濕式電濾器在天然氣乙炔裝置的應(yīng)用和改進

王峰

（1.四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，四川成都610065；2.中國石化集團四川維尼綸廠，重慶401254）

濕式電濾器在天然氣乙炔裝置的應(yīng)用和改進

王峰1,2

（1.四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，四川成都610065；2.中國石化集團四川維尼綸廠，重慶401254）

介紹了濕式電濾器在天然氣部分氧化制乙炔裝置的應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題，從工作原理著手分析其原因并從多方面提出改進措施，提高設(shè)備運行的穩(wěn)定性。

某車間采用天然氣部分氧化制乙炔工藝生產(chǎn)乙炔，濕式電濾器作為該工藝的重要設(shè)備，其主要功能是將在乙炔爐中發(fā)生部分氧化反應(yīng)后生成的裂化氣中的炭黑粉塵進行清除。這部分裂化氣中炭黑含量約1.9g/m3，除塵后裂化氣中的炭黑含量為3～5mg/m3，裂化氣最后在冷卻塔中經(jīng)過再次洗滌和冷卻后被送往下游裝置[1]。裂化氣中的炭黑粉塵如果不能有效除去，不僅會導(dǎo)致下游裝置生產(chǎn)無法運行而且會對工藝管道、閥門和儀表、儀分等系統(tǒng)的采樣管形成嚴重堵塞，危及整條生產(chǎn)線的長周期穩(wěn)定運行，因此，濕式電濾器是天然氣部分氧化制乙炔工藝中極其重要的設(shè)備。

1 濕式電濾器的工作原理

乙炔爐中經(jīng)部分氧化反應(yīng)后生成的混合氣體一般稱為裂化氣，裂化氣在乙炔爐內(nèi)被三環(huán)淬火水進行淬火、冷卻和洗滌后進入到冷卻塔下段進行第一次洗滌和再次冷卻，此時粒徑大于100μm的顆粒基本上已經(jīng)被清除掉。由于水的表面張力，粒徑小于100μm的微粒已很難用水清洗掉。因此，濕式電濾器中除去炭黑顆粒的實際粒徑范圍一般在0.01～100μm。

整個除塵過程如圖1所示[2]：電暈絲（稱為絲極）通電后，其表面被一層薄薄的淡藍色電子暈所包圍，形成高速電子流，這些高速電子不斷碰撞周圍被霧化軟水飽和后的氣體分子和炭黑顆粒，氣體分子被撞擊后失去外圍的電子而變成正電荷團。在強大的電場力作用下，這些正電荷團向電暈絲快速運動，運動過程中如與炭黑顆粒碰撞，那么炭黑顆粒將被吸附到電暈絲上形成陰極垢；而被電子碰撞后的炭黑則成為負電荷團，由于電暈絲周圍的電場是非均勻電場，所以在電場力的作用下這些負電荷團就向沉淀極（稱為板極）方向做加速運動，迅速移向沉淀電極，通常把炭黑顆粒與電暈絲放出的電子及空間負電荷團結(jié)合的過程稱為“荷電”。荷電后的炭黑顆粒在非均勻電場中做變加速運動，其到達沉淀極的時間還要取決于裂化氣的風(fēng)速，只要其小于裂化氣在極板內(nèi)的停留時間即可達到除塵目的。定向移動的時間不僅和炭黑顆粒的質(zhì)量、電荷有關(guān)系而且與二次電壓也有關(guān)系，它隨著二次電壓的升高而縮短。帶電炭黑顆粒在電場力作用下靠運動慣性粘附到沉淀極板上，并被極板上的正電荷中和。同時也有少量塵粒移向絲極，這是因為電暈區(qū)內(nèi)正離子到電暈絲的距離很短、塵粒與正離子碰撞數(shù)目少所致，因而造成荷正電的塵粒被吸附在絲極上。電濾器采用連續(xù)噴霧水和間斷沖水方式進行清灰，連續(xù)噴霧水使極板表面始終保持一層水膜，通過水膜在重力作用下流動從而帶走粘附在極板上的炭黑顆粒，在電濾器頂部設(shè)置的間斷沖水裝置則能使電暈絲得到定期清理。

