中国石油大学北京推荐2013年国家科学技术奖申报项目

中国石油大学（北京）推荐2013年度国家科学技术奖申报项目

基本情况表

项 目 名 称：高压天然气输送用高效节能过滤分离装备关键技术及应用 项目完成时间：2010年1月15日 整体应用时间：2005年1月 申 报 奖 种： 技术发明奖

候 选 人： 姬忠礼、孙国刚、吴小林、谭东杰、马长欢、熊至宜 候 选 单 位：①中国石油大学（北京）

②中石油管道分公司管道科技研究中心 ③新乡市胜达过滤净化技术有限公司

一、项目简介：

本项目属于石油天然气管道建设、储存与运输工程技术领域。

我国天然气行业近十几年来发展迅速，截至2011年10月，已累计建成投入运营的天然气管道超过3.3万公里。随着中亚、中俄、中缅和海上LNG等四大能源通道的发展，“十二五”期间，我国将新建天然气管道4.4万公里。在高压（4.0－12.0MPa）天然气处理和长距离管道输送过程中，其中的固体粉尘和液滴等杂质会造成大型压缩机组损坏、计量仪器失效以及站场停输等重大事故，严重影响管道的供气安全和长周期运行，国外也常出现类似事故。因此，如何保证过滤分离装备的高效节能和安全可靠运行成为迫切需要解决的重大难题。此前过滤分离装备主要存在高压下过滤分离设备性能无法评价、高精度过滤滤芯完全依靠进口、过滤分离系统能耗高、以及缺乏成套技术等技术难题。该项完全自主知识产权技术的研发成功，极大促进我国在该领域的技术进步，同时也为煤层气的输送储备了关键技术。经过10年攻关，突破了多项重大关键技术。主要技术发明点包括：

1. 高压天然气管道内粉尘检测技术

发明了具有多点测压和三层环腔结构的颗粒取样器和高压气溶胶导管，成功解决了高压管道准确取样和在线测定等技术关键，首创了高压天然气管道内粉尘在线检测技术，承压能力由1.6MPa提高到12.0MPa，彻底解决高压天然气过滤分离设备性能测定与评价这一国内外难题，建立了石油天然气行业标准。

2. 高效节能多管旋风分离器先进设计技术

首次将旋进涡核理论和不可逆过程热力学熵产理论用于旋风管性能和能耗分析，准确确定影响能耗的关键部位，发明了高效节能旋风管和新型多管旋风分离器的内部排布结构，能耗降低30%以上，净化后气体含液浓度降低80%以上。

3. 高精度滤芯研制及过滤分离器成套技术

发明了控制滤芯精度的关键技术，研制出了0.3μm等级聚结滤芯、0.3和1μm等级可循环再生过滤滤芯，实现了天然气输送用高精度滤芯的国产化；优化了过滤分离器内多根滤芯的排布结构和沉降分离构件，形成了过滤分离器成套技术，建立了石油天然气行业标准。

4. 多级过滤分离设备三类10参数性能匹配和优化运行工艺

在揭示压力、温度、处理量、含尘含液浓度等关键参数对过滤分离设备性能影响规律的基础上，发明了多级过滤分离设备三类10参数性能匹配和优化运行工艺，使系统能耗降低

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30%以上，编制了相应的性能计算和优化运行软件。

该技术已在陕京线、西气东输、川气东送和中亚等20多条天然气管道，以及普光天然气净化厂和煤层气集输工程中得到了大面积推广应用。天然气管道内粉尘检测技术成功应用于西气东输二线等5条主要管道；研制的新一代高效多管旋风分离器应用657台，市场占有率72%；研制的过滤分离器应用740台，市场占有率56%；直接经济效益10.37亿元。

技术核心发明点均取得授权知识产权，已获发明专利9项，计算机软件著作权2项，实用新型专利4项，建立石油天然气行业标准2项，发表论文50余篇。由李鹤林院士、傅诚德教授和高金吉院士为正副主任的鉴定委员会一致认为“该成果总体技术达到国际先进水平，其中高压气溶胶导管在线检测方法和高效节能旋风分离技术达到了国际领先水平”。

二、主要知识产权：

知识产权类别 知识产权 具体名称 国家 中国 授权号 ZL200710117988.X ZL200310115387.7 ZL200520144699.5 ZL01115774.7 ZL200610048461.1 ZL200510104896.9 ZL200710117896.0 ZL01109243.2 ZL01109242.4 2012SR016464 2012SR036911 ZL200520144699.5 ZL200720149740.2 2

授权日期 证书 编号 权利人 发明人 发明专利 高压天然气管道内粉尘在线检测方法及其装置 发明专利 管道内固体粉尘采样探头 发明专利 高效低阻旋风分离器 发明专利 过滤脉冲反吹清灰系统用气体引射器及其过滤装置 发明专利 不锈钢网烧结聚四氟乙烯膜及其制备工艺 发明专利 一种气液分离器 发明专利 高压含尘气体采样减压方法及装置 发明专利 输气管道高效旋风分离器 发明专利 折叠式滤筒气体过滤器 计算机软过滤分离设备性能计件著作权 算软件 计算机软过滤分离设备优化运件著作权 行计算软件 实用新型 高效旋风分离器 实用新型 天然气过滤用复合滤芯

