乙烯裂解自動清渣過濾器研制及應用

（中油股份獨山子石化分公司研究院，新疆 獨山子 833699）

乙烯裂解自動清渣過濾器研制及應用

周選民，賀訓育，何志剛，趙久國，艾麗曼

（中油股份獨山子石化分公司研究院，新疆 獨山子 833699）

本文介紹了乙烯裂解急冷油自動清渣過濾器的研制，通過現場實際應用，使用效果良好。

自動清渣；過濾器；研制；應用

1 概述

乙烯裂解裝置的10-S-101過濾器及其后邊的l0-P-102泵共同組成了急冷油大循環的動力單元（原則流程圖見圖1）。當10-S-101堵塞時，一則導致機泵抽空，機封失效、泄漏；二則導致急冷器溫度上升，10-C-101塔溫度上揚，急冷油粘度增加，最高可達2000～3000cps(正常應為50～80cps)，從而使過濾器內過濾網結焦更加嚴重，導致惡性循環。此情形將影響裝置的正常生產，裝置只有被迫降負荷，才能保證急冷油溫度、粘度正常。

圖1 過濾器原則流程圖

由于急冷油過濾器沒有自動清渣的功能，所以當帶有粘稠雜質的急冷油經過濾網網孔時，網孔很容易被糊住，當被糊的網孔不斷增加而達到一定比例后，濾網的流通性就變差而無法滿足后續工序的需要。這時就必須拆除過濾器，取出濾網進行人工清渣，一般1個月就必須清渣一次。由于在常溫下，網孔上的雜質變得很硬而且結得很死，很難清理，既影響生產，勞動強度又大，給維修人員帶來很大不便。而10-P-102泵是乙烯裂解裝置急冷區的關鍵機泵。如過濾器10-S-I01被雜質堵死，會導致裝置操作困難，甚至退料、降負荷，成了影響乙烯車間“安穩長”運行的瓶頸。為此，設計安裝一套自動清渣裝置進行自動清渣勢在必行。

2 過濾器的工作原理

乙烯裂解裝置使用三臺急冷油過濾器，過濾能力為662m3/h，采用立式結構。過濾器工作原理見圖2。溫度為200℃左右的急冷油由進料口進入過濾器，經過過濾器過濾后，濾液經過出料口到下道工序。濾掉的渣子靠重力作用沉降到過濾器底部，隔一段時間打開過濾器底部閥門，將雜質放到儲渣罐內。

圖2 過濾器的工作原理

3 自動清渣機的設計

3.1 基本結構

自動清渣過濾器的基本結構見圖3。它由電機、減速器、支架、密封系統、刷子系統等組成。

其工作原理是：電機和減速器通過套筒聯軸器帶動上軸轉動。上軸通過撥又聯軸器帶動刷子系統轉動。通過刷子系統的轉動，使刷子刷過濾網從而達到清渣的目的。

3.2 清渣原理

當粘稠的雜質糊在濾網網孔上時（如圖4），刷子作用給濾網的力可以分解為沿過濾網的切向力和垂直于過濾網的法向力。切向力將雜質清除，法向力將雜質擠壓出濾網外，使濾網網孔暢通，清渣過程與過濾過程同時進行。由于整個系統由電機帶動而無需人工操作，實現了對過濾器的自動清渣。

圖3 自動清渣過濾器的基本結構

圖4 刷子工作原理圖

3.3 設計要點

（1）原動機。原動機選擇為電動機，其功率選擇必須足以克服慣性力和各種摩擦力所消耗的功率。選用功率為0.55kW的防爆電機。

（2）密封系統。由于該過濾器的介質為急冷油，粘度為50～80cps，壓力為0.21MPa。所以選用填料密封就可以滿足要求。填料選用柔性石墨和peveking填料混合使用。

（3）減速器。當刷子轉動時，由于粘性作用而被其帶動的正常介質和雜質也隨之作圓周運動，于是便產生一個離心力。該離心力的大小與刷子轉速、介質及與軸的距離成正比，其方向沿過濾網直徑指向濾網。很明顯，對于雜質的清除來說，這是一個有害力。當離心力大到一定程度時，濾網更容易被雜質堵塞，雜質的清除也更加困難。為了減小這一有害的離心力，必須嚴格限制刷子的轉速。我們將刷子軸的轉速確定為4r/min，因而減速器選用傳動比為i=355的圓柱齒輪組合式減速器。

（4）開孔補強校核。由于過濾器是一種壓力容器，而我們在設計自動清渣機的過程中需要在過濾器封頭上開孔。開孔的結果，不但會削弱容器壁的強度，而且在開孔附近會形成應力集中，于是開孔附近就可能成為容器的破壞源。為保證過濾器的安全工作，需對過濾器進行開孔補強計算。如開孔后的強度不足，應進行開孔補強。通過計算，符合強度條件，無需進行補強。

