（中油股份獨山子石化分公司研究院，新疆 獨山子 833699）

乙烯裂解自動清渣過濾器研制及應(yīng)用

周選民，賀訓育，何志剛，趙久國，艾麗曼

（中油股份獨山子石化分公司研究院，新疆 獨山子 833699）

本文介紹了乙烯裂解急冷油自動清渣過濾器的研制，通過現(xiàn)場實際應(yīng)用，使用效果良好。

自動清渣；過濾器；研制；應(yīng)用

1 概述

乙烯裂解裝置的10-S-101過濾器及其后邊的l0-P-102泵共同組成了急冷油大循環(huán)的動力單元（原則流程圖見圖1）。當10-S-101堵塞時，一則導致機泵抽空，機封失效、泄漏；二則導致急冷器溫度上升，10-C-101塔溫度上揚，急冷油粘度增加，最高可達2000～3000cps(正常應(yīng)為50～80cps)，從而使過濾器內(nèi)過濾網(wǎng)結(jié)焦更加嚴重，導致惡性循環(huán)。此情形將影響裝置的正常生產(chǎn)，裝置只有被迫降負荷，才能保證急冷油溫度、粘度正常。

圖1 過濾器原則流程圖

由于急冷油過濾器沒有自動清渣的功能，所以當帶有粘稠雜質(zhì)的急冷油經(jīng)過濾網(wǎng)網(wǎng)孔時，網(wǎng)孔很容易被糊住，當被糊的網(wǎng)孔不斷增加而達到一定比例后，濾網(wǎng)的流通性就變差而無法滿足后續(xù)工序的需要。這時就必須拆除過濾器，取出濾網(wǎng)進行人工清渣，一般1個月就必須清渣一次。由于在常溫下，網(wǎng)孔上的雜質(zhì)變得很硬而且結(jié)得很死，很難清理，既影響生產(chǎn)，勞動強度又大，給維修人員帶來很大不便。而10-P-102泵是乙烯裂解裝置急冷區(qū)的關(guān)鍵機泵。如過濾器10-S-I01被雜質(zhì)堵死，會導致裝置操作困難，甚至退料、降負荷，成了影響乙烯車間“安穩(wěn)長”運行的瓶頸。為此，設(shè)計安裝一套自動清渣裝置進行自動清渣勢在必行。

2 過濾器的工作原理

乙烯裂解裝置使用三臺急冷油過濾器，過濾能力為662m3/h，采用立式結(jié)構(gòu)。過濾器工作原理見圖2。溫度為200℃左右的急冷油由進料口進入過濾器，經(jīng)過過濾器過濾后，濾液經(jīng)過出料口到下道工序。濾掉的渣子靠重力作用沉降到過濾器底部，隔一段時間打開過濾器底部閥門，將雜質(zhì)放到儲渣罐內(nèi)。

圖2 過濾器的工作原理

3 自動清渣機的設(shè)計

3.1 基本結(jié)構(gòu)

自動清渣過濾器的基本結(jié)構(gòu)見圖3。它由電機、減速器、支架、密封系統(tǒng)、刷子系統(tǒng)等組成。

其工作原理是：電機和減速器通過套筒聯(lián)軸器帶動上軸轉(zhuǎn)動。上軸通過撥又聯(lián)軸器帶動刷子系統(tǒng)轉(zhuǎn)動。通過刷子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動，使刷子刷過濾網(wǎng)從而達到清渣的目的。

3.2 清渣原理

當粘稠的雜質(zhì)糊在濾網(wǎng)網(wǎng)孔上時（如圖4），刷子作用給濾網(wǎng)的力可以分解為沿過濾網(wǎng)的切向力和垂直于過濾網(wǎng)的法向力。切向力將雜質(zhì)清除，法向力將雜質(zhì)擠壓出濾網(wǎng)外，使濾網(wǎng)網(wǎng)孔暢通，清渣過程與過濾過程同時進行。由于整個系統(tǒng)由電機帶動而無需人工操作，實現(xiàn)了對過濾器的自動清渣。

