百萬噸/年乙烯裝置急冷油泵前過濾器濾芯改造

唐 誠，宋海霞

(1. 福建聯(lián)合石油化工有限公司，福建 泉州 362800； 2. 湖南石油化工職業(yè)技術學院，湖南 岳陽 414012)

乙烯裝置中急冷油經歷急冷油塔—急冷油泵前過濾器—急冷油泵—急冷油泵后過濾器—稀釋蒸汽發(fā)生器—裂解爐急冷換熱器—急冷油塔的循環(huán)，在急冷油循環(huán)過程中，裂解爐所產生的焦粒隨急冷油同步循環(huán)。為維持裝置長周期安全運行，需將急冷油中的大顆粒焦粒脫除。泵前過濾器主要用于過濾掉急冷油系統(tǒng)中粒徑>5 mm的粗焦粒，避免大焦粒進入急冷油泵導致葉輪快速磨損或泵損壞，因此急冷油泵前過濾器在維持急冷系統(tǒng)穩(wěn)定運行中起到了至關重要的作用。某百萬噸/年乙烯裝置急冷油泵前過濾器原設計中流量為2 401 777 kg/h；進、出口管徑DN900，排渣口管徑DN150；工作溫度205 ℃，設計壓力2.1 MPa；過濾精度5 mm，使用單濾芯，帶電動刮刷；急冷油下進上出，焦粒附著在濾網外圈，經電動刮刷刮除后下落至過濾器錐體，再經排焦口進入籃式過濾器【1】。

1 過濾器簡介

1.1 過濾器基本結構

急冷油泵前過濾器改造前結構如圖1所示。電動馬達安裝在頂部驅動傳動軸上,傳動軸穿過填料密封組件通過撥叉聯(lián)軸器帶動濾網軸。濾網軸兩端由軸套支撐和固定，安裝在濾網軸上的刮刷支架及刮刷隨軸旋轉，將堵塞在濾網孔上的焦粒刮除。易損部件主要有填料密封組件、傳動軸、濾網及濾網軸、軸套、刮刷支架及刮刷【2】。

圖1 改造前過濾器結構

1.2 過濾器故障情況

過濾器2009年12月投入使用，間斷運行至2013年徹底停用，在此期間，4臺急冷油泵前過濾器雖經頻繁維修，但仍先后出現(xiàn)了因填料密封損壞導致的急冷油泄漏共計15次。同時，還經常出現(xiàn)撥叉聯(lián)軸器的撥叉變形、刮刷和濾網嚴重刮蹭、軸套快速磨損等問題，導致刮刷過濾組件結構性失穩(wěn)【3】，嚴重時甚至導致傳動軸斷裂、刮刷支架及濾網嚴重扭曲變形損壞，造成填料密封處急冷油向外泄漏。刮刷支架及濾網組件損壞前后的形貌分別見圖2和圖3。

圖2 刮刷支架及濾網組件損壞前

圖3 刮刷支架及濾網組件損壞后

若刮刷過濾組件不能正常運行,則會影響到系統(tǒng)大顆粒焦的正常脫除，混有焦粒的急冷油沖刷急冷油循環(huán)系統(tǒng)中的設備及管道，會引起急冷油泵葉輪磨損，而焦粒在稀釋蒸汽發(fā)生器管箱處堆積，還會堵塞管束，影響蒸汽的產生，這將導致急冷油系統(tǒng)長期處于不穩(wěn)定運行狀態(tài)。當刮刷過濾組件不能正常使用時，只能停用泵前過濾器刮刷電機，停泵倒空過濾器進行人工清理【4】，使得過濾器運行周期嚴重縮短。每次清焦切泵都會對急冷油系統(tǒng)產生較大沖擊，若頻繁切換，則易導致稀釋蒸汽發(fā)生器的浮頭內漏。2012年8月曾發(fā)生因切泵波動過大造成稀釋蒸汽發(fā)生器浮頭內漏導致裝置嚴重降量的事件。同時，頻繁切泵還需增加崗位操作工人以及清焦檢維修費用，使裝置處于帶病運行狀態(tài)【5】。

1.3 過濾器故障原因分析

1.3.1 封頭和筒體同心度及垂直度存在偏差

在設備加工和安裝過程中，泵前過濾器封頭與筒體的同心度易產生偏差。封頭法蘭連接面間隙3 mm，在法蘭緊固后，同樣易使軸的垂直度產生偏差。依據(jù)GB/T 26660—2011，該過濾器所使用的SWC大型整體叉頭十字軸式萬向聯(lián)軸器直徑<300 mm，由表1可知，兩軸的徑向位移允許偏差應<0.1 mm。

表1 同軸度允許偏差

1.3.2 原設計中，傳動軸及撥叉聯(lián)軸器易產生較大振動

傳動軸及濾網軸的連接示意如圖4所示。軸運行過程中的撓動會導致串聯(lián)軸產生較大振動，過大的振動又會導致軸徑向位移超過允許偏移量；徑向載荷作用到軸上會使軸產生較大的彎曲變形，撓度和偏轉角度則會使軸套和聯(lián)軸器等傳動組件相互磨損，并加劇軸的剛度變化及扭曲，進而造成軸擺動角度逐漸增大，最終將導致軸套失效、傳動軸斷裂及濾芯整體失效。

