高溫高壓飛灰過(guò)濾器文丘里管故障原因分析及應(yīng)對(duì)措施

田德帥(神華鄂爾多斯煤制油分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209)

1 設(shè)備故障簡(jiǎn)述

我公司煤氣化中心105單元高溫高壓飛灰過(guò)濾器(S1501)于2018年12月將外圍11組1.5m 金屬濾芯更換為2m 濾芯，中間四組依然使用1.5m 新濾芯，至2019年3月裝置大修停車(chē)前壓差穩(wěn)定在11kPa 左右。大修期間未對(duì)S1501開(kāi)大蓋進(jìn)行檢查，只進(jìn)行了側(cè)人孔檢查，檢查未發(fā)現(xiàn)異常。大修結(jié)束后于2019年6月開(kāi)車(chē)運(yùn)行，S1501開(kāi)車(chē)時(shí)壓差為11.4kPa，后期隨著運(yùn)行，濾芯壓差持續(xù)上漲，期間發(fā)現(xiàn)11號(hào)和14號(hào)反吹閥動(dòng)作時(shí)內(nèi)部有異響，8月開(kāi)始，S1501濾芯壓差上漲斜率開(kāi)始變陡，并出現(xiàn)階梯式上漲，期間工藝技術(shù)人員對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行多次調(diào)整，如降低負(fù)荷、降低激冷量、提高反吹壓力等一些列措施，短期對(duì)緩解S1501壓差有一定的效果，但維持時(shí)間不長(zhǎng)，濾芯壓差總體趨勢(shì)依然是上漲，根據(jù)公司安排105氣化裝置于2019年9月17日停車(chē)。

停工后進(jìn)入S1501檢查發(fā)現(xiàn)15組濾芯的文丘里管有5組已經(jīng)翻倒，4組文丘里管已經(jīng)脫離原始位置開(kāi)始沿著濾芯籠子的內(nèi)圓凸出，隨時(shí)有可能翻倒。也就是說(shuō)15組文丘里管中只有6組在運(yùn)行中有效反吹，5組已經(jīng)不再起到反吹作用，其余4組反吹效果也明顯下降。此外還發(fā)現(xiàn)部分文丘里管裙邊已經(jīng)嚴(yán)重變形，一根反吹管已經(jīng)斷裂，其余3根反吹管已經(jīng)變形。但濾芯大管板部位未發(fā)現(xiàn)積灰現(xiàn)象，說(shuō)明濾芯未泄漏，從側(cè)人孔檢查發(fā)現(xiàn)濾芯整體掛灰比較嚴(yán)重。

2 故障原因分析

2.1 設(shè)計(jì)方面的原因

在S1501翻倒的五組文丘里管中四組是中部的1.5m 濾芯的文丘里管，只有一組是2m 濾芯的文丘里管，而中間四組和周?chē)?1組文丘里管不同之處在于反吹管長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)不一致。

從圖1我們發(fā)現(xiàn)中間四組反吹管較長(zhǎng)而且在法蘭接管下有彎曲結(jié)構(gòu)而周?chē)?1組濾芯的反吹管較短且為直管。根據(jù)力學(xué)原理我們可以推理：當(dāng)反吹管上部的反吹閥動(dòng)作后，進(jìn)入反吹管的高壓氮?dú)庠诟咚倭鲃?dòng)過(guò)程中先后遇到反吹管的兩個(gè)彎頭，會(huì)對(duì)反吹管造成如圖2所示的沖擊力，這種沖擊力作用在反吹管上后對(duì)文丘里的直接影響就是形成水平方向的敲擊作用，文丘里管長(zhǎng)期在反吹管這種力的作用下加之濾芯壓差較高形成的反吹反作用力較大，最終導(dǎo)致文丘里與反吹管的定位環(huán)損壞以及文丘里與管板的連接因疲勞而脫離，在合成氣的氣流作用下文丘里管最終翻倒。

