高温高压过滤器滤芯的断裂分析

高温高压过滤器滤芯的断裂分析冯恩刚(神华鄂尔多斯煤制油分公司, 内蒙古 鄂尔多斯 017209)摘要: 介绍了高温高压飞灰过滤器滤芯的结构和作用; 分析滤芯断裂的现象和原因; 简述了滤芯的使用和维护。关键词: sh e ll 粉煤气化; 滤芯结构; 断裂; 维护中图分类号: TQ 028文献标识码: A文章编号: 10067981 (2011) 20005803壳牌粉煤气化在中国被广泛应用, 目前已转让十几家。 自其引入国内以后, 出现了诸多问题, 运行 一直不稳定。 飞灰过滤系统是壳牌粉煤气化中一个 重要的组成单元, 高温高压过滤器为过滤系统的核心部件。 各个使用壳牌气化的厂家均出现过因过滤 器中滤芯断裂, 装置停车的事故。 滤芯造价昂贵, 滤 芯断裂后需要及时更换和清洗。保护好滤芯, 避免滤 芯的断裂对壳牌粉煤气化系统的平稳运行和经济效 益的提高有着重要的意义。在 壳牌粉煤气化中, 粉煤和氧气 ( 或氧气和蒸 汽) 燃烧生成合成气、炉渣和飞灰, 粉煤中的灰分部 分成为渣, 流入渣池, 其余的形成飞灰, 被激冷气激 冷后成为固体, 经过输气导管和合成气冷却器被合 成 气带入高温高压过滤器中, 合成气中飞灰的 99%被快速过滤, 过滤后的气体的灰含量可达到小于 1m g N m 3。1 滤芯的构造和作用原理高温高压过滤器是 P a ll 公司设计和制造的。 滤 芯由多孔碳化硅的支撑骨架和高铝红柱石的过滤膜构成, 支撑骨架和过滤膜的组合即保证了过滤过程的低压差又保证了过滤的精度。 滤芯为烛状陶瓷过滤管, 其底部为封闭的, 顶部开口, 将过滤后的合成 气送出。 顶部有一颈部, 用于将滤芯固定在管板上。 在高温高压过滤器中, 布置有多组由单根滤芯组成的陶瓷管组, 这多组陶瓷管组固定在管板上, 管板将 过滤器分为下部的含尘气体侧和上部的清洁气体侧 两部分。含尘合成气进入高温高压过滤器, 由四根上升 管引至管板下部, 基本上形成并流。含灰气体渗透进入滤芯, 灰留在滤芯外表面上形成灰饼, 清洁气体进 入清洁气体侧。形成灰饼后, 灰饼和过滤膜一起起到 过滤作用。 灰饼逐渐变厚, 灰尘过滤的精度提高, 滤 芯过滤的压差也随着逐步变大。 滤芯由反吹系统清 洁, 反吹系统中的一个反吹阀门对应一组滤芯, 反吹阀门形成高压脉冲气体, 在文丘里管中高压脉冲气 体部分动能转化为势能, 形成低压区, 使清洁气体进 入文丘里管, 清洗一组的滤芯。反吹气与主气流方向 相反, 将一部分灰饼吹下, 从而保证了滤芯的压差的 稳定。 灰饼靠重力下落, 落到灰收集器中, 然后由灰排放罐送出。站的发展. 煤气与热力, 2005, (8).刘清友等. CN G 地下储气井安全性分析. 天 然气工业, 2005, (1) : 138 140.彭雷. 浅谈 CN G 储气井的建造. 城市燃气,2006, 20 (6).安全措施, 如按照国家行业相关标准合理选用瓶组设备, 考虑到对周围居民的影响, 按规范要求合理设 置安全距离, 定期检修维护, 可以做到避免安全事故 的发生。综上所述, 在 CN G 加气站建设当中, 具体选用 两种储气设备时应综合考虑多方面因素, 长远规划,才能得到良好的社会效益和经济效益。 参考文献 234贾琳.CN G 加气站储气瓶组容积 利 用 率 分析. 压缩天然气加油加气站燃气汽车,2008, 28 (6).舒聿彬. 压缩天然气加气站储存系统的大型 化趋势. 天然气汽车. 1999, 12 (4).51李忠田, 张平等. 压缩天然气汽车及CN G 加气 收稿日期: 2011- 09- 19冯恩刚高温高压过滤器滤芯的断裂分析2011 年第 20 期59在全国十几家应用壳牌煤粉气化的厂家中, 高温高压过滤器中的滤芯组数并不相同。 