S Zorb裝置閉鎖料斗過(guò)濾器泄漏故障剖析

吳國(guó)瑩，陳斌斌

(中國(guó)石化青島煉油化工有限責(zé)任公司，山東 青島 266500)

中國(guó)石化青島煉油化工有限責(zé)任公司S Zorb裝置設(shè)計(jì)規(guī)模150萬(wàn)t/a，于2014年6月中交，2015年9月正式投料生產(chǎn)。裝置由進(jìn)料與脫硫反應(yīng)、吸附劑再生、吸附劑循環(huán)和產(chǎn)品穩(wěn)定四個(gè)部分組成，主要產(chǎn)品為超低硫精制汽油，副產(chǎn)少量燃料氣，含二氧化硫再生煙氣送至硫磺回收裝置處理。本文對(duì)裝置運(yùn)行過(guò)程中閉鎖料斗過(guò)濾器出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了優(yōu)化操作方案，以達(dá)到裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的目的。

1 閉鎖料斗過(guò)濾器運(yùn)行簡(jiǎn)介

閉鎖料斗過(guò)濾器作為S Zorb裝置的核心設(shè)備之一，其在吸附劑循環(huán)系統(tǒng)正常運(yùn)行中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其設(shè)計(jì)操作參數(shù)見表1。

表1 閉鎖料斗過(guò)濾器設(shè)計(jì)操作參數(shù)

閉鎖料斗過(guò)濾器安裝于閉鎖料斗頂部，共有濾芯13根，濾芯以螺紋連接固定的方式均勻分布在過(guò)濾器管板上。閉鎖料斗過(guò)濾器工作環(huán)境苛刻，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中以23～30 min一個(gè)循環(huán)的頻次運(yùn)行，氫氣和氮?dú)猸h(huán)境交替，運(yùn)行溫度在240～370℃之間交替變化，壓力在0.1～3.2 MPa之間交替變化，整個(gè)周期溫度壓力變化幅度大且時(shí)間短。

2 閉鎖料斗過(guò)濾器運(yùn)行問(wèn)題

閉鎖料斗過(guò)濾器運(yùn)行條件苛刻，密封和過(guò)濾要求高，其運(yùn)行狀況直接關(guān)系到裝置平穩(wěn)長(zhǎng)周期運(yùn)行。在實(shí)際應(yīng)用中，過(guò)濾器故障主要集中在泄漏方面，此外部分企業(yè)在使用中出現(xiàn)差壓上升較快且較高現(xiàn)象[1]。

2.1 閉鎖料斗過(guò)濾器泄漏表象

由于吸附劑粒徑分布范圍在0～160 μm之間，過(guò)濾器精度在1.3 μm，若其發(fā)生泄漏，主要表現(xiàn)在三方面：

1)過(guò)濾器頂氣相線烴氧分析儀故障頻繁，堵塞加劇，清理頻次增多，每次清理出吸附劑量增多；

2)放空罐現(xiàn)場(chǎng)放空口外排氣體攜帶吸附劑明顯增多；

3)長(zhǎng)時(shí)間泄漏后，導(dǎo)致過(guò)濾器后路壓控及程控閥沖刷磨損，從而導(dǎo)致閉鎖料斗第8.0步?jīng)_壓困難，閉鎖料斗第9.0步下料不暢，LMS各參數(shù)調(diào)節(jié)后逐漸失去效果，如圖1所示。

圖1 閉鎖料斗過(guò)濾器內(nèi)漏PV2401A1/A2沖刷圖

2.2 閉鎖料斗過(guò)濾器泄漏頻次及處理

圖2 料斗拆檢圖

2016年3月裝置閉鎖料斗過(guò)濾器發(fā)生第一次泄漏，過(guò)濾器拆出后，過(guò)濾器管板和濾芯表面未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，原濾芯在根部1/2或1/3圓周部位處進(jìn)行了焊接加固，如圖2所示。

但氣密試漏發(fā)現(xiàn)濾芯與管板螺紋連接未滿焊的13根濾芯，有8根根部泄漏。于是，對(duì)所有濾芯螺紋連接部位沿圓周100%密封焊接處理。

2017年8月過(guò)濾器再次發(fā)生泄漏，拆檢后發(fā)現(xiàn)過(guò)濾器濾芯松動(dòng)，濾芯表面無(wú)破損痕跡，但部分濾芯根部焊接部位存在開焊、裂紋、螺紋和管板內(nèi)絲有不同程度沖刷。于是，對(duì)過(guò)濾器濾進(jìn)行整體更換并增加濾芯定位盤，且濾芯未進(jìn)行焊接固定，投用后，運(yùn)行良好。

