天然气的长距离管道输运能耗较大，必须要用压缩机多次中转增压。由于天然气在开采和输送过程中，以及输气管道铺设、中转站的施工中都会带来很多杂物、液粒。另外管道和设备长期运行会被冲刷、腐蚀，造成气体中产生一定量的细粉。这些固体杂粒穿过高压阀门进入压缩机、会磨损和损坏设备。因此，各中转站压缩机前须设立除尘净化系统。西气东输工程气体净化系统采用了初级分离器（以下简称“初分器”）和二级精细过滤器（以下简称“精滤器”）两级串联运行，可将天然气中大于1μm的固体细粉完全除去，保证了阀门和压缩机长期安全运行。初分器结构简单，能连续操作，压降低且稳定，可有效地防止精滤器的损坏或堵塞而造成净化系统失效。
1. 天然气净化系统对初分器的要求
(1) 气量大。西气东输工程一个中转站的输气量可达1460km3/h(标准状态)以上，因此要求初分器有较大的处理能力。
(2) 压力高。气体压力一般在6～9MPa，初分器的结构必须能承受高压，安全可靠。
(3) 温度波动范围较大。由于受到气温的影响，初分器的结构要能适应-15～30℃变化的要求，操作弹性要好。
(4) 气体中固体粒度分布范围宽，最大颗粒可能超过1mm，最小细粉在10μm以下，因此要求初分器适应能力要强，要能有效地将大于10μm以上的细粉完全除去，以保证精滤器和压缩机的安全运行。
(5) 压降要低，初分器单台压降不得大于0.05MPa。
2. 初分器的结构特点
(1) 采用了多管式分离器。壳体内径1.2m，内置若干个分离单管，分离单管数量可根据不同的气量来设计和调节。壳体安全阀定压分别为10.5MPa和
6.93MPa。采用较小直径的壳体是为了满足选材、操作、焊接和热处理的要求，而且制造、运输和安装都比较方便。不同处理量可用多台分离器并联。
(2) 分离单管采用了石油大学开发的新型专利技术，直径小，压降较低（<0.05MPa），分离效果好，能有效地将气体中大于10μm的固粒除尽，而且对气量和固体粒径变化适应性很强。
(3) 分离单管立式布置，并由2个水平隔板分成3个独立的工作室：进气室、排气室、排灰室。为便于内部检查，每个工作室均单独设置一个人孔或手孔。初分器采用支腿结构，便于人工清灰。
(4) 初分器壳体材料为15MnNbR低合金钢，设计温度为-19～66℃。分离单管为碳钢，整个分离器的造价相对比较低廉。
3. 主体材料的选择
(1) 壳体材料采用15MnNbR，15MnNbR钢板具有强度和韧性优于16MnR，而焊接性能与其相近等特点，是制造高压容器的理想用材。该钢板当厚度大于36mm时抗拉强度下限值较16MnR钢板相应厚度高10.6%，较15MnVR钢板高6.1%，因此采用15MnNbR钢板制造高压分离器可减薄壁厚，降低造价，同时也提高了分离器的安全可靠性。
(2) 锻件采用16Mn Ⅲ（特殊定做）。
(3) 要求上述材料在-20℃时的AKV值：3个试样的平均值≥34J，单个试样的最低值≥ 27J，以满足在寒冷季节进气的工况。
4. 焊接
4.1 焊接性能分析
15MnNbR及16Mn含碳量较低，含锰量较高，具有较好的抗热裂性能，不易产生热裂倾向。这两种钢碳当量（Ceq）分别为0.447和0.55，属于有淬硬倾向的钢，必须控制焊接热输入和采取预热等工艺措施，以防冷裂纹的产生。
4.2 焊接工艺评定
分离器的壳体由圆筒体及上、下两个椭圆形封头组成，壁厚41mm。管口采用厚壁管整体补强，接管为16Mn Ⅲ锻件，最大壁厚80mm。设备要求焊后整体热处理。
对于主体材料的焊接，进行了3项板材对接工艺评定，试件厚度40mm。15MnNbR与15MnNbR的焊接采用SMAW和SAW焊接法；15MnNbR和16Mn Ⅲ的焊接采用SMAW焊接法。焊接预热温度100℃，层间温度250℃，焊后进行消应力热处理，在560℃±20℃保温150min。
经过对其力学性能评定，结果表明满足图纸及相关标准的要求，证明所拟订的焊接工艺是合格的。
4.3 焊接措施
由于设备的直径较小，钢材厚度大，拘束应力较大，因此对焊接坡口、焊工资格、焊接材料管理、焊前预热、焊后消氢处理、焊缝清根、无损检测等均提出了明确要求。
（1）制定合理的坡口，尽量减少熔敷金属量，并且便于焊工施焊操作。根据结构尺寸，拟订采用不对称双面坡口，内部坡口深度为1/3板厚，把大部分焊接工作量放在筒身外部进行。
（2）施焊受压元件焊缝，焊工必须按《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》规定考试合格，严格按照焊接工艺规程进行施焊。
（3）严格控制焊接过程的纯净度，降低熔敷金属中的氢含量。焊接材料订购时，对其S、P含量，要求与母材的一致。焊条、焊剂在使用前须在350～400℃烘干。焊前将坡口及附近20mm范围内的水、锈和油污等清除干净。
（4）采用较低预热温度和焊后热热处理的措施，降低应力水平。预热按标准要求下限，为100℃，焊缝一次焊接完毕。层间温度控制在100～250℃之间。焊接完毕后，立即进行200～250℃焊后热热处理，保持30min，以利于扩散氢充分逸出。
（5）对A、B类焊接接头进行100%X射线检测加20%超声检测，射线检测结果按JB4730-94的Ⅱ级评定，超声按Ⅰ级评定。对D类焊接接头进行100%超声检测和100%磁粉检测，超声检测结果按JB4730-94的Ⅰ级评定，磁粉按Ⅰ级评定。
（6）对该设备进行炉内整体消应力热处理。热处理温度560℃±20℃，保温150min，热处理后，对焊缝、热影响区进行硬度检测，其值不大于240HV10 。
5. 工业应用
由陕西（靖边）到上海的输气管道共投用了46台用此焊接工艺制造的分离器，从2003年全线贯通到2005年，已安全运行近两年。□