大多数厂家 滤芯组数为 24 组, 而有的厂家设计的滤芯组数为 15组。 15 组滤芯过滤面积小, 当煤种发生变化或操作变化达到极限情况下, 滤芯容易断裂。 跟滤芯安装有很多相关的部件, 如滤芯的定位装置、承压板、模块式管板、文丘里管等, 一旦安装不到位, 很容易造成滤芯的损坏。 在实际生产中, 曾经 出现过文丘里管被吹到的事故, 对应的滤芯没有得到吹扫, 几乎全部断裂。 一个或几个滤芯损坏后, 这一组的压差变小, 风量变大, 更多的灰尘进入这一 组, 导致其它的滤芯折断或是裂缝。312 反吹系统高温高压过滤器的反吹系统对滤芯进行定期的 反吹, 保证滤芯上正常的滤饼厚度, 如果反吹系统故障, 将会造成不对滤芯反吹或是一直反吹, 均会使滤芯损坏。 常见的故障有: 反吹阀门故障, 反吹阀如果 处于开位, 大量高压反吹气体进入, 连续吹扫滤芯, 氮气压力消耗剧烈增加, 系统无法长时间运行, 必须 立即处理。 反吹阀如果处于关位, 滤芯得不到吹扫, 大量灰尘附着在滤芯上, 形成灰的搭桥, 一段时间后 会将滤芯挤裂。反吹系统停止, 曾经出现过反吹系统 的 PL C 停止, 滤芯得不到吹扫, 需要立即启动系统。 反吹阀门仪表氮气, 仪表氮气压力低后会对阀门的 动作时间造成影响, 反吹不正常, 需立即恢复正常压 力。高压氮气程控阀失灵, 吹扫氮气压力保证在系统 压力的两倍, 过高或是过低均对反吹的效果形成不 好的影响。313 灰的成分P a ll 公司设计的滤芯对于灰的成分是有要求 的: 灰的密度为2200k gm 3 , 灰的渗透性为2. 5 n Pm , 灰的表面湿度 2 vo l % , 灰的颗粒分布为飞灰过滤过程2 滤芯断裂的现象滤芯由多孔碳化硅作为支撑骨架, 相对比较脆 弱, 容易断裂。滤芯断裂后能从滤芯的压差以及后续 系统明显观察到。 滤芯的压差直观的反应滤芯运行的状况, 它是管板上下两侧的压差, 反映的是全部滤 芯的情况, 压差上涨表明滤芯受到的压力变大, 最大允许的压差为 35k P a。达到 50k P a 后, 为保护滤芯壳 牌气化系统直接跳车。当有滤芯断裂, 滤芯在断裂前受到超过正常范围的压力, 因此在滤芯断裂前期压 差将会快速上涨, 而在滤芯断裂后, 压力变小, 压差会明显下降。 从高温高压过滤器过来的合成气进入湿洗系统的洗涤塔, 除去合成气中的 H CL 、H F 和微量的固体 颗粒。洗涤后合成气分成两股, 一股作为激冷气送循环气压缩机压缩后循环到气化炉入口。 从洗涤塔排 出的洗涤水经洗涤塔循环水泵升压后分成三股物流: 第一股物流送至文丘里洗涤器; 第二股物流与高 压工艺水混合后送至洗涤塔顶部; 第三股物流作排污水送初步水处理工序。滤芯断裂后, 大量的飞灰将进入湿洗系统, 飞灰被洗涤后, 洗涤塔底部固体浓度 急剧增加, 循环水泵打量变小, 三股物流流量均变小。 从湿洗系统取出的水样也变得非常浑浊。 如果在滤芯断裂后没有立即停车, 循环气压缩机的入口 气体的灰尘含量变大, 造成入口过滤器阻塞, 激冷气 流量将会逐渐变小。滤芯是否断裂可从以下判断: 首先可观察到滤 芯的压差曲线趋势明显变化, 快速的先升后降。其次 可从湿洗系统取水样观察, 水样长时间浑浊。再由洗 涤水循环泵各物流的流量与激冷气量变小综合判断滤芯断裂。3 滤芯断裂的原因311 设计和设备安装75 95 v% 60 90 v% 45 80 v% 25 40 v% 10 20 v% m m m m m 20 10 5 2 1 灰的颗粒组成 A l2O 3 F e2O 3 N a2O S iO 2 10. 