2019年6月裝置大檢修時(shí)，拆檢過(guò)濾器發(fā)現(xiàn)濾芯表面無(wú)破損痕跡，但是濾芯松動(dòng)，13根濾芯中有6根的螺紋有不同程度沖刷磨損，管板的內(nèi)絲也有損傷,有三根濾芯變形傾斜幅度較大，且部分濾芯底部定位針形變嚴(yán)重，如圖3所示。

圖3 料斗濾芯拆檢圖

3 閉鎖料斗過(guò)濾器泄漏原因分析

通過(guò)幾次拆檢，不難發(fā)現(xiàn)，閉鎖料斗過(guò)濾器泄漏主要集中在濾芯和管板連接的螺紋處，此部位受載荷沖擊和吸附劑沖刷發(fā)生磨損變形，最終導(dǎo)致螺紋接觸面的縫隙越來(lái)越大，大量小粒徑的吸附劑進(jìn)入過(guò)濾器后路管線，使得過(guò)濾器失去效果。分析其泄漏原因，主要有以下幾點(diǎn)：

3.1 周期性的載荷沖擊和溫度變化

在閉鎖料斗運(yùn)行過(guò)程中，由于裝劑、調(diào)壓和吹掃等周期性過(guò)程存在，氣體和吸附劑周期性對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行沖擊，同時(shí)由于程控閥開關(guān)和測(cè)量?jī)x表誤差等原因，使閉鎖料斗的裝劑量、吹掃和沖泄壓速度不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致過(guò)濾器濾芯受到的沖擊力不穩(wěn)定。

根據(jù)螺紋連接松動(dòng)的研究機(jī)理[2-6]，可以推測(cè)閉鎖料斗過(guò)濾器松動(dòng)過(guò)程，長(zhǎng)時(shí)間的軸向和橫向不穩(wěn)定載荷周期性沖擊；一方面使的過(guò)濾器濾芯逐漸發(fā)生形變，最主要的是使根部螺紋面在周期性變化應(yīng)力作用下逐漸磨損及發(fā)生塑性變形，引起螺紋連接張緊力的下降，當(dāng)張緊力下降到一定程度后，螺紋將產(chǎn)生滑動(dòng)，最終引起螺紋連接松動(dòng)。由于閉鎖料斗工作環(huán)境的特殊性，松動(dòng)后的螺紋，使得小粒徑吸附劑得以進(jìn)入，不斷沖刷螺紋表面，加速了螺紋的磨損和塑性變形，并且從螺紋磨損程度來(lái)看，吸附劑的沖刷是非常嚴(yán)重的，這最終使得過(guò)濾器失去過(guò)濾效果。

閉鎖料斗過(guò)濾器運(yùn)行溫度在240～370℃之間交替變化,由于管板和濾芯為不同材質(zhì)，在溫度大幅度變化時(shí)，兩者膨脹收縮幅度不一樣，循環(huán)溫度載荷使得濾芯和管板之間的緊固狀態(tài)呈現(xiàn)周期性變化，在溫度驟升時(shí)濾芯“上緊”，溫度驟降時(shí)濾芯“松動(dòng)”，不同的熱變形使得螺紋張緊力下降[7]，同樣會(huì)導(dǎo)致閉鎖料斗過(guò)濾螺紋連接失效。

3.2 過(guò)濾器絲扣加工精度難以保證

在過(guò)濾器濾芯安裝過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，部分濾芯無(wú)法完全擰入管板，濾芯留有1至3扣在管板外面的現(xiàn)象，影響了螺紋受力分布。同時(shí)，部分管板內(nèi)絲與濾芯外絲咬合不嚴(yán)密，內(nèi)外絲之間緊密接觸起到隔離作用的有效絲扣過(guò)少，使的吸附劑微粒散布于整個(gè)內(nèi)外絲溝槽，在閉鎖料斗沖卸壓及吹掃時(shí)可以直接沖刷螺紋。散布在螺紋面上的吸附劑顆粒極大降低了螺紋表面摩擦力，使得螺紋接觸面摩擦力波動(dòng)，連接不穩(wěn)定，破壞了原有力的平衡，有效張緊力下降，在受到?jīng)_擊時(shí)容易發(fā)生自松馳[8-9]。

3.3 程控閥故障或操作失誤等導(dǎo)致濾器受損

閉鎖料斗過(guò)濾器本身受操作和程控閥等其他設(shè)備影響較大，操作不當(dāng)極易引起過(guò)濾器損傷。閉鎖料斗料位高低對(duì)閉鎖料斗過(guò)濾器影響甚大，由于操作或者程控閥故障等致使閉鎖料斗料位過(guò)高，會(huì)使得裝劑時(shí)大量吸附劑直接沖擊過(guò)濾器濾芯，濾芯受力會(huì)急劇增大，造成濾芯變形，螺紋承受力度過(guò)大，造成螺紋損壞，過(guò)濾器泄漏，嚴(yán)重的超過(guò)濾芯承受限度，會(huì)引起濾芯表層濾層破損。

