，其中压缩机出口的极少量天然气需要经过干气密封过滤器，然后再进入压缩机轴端的干气密封。还有一少部分气体天然气经过燃料气过滤器后进入燃气轮机燃烧器进行燃烧产生动力。工艺气滤芯、干气密封滤芯和燃料气滤芯的性能均直接影响压缩机组的安全可靠运行，而国内没有针对此类滤芯的相应性能测试装置来对其过滤效率与阻力进行检测。
中石油天然气管道投运压缩机组截止2013年6月底已有203套，其中在用管道压气站60座、压缩机组173套，在用储气库9座、压缩机组30套。天然气与管道分公司压缩机组失效统计数据表明，近年来，造成离心式压缩机组停机的主要原因为控制系统故障、机械故障和外界因素。其中，机械故障中压缩机干气密封问题较为突出。
干气密封装置在压缩机组中起到隔离润滑油和天然气、防止天然气由轴端向外界泄漏的作用，属于压缩机组关键部件，如果它损坏将直接导致机组无法开机，影响机组的运行，进而影响天然气的正常生产输送。含有液体或固体杂质的气体如进入干气密封装置是导致干气密封装置失效的主要原因：在高速运动状态下杂质会与装置内的动环和静环摩擦产生热量，由于间隙小热量不能散失，产生的高温将造成密封面烧蚀、变形。而干气密封滤芯可有效除去进入密 封装置气体内的杂质，是保证干气密封装置正常运行的重要元件，也是干气密封过滤器的核心元件，对压缩机组的安全运行具有重要作用。
目前国内常用的过滤器滤芯质量评价标准国内现行检测气体过滤性能的标准主要参考《高效空气过滤器性能试验方法效率和阻力》国家标准GB/T6165-2008，但该标准主要针对大气气溶胶颗粒进行检验。天然气管道压气站过滤用干气密封滤芯主体为空心圆柱形，现有过滤元件夹持装置为菱形或方形夹持，分别用于滤材和板式过滤器的性能检测，现有过滤元件夹持装置无法满足对天然气管道压气站过滤用干气密封滤芯进行安装检测的要求。
在过滤性能检测过程中，尤其是对滤芯气液过滤性能进行检测时，滤芯侧排出的液体逐渐增多，如不对其进行排放，沉积液体中的部分颗粒会随气流进入滤芯下游管路，将严重影响粒子计数器9的计数准确性。
另外，在测试过程中要求实现恒流量操作，即通过滤芯的流量始终保持恒定，以利于阻力和效率等参数的有效测量，而现有测试方法中的主管道流量调节阀为针型阀或手动调节阀，测试过程中需要人工不断对其进行调节，不能实时调节风量，使其保持恒定流量。此外，现有测试方法计数中值粒径测试范围在0.1～10μm，而对0.1μm以下及10μm以上的颗粒未进行测定，不能满足干气密封滤芯的粒径范围检测要求。为了满足天然气管道压气站过滤用干气密封滤芯性能的检测要求，保证测试过程及结果的稳定可靠，上述问题都需要加以改进。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种滤芯性能检测装置，可满足天然气管道压气站过滤用干气密封滤芯性能的检测要求。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种滤芯性能检测装置，所述检测装置包括：气溶胶粒子发生单元、计量检测单元和流量控制单元三部分；
所述气溶胶粒子发生单元包括第一高效空气过滤器、手动调压阀、气溶胶 发生器、粒子中和器、混合器、第二高效空气过滤器和加热器，所述第一高效空气过滤器、所述手动调压阀、所述气溶胶发生器、所述粒子中和器和所述混合器依次相连，所述第二高效空气过滤器、所述加热器和所述混合器依次相连；其中，所述第一高效空气过滤器用于将压缩空气过滤后送入所述气溶胶发生器，所述第二个高效空气过滤器用于将空气过滤后送入所述加热器，经过所述粒子中和器的粒子与经过所述加热器的空气在所述混合器中混合形成气溶胶；