圖3 自動清渣過濾器的基本結(jié)構(gòu)

圖4 刷子工作原理圖

3.3 設(shè)計要點

（1）原動機。原動機選擇為電動機，其功率選擇必須足以克服慣性力和各種摩擦力所消耗的功率。選用功率為0.55kW的防爆電機。

（2）密封系統(tǒng)。由于該過濾器的介質(zhì)為急冷油，粘度為50～80cps，壓力為0.21MPa。所以選用填料密封就可以滿足要求。填料選用柔性石墨和peveking填料混合使用。

（3）減速器。當刷子轉(zhuǎn)動時，由于粘性作用而被其帶動的正常介質(zhì)和雜質(zhì)也隨之作圓周運動，于是便產(chǎn)生一個離心力。該離心力的大小與刷子轉(zhuǎn)速、介質(zhì)及與軸的距離成正比，其方向沿過濾網(wǎng)直徑指向濾網(wǎng)。很明顯，對于雜質(zhì)的清除來說，這是一個有害力。當離心力大到一定程度時，濾網(wǎng)更容易被雜質(zhì)堵塞，雜質(zhì)的清除也更加困難。為了減小這一有害的離心力，必須嚴格限制刷子的轉(zhuǎn)速。我們將刷子軸的轉(zhuǎn)速確定為4r/min，因而減速器選用傳動比為i=355的圓柱齒輪組合式減速器。

（4）開孔補強校核。由于過濾器是一種壓力容器，而我們在設(shè)計自動清渣機的過程中需要在過濾器封頭上開孔。開孔的結(jié)果，不但會削弱容器壁的強度，而且在開孔附近會形成應(yīng)力集中，于是開孔附近就可能成為容器的破壞源。為保證過濾器的安全工作，需對過濾器進行開孔補強計算。如開孔后的強度不足，應(yīng)進行開孔補強。通過計算，符合強度條件，無需進行補強。

（5）自動補償系統(tǒng)（圖5）。由于刷子在使用過程中，不可避免要發(fā)生磨損現(xiàn)象，而刷子是自動清渣機的關(guān)鍵易損零件。為盡可能延長刷子乃至清渣機的使用壽命，我們研制出一套自動補償系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅在工作狀態(tài)下可使刷子與濾網(wǎng)緊密貼合，而且當刷子磨損或濾網(wǎng)變形后可起補償作用。即使濾網(wǎng)不夠圓整，刷子也可進行正常的清渣工作。當刷子磨損時，彈簧向濾網(wǎng)方向推動刷子，使刷子仍然緊貼濾網(wǎng)，實現(xiàn)了自動補償。

圖5 自動補償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（6）彈簧的設(shè)計。

①彈簧的選材。在工作狀態(tài)下，彈簧始終浸沒在溫度為200℃的急冷油內(nèi)，在這樣的溫度下，一般的彈簧材質(zhì)都存在高溫失彈現(xiàn)象。因此，要求彈簧材料能夠耐高溫及耐一定程度的腐蝕。我們選用不銹鋼絲材料1Cr18Ni9Ti作為彈簧材料，該材料推薦使用的最高溫度為300℃。

②彈簧主要尺寸的確定。通過刷子系統(tǒng)的受力分析，最初刷子沒有磨損時，設(shè)計上彈簧彈力T2=70N，下彈簧彈力T1=40N。當刷子磨損完時，設(shè)計上彈簧彈力為T2’=40N，下彈簧彈力為T1’=10N。通過計算，設(shè)計的彈簧具體尺寸如表l。

表1 彈簧的設(shè)計參數(shù)