圖1 電除塵器工作原理示意圖

2 濕式電濾器的運行情況

2.1 運行情況

天然氣部分氧化制乙炔工藝的反應(yīng)機理相當(dāng)復(fù)雜，在生成乙炔的同時也產(chǎn)生了大量副產(chǎn)物，其中1t乙炔副產(chǎn)炭黑約42kg，裂化氣中炭黑含量為1.9g/m3。裂化氣先經(jīng)過乙炔爐三環(huán)淬火水和冷卻塔底段炭黑水洗滌后炭黑含量為1.6g/m3，流量12400m3/h（100%負荷）的裂化氣再經(jīng)過濕式電濾器進行除塵。生產(chǎn)中要求必須將裂化氣中的炭黑含量從1.9g/m3降到3～5mg/m3，此時的炭黑含量對下游的工藝運行才不會造成較大的負面影響。電濾器頂部采用工業(yè)軟水作連續(xù)霧化沖洗水，底部沖洗水和間斷沖洗水均采用工業(yè)循環(huán)水。絕緣子夾套用0.38MPa蒸汽作為加熱蒸汽，保持絕緣子夾套內(nèi)壁絕對干燥。電濾器每運行四天則停運間斷沖洗一次，沖洗時間約為30min，在停運沖洗期間采用工業(yè)氣體作為下部瓷瓶的吹掃氣，以防止瓷瓶表面積塵后放電。

電濾器處理的裂化氣組分和炭黑的物化性質(zhì)分別如表1和表2所示。

表1 裂化氣組分

表2 炭黑物性及處理情況

2.2 濕式電濾器的性能參數(shù)

濕式電濾器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所。

圖2 濕式電濾器的結(jié)構(gòu)示意圖

濕式電濾器的性能參數(shù)如下表3所。

表3 濕式電濾器的性能參數(shù)

3 濕式電濾器運行中的問題及改進措施

3.1 工藝方面的問題及改進

3.1.1 電濾器進口管線積灰嚴重

在冷卻塔底部洗滌后的裂化氣進入電濾器時，由于裂化氣中含水量已經(jīng)飽和，使得炭黑顆粒碰撞后更易聚集成為大的塵粒，在重力作用下便沉積在水平管道中，隨著運行時間的增長積灰會加劇，并影響到氣流的正常流動，導(dǎo)致乙炔爐出口壓力上升，影響乙炔爐長周期運行。

改進措施：在電濾器進口水平管上加裝沖洗水裝置，通過試驗證明這股沖洗水水量控制在15m3/h時能有效沖洗管道中沉積的炭黑，消除了此前炭黑在此管道中沉積引起的非計劃停車檢修現(xiàn)象。過去，最多運行2個月管道就充滿了大量的炭黑灰，而現(xiàn)在可持續(xù)運行6個月。

3.1.2 水封槽積灰嚴重

在運行過程中電濾器內(nèi)部沖洗下來的炭黑隨同沖洗水一起經(jīng)由收集槽通過水封后排放到系統(tǒng)外，由于炭黑灰的比重較水輕，沖洗水量較小時無法完全帶走炭黑，且在水封的出口彎頭處會慢慢堆積，從而堵塞水封溢流口，這時，大量的炭黑和沖洗水的混合物就會在電濾器底部沉積下來，影響乙炔爐的系統(tǒng)壓力和電濾器的正常運行。

改進措施：增設(shè)電濾器水封出口管線沖洗水、水封底部到?jīng)_洗水收集總管直排管線、水封底部直排閥，并對水封及出口管線進行定期沖洗排放；將電濾器底部沖洗水量控制在7～10m3/h，將噴嘴與底板的夾角調(diào)整到30～45°，保證其沖洗效果，改進后已經(jīng)徹底消除了水封及出口管線的堵塞現(xiàn)象。

3.1.3 絕緣子夾套蒸汽故障

在運行過程中蒸汽總管壓力波動或者蒸汽管網(wǎng)故障，會造成絕緣子夾套蒸汽受到影響，絕緣子箱內(nèi)溫度就可能低于設(shè)計值（正常溫度為100℃）。裂化氣中的水分會在絕緣子表面結(jié)露，會使瓷瓶受潮而放電破裂。檢修后投運電濾器前沒有提前將蒸汽投運也會出現(xiàn)同樣問題。