所述计量检测单元包括稀释器、第一粒子计数器、滤芯夹持装置、第二粒子计数器、压差计、压力温度湿度测量仪和体积流量计；所述稀释器与所述滤芯夹持装置的上游管路相连，所述第一粒子计数器与所述滤芯加持装置的下游管路相连，所述第二粒子计数器与所述稀释器相连接；所述压差计的两端分别与所述滤芯夹持装置的上游管路和下游管路连接，所述压力温度湿度测量仪一端与所述混合器相连接，一端与所述滤芯夹持装置的上游管路相连；所述体积流量计一端与所述滤芯夹持装置的下游管路连接；
流量控制单元包括计算机、真空泵和电动调节阀，所述计算机分别与所述压力温度湿度测量仪、所述第一粒子计数器、所述第二粒子计数器、所述压差计、所述体积流量计及所述电动调节阀相连；所述体积流量计的另一端与所述电动调节阀相连接，所述电动调节阀设置在所述真空泵与所述体积流量计之间的管路上；所述电动调节阀开度由计算机进行实时控制调节；所述压力温度湿度测量仪、所述压差计及所述体积流量计由所述计算机进行控制。
进一步地，所述滤芯夹持装置主体为圆柱形滤芯壳体。
进一步地，所述滤芯壳体内部为中空圆柱形腔体，所述中空圆柱形腔体直径大于待测滤芯直径1～2cm，所述中空圆柱形腔体高度高于待测滤芯主体高度3～4cm，所述中空圆柱形腔体下端开有凹槽，所述凹槽的腔体为中空圆柱形，与所述中空圆柱形腔体同轴，所述凹槽的内径大于待测滤芯凸起连接端的直径0.5～0.7mm，使得所述凹槽的腔体与所述滤芯上“O”型密封圈可有效形成密封。
进一步地，所述滤芯壳体的两端分别设有上端盖和下端盖，所述上端盖和 所述下端盖开有螺栓孔与所述滤芯壳体通过紧固螺栓相连接。
进一步地，所述凹槽两侧各开有一排液通道，所述排液通道与所述下端盖上的排液阀相通，所述下端盖下部开有排液口。
进一步地，所述滤芯壳体外壁开有上通气口和下通气口，所述上通气口和所述下通气口的外形为与所述中空圆柱形腔体连通的圆柱形通道；
所述下通气口水平中轴线高于所述滤芯壳体底部平面3～4cm，所述上通气口水平中轴线低于所述滤芯壳体顶部平面3～4cm。
进一步地，所述上端盖中部开有凹槽，用于安放“O”型密封圈；所述上端盖下部设有凸台，用于压紧待测滤芯。
进一步地，所述第一粒子计数器和所述第二粒子计数器的粒径测量范围是0.01～40μm。
本实用新型相比现有技术具有以下优点及有益效果：
本实用新型的检测装置通过改变过滤元件夹持装置，以洁净空气为流体介质，以NaCI、KCI、DEHS等颗粒模拟气体内部杂质，0～20m3/h流量范围内及操作压力在(101.33±20)kPa范围内，可将天然气长输管道过滤用干气密封滤芯放入检测装置进行性能检测，且气体流通方式与天然气压气站流通方式相符，测试结果能在一定程度上反映现场实际应用状况。在滤芯夹持装置上开设排液口，可及时将滤芯外侧液体排出，减少对测试准确性的影响。另外，通过相应控制程序对电动调节阀的开度进行自动调节，风量控制更加准确，检测稳定性得以提高。此外，采用的两种粒子计数仪的增大了现有粒径测量范围，能够实现高精度和宽量程的粒子检测。本实用新型装置的建立，可实现对国内外滤芯过滤性能的检测，为研制高精度干气密封滤芯、实现天然气管道压气站过滤用干气密封滤芯国产化打下良好基础。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种滤芯性能检测装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例中滤芯流量-压降关系测试流程图；
图3为本实用新型实施例中滤芯夹持装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
如图1所示，本实用新型实施例提供一种滤芯性能检测装置，所述检测装置包括：气溶胶粒子发生单元A、计量检测单元B和流量控制单元C三部分。
所述气溶胶粒子发生单元A包括第一高效空气过滤器1、手动调压阀2、气溶胶发生器3、粒子中和器4、混合器6、第二高效空气过滤器1’和加热器5，所述第一高效空气过滤器1、所述手动调压阀2、所述气溶胶发生器3、所述粒子中和器4和所述混合器6依次相连，所述第二高效空气过滤器1’、所述加热器5和所述混合器6依次相连；其中，所述第一高效空气过滤器1用于将压缩空气过滤后送入所述气溶胶发生器3，所述第二个高效空气过滤器1’用于将空气过滤后送入所述加热器5，经过所述粒子中和器4的粒子与经过所述加热器5的空气在所述混合器6中混合形成气溶胶.。