（7）定時控制系統(tǒng)。由于清渣的周期性所決定，刷子在運行過程中，并不需要不停地轉(zhuǎn)動。連續(xù)運轉(zhuǎn)，一方面會使濾網(wǎng)過早磨損，縮短濾網(wǎng)的使用壽命，增加成本；另一方面，也造成了刷子的過度磨損，無形中縮短了刷子的運行周期，增加了維護工作量。因此，我們?yōu)榍逶鼨C設(shè)計安裝了一套定時控制系統(tǒng)。

該定時控制系統(tǒng)由兩個時間繼電器組成，分別對運行時間及停止時間進行控制，目前我們將運行時間定為10分鐘，停止時間定為50分鐘，每小時作為一個循環(huán)周期。循環(huán)周期可根據(jù)現(xiàn)場具體情況作出相應(yīng)調(diào)整。

該定時控制系統(tǒng)可延長刷子及濾網(wǎng)的使用壽命，使該清渣機的自動化程度有了相當程度的提高。

4 應(yīng)用

按以上要求設(shè)計制造的自動清渣機，首先進行了臺架試驗，并進行了完善和改進。從長時間臺架試驗的情況來看，效果很好。由于臺架試驗無法模擬現(xiàn)場工況，所以現(xiàn)場試驗顯得更為重要。隨后，立即在乙烯裂解10-S-101A過濾器上安裝，進行了近6個月的現(xiàn)場試驗，在這期間打開過一次以進行各種檢查，打開后發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)運行良好；清渣效果很好，濾網(wǎng)很干凈，沒有發(fā)生堵塞現(xiàn)象；刷子磨損輕微；彈簧系統(tǒng)使用良好。

5 經(jīng)濟效益和社會效益分析

急冷油內(nèi)含有苯類致癌物質(zhì)，有較大的刺激性氣味。以往操作工需進罐清渣，不僅工作環(huán)境惡劣，而且嚴重影響人員的身體健康。安裝自動清渣機后，操作工可根據(jù)過濾器運行的不同階段設(shè)置不同的清渣時間，保持最佳的清渣效果，徹底將操作工解放出來，減輕了工人的勞動強度，以便集中精力搞好操作。

自動清渣機的安裝，使整個急冷油系統(tǒng)在不斷循環(huán)中，渣粒被逐步分離出來，使系統(tǒng)可靠性有較大提高。原系統(tǒng)中各調(diào)節(jié)閥閥芯頻繁被堵的情形大為減少，使10-C-101及10-C-103塔釜內(nèi)結(jié)焦減少，大大提高了該系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定性，為裝置的安全生產(chǎn)打好基礎(chǔ)。

不僅如此，自動清渣機的安裝還可提高急冷油的品質(zhì)，改善環(huán)境，產(chǎn)生了很好的社會效益。

未安裝自動清渣機之前，至少每個月就必須打開過濾器頭蓋，取出濾網(wǎng)進行清理。10-S-101過濾器自動清渣機的使用，大大減少了停機人工清渣的次數(shù)。最多半年打開頭蓋清理一次，預計裝一次刷子使用壽命可達1年以上。

6 結(jié)語

經(jīng)實際應(yīng)用，帶有自動補償系統(tǒng)的清渣機，其結(jié)構(gòu)設(shè)計是合理和可行的，能有效防止雜質(zhì)糊住濾網(wǎng)網(wǎng)孔。與日本住友機械工業(yè)株式會社設(shè)計的清渣機相比，具有較大的優(yōu)越性。后者的刷子調(diào)整設(shè)計為手工調(diào)整，需打開過濾器頭蓋，取出刷子系統(tǒng)進行調(diào)整，調(diào)整麻煩，安裝困難。而帶有自動補償系統(tǒng)的清渣機解決了這一問題。

該項技術(shù)可以應(yīng)用在各種乙烯急冷油過濾器上，也可應(yīng)用在相同原理的過濾器上，應(yīng)用前景較為廣闊。

[1]徐灝.機械設(shè)計手冊（第4卷）[M].機械工業(yè)出版社. [2]顧永泉.流體動密封[M].石油大學出版社.

TQ221

：A

1671-0711（2017）06（上）-0083-03