脈沖反吹角閥在E-Gas氣化焦過濾器上的應(yīng)用

郭宗斌，周建欣，熊 江，王海慶

(中海油惠州石化有限公司，廣東惠州 516086)

中海油惠州石化有限公司煤制氫裝置采用E-Gas氣化技術(shù)。該技術(shù)采用兩段式水煤漿加壓氣化，在流程中設(shè)置了合成氣冷卻器和焦過濾器，分別用于回收合成氣顯熱和移除合成氣中的固體顆粒。焦過濾器是合成氣除塵凈化的關(guān)鍵設(shè)備，由過濾器殼體、濾芯和反吹系統(tǒng)組成。過濾器殼體被位于過濾器中的管板分為上下兩部分，正常運行中，含有固體顆粒的合成氣由過濾器下部進入，經(jīng)過濾芯過濾后，從過濾器上部排出。來自壓縮機的高壓合成氣從焦過濾器頂部反向吹掃濾芯，將濾芯表面的固體顆粒吹落，恢復(fù)濾芯的過濾性能，保障過濾器正常工作。過濾器的流程簡圖見圖1。

圖1 焦過濾器的流程簡圖

1 焦過濾器反吹系統(tǒng)

焦過濾器為2臺并聯(lián)運行，每臺焦過濾器有12組脈沖反吹閥。每組脈沖反吹閥對應(yīng)一簇焦過濾器濾芯，脈沖反吹閥的一次開關(guān)時間為0.45 s。2臺焦過濾器的脈沖反吹閥按照順序每隔6 s開關(guān)一次。

焦過濾器的反吹系統(tǒng)由高壓合成氣、合成氣加熱器、反吹氣分布器和脈沖反吹閥組成。脈沖反吹閥的開關(guān)由控制系統(tǒng)發(fā)出指令打開或者關(guān)閉。脈沖反吹閥打開時，高壓合成氣快速通過反吹氣分布器，以一定的初速度噴射進入濾芯內(nèi)部，產(chǎn)生的沖擊波和動能可將濾芯表面的固體顆粒震落；脈沖反吹閥關(guān)閉時，氣化爐產(chǎn)生的合成氣則經(jīng)過濾芯表面過濾后進入濾芯內(nèi)部，起到正常過濾合成氣的作用。焦過濾器反吹流程見圖2所示。

圖2 焦過濾器反吹流程

2 原脈沖反吹球閥

焦過濾器反吹系統(tǒng)原使用的是脈沖反吹球閥，其規(guī)格和材質(zhì)見表1和表2所示，基本結(jié)構(gòu)見圖3所示。

表1 脈沖反吹球閥規(guī)格設(shè)計參數(shù)

表2 脈沖反吹球閥材質(zhì)

(a)閥門內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

3 存在問題及原因分析

氣化裝置開工過程中發(fā)現(xiàn)閥門存在嚴重內(nèi)漏和外漏現(xiàn)象。外漏位置在閥門填料壓蓋處，系統(tǒng)內(nèi)的合成氣向外界泄漏，有毒氣體積聚；同時發(fā)現(xiàn)閥門內(nèi)漏嚴重，反吹系統(tǒng)正常運行壓力為9.7 MPa，在30 min內(nèi)壓力降低了4 MPa，使得反吹系統(tǒng)功能喪失。閥門拆檢中發(fā)現(xiàn)閥門的閥座、球體、閥蓋、耳軸、填料壓蓋等內(nèi)件出現(xiàn)嚴重磨損(見圖4和圖5)。

圖4 耳軸磨損嚴重

圖5 主軸、填料壓蓋等部件磨損

根據(jù)脈沖反吹球閥拆檢情況推斷出泄漏原因：閥門快速轉(zhuǎn)動后，球體與閥座密封面磨損、變形嚴重，引起閥門內(nèi)漏;閥蓋、填料及填料函磨損嚴重導(dǎo)致閥門外漏。在對閥門的磨損部位進行修復(fù)后，閥門運行時間只能達到30 d左右，就會引發(fā)新的內(nèi)漏和外漏，說明脈沖反吹球閥的選型和制造加工工藝在適應(yīng)焦過濾器運行工況方面存在先天不足。