所述计量检测单元包括稀释器8、第一粒子计数器、滤芯夹持装置10、第二粒子计数器、压差计11、压力温度湿度测量仪7和体积流量计12；所述稀释器8与所述滤芯夹持装置10的上游管路相连，所述第一粒子计数器9与所述滤芯加持装置10的下游管路相连，所述第二粒子计数器9’与所述稀释器8相连接；所述压差计11的两端分别与所述滤芯夹持装置10的上游管路和下游管路连接，所述压力温度湿度测量仪7一端与所述混合器6相连接，一端与所述滤芯夹持装置10的上游管路相连；所述体积流量计12一端与所述滤芯夹持装置10的下游管路连接；
流量控制单元C包括计算机15、真空泵14和电动调节阀13，所述计算机15分别与所述压力温度湿度测量仪7、所述第一粒子计数器9、所述第二粒子计 数器9’、所述压差计11、所述体积流量计12及所述电动调节阀13相连；所述体积流量计12的另一端与所述电动调节阀13相连接，所述电动调节阀13设置在所述真空泵14与所述体积流量计12之间的管路上；所述电动调节阀13开度由计算机15进行实时控制调节；所述压力温度湿度测量仪7、所述压差计11及所述体积流量计12由所述计算机15进行控制。为实现测试过程中测试流量可实时进行调节，将电动调节阀13与计算机15相连，在计算机15中输入一设定流量值，当测试流量高于设定值时，计算机15将测试流量与设定值之差转换为相应大小的正电信号反馈给电动调节阀13，使电动调节阀13阀门开度相应减小；当测试流量低于设定值时，计算机15将测试流量与设定值之差转换为相应大小的负电信号反馈给电动调节阀，使电动调节阀阀门开度相应增大，阀门开度的大小与反馈电信号的大小一一对应，由此通过相应控制程序对电动调节阀13开度的自动调节，使流量值保持恒定，增强测试过程的稳定性。
本实施例中，所述滤芯夹持装置10主体为圆柱形滤芯壳体505。
如图3所示，本实施例中，所述滤芯壳体505内部为中空圆柱形腔体，所述中空圆柱形腔体直径大于待测滤芯504直径1～2cm，所述中空圆柱形腔体高度高于待测滤芯504主体高度3～4cm，所述中空圆柱形腔体下端开有凹槽506，所述凹槽506的腔体为中空圆柱形，与所述中空圆柱形腔体同轴，所述凹槽506的内径大于待测滤芯504凸起连接端的直径0.5～0.7mm，使得所述凹槽506的腔体与所述滤芯上“O”型密封圈可有效形成密封。
本实施例中，所述滤芯壳体505的两端分别设有上端盖502和下端盖509，所述上端盖502和所述下端盖509开有螺栓孔，与所述滤芯壳体505通过紧固螺栓501相连接。
本实施例中，所述凹槽506两侧各开有一排液通道508，所述排液通道508与所述下端盖509上的排液阀510相通，所述下端盖509下部开有排液口511。在测试开始之前关闭排液阀510，随着测试过程的进行，当有液滴从待测滤芯504表面析出落入待测滤芯504外部的环形空间时，可打开排液阀510，将待测 滤芯504外部液体通过排液口511及时排出，直至测试结束，如此可防止测试过程中沉积液体中的部分颗粒随气流进入待测滤芯504下游管路，提高测试的准确性。
本实施例中，所述滤芯壳体505外壁开有上通气口503和下通气口507，作为气溶胶的进气口和出气口。所述上通气口503和所述下通气口507的外形为与所述中空圆柱形腔体连通的圆柱形通道；所述下通气口507水平中轴线高于所述滤芯壳体底部平面3～4cm，所述上通气口503水平中轴线低于所述滤芯壳体顶部平面3～4cm。对于待测滤芯而言，根据性能检测的需要，可以分别采用气流内进外出或外进内出操作方式，该方法操作简便灵活，同时符合管道压气站压缩机组天然气过滤用干气密封滤芯的气体流通方式。
