袋式除塵器用濾料失效分析

柳靜獻(xiàn)，毛 寧，常德強(qiáng)，孫 熙，王金波

（東北大學(xué)濾料檢測中心，沈陽 110004）

袋式除塵器用濾料失效分析

柳靜獻(xiàn)，毛 寧，常德強(qiáng)，孫 熙，王金波

（東北大學(xué)濾料檢測中心，沈陽 110004）

隨著袋除塵在工業(yè)煙塵控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，濾料失效越來越引起行業(yè)重視。應(yīng)用故障樹分析方法系統(tǒng)研究了濾料失效的模式，并對濾料破損失效、濾料阻力增大失效、濾料透濾排放超標(biāo)失效進(jìn)行了致因分解，找出了引起濾料失效的最基本原因事件，對指導(dǎo)現(xiàn)場安全使用濾料有較好的幫助。

袋式除塵；濾料失效；故障樹分析

1 概述

理論研究與工程實(shí)踐證明，袋式除塵是控制工業(yè)煙塵尤其是PM2.5細(xì)微顆粒物排放的最有效手段，在我國工業(yè)煙塵控制中發(fā)揮著重要作用，也做出了很大貢獻(xiàn)[3]。濾袋是袋式除塵器的核心，對細(xì)微顆粒物的過濾起著關(guān)鍵作用。近年來東北大學(xué)濾料檢測中心對眾多客戶的濾袋測試與現(xiàn)場調(diào)查表明，袋除塵在使用中，由于現(xiàn)場煙氣參數(shù)、設(shè)備條件、運(yùn)行工況，以及除塵器設(shè)計(jì)與安裝質(zhì)量、濾袋自身等多種因素的影響，使濾袋出現(xiàn)失效的案例時(shí)有發(fā)生，不僅造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失，也對袋除塵的推廣使用產(chǎn)生了不利影響[4、5]。

本文引入故障分析方法[6、7]，系統(tǒng)研究袋除塵濾料失效的模式與原因，為袋除塵器的可靠使用提供幫助。

2 濾料失效模式分析

濾袋安裝于袋除塵器的花板上，懸吊于塵氣室中，含塵氣體從除塵器入口進(jìn)入塵氣室，在系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的負(fù)壓抽風(fēng)作用下，從濾袋外部穿透濾料進(jìn)入其內(nèi)部，粉塵被過濾捕集在濾袋的外表面。隨著濾袋外表面的粉塵厚度增加，濾袋阻力增大。當(dāng)阻力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，脈沖清灰系統(tǒng)控制壓縮空氣從濾袋頂部噴入，對濾袋進(jìn)行瞬間清灰，實(shí)現(xiàn)濾袋再生。

濾袋由不同材質(zhì)的纖維經(jīng)過針刺或水刺加工而成，具有除塵效率高、清灰容易的優(yōu)點(diǎn)，且過濾性能不受粉塵性質(zhì)影響。但濾袋作為柔性織物，機(jī)械性能較脆弱，在使用中容易受到損害而發(fā)生破損。

故障樹分析（Fault Tree Analysis，簡稱FTA）是可靠性與安全工程領(lǐng)域基于邏輯推理研究導(dǎo)致故障發(fā)生原因的分析方法[8、9]。它把最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)或失效事件作為目標(biāo)（頂事件），通過下行法找出導(dǎo)致頂事件發(fā)生的下層事件（中間事件）。頂事件與中間事件之間用邏輯門連接，表達(dá)兩級事件的內(nèi)部邏輯關(guān)系。如果所有的中間事件發(fā)生頂事件才會(huì)發(fā)生的話，用“與”門連接，用符號“”表示；如果任何一個(gè)中間事件發(fā)生頂事件就會(huì)發(fā)生的話，用“或”門連接，用符號“”表示。針對每個(gè)中間事件，再下行追溯找出導(dǎo)致其發(fā)生的下層事件，如此類推，直到下層事件不可分解或沒意義分解時(shí)為止，最下層的事件稱為基本事件。由一個(gè)頂事件、若干中間事件、眾多的基本事件通過邏輯與門、或門表達(dá)其間關(guān)系構(gòu)成的倒置樹即為故障樹。

袋除塵器濾料失效頂事件T是由濾料破損失效A1、濾料阻力大失效A2和濾料透濾排放超標(biāo)失效A3引起，三者中任一事件發(fā)生，頂事件即發(fā)生。所以頂事件與三個(gè)中間事件之間用邏輯或門連接，如圖1所示。