圖1 反吹管結(jié)構(gòu)及分布示意

圖2 反吹管沖擊力關(guān)系示意

2.2 安裝質(zhì)量原因

在2018年12月份的檢修中，為防止濾芯管板與大管板的密封部位泄漏，我們首次將兩個(gè)翻邊法蘭進(jìn)行了密封焊。在密封焊完成后，原設(shè)計(jì)的使用T 型螺栓將文丘里與管板連接固定的組合件凹槽內(nèi)被2～3mm 的焊肉所占，而焊肉所在部位恰好是組合件的中部位置，這導(dǎo)致T 型螺栓不能較好的塞入凹槽內(nèi)與文丘里、濾芯籠子以及大管板的翻邊法蘭相貼合，當(dāng)文丘里管安裝完畢后，T 型連接螺栓的安裝位置相對(duì)以前向外偏移且在T 型螺栓緊固過(guò)程中很容易出現(xiàn)上下端一側(cè)靠近濾芯組件，另一側(cè)向外大量偏移的現(xiàn)象，運(yùn)行中在氣流的沖擊下即使T 型螺栓上部螺母已經(jīng)與文丘里點(diǎn)焊固定但下端由于位置偏外緣而很容易脫出，當(dāng)局部T 型螺栓脫出后其余未受力的T 型螺栓開(kāi)始過(guò)載最終隨著裝置運(yùn)行全部脫落。當(dāng)初我們安裝中也考慮到了這種極端情況就在濾芯組合件外緣額外焊接了6條拉筋，拉筋將文丘里、濾芯籠子以及管板的三個(gè)翻邊法蘭通過(guò)焊接方式連接固定在一起防止T 型螺栓脫落后文丘里翻倒，但由于施工中文丘里的法蘭相對(duì)另外兩個(gè)法蘭厚度較小，焊肉可能相對(duì)很小，當(dāng)T 型連接螺栓脫落后，微小的焊肉無(wú)法承受氣流沖擊形成的各種方向的作用力最終開(kāi)裂。

2.3 反吹管與文丘里安裝的共同作用

文丘里正常安裝程序是首先將濾芯的籠子組件吊裝到位并保證籠子的翻邊法蘭與大管板的翻邊法蘭對(duì)齊，然后吊入文丘里，旋轉(zhuǎn)調(diào)整文丘里使定位螺栓孔對(duì)齊并裝入定位螺栓，然后裝入T 型螺栓固定，最后連接反吹管。但實(shí)際上經(jīng)過(guò)近十年的頻繁拆裝，部分定位螺栓的栽絲部位已經(jīng)斷在螺紋內(nèi)導(dǎo)致文丘里無(wú)法定位，此外有的文丘里因?yàn)椴鹧b中記號(hào)模糊導(dǎo)致文丘里的組對(duì)位置破壞。再者，我單位的文丘里與反吹管的噴頭定位采用焊接定位環(huán)的方式定位且間隙非常小導(dǎo)致噴頭調(diào)整空間非常有限，安裝中只能采用文丘里管的固定T 型螺栓和反吹管連接法蘭先不緊固，不斷旋轉(zhuǎn)文丘里和反吹管到所謂的最佳位置(即反吹管法蘭無(wú)張口或者張口最小位置)，然后再分別緊固反吹管和文丘里的T 型連接螺栓。這樣做直接的影響就是等反吹管的接管法蘭和文丘里的連接螺栓緊固后二者分別與各自的螺栓連接部件緊密的連接，形成二次校正，導(dǎo)致反吹管與文丘里的連接部位無(wú)法達(dá)到力學(xué)平衡，存在一定的水平方向的安裝校正力矩，這種力矩在近幾年來(lái)未導(dǎo)致文丘里出現(xiàn)翻倒現(xiàn)象，但量變到一定程度出現(xiàn)了這次的“質(zhì)變”。在這種力矩的作用下加之反吹氣源造成的脈動(dòng)沖擊最終T 型螺栓脫出，連接拉桿焊接部位開(kāi)裂導(dǎo)致文丘里管翻倒。

