高溫高壓飛灰過濾器的常見故障及解決措施

張迎松

（福建合盛氣體有限公司，福建福州 350100）

高溫高壓飛灰過濾器是shell煤氣化裝置中的關(guān)鍵設(shè)備之一，設(shè)計(jì)用來去除工藝合成氣中的灰塵。氣體攜帶的飛灰在濾棒外表面被收集，過濾后的合成氣中灰塵含量約1~2mg/m3（標(biāo)），通過過濾器管口進(jìn)入容器的頂部，該氣體直接送往文丘里J1602至洗滌塔C-1601。高溫高壓過濾器設(shè)置了反吹系統(tǒng)，利用7.87MPa、225℃的超高壓合成氣對濾芯進(jìn)行反吹，以保證將過濾器的壓降控制在0.03MPa之內(nèi)。

高溫高壓飛灰過濾器故障，在一段時(shí)間內(nèi)是影響Shell煤氣化裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。

1 高溫高壓飛灰過濾器常見的故障及原因分析

高溫高壓飛灰過濾器在運(yùn)行過程中，常見的故障主要包括濾芯斷裂、通氣錐損壞、合成氣泄漏等故障，這些故障直接導(dǎo)致煤氣化裝置停車。

1.1 高溫高壓過濾器濾芯斷裂

1.1.1 濾芯斷裂的判斷

Shell煤氣化裝置的飛灰過濾器采用陶瓷濾芯的過濾器，陶瓷濾芯由多孔碳化硅作為支撐骨架，相對比較脆弱，容易斷裂。

濾芯的壓差直觀地反映濾芯運(yùn)行的狀況，濾芯在斷裂前受到超過正常范圍的負(fù)荷，壓差上漲超過正常值，而在濾芯斷裂后，壓力變小，壓差會明顯下降。

如果在濾芯斷裂后沒有立即停車，循環(huán)氣壓縮機(jī)的入口氣體的灰塵含量變大，造成入口過濾器阻塞，激冷氣流量將會逐漸變小。觀察洗滌塔C1601的水樣渾濁，呈乳白色。洗滌水循環(huán)泵各物流的流量與激冷氣量變小綜合判斷濾芯出現(xiàn)了斷裂。

1.1.2 飛灰過濾和濾芯反吹原理

裝置運(yùn)行過程中，飛灰沉淀在過濾棒外面的形成一個(gè)濾層，稱為濾餅。有一根單獨(dú)的管線從容器頂部的環(huán)形管處引到過濾器反吹管，用于每組過濾棒的清洗。通過一個(gè)由PLC控制的噴氣式脈沖清洗閥門進(jìn)行飛灰驅(qū)散。每組過濾棒的清洗間隔取決于當(dāng)前的壓差，其次取決于灰塵的負(fù)荷、通過過濾器的流量及其流率。

1.1.3 高溫高壓過濾器濾芯斷裂原因分析

在裝置的運(yùn)行過程中，若反吹不充分，飛灰就會在濾芯中間積聚，當(dāng)達(dá)到架橋時(shí)間即飛灰填滿相鄰濾芯間隙的時(shí)間，就會產(chǎn)生架橋。下一個(gè)反吹周期到來時(shí)，高流量的氣體反吹，就會產(chǎn)生使濾芯彎曲的力，導(dǎo)致陶瓷濾芯斷裂。

除架橋?qū)е聻V芯的斷裂外，異常的氣流沖擊也會導(dǎo)致陶瓷濾芯的斷裂。如均壓閥15XV0008/0009打開造成的沖擊。在V1502充壓準(zhǔn)備連通V1501，V1502 高于后者壓力，在平衡壓力時(shí)未使15PV0009 將二者壓力均衡，或者在二者存在較大壓差時(shí)手動打開閥門15XV0008/0009，均會對管口正對濾芯造成沖擊，導(dǎo)致斷裂。

1.2 過濾器架橋原因分析

高溫高壓飛灰過濾器灰分架橋和收到氣流異常沖擊會導(dǎo)致斷裂，但是灰分架橋是濾芯斷裂的常見因素，以下主要就架橋原因進(jìn)行分析。

1.2.1 反吹閥故障

反吹閥故障的主要原因：①電磁閥燒壞或線路故障，反吹閥無法正常動作；②儀表風(fēng)較臟，顆粒物將電磁閥內(nèi)部堵塞，反吹閥無法動作；③合成氣反吹時(shí)，缺少保溫和電伴熱導(dǎo)致凝露，二氧化硫腐蝕反吹閥內(nèi)部，造成反吹閥異常。

1.2.2 儀表氣源問題

為了達(dá)到反吹時(shí)脈沖的效果，反吹閥所需的快開時(shí)間小于100ms，若儀表氣管線太細(xì)造成高壓降，或儀表氣管線有泄漏，影響儀表氣供應(yīng)，增加反吹閥快開時(shí)間，影響反吹效果，導(dǎo)致飛灰積集架橋。