改進措施：將絕緣子夾套溫度引入DCS進行監(jiān)控，設(shè)置低溫報警信號，一旦發(fā)現(xiàn)溫度降低，立即降低電壓或停運電濾器，待正常后再行恢復(fù)。在檢修過程中加熱蒸汽一般情況下不能關(guān)閉，如果關(guān)閉則必須在進行電濾器空載試驗前3h投運正常。日常運行過程中注意檢查加熱蒸汽及蒸汽疏水器的運行情況，保障絕緣子的安全運行。

3.1.4 極板表面水膜分布不均

由于運行時間過長，極板表面出現(xiàn)銹蝕、垂直度降低、污垢堆積和表面光潔度降低都會導(dǎo)致表面的水膜分布不均，除塵效率下降。而且由于間斷沖洗水是由上自下進行沖洗，極板高度過高會使沖洗水對極板和電暈絲下端的沖洗效果明顯降低，這樣會使其下端積灰嚴重，同樣會使除塵效率下降。

改進措施：在檢修時徹底地清洗所有極板和電暈絲上的積垢，保持極板表面平整；另外，在極板底部安裝由下而上的間斷沖洗噴嘴，對極板底部和電暈絲底部進行自下而上的沖洗，保持極板、絲極的上部和下部都能得到清洗，減少積垢；而且在檢修時要檢測其銹蝕情況，對于因運行時間過久，銹蝕嚴重的極板進行及時更換，保證極板表面水膜分布的均勻性。

3.1.5 電濾器上部的連續(xù)沖洗水和間斷沖洗水出現(xiàn)水滴狀或線流狀

由于頂部的連續(xù)沖洗水噴嘴脫落、噴嘴與水管連接處泄漏嚴重、水管銹蝕穿孔、間斷沖洗水閥門未關(guān)嚴等都會導(dǎo)致連續(xù)沖洗水或間斷沖洗水成線狀或滴狀流入除塵室，引起電場頻繁閃絡(luò)，甚至無法運行。

改進措施：將電濾器的連續(xù)沖洗水噴嘴、間斷沖洗水噴嘴以及相連接的管道均改用不銹鋼材質(zhì)；在檢修時必須做好腐蝕檢查；牢固安裝噴嘴；噴嘴安裝后要進行噴灑試驗檢查噴灑效果；每次使用過間斷沖洗水閥門后必須關(guān)嚴該閥門防止水流形成導(dǎo)電后放電。

3.1.6 噴嘴堵塞致使連續(xù)沖洗水量低

連續(xù)沖洗水量降低，會導(dǎo)致極板上的連續(xù)水膜難以形成，甚至部分極板表面或局部沒有水膜的現(xiàn)象，使除塵效率下降。

改進措施：改善連續(xù)沖洗水水質(zhì)，使用工業(yè)軟水作連續(xù)沖洗水；而且在連續(xù)沖洗水總管上設(shè)置過濾器，進一步保證其水質(zhì)清潔；定期對沖洗水總管、過濾器、噴嘴進行沖洗除垢。

3.2 本體設(shè)備內(nèi)件方面的問題

3.2.1 電暈絲擊斷影響電濾器長周期運行

在制作電暈絲的過程中采取冷態(tài)強拉的方式進行拉直處理提升了其塑性而降低了韌性，從而降低了絲極的機械強度；或電暈絲松緊不均、個別電暈絲負荷過大、電暈線安裝不到位而偏離極板中心、積灰過多，都會使電場頻繁閃絡(luò)，此時電暈絲易被擊斷。電暈絲擊斷后掉在兩極板之間會形成兩極間短路，導(dǎo)致電濾器無法運行[3]。

改進措施：保證絲極與板極的極間距，將電暈絲的直徑從1.6mm增大至2.3mm來增加其強度，材質(zhì)由NiCr改為Cr20Ni30。電暈絲在廠家卷成圓圈后在現(xiàn)場進行冷態(tài)拉直處理的方式，破壞了絲極的金相，縮短了絲極的使用壽命，而在廠家直接進行退火拉直處理并裁斷成型后，運抵現(xiàn)場直接進行電暈絲組裝的方式，能有效保證其機械性能和極絲垂直均勻性。

3.2.2 電暈絲的掛鉤斷脫

電暈線以“C”型掛鉤作為連接部件懸掛在上導(dǎo)架上，由于掛鉤的機械強度達不到、長期的銹蝕和電腐蝕以及間斷沖洗時引水太猛都會導(dǎo)致掛鉤斷脫。一旦掛鉤斷脫，電暈絲同樣會在兩級間形成短路，導(dǎo)致電濾器無法運行。

