壳牌煤气化高温高压飞灰过滤器滤芯损坏分析及解决措施

壳牌煤气化高温高压飞灰过滤器滤芯损坏分析及解决措施
摘要壳牌煤气化作为一种成熟的煤气化工艺在中国得到越来越广泛的应用，其中的关键设备高温高压飞灰过滤器频繁故障严重影响其长周期稳定运行。

本文简述了飞灰过滤器的工作原理，并对故障判断、原因分析及预防措施等方面进行了重点说明。

关键词壳牌煤气化；高温高压飞灰过滤器；滤芯
目前世界上比较成熟的气化工艺有德士古（GE），鲁奇（Lurgi），壳牌（SHELL）等，其中，壳牌气化工艺由于其煤粉转化率高，环境污染小，水处理压力小等优点，在国内得到广泛应用。

自从湖北双环2006年开车成功以来，国内已陆续引进近20套SHELL煤气化装置。

在SHELL煤气化工艺中，粉煤和氧气通入气化炉中，通过调整适当的氧碳比，产生合格组分的合成气。

在燃烧过程中，煤中大量的灰分会随着合成气一起进入下游工序，经过干法除尘、湿法除尘工序后，含灰量小于1mg/Nm3的洁净合成气将会被送到下游工序。

在干法除尘中，高温高压过滤器（S1501）是其中的重要设备，其滤芯的损坏，将直接导致合成气中干灰含量增加，影响压缩机以及下游工序正常运行。

本文着重探讨S1501故障的症状、判断、原因以及处理方法。

1 高温高压飞灰过滤器工作原理
来自气化炉的含灰合成气（3.8MPa，340℃）首先进入旋风分离器（S1511），通过旋转离心作用除去约60%左右的灰，再通过高温高压飞灰过滤器除去剩下的飞灰。

在S1501中，合成气从过滤器底部进入，通过陶瓷滤芯过滤（24组，共1152根）进入到容器上部，再通过输气管送到洗涤塔进行洗涤。

过滤出的飞灰会附着在陶瓷滤芯表面，通过容器顶部反吹系统将飞灰吹落，经过排灰系统排出。

1.1过滤系统
过滤系统主要由陶瓷滤芯、管板、压板组成。

滤芯有24组，每组48根，共1152根，由PALL公司生产。

滤芯由多孔碳化硅支撑骨架高铝红柱石的过滤膜构成，滤芯为柱状陶瓷过滤管，底部为封闭的，顶部开口，将过滤完的合成气送出。

24组滤芯分别固定在管板上，用压板、弹簧固定。

管板可以把容器分为上部洁净气体侧及下部含尘气体侧。

1.2反吹系统
反吹系统主要由氮气缓冲罐、换热器、反吹电磁阀、文丘里管等组成。

反吹程序启动后，24个反吹阀以一定间隔开启（时间可以调节，一般在11s～14s 之间），每个开启时间为180ms～250ms，将热的超高压氮气吹入文丘里管。

由于
超高压氮气压力较高（8.15MPa，200℃），虽然阀门开启时间较短，在阀门开启瞬间会产生较大冲击力，带动周围洁净合成气作为反吹气进入文丘里管对滤芯进行反吹，使滤芯再生。