圖4 串聯(lián)軸連接擺動角示意

1.3.3 濾網、刮刷及刮刷支架組件的制造及配合精度低

濾網、刮刷及刮刷支架組件制造及配合精度低易造成如下問題：

1) 刮刷靠螺栓連接在支架一端，支架另一端則焊接在濾網軸上，整個軸上共焊接16根刮刷支架。裝配容易產生尺寸配合偏差，這將使刮刷與濾網產生較大的不對中問題。

2) 濾網直徑為1 222 mm，其允許的正、負偏差<1%(約為12 mm)，同時濾網強度不足，最終會導致其產生較大塑性變形。

3) 軸的擺動使軸套受到環(huán)向應力，導致軸套快速磨損，而軸套縫隙越大，進入其中的焦粉顆粒就越多，也就更加速了軸與軸套的接觸面磨損，易導致軸套急劇損壞。

2 過濾器技術改造

2.1 過濾器技術問題分析及改造方案

由于過濾器的傳動軸和濾網軸軸身太長，轉動時擺動量大，在長期使用過程中，使得撥叉聯(lián)軸器不能保持同軸度，產生偏移。同時，過濾器內焦粉顆粒又會加快軸承套和密封磨損，極容易造成泄漏。未經改造的過濾器的濾網制造精度低、強度不夠,且刮刷支架的簡單連接也不能避免濾網和刮刷嚴重刮蹭。上述問題導致過濾器不能長周期運行，需頻繁切泵進行清焦處理，這會對急冷油系統(tǒng)造成沖擊,使得系統(tǒng)中焦粒不能被正常脫除，磨損設備的同時也影響到裝置的穩(wěn)定性,存在安全隱患。為此，經過同行調研和技術性攻關，制定出改造方案，具體如下：針對傳動軸軸身過長的問題，將傳動軸長度從1.75 m縮短到0.7 m、直徑增大為φ95 mm，并使用總長為1 m的萬向聯(lián)軸器補足傳動軸總長度，此外，萬向聯(lián)軸器還加設了伸縮補償； 為減小撥叉聯(lián)軸器產生偏移， 需設置同軸定位中芯軸， 其與聯(lián)軸器撥叉的對接面采用圓弧貼合， 確保不出現(xiàn)位移；為減緩過濾器軸承套和密封的損壞， 需將填料密封改為機械密封， 并在機械密封下部設計防塵組合密封， 預防焦粉和雜質進入其中， 確保機械密封不受焦粉和顆粒的影響， 以延長其使用壽命；為減少濾網和刮刷的刮蹭， 需采用銅合金管刀配合不銹鋼刷清理濾網， 并使用多角度方式將原來的2段刮刷更改為3段刮刷， 同時將管刀支架設計為伸縮結構， 將濾網軸的上軸承支架加高550 mm， 以增大軸承的密封性，確保軸承與急冷油中焦粒隔絕， 延長其使用壽命。

2.2 過濾器技術改造過程

經前期反復討論和技術確認，改造后的濾芯系統(tǒng)于2017年3月開始安裝。安裝期間復核了刮刀電機安裝尺寸、軸連接位置尺寸、新濾網組件與罐體安裝尺寸。數(shù)據(jù)經核實確認無誤后，拆開過濾器封頭，使用M30螺栓將濾網組件固定在罐體筒內的安裝法蘭上，并確認安裝到位，無偏移狀況【6】。

濾芯系統(tǒng)安裝過程中，需先在地面將傳動軸和電機及減速箱安裝至封頭上，再將萬向聯(lián)軸器安裝在傳動軸上。之后吊起封頭，對準罐體上方安裝位置再落下，落到將與同軸撥叉聯(lián)軸器對接的時候，需確認撥叉中間的同心軸心是否已對準聯(lián)軸器的中心孔，然后再緩緩落下封頭，將法蘭螺栓鎖緊。安裝并調試完成后再充液進行運轉測試，確保過濾器內組件裝配到位、軸精確對中、運行中無異常振動和聲響【7】。

3 改造效果

改造后的實際運行狀態(tài)顯示，急冷油泵前過濾器聲音、振動正常，焦粒清理正常，刮刷電機運行無過載，密封無泄漏，滿足長周期穩(wěn)定運行條件。最初改造的過濾器B于2017年3月投入運轉，運行兩年后解體檢查，除易損件正常磨損待更換外，其余部件均無重大損壞，達到了改造預期。

相對于改造前的運行情況，此次技術攻關改造在工藝上實現(xiàn)了如下改進：

1) 避免了密封泄漏及泄漏后可能著火的安全風險；

2) 避免了因需頻繁停泵倒空進行故障維修對急冷油系統(tǒng)造成的沖擊，以及焦粒被堆積在稀釋蒸汽發(fā)生器需頻繁切泵清焦造成的泄漏；

3) 避免了系統(tǒng)中粗焦粉末被帶走對設備產生的沖刷及磨損；

4) 實現(xiàn)了在線刮刷自動清焦功能；

5) 降低了人力倒空、置換、清理的工作量；

6) 實現(xiàn)了長周期穩(wěn)定運行。