2010-716227 中石油 姬忠礼、付松广、12-15 蔡永军、陈鸿海、谭东杰、熊至宜 2007-322089 中石油 姬忠礼、付松广、05-02 陈鸿海等 2010-665183 中国石孙国刚、刘振斌、08-25 油大学 周雷 2005-237774 中国石姬忠礼、陈鸿海、11-30 油大学 崔晓兰、时铭显 2009-463519 新乡胜01-21 达 马长欢 中国 中国 中国 中国 中国 中国 中国 中国 中国 中国 中国 中国 2008-368480 中国石孙国刚 01-02 油大学 2011-737717 中石油 蔡永军、姬忠礼、02-09 谭东杰等 2004-137893 中国石刘隽人、何其翔、01-07 油大学 孙国刚、时铭显 2004-169172 中国石刘隽人、何其翔、09-01 油大学 孙国刚、时铭显 2012-No.00003-05 94336 2012-No.00105-09 16307 中国石吴小林、熊至宜、油大学 姬忠礼 中国石吴小林、熊至宜、油大学 姬忠礼 2006-851138 中国石孙国刚、宣兴南、12-20 油大学 李双权等 2008-10475605-07 6 中国石姬忠礼、何宗平、油大学 刘炜等 实用新型 高压气溶胶检测导管 实用新型 天然气管道内颗粒物采样后增压回注装置 中国 中国 ZL201020670641.5 ZL201120111653.9 2011-19304709-14 8 2011-20030611-16 1 中国石姬忠礼、许乔其、油大学 熊至宜、陈鸿海 中国石陈鸿海、许乔其、油大学 姬忠礼、熊至宜 代表性论文统计表

序号 作者 Xiong Zhiyi, Ji Zhongli, Wu Xiaolin Ji Zhongli, Xiong Zhiyi, Wu Xiaollin Chao Zhongxi, Sun Guogang, et al Gao Cuizhi, Sun Guogang, et al Song Jianfei, Sun Gguogang, et al Song Jianfei, Sun Guogang, et al Wan Gujun, Sun Guogang, et al Ji Zhongli, Wu Xiaolin, Shi Mingxian 论文题目 Experimental and numerical simulation investigations on particle sampling for high-pressure natural gas Experimental investigations on a cyclone separator performance at an extremely low particle concentration Gas flow behavior and residence time distribution in a rough-cut cyclone Characterizing the dynamic property of the vortex tail in a gas cyclone by wall pressure measurements Gas flow behavior in industrial FCC disengage vessels with different coupling configuration between two-stage separators Gas flow behavior and residence time distribution in a FCC disengage vessel with different coupling configurations between two-stage separators Solids concentration simulation of different size particles in a cyclone separator Experimental research on the natural turning length in cyclones 刊物名称 期卷号、时间 2008,87: 3096~3104 2009,191: 254~259 2005,106: 43-52 2010,91: 921-926 1. Fuel 2. Powder Technology Chemical Engineering Journal Fuel Processing Technology Powder Technology 3. 4. 5. 2008,183: 444-453 6. Powder Technology 2010,201: 258-265 7. Powder Technology Proceedings Filtech Europa 化工学报 2011,207: 94-104 Karlsruhe, Germany, 1991 2010，61（9）：2334～2339 2012,63（11）：3506-3512 2010，38（9）：42～44 8. 9. 张星，姬忠礼，高压天然气管道内粉尘在线检测方陈鸿海，熊至法 宜 许乔奇，姬忠礼，等 高温烟气颗粒物在线检测装置性能评价 10. 化工学报 11. 张星，姬忠礼，高压天然气管道内粉尘在线检测系陈鸿海，熊至统性能分析 宜 3

石油机械

12. 付松广,陈友方,陈红生,姬忠礼 吴小林, 申屠进华，姬忠礼. 熊至宜，吴小林，姬忠礼 吴小林，熊至宜，姬忠礼，时铭显 万古军，孙国刚，等 熊至宜, 吴小林, 杨云兰 吴小林，熊至宜，姬忠礼 李柏松，姬忠礼，等 高翠芝 孙国刚，等 高翠芝 孙国刚，等 熊至宜，姬忠礼，等 迟化昌，姬忠礼，等 吴小林， 熊至宜， 姬忠礼 李柏松 姬忠礼 汪生月 李柏松，姬忠礼，陈洪玉 用于高压天然气管道的粉尘检测装置 PV型旋风分离器内三维流场的数值模拟 高压天然气田用旋风分离器内流场的数值模拟 旋风分离器旋进涡核的数值模拟 压力对旋风分离器内颗粒浓度分布影响的模拟 高压下多管旋风分离器压降模型 天然气净化用旋风分离器气液分离性能 液体黏度和表面张力对滤材气液过滤性能的影响 旋风分离器旋涡尾端位置的实验测量及其影响因素 旋风分离器旋风长度的分析计算 聚结过滤元件过滤性能影响因素的测定与分析 天然气用纤维过滤器非稳态性能实验研究 天然气净化用多管旋风分离器的分离性能 滤材结构参数对气液过滤效率的影响 天然气过滤器气液分离性能的实验研究 石油机械 2007，35（2）：36～38 2003，19（5）：74-79 2005，41（10）：193～199 2007，58（2）：383～390 2008,24（6）：689-696 2010，61（9）：2426～2429 2010，61（9）：2430～2436 2010，61（5）：1150～1156 2011,27（6）：952-958 2012,28（1）：94-98 2012，63（6）：1742-1748 2007,31（6）：87～97 2010，10（1）：41～45 2009，37（10）：38～40 2007，27（10）：123～125 13. 石油学报 机械工程学报 化工学报 石油学报（石油加工） 化工学报 化工学报 化工学报 石油学报（石油加工） 石油学报（石油加工） 化工学报 中国石油大学学报 过程工程学报 石油机械 天然气工业 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 4