圖1 袋除塵器濾料失效頂事件故障樹分析

3 濾料破損失效分析

引起濾料破損A1事件發(fā)生的原因有空氣動(dòng)力損傷A11、機(jī)械損傷A12、化學(xué)損傷A13、熱損傷A14四個(gè)原因要素，而這四個(gè)要素又是由很多基本因素引起。濾袋破損失效的故障樹分析如圖2所示?？諝鈩?dòng)力損傷A11、機(jī)械損傷A12常表現(xiàn)為除塵器箱體中特定部位的個(gè)別或部分濾袋失效，化學(xué)損傷A13、熱損傷A14則表現(xiàn)為除塵器中所有濾袋全部失效。

如果清灰系統(tǒng)或塵氣室有缺陷，且濾袋本身抗沖刷能力弱，則濾袋在氣流沖刷作用下，容易產(chǎn)生空氣動(dòng)力損傷。濾袋受到的沖刷作用可能來自于濾袋頂部的脈沖清灰高壓空氣，也可能來自于濾袋外部的含塵氣流沖刷。當(dāng)濾袋頂部的噴吹管安裝不正，且袋口無金屬保護(hù)筒的情況下，濾袋會(huì)受到頂部噴吹氣流沖刷，進(jìn)而產(chǎn)生損壞。濾袋外部氣流沖刷來自于除塵器箱體入口風(fēng)流過分集中、或各倉室間分風(fēng)不均、再或者灰斗灰位過高氣流揚(yáng)起高濃度灰塵，導(dǎo)致含塵氣流局部風(fēng)速過大，對濾袋外部快速磨蝕，產(chǎn)生破損。

如果濾料機(jī)械性能弱，且系統(tǒng)存在機(jī)械損傷因素，則濾袋易產(chǎn)生機(jī)械損傷失效。系統(tǒng)存在的機(jī)械損傷因素包括花板不平、袋籠不正或安裝問題導(dǎo)致濾袋底部彼此間摩擦、濾袋與骨架摩擦、濾袋與箱體摩擦產(chǎn)生破損；或?yàn)V袋與濾袋之間、濾袋與箱壁之間、濾袋與骨架之間產(chǎn)生刮碰導(dǎo)致破損；或?yàn)V袋在安裝過程由于施工不細(xì)心導(dǎo)致濾袋刮漏；再或者濾袋在裝車、儲(chǔ)存、運(yùn)輸過程中有野蠻操作，濾袋尤其是覆膜濾袋遭到?jīng)_擊、磨壓、褶皺導(dǎo)致破損。

為學(xué)生練習(xí)書寫方便，利用學(xué)校教學(xué)資源將老師每節(jié)寫字課用微視頻錄下來，然后課下讓班級學(xué)生播放，學(xué)生跟著視頻再次模仿練習(xí)，自己邊練習(xí)邊對照視頻找出筆畫寫錯(cuò)的地方，及時(shí)進(jìn)行改正。對于筆畫多的字重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)搭配，這種寫字教學(xué)比普通寫字課堂教學(xué)更具有示范性。突出了微課能以其特有的再現(xiàn)特征，激發(fā)了學(xué)生練習(xí)字的興趣，促進(jìn)了對語文知識的學(xué)習(xí)和掌握。

圖2 濾料破損失效事件故障樹分析

如果濾袋在帶有化學(xué)氣氛的煙氣中使用時(shí)，在酸堿氣氛或氧化、水解氣氛中容易產(chǎn)生化學(xué)損傷。如果濾袋在酸堿煙氣中使用，且由于濾料選擇不當(dāng)，或?yàn)V料存在質(zhì)量問題，纖維含有非耐腐材質(zhì)纖維時(shí)，容易出現(xiàn)酸堿腐蝕破損。現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)煙氣溫度過低或除塵器箱體保溫性差時(shí)，煙氣可能低于其酸露點(diǎn)，煙氣中的水分會(huì)以液態(tài)形式存在，水分與煙氣中的酸、堿組分結(jié)合生成液態(tài)酸或液態(tài)堿，隨灰分被過濾附著在濾袋表面，濾袋與液態(tài)酸或液態(tài)堿長期的接觸腐蝕，會(huì)導(dǎo)致濾袋破損。與此相似，當(dāng)窯爐系統(tǒng)空氣過剩系數(shù)大、或?qū)煔獬繐斤L(fēng)噴水、或煙道漏風(fēng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致煙氣中氧氣或水分超量，如果濾袋本身的抗氧化能力差（如在燃煤電廠煙氣中使用的PPS濾袋即如此）或抗水解能力差（如滌綸濾袋），濾袋會(huì)產(chǎn)生破損。

