工业管道过滤器在工程设计中的问题分析 

     作为保护重要设备安全的关键部件，工业管道过滤器的作用不可忽视。为了避免由于管道过滤器缺陷而导致的安全生产问题，有必要对管道过滤器在设计上的技术要求进行全面、细致地分析和提升。结合现行标准和实际工程经验，对管道过滤器在工程设计阶段需要注意的，诸如滤网目数、滤网强度校核、滤网安装、滤器的操作维修、排放口设置等问题进行了探讨。通过对这些问题出现根源的深入挖掘，提出了有针对性、可行的解决方法，为同类工程设计提供了一定的借鉴。
     工业管道过滤器是管道系统中常用的管道元件之一，属于管道特殊件的范围。管道过滤器一般设置在泵、压缩机、换热器等设备入口的管道上，用于过滤流体中的固体杂质，确保下游的泵、压缩机、换热器等重要设备能够正常运转，保障安全生产。但实际工程中，仍有由于管道过滤器缺陷导致的维修问题、甚至生产事故。
     此外，管道过滤器的国内标准较多，但内容差异较大。随着工程设计要求和精细化程度的不断提高，标准中的技术要求也出现了一定的局限性。
     为确保工程设计阶段提出的技术要求尽量合理和完善，大程度地减少后期出现问题的可能性，本文在现行标准的基础上，结合实际工程经验，对涉及管道过滤器的一些细节问题和注意事项进行了探讨。
1工业管道过滤器标准及种类
1.1工业管道过滤器标准
     工业管道过滤器常用标准有GB/T14382－2008《管道用三通过滤器》(以下简称GB/T14382－2008)、SH/T3411－2017《石油化工泵用过滤器选用、检验及验收规范》(以下简称SH/T3411－2017)、HG/T21637－1991《化工管道过滤器》(以下简称HG/T21637－1991)、JB/T7538－2016《管道用篮式过滤器》(以下简称JB/T7538－2016)等。标准内容不尽相同，有些标准已经超过10年未更新。
     选用标准时，应注意标准的适用范围和技术要求，比如，从结构型式来说，GB/T14382－2008虽然对标准版本和内容进行了更新，但是对于T型过滤器的分类，仍然保持了侧流式和直流式2种型式，无法满足工程设计中T型过滤器在不同布置状态下的不同技术要求，相较而言，SH/T3411－2017和HG/T21637－1991对结构型式的描述较全面。
1.2管道过滤器种类
     结合标准，根据设计经验，常用管道过滤器一般分为Y型过滤器、T型过滤器、锥形过滤器等型式。其中，T型过滤器的结构型式较多，常用的有直流式、正折流式和反折流式。不同型式的管道过滤器可以设计为不同的连接形式，如对焊连接、法兰连接、螺纹连接等。目前，由于工程中篮式过滤器多选用压力容器规范进行设计，故将其划分至机械业的范围。
工程中常用管道过滤器的型式见图1～5。
图1Y型过滤器
图2直流式T型过滤器
图3正折流式T型过滤器
图4反折流式T型过滤器
图5锥型过滤器
2工业管道过滤器工程设计中的问题探讨
     标准中对管道过滤器的适用范围、技术要求、检验、验收等均有要求，不同的标准要求也有差异。有些技术要求对管道过滤器的使用和质量很重要，但在标准中并未深入说明，甚至未涉及，下面就这些技术要求进行探讨。
2.1管道过滤器选型
     工业管道过滤器的种类较多，选择合适的管道过滤器，可以避免很多问题和风险。选型时需注意以下问题:
     1)从管径角度考虑，一般管径≤DN80时，优先选用Y型过滤器;管径＞DN80时，优先选用T型过滤器。
     2)从连接形式角度考虑，对于易燃、易爆、有毒介质的管道，管道过滤器宜采用焊接连接(一般管径≤DN40时采用承插焊，管径＞DN40时采用对焊);对于压力等级为Class150、管径≤DN40的公用系统管道，管道过滤器可采用螺纹连接。
     实际工程中，因管道过滤器的维修、更换部件基本为滤网，故除特殊要求外，尽量采用焊接连接，既不会影响管道过滤器的后期维护，又可节省至少2套法兰装置，降低成本，同时，还可大程度降低介质泄漏风险。
     3)T型过滤器分为直流式、正折流式、反折流式3种型式。采用哪种型式，会受到管道布置的影响。但是，从滤网的强度考虑(滤网的强度校核，理论上滤网“坍塌”的风险高于“胀破”风险)，T型过滤器选型时，优先选择直流式，其次为正折流式，反折流式为后选择。因此，需要结合风险的高低，综合考虑管道布置，大程度降低风险系数。
     4)锥形过滤器为临时过滤器，一般用于设备正式运行前，过滤管道中的杂质，正式运行时可拆除。因此，注意要在锥形过滤器处设置可拆卸短节，以便拆除。
2.2滤网目数