4 脈沖反吹角閥

國內(nèi)粉煤氣化也采用了干法除塵工藝，流程中使用飛灰過濾器除去合成氣夾帶的固體顆粒，過濾器中使用角閥作為反吹閥(脈沖反吹角閥的結(jié)構(gòu)見圖6)。經(jīng)過國內(nèi)近20年經(jīng)驗積累，脈沖反吹角閥已經(jīng)能夠滿足粉煤氣化飛灰過濾器長周期運行要求，并且脈沖反吹角閥國產(chǎn)化的經(jīng)驗相對成熟可靠。國內(nèi)粉煤氣化裝置中，通過對脈沖反吹角閥的閥芯桿、波紋管材質(zhì)、閥座的結(jié)構(gòu)進行完善和調(diào)整，脈沖反吹球閥的壽命大大提高[1-4]，其壽命為10萬次動作，在飛灰過濾器上可以持續(xù)運行280 d[4]。

圖6 脈沖反吹角閥結(jié)構(gòu)圖

粉煤氣化反吹氣的壓力只有8.0 MPa左右，而本裝置中反吹氣的壓力高達9.7 MPa,目前國內(nèi)還沒有如此高壓下的脈沖反吹角閥運行，因此，結(jié)合粉煤氣化脈沖反吹角閥的使用經(jīng)驗，采用脈沖反吹角閥閥體整體加工制造以提高抗壓強度，既保證了脈沖反吹角閥的性能，又適應(yīng)了本裝置高壓反吹的需求。

脈沖反吹球閥和脈沖反吹角閥故障時引起泄漏的風險對比分析見表3。

表3 球閥與角閥的泄漏風險對比

由于球閥和角閥的氣體流道不同，通過球閥和角閥的流量特性也不相同，球閥打開和關(guān)閉的過程聯(lián)成一體，其流量呈現(xiàn)正弦曲線的特點；角閥打開時間較快，打開后需要保持一段時間，然后再關(guān)閉，角閥的流量曲線呈現(xiàn)梯形的特點。流量曲線特點決定了同等時間內(nèi)經(jīng)過兩種閥門的反吹氣流量是不相同的，但是可以通過調(diào)整脈沖反吹角閥的開關(guān)時間來調(diào)整反吹氣流量，達到滿足過濾器反吹的效果。

5 運行結(jié)果

5.1 脈沖反吹球閥運行情況

脈沖反吹球閥的內(nèi)漏情況無法從表面觀察，只能通過反吹氣流量的增加情況來判斷。使用脈沖反吹球閥情況下，原裝球閥和修復(fù)后的球閥運行時氣化爐反吹氣流量變化情況見圖7。

圖7 原裝脈沖反吹球閥和修復(fù)脈沖反吹球閥反吹氣流量對比

由圖7可以看出：運行過程中，脈沖反吹球閥磨損加快;運行后期，合成氣反吹量較初期增長了110%以上；修復(fù)脈沖反吹球閥運行時間較長，運行后期反吹氣量上漲了60%。修復(fù)后脈沖反吹球閥的性能有所改善，但沒有從根本上解決內(nèi)漏的問題。

脈沖反吹球閥使用期間，外漏情況逐漸增多，外漏球閥數(shù)量逐漸增多。原裝脈沖反吹球閥運行末期，24臺脈沖反吹球閥中有22臺外漏，其中嚴重泄漏者達18臺；修復(fù)后,運行末期24臺脈沖反吹球閥中有18臺球閥外漏，其中嚴重外漏球閥達14臺。

5.2 脈沖反吹角閥使用效果

更換為脈沖反吹角閥后，共計運行時長近5 000 h，閥門未出現(xiàn)內(nèi)漏、外漏或故障停運的情況，不僅使用壽命延長，閥門的吹掃效果也有了明顯提高。使用脈沖反吹角閥運行時反吹氣流量變化見圖8。

圖8 脈沖反吹角閥反吹氣流量變化

由圖8可知:使用脈沖反吹角閥替代脈沖反吹球閥后，反吹氣流量穩(wěn)定，表明沒有發(fā)生內(nèi)漏或者外漏。

6 結(jié)語

焦過濾器中脈沖反吹球閥由于自身制造和選材的原因，導(dǎo)致無法滿足反吹系統(tǒng)快速開關(guān)的需要，造成脈沖反吹球閥內(nèi)部磨損加劇，內(nèi)漏和外漏嚴重，影響裝置生產(chǎn)。脈沖反吹角閥從結(jié)構(gòu)上避免了脈沖反吹球閥存在的不利因素，不但從根本解決脈沖反吹閥故障問題，保證了焦過濾器安全、平穩(wěn)運行，而且大大降低了維修費用,提高了焦過濾器的整體運行經(jīng)濟性。