濾袋在高溫?zé)煔庵惺褂脮r(shí)，如果煙氣溫度超限或?yàn)V料由于選擇不當(dāng)，或?yàn)V袋存在質(zhì)量問題，纖維含有常溫材質(zhì)纖維時(shí)，容易出現(xiàn)濾袋燒壞。煙氣超溫主要是由于鍋爐故障或煙氣降溫措施失效導(dǎo)致煙氣溫度超限。

4 濾料阻力大失效分析

阻力是濾袋主要參數(shù)之一，阻力越大、系統(tǒng)能耗越高，當(dāng)濾袋阻力達(dá)到1500～1800Pa時(shí)，濾袋由于阻力過大而失效，應(yīng)采取措施進(jìn)行處理。濾袋阻力過大失效的故障樹分析見圖3。

圖3 濾料阻力增大失效事件故障樹分析

濾袋阻力過大失效包括非正常堵塞高阻力A21和到達(dá)壽命時(shí)粉塵浸入濾料內(nèi)部造成堵塞的高阻力X23兩種情況。濾袋隨著使用時(shí)間的延長，其阻力逐漸增高，當(dāng)濾袋使用時(shí)間到達(dá)其壽命時(shí)，濾袋內(nèi)部積滿灰分屬于“正常”事件，需要馬上更換濾袋。如果濾袋是由于非正常阻塞導(dǎo)致的高阻力，原因或許是濾料表面黏塵導(dǎo)致的阻塞或?yàn)V料內(nèi)部塞滿粉塵導(dǎo)致的阻塞。濾料表面黏塵是由于濾料發(fā)生結(jié)露糊袋現(xiàn)象，或由于黏性粉塵糊袋所致。結(jié)露糊袋是由于煙氣含濕量大且煙氣溫度低于露點(diǎn)所致。導(dǎo)致煙氣溫度低于露點(diǎn)的因素包括煙氣預(yù)熱器吸熱過量、除塵器箱體保溫性差或煙氣含硫量大。

通過對現(xiàn)場系統(tǒng)噴油點(diǎn)火起爐操作失敗而導(dǎo)致的黏性粉塵糊袋真實(shí)案例的分析，可得出該類事故是由于起爐時(shí)濾袋未預(yù)涂灰且濾料本身拒水防油性差或?yàn)V料表面后處理不好（例如表面燒毛、軋光有問題），再加上煙氣中的粉塵黏性大而導(dǎo)致的。煙氣中的黏性粉塵包括粉塵本身的黏性大或粉塵中含有油性污染物或粉塵為水解性粉塵遇水發(fā)黏。

濾料內(nèi)部塞滿粉塵是由于濾袋剝離粉塵性能弱（例如濾料表面處理不好，清灰能力差）或除塵系統(tǒng)清灰強(qiáng)度低所致。系統(tǒng)清灰強(qiáng)度低是由于清灰方法不當(dāng)或清灰制度不當(dāng)或清灰動(dòng)力不足引起的。清灰制度不當(dāng)則包括清灰周期過長或清灰用脈沖噴吹壓力的波形不理想。

5 濾料透濾排放超標(biāo)失效分析

效率是袋除塵的核心指標(biāo)。隨著我國煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)的趨嚴(yán)，濾袋透濾所致的排放超標(biāo)失效逐漸增多。通過對現(xiàn)場收集的案例進(jìn)行系統(tǒng)分析，繪制相應(yīng)的故障樹如圖4所示，失效主要有四方面原因：1）濾料出現(xiàn)破損A1；2）濾料本身透濾A32；3）濾袋縫制質(zhì)量不好A33；4）濾速過高A34。濾料破損失效A1前述已經(jīng)討論；濾料本身透濾相對復(fù)雜，是由于濾料質(zhì)量不好且粉塵粒徑過細(xì)所導(dǎo)致。目前，常用的濾料包括未覆膜濾料和覆膜濾料，由于未覆膜濾料質(zhì)量不好導(dǎo)致排放超標(biāo)的原因主要有濾料標(biāo)重過低未達(dá)到要求或?yàn)V料透氣度過大或?yàn)V料后處理不好所致。覆膜濾料質(zhì)量不好導(dǎo)致排放超標(biāo)的原因包括濾料表面的覆膜脫落或膜破損或膜本身的孔過大。濾袋縫制質(zhì)量不好的原因有濾袋縫制針孔過大且未對針孔做涂膠或密封處理，引發(fā)針孔透濾。袋除塵器過濾風(fēng)速過高可能的原因包括設(shè)計(jì)過濾風(fēng)速過高（尤其是排放要求≤5mg/Nm3的項(xiàng)目）或系統(tǒng)煙氣量增大導(dǎo)致濾速增加或工程在安裝時(shí)偷工減料導(dǎo)致濾袋面積減少濾速增大。