改進措施：采用鉤體與絲極直接相連接不通過保護導(dǎo)管的鉤件，直接掛在導(dǎo)架扁鋼對應(yīng)孔上，這種方式取消了保護導(dǎo)管這一復(fù)雜的連接部件，大大降低了連接部件出現(xiàn)故障的機率，保證電濾器長周期運行[4]。

3.2.3 絕緣子瓷瓶裂損

由于絕緣子機械性能不過關(guān)，承受不了上下導(dǎo)架的拉力，會出現(xiàn)裂損；絕緣子溫度控制不合理，溫度偏低或劇烈變化，也會使絕緣子裂損，每次停運電濾器進行間斷沖洗時吹掃氣量過小，導(dǎo)致絕緣子表面積垢過多，形成一層保護層，從而使絕緣子金屬連桿受潮放電而產(chǎn)生裂損。最終結(jié)果是電場接地，電濾器無法運行。

改進措施：做好絕緣子機械性能的檢查；在電濾器停運沖洗時將吹掃氣量提高到300m3/h，徹底消除電濾器在間斷沖洗時絕緣子表面積垢的問題[5]。

3.2.4 供電控制方式及監(jiān)控方式

電濾器的控制方式一般采用兩種，分為高壓恒壓源和高壓恒流源。采用恒壓源的供電控制方式，放電停車機率大，除塵效率低，過去國內(nèi)外一般都采用PLC系統(tǒng)及盤裝儀表進行電濾器的監(jiān)控，監(jiān)控盤一般都遠離操作人員的DCS操作臺，每次操作都必需離開DCS操作臺到電濾器的監(jiān)控盤前才能對其進行檢查操控，操作不便而且監(jiān)控也不及時。

改進措施：在供電控制方式上選用高壓恒流源控制。恒流源可以快速升、降電壓，工作電壓始終接近擊穿，放電時不會很快斷電，從而獲得最優(yōu)的除塵效率。在監(jiān)控方式上將PLC控制方式改為DCS控制方式，不僅操作方便，而且還能對其設(shè)置過壓、超氧、過流、放電等報警信號，能適時有效地對電濾器的運行情況進行全面監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題提前處理，防止事故的進一步擴大。

4 結(jié)語

結(jié)合濕式電濾器在天然氣部分氧化制乙炔工藝中的應(yīng)用情況，對其進行的工藝、電氣等方面的改進措施均在生產(chǎn)實際中得到了驗證，電濾器的長周期穩(wěn)定運行情況得到了明顯改善、設(shè)備故障率大大降低，不僅為天然氣乙炔裝置的長周期穩(wěn)定運行打下了堅實的基礎(chǔ)而且也大大減少了設(shè)備檢維修費用的支出。

[1]夏頂，楊朝富.天然氣制乙炔工藝簡介[J].中國氯堿, 2005,(4):18-22.

[2]唐國山.工業(yè)電除塵器應(yīng)用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[3]何銀虎.最新除塵設(shè)備安裝運行調(diào)試、故障處理與檢修維護及應(yīng)用選型綜合技術(shù)手冊[M].長春:吉林電子出版社,2005.

[4]米鈺林,謝小強,高建兵,等.一種濕式電除塵器的極絲連接方式[P].CN:202803411U,2013.

[5]米鈺林,鄭巖,王峰,等.一種濕式電除塵器高壓瓷瓶的吹掃裝置[P].CN:202933784U,2013.

Application and modification of electrofilter in a natural gas-based acetylene plant

WANG Feng1,2
(1.School of Chemical Engineering,Sichuan University,Chengdu 610065,China; 2.Sinopec Sichuan Vinylon Works,Chongqing 401254,China)

This paper introduced the existed problems in the application of the wet electrofilter in the plant of partial oxidation of natural gas to acetylene,analyzed the reasons based on the working principle and put forward some modifying measures to improve the stability of the equipment.

electrofilter;principle;carbon black;modification;effect

電濾器；原理；炭黑；改進措施；成效

TQ028；TQ221.242

B

1001-9219(2016）02-71-04

2015-12-25;作者簡介：王峰(1979-)，男，工程師，工學(xué)學(xué)士，電話023-68974615、15923111691，電郵21189548@qq.com。