（5）自動補償系統（圖5）。由于刷子在使用過程中，不可避免要發生磨損現象，而刷子是自動清渣機的關鍵易損零件。為盡可能延長刷子乃至清渣機的使用壽命，我們研制出一套自動補償系統。該系統不僅在工作狀態下可使刷子與濾網緊密貼合，而且當刷子磨損或濾網變形后可起補償作用。即使濾網不夠圓整，刷子也可進行正常的清渣工作。當刷子磨損時，彈簧向濾網方向推動刷子，使刷子仍然緊貼濾網，實現了自動補償。

圖5 自動補償系統結構圖

（6）彈簧的設計。

①彈簧的選材。在工作狀態下，彈簧始終浸沒在溫度為200℃的急冷油內，在這樣的溫度下，一般的彈簧材質都存在高溫失彈現象。因此，要求彈簧材料能夠耐高溫及耐一定程度的腐蝕。我們選用不銹鋼絲材料1Cr18Ni9Ti作為彈簧材料，該材料推薦使用的最高溫度為300℃。

②彈簧主要尺寸的確定。通過刷子系統的受力分析，最初刷子沒有磨損時，設計上彈簧彈力T2=70N，下彈簧彈力T1=40N。當刷子磨損完時，設計上彈簧彈力為T2’=40N，下彈簧彈力為T1’=10N。通過計算，設計的彈簧具體尺寸如表l。

表1 彈簧的設計參數

（7）定時控制系統。由于清渣的周期性所決定，刷子在運行過程中，并不需要不停地轉動。連續運轉，一方面會使濾網過早磨損，縮短濾網的使用壽命，增加成本；另一方面，也造成了刷子的過度磨損，無形中縮短了刷子的運行周期，增加了維護工作量。因此，我們為清渣機設計安裝了一套定時控制系統。

該定時控制系統由兩個時間繼電器組成，分別對運行時間及停止時間進行控制，目前我們將運行時間定為10分鐘，停止時間定為50分鐘，每小時作為一個循環周期。循環周期可根據現場具體情況作出相應調整。

該定時控制系統可延長刷子及濾網的使用壽命，使該清渣機的自動化程度有了相當程度的提高。

4 應用

按以上要求設計制造的自動清渣機，首先進行了臺架試驗，并進行了完善和改進。從長時間臺架試驗的情況來看，效果很好。由于臺架試驗無法模擬現場工況，所以現場試驗顯得更為重要。隨后，立即在乙烯裂解10-S-101A過濾器上安裝，進行了近6個月的現場試驗，在這期間打開過一次以進行各種檢查，打開后發現：系統運行良好；清渣效果很好，濾網很干凈，沒有發生堵塞現象；刷子磨損輕微；彈簧系統使用良好。

5 經濟效益和社會效益分析

急冷油內含有苯類致癌物質，有較大的刺激性氣味。以往操作工需進罐清渣，不僅工作環境惡劣，而且嚴重影響人員的身體健康。安裝自動清渣機后，操作工可根據過濾器運行的不同階段設置不同的清渣時間，保持最佳的清渣效果，徹底將操作工解放出來，減輕了工人的勞動強度，以便集中精力搞好操作。

自動清渣機的安裝，使整個急冷油系統在不斷循環中，渣粒被逐步分離出來，使系統可靠性有較大提高。原系統中各調節閥閥芯頻繁被堵的情形大為減少，使10-C-101及10-C-103塔釜內結焦減少，大大提高了該系統設備的穩定性，為裝置的安全生產打好基礎。

不僅如此，自動清渣機的安裝還可提高急冷油的品質，改善環境，產生了很好的社會效益。

未安裝自動清渣機之前，至少每個月就必須打開過濾器頭蓋，取出濾網進行清理。10-S-101過濾器自動清渣機的使用，大大減少了停機人工清渣的次數。最多半年打開頭蓋清理一次，預計裝一次刷子使用壽命可達1年以上。

6 結語

經實際應用，帶有自動補償系統的清渣機，其結構設計是合理和可行的，能有效防止雜質糊住濾網網孔。與日本住友機械工業株式會社設計的清渣機相比，具有較大的優越性。后者的刷子調整設計為手工調整，需打開過濾器頭蓋，取出刷子系統進行調整，調整麻煩，安裝困難。而帶有自動補償系統的清渣機解決了這一問題。

該項技術可以應用在各種乙烯急冷油過濾器上，也可應用在相同原理的過濾器上，應用前景較為廣闊。

[1]徐灝.機械設計手冊（第4卷）[M].機械工業出版社. [2]顧永泉.流體動密封[M].石油大學出版社.

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1671-0711（2017）06（上）-0083-03