吳國瑩，陳斌斌

(中國石化青島煉油化工有限責(zé)任公司，山東 青島 266500)

中國石化青島煉油化工有限責(zé)任公司S Zorb裝置設(shè)計規(guī)模150萬t/a，于2014年6月中交，2015年9月正式投料生產(chǎn)。裝置由進料與脫硫反應(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。本文對裝置運行過程中閉鎖料斗過濾器出現(xiàn)的問題進行了分析，并提出了優(yōu)化操作方案，以達到裝置長周期運行的目的。

1 閉鎖料斗過濾器運行簡介

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

表1 閉鎖料斗過濾器設(shè)計操作參數(shù)

閉鎖料斗過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濾器管板上。閉鎖料斗過濾器工作環(huán)境苛刻，在實際運行過程中以23～30 min一個循環(huán)的頻次運行，氫氣和氮氣環(huán)境交替，運行溫度在240～370℃之間交替變化，壓力在0.1～3.2 MPa之間交替變化，整個周期溫度壓力變化幅度大且時間短。

2 閉鎖料斗過濾器運行問題

閉鎖料斗過濾器運行條件苛刻，密封和過濾要求高，其運行狀況直接關(guān)系到裝置平穩(wěn)長周期運行。在實際應(yīng)用中，過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 閉鎖料斗過濾器泄漏表象

由于吸附劑粒徑分布范圍在0～160 μm之間，過濾器精度在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)場放空口外排氣體攜帶吸附劑明顯增多；

3)長時間泄漏后，導(dǎo)致過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 閉鎖料斗過濾器內(nèi)漏PV2401A1/A2沖刷圖

2.2 閉鎖料斗過濾器泄漏頻次及處理

圖2 料斗拆檢圖

2016年3月裝置閉鎖料斗過濾器發(fā)生第一次泄漏，過濾器拆出后，過濾器管板和濾芯表面未發(fā)現(xiàn)問題，原濾芯在根部1/2或1/3圓周部位處進行了焊接加固，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月過濾器再次發(fā)生泄漏，拆檢后發(fā)現(xiàn)過濾器濾芯松動，濾芯表面無破損痕跡，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，對過濾器濾進行整體更換并增加濾芯定位盤，且濾芯未進行焊接固定，投用后，運行良好。

2019年6月裝置大檢修時，拆檢過濾器發(fā)現(xiàn)濾芯表面無破損痕跡，但是濾芯松動，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 閉鎖料斗過濾器泄漏原因分析

通過幾次拆檢，不難發(fā)現(xiàn)，閉鎖料斗過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越大，大量小粒徑的吸附劑進入過濾器后路管線，使得過濾器失去效果。分析其泄漏原因，主要有以下幾點：

3.1 周期性的載荷沖擊和溫度變化

在閉鎖料斗運行過程中，由于裝劑、調(diào)壓和吹掃等周期性過程存在，氣體和吸附劑周期性對過濾器進行沖擊，同時由于程控閥開關(guān)和測量儀表誤差等原因，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)致過濾器濾芯受到的沖擊力不穩(wěn)定。

根據(jù)螺紋連接松動的研究機理[2-6]，可以推測閉鎖料斗過濾器松動過程，長時間的軸向和橫向不穩(wěn)定載荷周期性沖擊；一方面使的過濾器濾芯逐漸發(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，最終引起螺紋連接松動。由于閉鎖料斗工作環(huán)境的特殊性，松動后的螺紋，使得小粒徑吸附劑得以進入，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看，吸附劑的沖刷是非常嚴(yán)重的，這最終使得過濾器失去過濾效果。

閉鎖料斗過濾器運行溫度在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，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，在溫度驟升時濾芯“上緊”，溫度驟降時濾芯“松動”，不同的熱變形使得螺紋張緊力下降[7]，同樣會導(dǎo)致閉鎖料斗過濾螺紋連接失效。

3.2 過濾器絲扣加工精度難以保證

在過濾器濾芯安裝過程中發(fā)現(xiàn)，部分濾芯無法完全擰入管板，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，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少，使的吸附劑微粒散布于整個內(nèi)外絲溝槽，在閉鎖料斗沖卸壓及吹掃時可以直接沖刷螺紋。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，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)極易引起過濾器損傷。閉鎖料斗料位高低對閉鎖料斗過濾器影響甚大，由于操作或者程控閥故障等致使閉鎖料斗料位過高，會使得裝劑時大量吸附劑直接沖擊過濾器濾芯，濾芯受力會急劇增大，造成濾芯變形，螺紋承受力度過大，造成螺紋損壞，過濾器泄漏，嚴(yán)重的超過濾芯承受限度，會引起濾芯表層濾層破損。

4 閉鎖料斗過濾器運行優(yōu)化

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

4.1 過濾器濾芯增加定位盤

過濾器濾芯長時間受氣體及吸附劑沖擊的影響，容易松動脫落，對過濾器濾芯增加定位盤，可以極大減少濾芯振動幅度，同時通過固定限位可以平衡受力，達到延長濾芯使用壽命的目的，并且從裝置使用情況來看，效果良好。

4.2 對濾芯根部進行100%滿焊加固處理

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

4.3 嚴(yán)格控制閉鎖料斗料位

閉鎖料斗料位過高對閉鎖料斗過濾器沖擊非常大，過高的料位會使的吸附劑直接沖擊濾芯。操作中嚴(yán)格控制閉鎖料斗運行過程中料位不超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，以降低閉鎖料斗運行負荷，減輕濾芯工作強度。若因操作或程控閥開關(guān)故障等致使料位過高，則應(yīng)在卸壓氣提前將部分吸附劑裝回反應(yīng)或者再生，以降低過濾器差壓，減輕沖刷?？刂崎]鎖料斗料位，關(guān)鍵在于確保程控閥開關(guān)及時到位和LMS各參數(shù)設(shè)置合理，要時刻關(guān)注閉鎖料斗裝卸料速度，及時優(yōu)化調(diào)整LMS各參數(shù)，盡量避免手動操作。

4.4 及時處理閉鎖料斗系統(tǒng)設(shè)備問題

由于S Zorb裝置的特殊性，各系統(tǒng)各設(shè)備之間影響較大，任何一個方面的問題若不及時處理均會引起其他設(shè)備的一系列問題，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)問題就要及時處理。閉鎖料斗系統(tǒng)的維護應(yīng)建立單獨維護機制，程控閥、調(diào)節(jié)閥和測量儀表等一旦發(fā)現(xiàn)問題，就要及時處理，避免引發(fā)后續(xù)設(shè)備損傷。

4.5 加強過濾器制造精度監(jiān)控

及時溝通廠家，提高過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)一的管板與過濾器濾芯材質(zhì)的可行性。

5 結(jié)論

閉鎖料斗過濾器作為S Zorb裝置閉鎖料斗的主要部件，其運行的穩(wěn)定性，直接影響裝置的長周期運行，通過幾次的故障原因分析，初步了解其失效的主要原因為周期性的振動和溫度變化及過濾器絲套加工精度較低，并提出了增加濾芯定位盤、對濾芯進行滿焊處理、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)運行提供了保障。