（2）濾料破損失效主要有空氣動(dòng)力損傷所致濾袋破損失效、機(jī)械外因損傷所致濾袋碰磨刮漏失效、化學(xué)因素?fù)p傷所致失效，以及煙氣超溫所致熱傷失效四種。

（3）濾料阻力增高失效是由于濾袋表面黏灰或?yàn)V料內(nèi)部粉塵阻塞所致。

（4）濾袋透濾排放超標(biāo)失效主要是由于濾料破損、濾料本身質(zhì)量、濾袋縫制質(zhì)量，以及濾速過高因素所致。

（5）在袋除塵器的現(xiàn)場應(yīng)用中，可根據(jù)FTA分析的結(jié)果，采取針對性措施，防止濾料失效故障的發(fā)生。

圖4 濾料透濾排放超標(biāo)失效事件故障樹分析

6 結(jié)語

通過理論和實(shí)踐證明，故障樹分析可用于對濾袋失效的分析。通過邏輯推理，找出濾袋可能的失效原因。通過對袋除塵濾料失效的系統(tǒng)分析，可以得出如下結(jié)論：

（1）袋除塵濾料失效包括濾料破損失效、阻力增大失效和濾料透濾排放超標(biāo)失效三種常見的失效模式。

[1]陳隆樞.袋式除塵技術(shù)對PM2.5控制的探討[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013（7）：21-23.

[2]江得厚，王賀岑，董雪峰，等.燃煤電廠PM2.5及汞控制技術(shù)探討[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013（10）：38-45.

[3]姚群，趙永平，錢磊，等.鋼鐵窯爐煙塵PM2.5控制技術(shù)與裝備[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2016（1）：21-24.

[4]柳靜獻(xiàn)，常德強(qiáng)，毛寧，等.典型濾料對PM1.0/PM2.5/PM10細(xì)顆粒物捕集性能的研究[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013（6）：22-25.

[5]柳靜獻(xiàn)，張海燕，常德強(qiáng)，等.NO2對煙氣除塵用聚苯硫醚濾料機(jī)械性能的影響[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010（7）：1030-1034.

[6]Fausto Pedro García Márquez, Jesús María Pinar Pérez, Alberto Pliego Marugán, etc, Identification of critical components of wind turbines using FTA over the time[J]. Renewable Energy. 2016.3（87）: 869-883.

[7]Anjuman Shahriar, Rehan Sadiq, Solomon Tesfamariam. Risk analysis for oil & gas pipelines:A sustainability assessment approach using fuzzy based bow-tie analysis[J].Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2012.25（3）：505-523.

[8]梁芬，姜宏偉，郭亞男，等.基于FTA的焊接機(jī)器人故障診斷技術(shù)研究[J].機(jī)電工程， 2014，31（8）：1067-1070.

[9]胡玉娟，錢偉.基于FTA法的電動(dòng)車火災(zāi)事故的分析[J].防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào), 2011，13（1）：23-26.

Failure Analysis of Filter Media for Bag House Precipitator

LIU Jing-xian, MAO Ning, CHANG De-qiang, SUN Xi, WANG Jin-bo
(Filter Test Center of Northeastern University, Shenyang 110004, China)

Fault Tree Analysis(FTA) is applied to study failure mode of bag house filter in the paper. Failure of filter breakage, failure of excessive resistance, and failure of excessive dust emission due to high penetration of filter are decomposed to find out the low level cause events and base cause events. The results are valuable for guiding the safely use of filter media.

Baghouse; filter media; failure; fault tree analysis

X701

A

1006-5377（2017）06-0036-04

國家“十三五”重大專項(xiàng)（2016YFC0801704，2016YFC0203701，2016YFC0801605）；國家“十二五”科技支撐項(xiàng)目（2015BAK40B00）。