SHELL煤氣化工藝高溫高壓飛灰過濾器S1501分析及解決措施

劉存熙

摘 要：SHELL煤氣化裝置是近年來國內(nèi)所引進(jìn)的先進(jìn)高溫高壓煤氣化裝置。該裝置中陶瓷濾棒由于長期處于高溫高壓高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，濾棒本身的過濾性能可能會(huì)逐漸降低，當(dāng)裝置整體進(jìn)入壽命周期末期時(shí)還會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的濾棒斷裂現(xiàn)象，導(dǎo)致外部合成氣中的大量飛灰侵入并形成管道結(jié)垢，堵塞設(shè)備，造成合成氣壓縮機(jī)損壞。為了解決這一問題，應(yīng)該為設(shè)備裝置中設(shè)置S1501飛灰過濾器系統(tǒng)，相比于傳統(tǒng)陶瓷濾芯，它采用了真空燒結(jié)而成的燒結(jié)金屬濾芯，它的耐腐蝕性強(qiáng)，滲透性好，強(qiáng)度更高且易于清洗和反清洗，擁有較高的塑性不易斷裂，而且過濾精度也相對較高。本文主要對它的結(jié)構(gòu)構(gòu)成、故障判斷進(jìn)行分析，最后提出設(shè)備故障問題解決措施。

關(guān)鍵詞：SHELL煤氣化工藝 高溫高壓 飛灰過濾器S1501

中圖分類號(hào)：TQ54 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2017）11-0-02

在煤氣化工藝過程中，原料煤被轉(zhuǎn)化為由CH4、H2和CO所組成的合成氣體，這一合成氣體可以用作發(fā)電燃料或其它裂解產(chǎn)品進(jìn)料。目前某些煤制油企業(yè)會(huì)采用SHELL粉煤氣化技術(shù)，它以O(shè)2為主要?dú)饣橘|(zhì)來生產(chǎn)合成氣。

一、SHELL煤氣化工藝中高溫高壓飛灰過濾器的工作流程

在SHELL煤氣化過程中就包含了除灰這一重要工藝，它主要通過合成氣冷卻器將合成氣送至高溫高壓過濾器進(jìn)行過濾除灰，保證在過濾后合成氣的灰塵含量在2～3mg/Nm3，然后再將過濾后氣體送至洗滌塔。在高溫高壓過濾器中還設(shè)置了反吹系統(tǒng)，它利用超高壓合成氣對濾芯進(jìn)行長時(shí)間反吹，確保濾芯壓降能夠始終控制維持在0.03MPa范圍內(nèi)，而高溫高壓飛灰過濾器所過濾出的飛灰也將被收集于飛灰放料罐中。從技術(shù)角度講，這部分被SHELL煤氣化工藝所過濾產(chǎn)生的飛灰要再經(jīng)過濕法洗滌或干法脫除才能確保灰塵含量達(dá)到生產(chǎn)要求，同時(shí)確保設(shè)備的下游壓縮機(jī)部分不會(huì)產(chǎn)生灰塵積累現(xiàn)象影響設(shè)備裝置常規(guī)化運(yùn)行。在目前，采用干法脫除來過濾灰塵比較常見，它所采用的過濾器為S1501。該過濾器是否能夠正常穩(wěn)定運(yùn)行對于SHELL氣化裝置整體運(yùn)作相當(dāng)重要[1]。

二、關(guān)于飛灰過濾器S1501

1.S1501飛灰過濾器的基本概述

上文所提到的S1501飛灰過濾器是SHELL煤氣化工藝高溫高壓飛灰過濾設(shè)備中的關(guān)鍵，它在設(shè)備中的技術(shù)地位相對較高，處于飛灰收集工序的頂端位置，S1501能夠?qū)饣癄t中所生成合成氣中的大部分粉塵全部過濾干凈，保證合成氣達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)后再進(jìn)入濕洗工序，通過最終洗滌形成激冷氣。在此過程中，S1501基本過濾去除了合成氣中大約99%以上的飛灰含量。

2.S1501的具體組成

S1501飛灰過濾器系統(tǒng)整體主要由3部分組成：過濾系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及執(zhí)行設(shè)備。首先談過濾系統(tǒng)，過濾系統(tǒng)由15組濾芯所共同組成，且每一組濾芯中都含有48根陶瓷濾芯，整個(gè)系統(tǒng)一共有720根。該系統(tǒng)能夠在常規(guī)操作范圍內(nèi)完成日常維護(hù)工作，即使不清洗濾芯，其濾芯也能夠至少工作1.6萬h以上，基本達(dá)到3a/2.4萬h水平。而如果選擇清洗濾芯，清洗后的濾芯機(jī)械強(qiáng)度不會(huì)因?yàn)榍逑炊霈F(xiàn)大幅度的強(qiáng)度衰減，依然可以正常使用。