2.4 合成氣因素

2018年12月105S1501首次采用兩米濾芯后，我們發(fā)現(xiàn)激冷氣壓縮機(jī)在氣化爐同負(fù)荷、同轉(zhuǎn)速下，激冷氣量明顯提高，由之前的24萬(wàn)Nm3增至26萬(wàn)Nm3，根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象可以推理，S1501在激冷氣量激增后，每組濾芯通氣量增加約20000/15≈1300Nm3/h，合成氣流向恰好是自文丘里下方向上。合成氣在文丘里流通的通道內(nèi)最小截面部分通徑為210mm，下部最大通徑約850mm，在合成氣流經(jīng)文丘里時(shí)通道面積由0.567m2降為0.035m2，也就是說(shuō)承受上升的合成氣流投影面積為0.532m2，流通區(qū)域降低了約93.8%，阻力較大，加之上述第二和第三條因素的存在，大氣量的合成氣破壞了文丘里管原始連接方式形成的平衡狀態(tài)最終造成文丘里管翻倒。

2.5 反吹因素

高溫高壓飛灰過(guò)濾器除灰方式為干法除灰，飛灰被阻擋在濾芯表面，隨著過(guò)濾器使用時(shí)間的增長(zhǎng)，靠近濾芯側(cè)會(huì)逐漸形成一層永久性濾餅層，而遠(yuǎn)離濾芯側(cè)的濾餅層是非永久性的，超高壓氮?dú)庠诜创甸y動(dòng)作時(shí)，產(chǎn)生脈沖導(dǎo)引氣流，該氣流無(wú)法吹除永久性濾餅層，但可以使非永久性濾餅層脫離，吹落的飛灰沉積在底部收集器內(nèi)。105S1501濾芯壓差在停車(chē)前持續(xù)上漲，通過(guò)提高反吹壓力期望吹掉濾芯表面的非永久性濾餅層從而降低濾芯壓差，但由于濾芯表面大量積灰，反吹氣對(duì)合成氣形成的脈沖氣流因?yàn)V芯阻力系數(shù)提高而使得通過(guò)濾芯孔隙的氣量大幅減少，這就造成反吹時(shí)文丘里承受的反吹氣的反沖擊力增大，在這種沖擊力的作用下文丘里連接部位失效最終翻倒。

3 應(yīng)對(duì)措施

3.1 校正反吹管

為防止上述分析的安裝問(wèn)題造成文丘里翻倒現(xiàn)象，在文丘里管安裝后仔細(xì)檢查反吹管法蘭張口情況，對(duì)張口較為嚴(yán)重的反吹管進(jìn)行割口校正避免和減小反吹管法蘭與文丘里連接法蘭的不平行造成額外安裝力矩。

3.2 對(duì)T型螺栓螺母進(jìn)行加強(qiáng)焊

在文丘里T 型螺栓安裝完畢后對(duì)螺母進(jìn)行加強(qiáng)焊措施，防止運(yùn)行過(guò)程中螺母松動(dòng)導(dǎo)致T 型螺栓脫落。

3.3 增加濾芯組合件外緣拉筋數(shù)目

將濾芯組合件外緣的6條拉筋改為8條拉筋并增大焊肉面積，使文丘里管、濾芯籠子和管板的翻邊法蘭牢固地連為一體。

3.4 增設(shè)T型螺栓固定鋼圈

T 型螺栓安裝完成后在濾芯組件的外緣增設(shè)一圈固定鋼圈將T 型螺栓緊緊“抱住”以防止其脫落。

3.5 加強(qiáng)對(duì)反吹系統(tǒng)的監(jiān)控。

只有保證反吹系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行，才能使濾芯外表面的非永久性濾餅層被及時(shí)吹除，從而保持濾芯孔隙的通透性，最大限度地減弱反吹氣流對(duì)文丘里管形成的沖擊力。

4 結(jié)語(yǔ)

文章從五個(gè)方面對(duì)飛灰過(guò)濾器文丘里管故障原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，提出五項(xiàng)應(yīng)對(duì)改進(jìn)措施，有效解決了高溫高壓飛灰過(guò)濾器文丘里管的故障。