1.2.3 文丘里翻倒

設(shè)計(jì)反吹管較長，固定強(qiáng)度不夠，在反吹脈沖時(shí)，發(fā)生晃動，反吹氣噴射不正，造成文丘里管承壓過大。這種周期性的力導(dǎo)致固定螺栓疲勞失效，造成文丘里松動并倒塌，文丘里倒塌后，反吹無法正常進(jìn)行，造成飛灰架橋而使濾芯損壞。

1.2.4 合成氣中的水分過高

氣化裝置運(yùn)行過程中，燒嘴泄漏、隔焰罩的泄漏，或其他部位的水冷壁管泄漏，導(dǎo)致合成氣水分過高，飛灰與凝結(jié)水形成更黏的濾餅，導(dǎo)致濾餅無法從濾芯表面清除，將使濾芯表面和濾芯之間形成架橋，可能導(dǎo)致濾芯斷裂。

1.2.5 新舊濾芯的混用

部分濾芯損壞后，若將清潔后的濾芯與更換的新的濾芯混合安裝使用，由于新濾芯的通透效果比舊濾芯好，將導(dǎo)致飛灰向通透性好的新濾芯偏流，局部飛灰負(fù)荷過載，飛灰積聚導(dǎo)致架橋甚至濾芯斷裂。

1.3 通氣錐破損

通氣錐是飛灰過濾器的另一個(gè)重要的通氣元件，通氣錐的損壞也會導(dǎo)致高溫高壓飛灰過濾器無法正常運(yùn)行，甚至造成裝置停車。

1.3.1 雜質(zhì)進(jìn)入清潔側(cè)堵塞微孔，導(dǎo)致通氣錐破損

管道在裝置試車或檢修過程中，帶入雜質(zhì)，在加壓的過程中雜質(zhì)顆粒附著在通氣錐的進(jìn)氣側(cè)，堵塞了微孔，造成壓差過高，導(dǎo)致通氣錐破損。

1.3.2 聯(lián)鎖設(shè)置的不完善

為了保證穩(wěn)高壓氮?dú)庀到y(tǒng)氮?dú)鈨?yōu)先穩(wěn)定供應(yīng)，當(dāng)煤氣化裝置氮?dú)庥昧窟^大，導(dǎo)致穩(wěn)高壓氮?dú)鈮毫Τ霈F(xiàn)低報(bào)警時(shí)，聯(lián)鎖30US0002將動作并關(guān)閉30XV0002，切斷高溫高壓陶瓷過濾器的通氣錐氮?dú)夤?yīng)，此時(shí)處在自動控制的通氣錐氮?dú)饬髁靠刂崎y會自動開大調(diào)節(jié)閥。氮?dú)鈮毫貜?fù)正常后，30XV0002允許開啟，一旦操作人員未注意到通氣錐的流量控制閥的變化，直接打開30XV0002，大量氮?dú)鈱_擊通氣錐，造成通氣錐的損壞。

1.4 合成氣泄漏

1.4.1 S1501入口法蘭泄漏

某公司煤氣化裝置曾經(jīng)由于S1501入口法蘭泄漏停車，S1501入口法蘭，公稱直徑DN1000，公稱壓力PN10.0，入口法蘭采取焊環(huán)加密封墊（在法蘭焊環(huán)之間先加密封墊，法蘭螺栓把緊，之后在焊環(huán)與法蘭密封面之間采取密封焊）。由于所加密封墊為帶外環(huán)纏繞墊，管道內(nèi)部介質(zhì)為粗合成氣并且含灰，帶壓含灰合成氣沖刷，纏繞墊密封填料層內(nèi)圈被沖刷磨損，導(dǎo)致密封墊密封填料層有兩個(gè)部位被沖刷磨損穿孔。焊環(huán)密封焊原始施工時(shí)未采取氬弧焊，焊接質(zhì)量差，存在夾渣和氣孔等缺陷，當(dāng)墊片密封填料層被沖刷磨損后，帶壓含灰合成氣順著氣孔往外泄漏，灰在高壓氣體帶動下，對密封焊縫產(chǎn)生磨損，致使泄漏擴(kuò)大起火，氣化裝置停車。

1.4.2 合成氣滯留區(qū)腐蝕泄漏

1.4.2.1 15PDI-0002引壓管的泄漏

15PDI-0002是高溫高壓飛灰過濾器的關(guān)鍵控制點(diǎn)，由于伴熱和保溫效果不理想，儀表反吹不充分，合成氣在引壓管切斷閥處腐蝕泄漏，嚴(yán)重影響了裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.4.2.2 V1501的平衡線處的腐蝕泄漏