其次是S1501的控制系統(tǒng)，它的控制系統(tǒng)主要通過PLC來實(shí)現(xiàn)功能應(yīng)用，且其中也加入了反吹閥動(dòng)作，同時(shí)按照預(yù)先設(shè)定模式來運(yùn)行控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，反吹閥運(yùn)行模式還包括了時(shí)間運(yùn)行與差壓運(yùn)行模式兩種，從工藝層面來講，它要基于系統(tǒng)的不同運(yùn)行狀況、不同模式來進(jìn)行控制反吹，保證典型差壓運(yùn)行模式的反吹時(shí)間符合控制系統(tǒng)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。舉例來說，如果反吹閥運(yùn)行模式下其壓差為0～20kPa，它的運(yùn)行間隔時(shí)間就為35s，如果壓差在25kPa，它的間隔時(shí)間應(yīng)該為25s，如果壓差>30kPa，它的間隔時(shí)間則要控制在15s以內(nèi)。

最后是S1501的執(zhí)行設(shè)備，執(zhí)行設(shè)備即反吹再生系統(tǒng)，由于系統(tǒng)中所有被過濾掉的飛灰會(huì)集聚于濾芯表面位置，當(dāng)積累達(dá)到一定程度后濾芯本身會(huì)喪失過濾功能。為了保證濾芯能夠在功能再生或長時(shí)間保持功能有效性，就要為其配備反吹再生執(zhí)行設(shè)備。在SHELL煤氣化工藝高溫高壓飛灰過濾器中就設(shè)置了15組與濾芯相對應(yīng)的反吹閥，且在每一組濾芯之上都額外設(shè)置了一個(gè)倒立的文丘里管，反吹閥出口位置要對準(zhǔn)文丘里管入口，確保讓文丘里管也能儲(chǔ)存攜帶一定量的合成氣，并最終將合成氣吹入濾芯位置。如此一來，濾芯文丘里管表面的飛灰就會(huì)自動(dòng)脫離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對濾芯過濾功能的有效恢復(fù)。根據(jù)過往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出，反吹閥執(zhí)行設(shè)備的平均壽命可達(dá)到10萬次動(dòng)作，如果按照15s間隔時(shí)間來計(jì)算，反吹閥的每一次循環(huán)時(shí)間為4～5min，它的可持續(xù)運(yùn)行時(shí)間可至少達(dá)到270d以上[2]。

三、S1501的故障判斷與故障現(xiàn)象分析

1.故障判斷

一般來說，S1501其飛灰過濾系統(tǒng)的故障一般體現(xiàn)在濾芯損壞方面，其濾芯的實(shí)際壽命及預(yù)期壽命相比具有較大落差，這是因?yàn)樵谠O(shè)備的實(shí)際運(yùn)行過程中，濾芯與濾芯之間是存在搭橋空隙的，這里最容易積累飛灰，時(shí)間長久飛灰積累越來越多并形成足以將S1501濾芯撐斷的橫向剪切力。當(dāng)濾芯完全斷裂以后，大量未經(jīng)過濾的飛灰會(huì)直接進(jìn)入文丘里管洗滌器包括濕洗塔，將這兩大分支設(shè)備中的所有頂部噴淋孔堵死，形成填料狀結(jié)垢，最終使SHELL煤氣化裝置完全無法正常運(yùn)行而被迫停運(yùn)。

這里可以通過反吹氣壓降來判斷設(shè)備故障。當(dāng)設(shè)備正常運(yùn)行過程中，它的反吹氣壓降應(yīng)該至少大于0.15MPa。另外還要根據(jù)反吹間隔時(shí)間、反吹降壓趨勢等等內(nèi)容來判斷設(shè)備的周期性鋸齒形變化，考慮正常反吹與不充分反吹兩種情況，同時(shí)做到對反吹壓降變化的有效監(jiān)控，按照濾芯變化來判斷設(shè)備是否在實(shí)施有效反吹，如果發(fā)現(xiàn)故障要進(jìn)行及時(shí)處理，如圖1。

2.故障現(xiàn)象分析

要明確S1501在過濾系統(tǒng)方面的故障原因，例如比較常見的濾芯損壞，此時(shí)就必須停止設(shè)備運(yùn)行，及時(shí)更換濾芯。但如果反吹閥出現(xiàn)故障則要根據(jù)具體狀況進(jìn)行具體分析，第一時(shí)間處理故障狀況，如果是比較嚴(yán)重的反吹閥桿或閥芯脫落斷裂，必須停止設(shè)備進(jìn)行集中檢修。從過往的設(shè)備運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，S1501出現(xiàn)故障主要會(huì)出現(xiàn)五方面故障現(xiàn)象。

首先是低料位不出現(xiàn)。這可能是因?yàn)镾1501中錐部積灰過多，灰料位置已經(jīng)漲到濾芯底部位置，導(dǎo)致濾芯被積灰掩埋，或者濾芯已經(jīng)被撐斷，最終導(dǎo)致系統(tǒng)被迫停止。

