高溫高壓飛灰過濾器故障原因分析及改進措施

劉宏明

(同煤廣發化學工業有限公司，山西 大同 037001)

工業生產環境較差，設備需要在高溫高壓等環境下進行作業。為了保障設備穩定運行，對高溫高壓設備故障原因進行分析，并根據實際情況提出改進措施。

飛灰過濾器；故障原因；改進措施

引 言

煤氣化工藝過程中，原料煤轉化為包含氫氣、甲烷、一氧化碳的組成氣體能夠用作發電燃料，同時也能夠用作裂解產品的進料。煤燃料在實際生產環節中產生飛灰，在高溫高壓的狀態下，濕法洗滌灰塵和干法脫除灰塵堆積，將會引發過濾器發生故障。因此，對高溫高壓飛灰過濾器故障原因進行分析，并研究其相應的故障消除辦法，對于提升化工生產效率至關重要。

1 高溫高壓飛灰過濾器構成與參數設定

以S1501飛灰過濾器為例(見圖1)，研究其設備在高溫高壓環境下的故障。首先，S1501過濾器是一種高溫高壓飛灰過濾設備，在化工生產中位于飛灰收集工序頂端，在這樣的處理下能夠保障合成氣達到一定的工程標準。其次，濕洗工序中對合成氣粉塵進行洗滌，可消除合成氣中99%的飛灰[1]。

S1501飛灰過濾器系統主要由3部分組成：第一，過濾系統。過濾系統的重要構件就是濾芯，本系統中包含了5組濾芯，每組濾芯48根陶瓷濾芯。

圖1 高溫高壓飛灰過濾器結構圖

濾芯在實際應用中，不經過清洗的情況下，其壽命比較低。但清洗之后的濾芯與新的濾芯相比，其機械強度等條件都顯著提升。第二，控制系統。基于高溫高壓飛灰過濾器的控制系統由PLC進行控制，主要針對系統反吹閥進行控制。在實際應用中，該種反吹閥的運作按照具體的工藝來進行，相應的運作模式參數如第91頁表1所示[2]。第三，執行系統。飛灰器鍋爐執行設備實際上為反吹再生系統。上一環節中被過濾掉的飛灰會聚積在濾芯表面上，當飛灰在濾芯上聚集比較多時導致濾芯的實際過濾功能喪失。為了保障執行系統中的濾芯能夠繼續發揮作用，需要應用再生反吹系統。具體的做法為，引入15組濾芯對應15臺反吹閥，在每組濾芯上設置倒立的文丘里管。當反吹閥的出口能夠對準文丘里管之后，將帶有的飛灰脫離濾管，使得聚在濾芯上的飛灰脫離，執行設備的功能再生。其中，反吹閥的實際應用壽命在10萬次動作左右，其動作運行的時間間隔為15 s，設備運作所循環的時間為4 min，反吹閥可能持續運行時間為280 d[3]。

表1 反吹閥工藝參數

2 高溫高壓飛灰過濾器故障原因分析

2.1 故障判定

在飛灰過濾器設備運行環節中，需要判斷設備是否在正常運行。通常情況下，應對其指標進行監控，以綜合判斷過濾芯的實際運作狀態。

2.1.1 基于壓差的故障影響

在飛灰過濾器運行環節中，壓差是過濾器的重要參數，該種壓差指標直接決定著過濾器是否存在著較為嚴重的損壞情況。多次調查發現，壓差指標值未超過系統中所設定的最高警戒值30 kPa。然而，在某次高溫高壓飛灰過濾器故障調查中發現，系統壓差突然超過了50 kPa，在設備故障檢測中濾芯損壞。

2.1.2 氣體含量超標

在濾芯正常運行情況下，能夠過濾掉合成氣中的大部分飛灰。對于過濾器設備安全進行判斷的環節中，僅通過其固含量進行分析是比較片面的，不能直接判斷出過濾器的實際損傷情況[4]。

2.1.3 氣壓降問題反饋

在飛灰過濾器正常運行情況下，其反吹氣壓降大于0.15 MPa。將時間和氣壓作為反吹判斷條件，按照反吹的時間間隔確定其周期性的變化趨勢。反吹趨勢圖如圖2。為了監控反吹壓降的實際變化，需要及時發現其濾芯是否存在故障。

圖2 反吹氮氣壓降趨勢圖

2.2 綜合故障原因分析

高溫高壓飛灰過濾器故障產生的原因主要集中為，在實際過濾中濾芯的過濾效率不佳。從氣化爐系統運行上分析，氣化爐系統運行速率不穩定，隨著負荷的增加而變化。此外，氣化爐的系統溫度控制較為混亂，溫度對于飛灰過濾器運行效果產生影響[5]。

3 高溫高壓飛灰過濾器故障改進措施

3.1 有效降低系統反吹頻率

縮短反吹頻率，在反吹模式中將反吹時間間隔縮短為11 s。這樣，飛灰過濾器反吹濾芯上所附著的灰塵將會減小。從具體的效果上分析，在反吹時間降低的情況下，反吹閥動作的頻率也會顯著提升。當飛灰過濾器發生這樣的變化時，其實際的壽命將會縮短很多。因此，在高溫高壓飛灰過濾器設備正常運行中，需要強化巡檢與維護，在生產停工階段進行反吹閥的定期更換[6]。

3.2 增加安保濾芯

在飛灰過濾器系統運行中，當濾芯失效時，大量的飛灰在未被過濾的情況下會直接飛到安保濾芯中。在這樣的背景下，飛灰滲透到濾芯器材上，導致其在設備底部沉淀，造成飛灰過濾器設備堵塞。因此，在進行飛灰過濾器故障改造環節中，需要安裝安保濾芯，避免飛灰沉淀到系統下游中。在具體的施工安裝環節，應避免對其他濾芯造成破壞。

3.3 增加過濾器有效過濾面積

在保障高溫高壓飛灰過濾器運行的基礎上，需要增加飛灰過濾器實際過濾面積，從而提升飛灰過濾效率。具體的做法是，直接增加濾芯長度，當前的濾芯長度可以控制在1.5 m。在設計2 m長濾芯的情況下，其過濾面積會顯著增加33%。這樣，飛灰過濾器系統性能將會提升。

4 結論

對高溫高壓飛灰過濾器故障進行分析，提出了相應的過濾器故障改進措施，如，縮短反吹頻率、增加安保濾芯、增加過濾器有效過濾面積。在飛灰過濾器設備運行環節中，需要判斷設備是否正常運行。通常情況下，應對其指標進行監控，以綜合判斷過濾芯的實際運作狀態。

[1] 郭劍峰.殼牌煤氣化飛灰過濾器濾棒故障后的處理措施[J].化工設計通訊,2015(6):57-59.

[2] 劉魯偉.殼牌煤氣化高溫高壓飛灰過濾器濾芯損壞分析及解決措施[J].科技傳播,2013(15):167-168.

[3] 董亞軍.Shell煤氣化工藝高溫高壓飛灰過濾器S1501分析及解決措施[J].河北化工,2012(1):18-21.

[4] 林凱.殼牌氣化爐開工燒嘴點火故障分析及預防措施[J].中外能源,2010(12):84-89.

[5] 孫婭茹.鋅冶煉、銅加工設備的開發和改進[D].長沙：中南大學,2005.

[6] 謝冰,李國臣,石勇.OAT過濾器故障分析及改進措施[J].大氮肥,2003(6):394-396.