2 滤芯损坏的症状及判断
由于过滤器内部检查、更换滤芯工作繁重以及滤芯反吹机理，在气化运行过程中，及时准确的判断出滤芯的实际运行状况非常重要。

2.1通过观测滤芯上下压差15PDI0002数值判断滤芯工作状况
正常情况下，压差应该在10kPa～20kPa左右，35kPa报警，55kPa跳车。

当压差逐渐逼近报警值时，要考虑滤芯上是否架桥等原因。

若随着负荷提高，压差没有明显增大或压差由大数值忽然降低，则要考虑可能有滤芯损坏。

2.2循环气压缩机入口合成气固含量高
正常情况下压缩机入口合成气粉尘含量较低，不会引起叶轮积垢等现场，若压缩机叶轮积垢现象严重，则有可能是S1501滤芯断折。

2.3 U1600单元水质变差
正常情况下，C1601洗涤塔循环水固含量较低，水质为澄清透明，当S1501滤芯断裂时，大量飞灰随合成气进入洗涤塔，导致洗涤塔水质恶劣，颜色发黑并经常性堵塞取样管道。

这种情况下，在检修时，不但要检查S1501滤芯，还要清理洗涤塔内部淤泥。

3 滤芯损坏的原因及预防措施
3.1煤种更换频繁
原煤灰含量大，灰黏度大，且频繁更换煤种造成灰组分变化，对滤芯运行造成影响。

应尽可能的减少煤种的更换，稳定灰的组分并根据煤种调节反吹频率。

3.2反吹不及时
当飞灰沉积在滤芯表面，需要及时用反吹气将其吹除，以免架桥。

当反吹阀故障时，操作人员或仪表维修人员没有及时发现、更换，导致架桥愈加严重，滤芯破裂。

按要求，在反吹阀故障后半个小时内，就要将故障发更换完毕。

而大唐煤化工经常性4～5个小时才更换完毕，严重影响滤芯正常工作。

建议在框架85m （反吹阀所处楼层）建立阀门库，减少备件准备时间，加快更换速度。

3.3反吹气温度不足
大唐煤化工最开始时，反吹气系统无加热器，到设备温度只有150-170℃，致使灰受潮，不易吹下。

后增加三台换热器（E3056），将反吹温度增加到200℃以上，基本解决了此项问题。

3.4反吹气压力不足
压力不足有可能是压力调节阀故障，但更多的是文丘里管上部法兰螺栓脱落或垫片泄露。

大唐煤化工起初垫片使用的是石棉垫片，在检修中发现有泄露痕迹，垫片已破损，后改用金属缠绕垫，再将上部法兰螺栓、螺母点焊上，有效地避免了此项问题。

3.5滤芯安装问题
滤芯破损有很大一部分原因是安装问题。

1）滤芯属于易损件，在清洗、运输、搬运过程中，很容易产生隐伤，肉眼无法辨别。

目前国内也没有设备可以探测这种隐伤，只有PALL公司总部才可检测，但费用昂贵。

这就要求施工人员处处小心，轻拿轻放；
2）安装前，一定要将管板上部以及滤芯支架清理干净，特别是管板上部，若不清理干净，新滤芯一经使用又将污染；
3）滤芯压板一定要压到位。

若不将压板、弹簧压到位，在运行过程中，滤芯会产生晃动，极易损坏。

在压板下方有长12mm的定位套，在上压板时，要确保每根滤芯上方都要有定位套。

上完压板后，用手从侧面转动定位套，以周圈都转不动极为压板已上好。

3.6滤芯更换不完全
按壳牌要求，只要有滤芯损害，则滤芯全部要更换。

但由于造价等原因，现大部分厂家只是更换损坏的那一组48根滤芯，有的厂家甚至只更换损坏的那几根，这就造成滤芯的通透性差别很大，滤芯负荷不一致，导致滤芯折损。

3.7工艺操作不平稳
特别是在开停车过程中，温度或压力升降过快，对滤芯造成大的冲击并使系统温差过大，导致滤芯损坏。

在工艺操作中，要注意系统压力稳定，严格遵守操作规程。

4 技改建议
1）针对反吹气温度过低的情况，增加换热器三台。

此项技改已完成，目前反吹气温度可达200℃左右，基本满足工艺要求；
2）增加保安滤芯。

在每根滤芯出气端口，法兰连接一个保安滤芯，若主滤芯破裂，则干灰会堵塞保安滤芯，等同于将断裂的这个滤芯堵死，避免污染其他滤芯。

增加保安滤芯会避免由于一个或几根滤芯破裂导致合成气固含量升高，但增加它会导致反吹阻力大，反吹不充分，主滤芯易架桥等问题，仍需仔细斟酌；
3）将进口陶瓷滤芯更换为国产滤芯。

进口滤芯造价昂贵，全部更换需几百万元，可考虑更换为国产金属滤芯。

5 结论
壳牌煤气化从最初引进到现在，工艺已经比较成熟。

作为其中的关键设备，高温高压飞灰过滤器滤芯在开车探索阶段经常损坏，经过不断的改进与摸索，现在已经能够长周期运行，为壳牌气化长周期运行打下基础。

相信随着不断的探索壳牌粉煤气化也会运行的越来越好。

参考文献
[1]古正权，李文杰.高温高压飞灰过滤器工作原理及优化. 河北化工，2011（12）.
[2]冯恩刚.高温高压过滤器滤芯的断裂分析.内蒙古石油化工，2011（20）.。