     对于滤网目数的确定因素，目前仍存在一些误解。由于管道过滤器是用来保护其下游设备的，因此，滤网目数终应由下游设备所能接受的杂质颗粒度来确定，需要由设备厂家确认或提供，设计时可在此基础上适当考虑一些裕量。
     不同性质的流体介质、不同类型的设备，对滤网目数的要求都不相同。比如，介质为液体的泵、板式换热器设备的管道入口过滤器，滤网目数为20目，甚至10目即可满足要求;而SolarTurbinesIncorporated厂家的天然气压缩机，管道入口过滤器的滤网目数达120目。
2.3工业管道过滤器滤网的强度校核
     滤网的变形和破坏是管道过滤器常见问题，原因主要是流入与流出滤网的压差超过了滤网的承受能力。因此，滤网需要根据压差进行强度校核。
     对于滤网的强度校核，除了考虑正常的设计压差以外，还应详细分析不同情况、不同破坏形式下的压差，并在技术要求中提出。归纳如下:
     1)设计压差。一般由过滤器厂家提供，根据设计经验，滤网的设计压差一般在140kPa左右。
     2)在确保设备和系统正常运行的前提下，介质经过滤网时，流通无阻塞、有阻塞情况下的压差。介质干净时，可视为流通无阻塞，但由于滤网的存在，仍然会在滤网内外产生压差(需要注意的是，随着流量增大，压差也会随之变大);当介质变脏，杂质在滤网聚集较多时，滤网内外压差增大，视为流通有阻塞。
     两种情况下不同的压差允许值需要由工艺业提供，然后与过滤器厂家计算的结果进行对比，以便确保所选择的滤网规格不影响设备和系统的正常运行。
     3)胀破压差和坍塌压差。为了便于理解，可形象描述为:当介质流入“滤筒”内部，过滤后流入“滤筒”外部时(图3)，由于“滤筒”内外压差超过允许值而使“滤筒”产生永久性变形，此种情况下的压差可称为“胀破压差”;反之，当介质流入“滤筒”外部，过滤后流入“滤筒”内部时(图4)，由于“滤筒”内外压差超过允许值而使“滤筒”产生永久性变形，此种情况下的压差可称为“坍塌压差”。在系统运行时，胀破和坍塌的情况一旦出现，在极短时间内会大概率地(如果过滤器前后没有压差变送器)导致滤网破裂，介质进入下游设备内部，对设备和系统产生重大不利影响。
     因此，在工程设计阶段，需要工艺业提供滤网在两种情况下的大压差(一般会取滤网在完全阻塞情况下的压差，甚至达1000kPa);同时，要求过滤器厂家根据压力容器规范，分别计算两种情况下滤网所能承受的大压差。比较双方提供的数值，如果过滤器厂家计算值小于工艺业提供的数值，则证明滤网有胀破或坍塌的风险，需要过滤器厂家对滤网强度进行加强，比如在滤网上设置加强筋(注意不能影响过滤面积)，或者更换强度更高的材料。
2.4工业管道过滤器滤网的安装
     取出滤网前，需要先打开盲法兰端的排放口(图1~4)，将介质排放干净，然后再打开盲法兰，取出滤网。但是当滤网取出的方向冲下时，打开盲法兰后，由于重力作用，此时仍然有可能会出现滤网滑落的情况。
     为了防止此类情况的发生，技术要求中需要向过滤器厂家提出防止滤网自行脱落的要求。具体采取的结构型式，可以由过滤器厂家推荐。
2.5管道过滤器的操作维修
     尺寸稍大的管道过滤器，整体重量较重。建议在管道过滤器本体或管道过滤器的法兰盘上设置吊耳，以便管道过滤器的吊装。
     此外，有些过滤器的盲法兰较重，比如ASMEB16.5规范中DN400、Class150的盲法兰重量约82kg，维修时拆下和手动移开盲法兰非常困难。因此，从人性化的角度，建议超过25kg(根据经验，正常情况下25kg是手动操作的极限重量)的盲法兰，设置吊臂和旋转机构，以便于管道过滤器的操作维修，见图6。
图6T型过滤器盲法兰设置的吊臂和旋转机构
2.6排放口的位置
     打开盲法兰之前，需要通过排放口将管道过滤器内的介质尽量排放干净。因此，技术要求中需将排放口的位置尽量布置在过滤器的底部位置(图6排放口位置)。否则，会增加维修难度。
     在设计时未充分考虑管道过滤器的布置情况，使安装在立管上的Y型过滤器排放口位于上方，无法起到维修前的排放目的;此外，由于此Y型过滤器尺寸较大，盲法兰重量超过25kg，但未设置吊臂和旋转机构，维修难度相应增加，见图7。
图7Y型过滤器排放口在上方
     综上所述，同样规格的管道过滤器，不同的布置方式，可能会使技术要求变得不同，比如吊杆、旋转机构和排放口的位置变得不同，滤网是否需要加强等等。因此工程设计阶段应尽量把数据表和请购文件等设计工作做得细致，避免问题的出现和反复。
     工业管道过滤器虽然只是管道特殊件中的一种，但一些技术要求仍被忽略，而这些技术要求关系到所使用的管道过滤器的设计质量、产品质量和操作维修，甚至直接影响到下游设备和系统的安全运行，因此，这些技术要求值得详细探讨，并进一步补充和细化。