本实施例中，所述上端盖502中部开有凹槽【图中未示出】，用于安放“O”型密封圈；所述上端盖502下部设有凸台【图中未示出】，用于压紧待测滤芯504。
本实施例中，为满足天然气管道压气站过滤用干气密封滤芯的粒径范围检测要求，在测试中第一粒子计数器9采用光学粒子计数器(OPC)，第二粒子计数器9’采用凝结核粒子计数器(CPC)对滤芯上、下游气溶胶进行采样测量。光学粒子计数器粒径测量范围是0.3～40μm，凝结核粒子计数器粒径测量范围是0.01～1μm，两种测量仪器相结合，增大了现有粒径测量范围，能够实现高精度和宽量程的粒子检测，可满足天然气管道压气站过滤用干气密封滤芯性能的检测要求。
本实用新型提供一种滤芯性能检测装置，在测试时所采用的气体介质为洁净空气，采用的气溶胶颗粒为DHES(癸二酸二辛酯)。检测装置在下述工况下进行操作：流量范围:0～20m3/h；操作压力：81.33～121.33kPa；操作温度：18～28℃；操作湿度：40～70％。利用所述检测装置可依次对进行滤芯(1)流量—压降关系测试、(2)滤芯阻力测试及(3)滤芯效率测试。具体操作步骤如下所述：
(1)流量—压降关系测试：测试流程图如图2所示，首先将滤芯放入滤芯 夹持装置10内，具体如图3所示，将待测滤芯504放入滤芯壳体505内，盖上上端盖502，拧紧紧固螺栓501。开启加热器5，将测量绝对压力、温度和相对湿度的压力温度湿度测量仪7与混合器6连接，压差计11与滤芯夹持装置10上游管路和下游管路连接，体积流量计12与测试管路连接，关闭电动控制阀13，启动真空泵14。
逐渐增大电动调节阀13的开度，增大气体流量，流量范围0～20m3/h(根据不同类型的滤芯，可选择相应的流量测量范围)，取十个测量点，每个测量点记录各对应流量下滤芯的压降值。当压降达到滤芯规定的最大允许压降值后，逐渐关闭电动调节阀13减小气体流量，同时记录各对应气量下压差计11显示的滤芯压降值。重复上述步骤，直到各次测量数值稳定为止。
(2)滤芯阻力测试：在流量—压降关系测试基础上，将系统流量调节到滤芯厂家规定的额定风量，待系统运行稳定后利用压差计11对待测滤芯两侧的压降进行测定。
(3)滤芯效率测试：测试流程图如图1所示。
①建立气溶胶粒子发生单元：在滤芯阻力测试基础上，依次将高效空气过滤器1、手动调压阀2、气溶胶发生器3、粒子中和器4和混合器6相连。打开手动调压阀2，启动气溶胶发生器3，开启粒子中和器4。测试气溶胶与测试空气在混合器6均匀混合。调节加热器5使系统内的温度达到温度在(23±5)℃范围内，相对湿度在(55±15)％范围内。
②建立计量检测单元：将稀释器8与滤芯夹持装置10上游管路相连，一台粒子计数器9与稀释器8相连，另一台与滤芯夹持装置10下游管路相连。
③调整流量调节单元：将系统流量调节到滤芯厂家规定的额定风量后，在整个测试过程中，利用计算机15对电动调节阀13开度进行实时自动调节，将流量控制在额定风量的±3％之内。
④在上述步骤完成后可对待测滤芯上游、下游0.01～40μm粒径范围的粒子 进行测定，从而通过计算得到滤芯效率。
⑤测试结束后依次关闭第一粒子计数器9、第二粒子计数器9’、气溶胶发生器3、粒子中和器4、加热器5及真空泵14。
本实用新型的检测装置通过改变过滤元件夹持装置，以洁净空气为流体介质，以NaCI、KCI、DEHS等颗粒模拟气体内部杂质，0～20m3/h流量范围内及操作压力在(101.33±20)kPa范围内，可将天然气长输管道过滤用干气密封滤芯放入检测装置进行性能检测，且气体流通方式与天然气压气站流通方式相符，测试结果能在一定程度上反映现场实际应用状况。在滤芯夹持装置上开设排液口，可及时将滤芯外侧液体排出，减少对测试准确性的影响。另外，通过相应控制程序对电动调节阀的开度进行自动调节，风量控制更加准确，检测稳定性得以提高。此外，采用的两种粒子计数仪的增大了现有粒径测量范围，能够实现高精度和宽量程的粒子检测。本实用新型装置的建立，可实现对国内外滤芯过滤性能的检测，为研制高精度干气密封滤芯、实现天然气管道压气站过滤用干气密封滤芯国产化打下良好基础。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种滤芯性能检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：气溶胶粒子发生单元、计量检测单元和流量控制单元三部分；