其次可能是SHELL煤氣氣化爐系統(tǒng)負(fù)荷與壓力升降速率過快不規(guī)律。在設(shè)備運(yùn)行開車階段，系統(tǒng)是呈現(xiàn)負(fù)荷壓力全上升狀態(tài)的，而當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行停車以后，則會(huì)進(jìn)行泄壓吹掃。在此過程中過濾器可能會(huì)受到?jīng)_擊影響，導(dǎo)致濾芯損壞。一般來說SHELL氣化爐系統(tǒng)在升降壓速率方面要進(jìn)行嚴(yán)格范圍控制，避免其出現(xiàn)上述問題。

第三是S1501反吹閥門出現(xiàn)故障，通常情況下設(shè)備反吹閥門是會(huì)出現(xiàn)內(nèi)銹渣。溫度壓力過大等現(xiàn)象，它們會(huì)造成設(shè)備的應(yīng)力，如果反吹氮?dú)鉁囟瘸^225℃，反吹閥就會(huì)直接出現(xiàn)故障。該故障必須在0.5h以內(nèi)處理好，否則濾芯會(huì)直接損壞。

第四，當(dāng)傳統(tǒng)的陶瓷濾芯被改為燒結(jié)金屬濾芯以后，它原有的使用壽命不但有所加強(qiáng)，而且燒結(jié)金屬濾芯在進(jìn)口并經(jīng)過技術(shù)改造后其使用成本也大大降低。但是由于成本壓縮與空間限制等客觀原因，它將原本的24組濾芯改為15組，這大大降低了它的飛灰處理能力。

最后還可能出現(xiàn)高壓反吹氮?dú)饬考皦毫?yán)重不足的現(xiàn)象。該現(xiàn)象的發(fā)生主要是汽化爐中出現(xiàn)較大壓降，它與反吹氮?dú)庑纬蓻_突，氮?dú)獯偈瓜到y(tǒng)壓力快速降低。實(shí)際上在氣化爐正常使用過程中應(yīng)該盡量避免用氮沖突，可以考慮錯(cuò)開反吹閥工作時(shí)間，確保濾芯能夠始終反吹氮?dú)狻?/p>

四、S1501的故障解決措施

為了解決上述故障現(xiàn)象，需要基于SHELL煤氣化工藝高溫高壓飛灰過濾器及汽化爐對S1501進(jìn)行問題修正和設(shè)備改造。具體來講以下提出3點(diǎn)故障解決措施。

首先可以考慮適當(dāng)合理縮短反吹頻率，對S1501的反吹間隔時(shí)間進(jìn)行修改調(diào)整。例如可以將原來的15s改為11s，不過不會(huì)對反吹時(shí)間模式下的壓差時(shí)間與區(qū)間曲線進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)然還要看實(shí)踐狀況來具體分析。當(dāng)然，如果縮短反吹時(shí)間也要充分意識(shí)到設(shè)備反吹動(dòng)作頻率必然會(huì)加快，這會(huì)導(dǎo)致設(shè)備使用壽命縮短，因此必須在日常維護(hù)過程中加強(qiáng)檢修力度，保證設(shè)備始終保持健康狀態(tài)，特別是要做到定期更換反吹閥。

其次要做到保證反吹閥氣量與壓力都處于正常狀態(tài)。因?yàn)镾1501在氣化爐反吹過程中會(huì)受到氣量影響，所以需要對氣化爐的吹掃程序進(jìn)行修改，避免出現(xiàn)反吹閥反吹時(shí)間重疊。這里可采用30PV0013B線對反吹閥進(jìn)行控制，而氣化爐部分則由30PV0013A控制，如此改造能夠保證S1501反吹氣效率穩(wěn)定提升。

第三要適當(dāng)增加過濾器中的有效過濾面積，過濾面積增加的前提就是確保濾芯強(qiáng)度與長度。如果濾芯長度是1.5m，現(xiàn)要將其改造為2m長度，它的過濾面積就可以增加至少30%以上。這種濾芯有效過濾面積改變能夠直接影響SHELL煤氣化高溫高壓飛灰過濾器設(shè)備，解決系統(tǒng)處理負(fù)荷能力不足的問題[3]。

結(jié)語

除上述三點(diǎn)對策外，還可以為SHELL煤氣化工藝高溫高壓飛灰過濾器設(shè)備體系增設(shè)與預(yù)除灰設(shè)計(jì)，保證S1501能夠在低于80%的負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，避免高負(fù)荷波動(dòng)現(xiàn)象。也就是說要增加氣化爐的配煤灰分含量，保證預(yù)除灰設(shè)備具有充分余量。本文所探討的SHELL煤氣化工藝高溫高壓飛灰過濾器問題與功能優(yōu)化具有極大的建設(shè)性作用，可以提高企業(yè)生產(chǎn)效率，值得被廣泛推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]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，2012，35（1）：18-21.

[2]李振.煤氣化工藝研究[J].新技術(shù)新工藝，2015（7）：7-9.

[3]唐宏青.Shell煤氣化工藝的評述和改進(jìn)意見[J].煤化工，2005，33（6）：9-14.