2% w g t 14. 5% w g t 2. 0% w g t 38. 3% w g t 当灰的组成发生变化, 尤其是比较大的变化后,会对滤芯的正常运行造成极大地影响, 甚至导致滤 芯断裂。进气化炉的煤的煤质发生较大的变化, 煤中 的矿物质发生改变使得灰的组分发生变化, 长期运内蒙古石油化工602011 年第 20 期行将会对滤芯造成影响。由于气化系统出现故障,如煤阀故障, 导致气化炉在极不正常的条件下运行, 且未在短时间内恢复。灰的性质发生极大的变化, 灰 中将会含有大量的未转化的碳, 高负荷下滤芯非常容易断裂。 激冷气量不够将会使合成气激冷温度 偏高, 导致飞灰的性质发生很大的变化。气化炉和 合成气冷却器泄漏, 导致灰中水分增加, 飞灰黏性变 大。314 气体流量的关系合成气气体流速变化, 滤芯的前后压差随着变 化, 受到的力变大。 气体流速过大, 滤芯会受到过大低的情况下, 反吹压力保持在 2. 0M P a 进行反吹, 随着系统压力上升, 反吹压力相应上升。反吹气的温度 需要不低于 225。413 监视反吹曲线反吹曲线直接的反映反吹系统的运行。 通过反 吹曲线我们可以了解阀门动作、反吹压力是否正常,即使出现 PL C 报警也可以与曲线对应, 查看是否为 误报警。一旦反吹系统出现问题后, 反吹曲线将立即反应出来。 第一时间处理故障将会极大地避免设备 的损坏。414反吹 PL C 的控制 反吹阀的吹扫程序有两种运行模式: 一个是差压运行模式, 另一个是时间运行模式。 差压运行模 式: 吹扫阀在我们设定的差压范围内, 吹扫的间隔时间是不同的。时间运行模式: 吹扫阀的间隔时间是程 序设定完了, 不会因差压变化而改变的。运行时一般 采取时间运行模式, 在负荷一定的条件下, 压差上涨 后, 可适当调整时间增强反吹效果。415 工艺操作要平稳在开停车过程和平时操作中, 注意系统压力的 稳定。 在正常运行和除桥时, 严格遵守操作规程。5 结束语在壳牌煤粉气化开车的前几年, 滤芯经常断裂。 经过一段时间的改造和摸索后, 滤芯已经能够长周期运行, 为壳牌煤粉气化长周期运行打下了坚实的 基础。 相信随着不断的探索壳牌煤粉气化也会运行 的越来越好。的力断裂。 合成气的设计流量为 92.7 K gs, 最大106. 7 K gs。在气化炉升压和降压的过程中, 尤其是开车和停车过程中, 压力未控制好会造成气流过大,一旦合成气流量超过106. 7 K gs, 会折断滤芯。气体 流量突然变大一般是由于压力未控制好或是下游发生大的泄露, 因此必须控制好压力或是立即停车。315 工艺操作的问题飞灰排放罐与灰收集器连通, 收集飞灰, 飞灰排 放罐到一定料位后, 隔离泄压, 将飞灰排尽后, 飞灰排放罐充压与灰收集器连通。在隔离过程中, 灰收集器收集飞灰。如果出现阀门故障或是其它问题, 长期 未能连通, 灰收集器中灰的料位达到高报, 继续运 行, 会对滤芯造成损坏。飞灰排放罐充压后, 压力高于灰收集器, 需要连 通, 将压力平衡。 连通线的位置正对滤芯, 连通时的 连通线不能开的太大如果程控阀开的过快过大, 将 对滤芯造成损坏。灰收集器有时候架桥, 在除桥的过程中, 需将飞灰排放罐压力高于灰收集器后连通, 如果飞灰排放 罐压力过高, 会对滤芯造成损坏。4 滤芯的维护411 阻力系数滤芯的阻力系数反应了滤芯的状态, 它与系统 压力、合成气温度、合成气流量、滤芯压差有关。当滤芯的阻力系数到达一定数值后, 在停车后就需要清洗或更换滤芯。412 反吹的压力和温度正常情况下, 反吹压力是系统压力的两倍。反吹 压力不能低于系统压力 1. 8 倍。 在开车系统压力较 参考文