所述气溶胶粒子发生单元包括第一高效空气过滤器、手动调压阀、气溶胶发生器、粒子中和器、混合器、第二高效空气过滤器和加热器，所述第一高效空气过滤器、所述手动调压阀、所述气溶胶发生器、所述粒子中和器和所述混合器依次相连，所述第二高效空气过滤器、所述加热器和所述混合器依次相连；其中，所述第一高效空气过滤器用于将压缩空气过滤后送入所述气溶胶发生器，所述第二个高效空气过滤器用于将空气过滤后送入所述加热器，经过所述粒子中和器的粒子与经过所述加热器的空气在所述混合器中混合形成气溶胶；
所述计量检测单元包括稀释器、第一粒子计数器、滤芯夹持装置、第二粒子计数器、压差计、压力温度湿度测量仪和体积流量计；所述稀释器与所述滤芯夹持装置的上游管路相连，所述第一粒子计数器与所述滤芯加持装置的下游管路相连，所述第二粒子计数器与所述稀释器相连接；所述压差计的两端分别与所述滤芯夹持装置的上游管路和下游管路连接，所述压力温度湿度测量仪一端与所述混合器相连接，另一端与所述滤芯夹持装置的上游管路相连；所述体积流量计一端与所述滤芯夹持装置的下游管路连接；
流量控制单元包括计算机、真空泵和电动调节阀，所述计算机分别与所述压力温度湿度测量仪、所述第一粒子计数器、所述第二粒子计数器、所述压差计、所述体积流量计及所述电动调节阀相连；所述体积流量计的另一端与所述电动调节阀相连接，所述电动调节阀设置在所述真空泵与所述体积流量计之间的管路上；所述电动调节阀开度由计算机进行实时控制调节；所述压力温度湿度测量仪、所述压差计及所述体积流量计由所述计算机进行控制。
2.根据权利要求1所述的滤芯性能检测装置，其特征在于，所述滤芯夹持装置主体为圆柱形滤芯壳体。
3.根据权利要求2所述的滤芯性能检测装置，其特征在于，所述滤芯壳体内部为中空圆柱形腔体，所述中空圆柱形腔体直径大于待测滤芯直径1～2cm，所述中空圆柱形腔体高度高于待测滤芯主体高度3～4cm，所述中空圆柱形腔体下端开有凹槽，所述凹槽的腔体为中空圆柱形，与所述中空圆柱形腔体同轴，所述凹槽的内径大于待测滤芯凸起连接端的直径0.5～0.7mm，使得所述凹槽的腔体与所述滤芯上“O”型密封圈可有效形成密封。
4.根据权利要求3所述的滤芯性能检测装置，其特征在于，所述滤芯壳体的两端分别设有上端盖和下端盖，所述上端盖和所述下端盖开有螺栓孔与所述滤芯壳体通过紧固螺栓相连接。
5.根据权利要求3所述的滤芯性能检测装置，其特征在于，所述凹槽两侧各开有一排液通道，所述排液通道与所述下端盖上的排液阀相通，所述下端盖下部开有排液口。
6.根据权利要求3所述的滤芯性能检测装置，其特征在于，所述滤芯壳体外壁开有上通气口和下通气口，所述上通气口和所述下通气口的外形为与所述中空圆柱形腔体连通的圆柱形通道；
所述下通气口水平中轴线高于所述滤芯壳体底部平面3～4cm，所述上通气口水平中轴线低于所述滤芯壳体顶部平面3～4cm。
7.根据权利要求4所述的滤芯性能检测装置，其特征在于，所述上端盖中部开有凹槽，用于安放“O”型密封圈；所述上端盖下部设有凸台，用于压紧待测滤芯。
8.根据权利要求1所述的滤芯性能检测装置，其特征在于，所述第一粒子计数器和所述第二粒子计数器的粒径测量范围是0.01～40μm。
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