V1501與V1502平衡管線15XV0008/0009與15XV0010間斷流通，合成氣易在交接點(diǎn)積集，由于伴熱不充分，形成冷凝腐蝕，導(dǎo)致合成氣泄漏，影響裝置的運(yùn)行。

2 解決措施

2.1 飛灰過濾器濾芯的維護(hù)

（1）正確安裝濾芯和內(nèi)件，如小管板、文丘里管和定位板等部件，按照Pall公司的指導(dǎo)手冊進(jìn)行，防止由于安裝問題導(dǎo)致濾芯損壞。

（2）合適的工藝和操作參數(shù)：①合成氣流量、壓力、溫度應(yīng)滿足指標(biāo)要求。②反吹氣應(yīng)干燥、無油、無顆粒物，其壓力保證2倍于過濾器內(nèi)部壓力操作。

（3）反吹情況監(jiān)控，反吹氣壓力變化趨勢是衡量反吹功能是否正常有效標(biāo)準(zhǔn)，通過操作界面可以清晰地表明反吹閥的工作狀態(tài)和反吹效果。如果反吹氣壓力變化趨勢異常，操作人員必須立即到閥門所在位置檢查閥門故障的原因。

（4）定期檢查作好預(yù)防性檢修。①過濾器內(nèi)件的年度檢查。②反吹閥門的年度檢查。

2.2 濾芯更換

若出現(xiàn)濾芯斷裂，檢修需要更換濾芯，應(yīng)該用全新的或者全部清洗的濾芯替換所有濾芯，避免新舊濾芯混用，在過濾器中所有的濾芯必須有一致的通透性，避免由于氣體通過不均，造成局部過負(fù)荷，導(dǎo)致局部濾芯架橋。

2.3 合成氣管線維護(hù)

（1）加強(qiáng)正常無流動或間歇流動區(qū)域的檢測，做好預(yù)檢修防止泄漏，確保有足夠的伴熱和保溫，以防止管線出現(xiàn)冷凝或NH4Cl結(jié)晶造成腐蝕。

（2）考慮對易腐蝕造成泄漏的部位采用碳鋼內(nèi)襯不銹鋼（或者incoloy825）更換不銹鋼管線，以防止由于腐蝕導(dǎo)致合成氣泄漏。

2.4 聯(lián)鎖完善

為了防止氮?dú)獾蛪郝?lián)鎖解除后，人為操作失誤，大量氮?dú)鉀_擊導(dǎo)致通氣錐的損壞，可增設(shè)聯(lián)鎖，在30XV0002沒有“開”回訊時(shí)，聯(lián)鎖強(qiáng)制15FV0001和15FV0003關(guān)閉。

2.5 技術(shù)改造

2.5.1 文丘里加固

針對反吹噴嘴震動和文丘里固定強(qiáng)度不夠進(jìn)行改造，將反吹噴嘴與文丘里口連接，并對文丘里與管板連接底座加強(qiáng)，防止文丘里翻倒。

2.5.2 平衡管管口增設(shè)擋板

為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備本質(zhì)安全，防止在V1502壓力高于V1501時(shí)的工藝操作失誤，導(dǎo)致在氣流沖擊下?lián)p壞平衡孔處的濾芯，在平衡孔處設(shè)置一擋板，避免氣流造成濾芯的沖擊和損壞。

2.5.3 選用金屬濾芯

綜合考慮陶瓷材料的局限性與金屬材料的優(yōu)缺點(diǎn)，新型高性能金屬過濾管選擇金屬材質(zhì)必須耐高溫、耐腐蝕。制作特種金屬粉末，通過控制結(jié)構(gòu)形式與成形、燒結(jié)及梯度層的表面復(fù)合工藝，確保過濾管的孔徑型結(jié)構(gòu)、孔徑分布與整體強(qiáng)度，以滿足過濾管的使用性能要求[1]。近年來，國內(nèi)廠家通過不斷的探索開發(fā)已研制性功能較優(yōu)越的金屬濾芯，部分用戶嘗試取代陶瓷濾芯的使用。

2.5.4 選用保安濾芯

使用保安濾芯可以在過濾器濾芯損壞的情況下為下游設(shè)備提供保護(hù)，防止反吹時(shí)污染其他完好濾芯[2]，可允許設(shè)備在少量濾芯斷裂的情況下繼續(xù)運(yùn)行，無須立即停車。

3 結(jié)論

Shell煤粉氣化裝置開車以來，高溫高壓飛灰過濾器發(fā)生了文丘里翻倒，濾芯斷裂，反吹閥故障，合成氣泄漏等一些問題，極大影響了煤氣化裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過一段時(shí)間的摸索和進(jìn)行一系列改造后，已經(jīng)能夠逐步實(shí)現(xiàn)長周期運(yùn)行，為Shell煤粉氣化長周期運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。