4 閉鎖料斗過(guò)濾器運(yùn)行優(yōu)化

為延長(zhǎng)閉鎖料斗過(guò)濾器使用周期，針對(duì)其泄漏原因而采取優(yōu)化運(yùn)行措施，主要有以下方面：

4.1 過(guò)濾器濾芯增加定位盤

過(guò)濾器濾芯長(zhǎng)時(shí)間受氣體及吸附劑沖擊的影響，容易松動(dòng)脫落，對(duì)過(guò)濾器濾芯增加定位盤，可以極大減少濾芯振動(dòng)幅度，同時(shí)通過(guò)固定限位可以平衡受力，達(dá)到延長(zhǎng)濾芯使用壽命的目的，并且從裝置使用情況來(lái)看，效果良好。

4.2 對(duì)濾芯根部進(jìn)行100%滿焊加固處理

對(duì)濾芯根部進(jìn)行100%補(bǔ)焊加固處理，一方面可以降低振動(dòng)幅度，另一方面可以有效避免吸附劑微粒同濾芯絲扣的接觸，避免因?yàn)V芯松動(dòng)或者加工精度問(wèn)題致使濾芯內(nèi)外絲存在縫隙導(dǎo)致的過(guò)濾器泄漏問(wèn)題，但是補(bǔ)焊亦存在濾芯損壞后過(guò)濾器需要整體更換的問(wèn)題。

4.3 嚴(yán)格控制閉鎖料斗料位

閉鎖料斗料位過(guò)高對(duì)閉鎖料斗過(guò)濾器沖擊非常大，過(guò)高的料位會(huì)使的吸附劑直接沖擊濾芯。操作中嚴(yán)格控制閉鎖料斗運(yùn)行過(guò)程中料位不超90%，在保證產(chǎn)品質(zhì)量和辛烷值損失及預(yù)留一定余地的條件下，應(yīng)盡可能降低料斗裝劑量，以降低閉鎖料斗運(yùn)行負(fù)荷，減輕濾芯工作強(qiáng)度。若因操作或程控閥開關(guān)故障等致使料位過(guò)高，則應(yīng)在卸壓氣提前將部分吸附劑裝回反應(yīng)或者再生，以降低過(guò)濾器差壓，減輕沖刷。控制閉鎖料斗料位，關(guān)鍵在于確保程控閥開關(guān)及時(shí)到位和LMS各參數(shù)設(shè)置合理，要時(shí)刻關(guān)注閉鎖料斗裝卸料速度，及時(shí)優(yōu)化調(diào)整LMS各參數(shù)，盡量避免手動(dòng)操作。

4.4 及時(shí)處理閉鎖料斗系統(tǒng)設(shè)備問(wèn)題

由于S Zorb裝置的特殊性，各系統(tǒng)各設(shè)備之間影響較大，任何一個(gè)方面的問(wèn)題若不及時(shí)處理均會(huì)引起其他設(shè)備的一系列問(wèn)題，尤其是閉鎖料斗系統(tǒng)各設(shè)備之間影響更為明顯，出現(xiàn)問(wèn)題就要及時(shí)處理。閉鎖料斗系統(tǒng)的維護(hù)應(yīng)建立單獨(dú)維護(hù)機(jī)制，程控閥、調(diào)節(jié)閥和測(cè)量?jī)x表等一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，就要及時(shí)處理，避免引發(fā)后續(xù)設(shè)備損傷。

4.5 加強(qiáng)過(guò)濾器制造精度監(jiān)控

及時(shí)溝通廠家，提高過(guò)濾器連接螺紋的制造精度，并探索其他密封更嚴(yán)、精度更高、且可拆卸的連接形式，以及選用統(tǒng)一的管板與過(guò)濾器濾芯材質(zhì)的可行性。

5 結(jié)論

閉鎖料斗過(guò)濾器作為S Zorb裝置閉鎖料斗的主要部件，其運(yùn)行的穩(wěn)定性，直接影響裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行，通過(guò)幾次的故障原因分析，初步了解其失效的主要原因?yàn)橹芷谛缘恼駝?dòng)和溫度變化及過(guò)濾器絲套加工精度較低，并提出了增加濾芯定位盤、對(duì)濾芯進(jìn)行滿焊處理、嚴(yán)格控制閉鎖料斗料位等諸多優(yōu)化措施，為裝置的安、穩(wěn)、優(yōu)運(yùn)行提供了保障。