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        S Zorb裝置閉鎖料斗濾芯折斷原因分析及預(yù)防措施

        2021-09-10 23:42:08代立成
        科學(xué)與生活 2021年13期

        代立成

        摘要:中國(guó)石油化工股份有限公司滄州分公司S Zorb裝置閉鎖料斗更換濾芯后,在2017年3月至2018年6月期間多次出現(xiàn)濾芯變形、脫落、斷裂等問(wèn)題,通過(guò)原因排查發(fā)現(xiàn),不同生產(chǎn)廠家的濾芯雖然過(guò)濾精度一致,但是強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)形式略有不同。在更換閉鎖料斗濾芯時(shí),需采取濾芯頸部與管板連接部位進(jìn)行焊接加固,并在濾芯底部增加支架的方式進(jìn)行加強(qiáng)。

        關(guān)鍵詞:S Zorb裝置;閉鎖料斗;濾芯;斷裂

        1.SZorb裝置閉鎖料斗過(guò)濾器簡(jiǎn)介

        1.1 S Zorb裝置概況

        S Zorb裝置是基于吸附作用原理對(duì)汽油進(jìn)行脫硫,通過(guò)吸附劑選擇性地吸附含硫化合物中的硫原子而達(dá)到脫硫目的。與傳統(tǒng)的加氫技術(shù)比較,采用該技術(shù)處理催化汽油,不但可以得到超低硫的精制汽油產(chǎn)品,而且辛烷值損失少、氫耗少、液收率高和能耗低。

        閉鎖料斗通過(guò)氮?dú)夂蜌錃獯祾咧脫Q實(shí)現(xiàn)內(nèi)部不同工況的轉(zhuǎn)換,在吹掃置換過(guò)程中通過(guò)過(guò)濾器保證吸附劑與氣相介質(zhì)不會(huì)互竄。濾芯通過(guò)絲扣連接安裝在管板內(nèi),沿著管板中心呈環(huán)形排列。濾芯結(jié)構(gòu)為雙層結(jié)構(gòu),即整支濾芯由外部濾芯和內(nèi)部保安濾芯組成。

        2.閉鎖料斗過(guò)濾器濾芯斷裂經(jīng)過(guò)及處理

        2.1斷裂經(jīng)過(guò)

        2017年5月1日操作中發(fā)現(xiàn)閉鎖料斗差壓增高導(dǎo)致無(wú)法正常泄壓,頂部放空線攜帶有吸附劑。打開(kāi)閉鎖料斗檢查過(guò)濾器發(fā)現(xiàn)大部分濾芯已經(jīng)松動(dòng),東南角的一支濾芯脫落,更換原型號(hào)1新濾芯一支,并對(duì)所有濾芯絲扣與管板連接處進(jìn)行點(diǎn)焊加固?;謴?fù)運(yùn)行后2018年04月22日發(fā)現(xiàn)閉鎖料斗頂部放空線再次攜帶吸附劑,打開(kāi)后發(fā)現(xiàn)東北側(cè)一根濾芯已經(jīng)脫落,其余濾芯未脫落但大部分已經(jīng)能松動(dòng)。本次將全部濾芯更換為另一型號(hào)2濾芯,型號(hào)2濾芯絲扣連接處也進(jìn)行焊接加強(qiáng)處理。5月2日發(fā)現(xiàn)閉鎖料斗頂部放空再次攜帶吸附劑,打開(kāi)后發(fā)現(xiàn)東北側(cè)一根濾芯從根部焊縫處斷裂,旁邊兩個(gè)濾芯有彎曲變形,其中西側(cè)一根彎曲較嚴(yán)重,其余濾芯未見(jiàn)明顯損傷。

        2.2處理措施

        2018年5月2日濾芯斷裂后將全部濾芯重新更換為與斷裂濾芯同型號(hào)的型號(hào)2的濾芯,絲扣連接處進(jìn)行焊接,在濾芯尾部增加一圈5*2mm的不銹鋼帶作為拉筋,使濾芯連接成一個(gè)整體提高濾芯強(qiáng)度,并在連接筋板內(nèi)部用Φ12*2mm的不銹鋼管制作三角形支撐。

        運(yùn)行至同年10月26日檢修時(shí),開(kāi)蓋檢查內(nèi)部情況,發(fā)現(xiàn)型號(hào)2濾芯基本完好,拉筋和三角支撐有向內(nèi)彎曲變形。本次檢修整體更新閉鎖料斗上封頭和型號(hào)1的濾芯,對(duì)濾芯絲扣連接部位進(jìn)行點(diǎn)焊加固。

        3.閉鎖料斗過(guò)濾器濾芯斷裂原因排查

        3.1濾芯運(yùn)行環(huán)境

        濾芯正常運(yùn)行中承受周期變化的溫度和壓力載荷,每周期具體工況為:①氫氣環(huán)境過(guò)濾過(guò)程,濾芯外部壓力最高2.5MPa,進(jìn)入物料為油氣+氫氣+吸附劑的兩相混合流體,流體溫度約400℃,進(jìn)料前濾芯溫度約200℃;②氮?dú)猸h(huán)境過(guò)濾過(guò)程,濾芯外部壓力最高至0.45MPa,向火炬線吹掃氣體。過(guò)濾過(guò)程持續(xù)約20min后由濾芯管內(nèi)進(jìn)行氫氣反吹,反吹壓力約3.0MPa,反吹氫氣溫度約200℃,在約1分鐘的時(shí)間里,濾芯管內(nèi)部從微正壓、200℃到3.0MPa、300℃變化。

        3.2本次型號(hào)2濾芯的斷口形貌

        本次型號(hào)2濾芯斷裂共發(fā)現(xiàn)兩個(gè)斷裂位置,一個(gè)位于內(nèi)套管距離頂部端蓋約30 mm的位置,分沿環(huán)向分布和沿縱焊縫側(cè)兩部分,斷口附近管材均有較大的塑形變形,斷口宏觀未呈現(xiàn)明顯的塑型特征。另一個(gè)斷裂位置位于頂部端蓋與外套管的角焊縫位置的母材側(cè),斷口沿環(huán)向分布,從外壁看,部分裂紋位于沿熔合線,部分裂紋在母材內(nèi)部,裂紋單一不分叉,未發(fā)現(xiàn)二次裂紋,斷口宏觀未呈現(xiàn)塑性。環(huán)向斷口宏觀上均呈現(xiàn)粉末冶金多孔材料的斷口特征,由此可判斷斷口均位于母材內(nèi),斷口整體可分為兩個(gè)區(qū)域,即無(wú)磨蝕區(qū)域和有磨蝕區(qū)域。有磨蝕區(qū)域恰好位于濾芯彎曲的外彎位置,且結(jié)合沉積物形貌,可判斷裂紋最初發(fā)生在外套管的外彎處,起始位置在有磨蝕的斷口區(qū)域的沉積物位置所對(duì)應(yīng)的外套管處。

        3.3型號(hào)2濾芯與上次更換型號(hào)1濾芯性能對(duì)比

        3.3.1進(jìn)行環(huán)向截面金相對(duì)比

        分別隨機(jī)選取斷裂型號(hào)2濾芯和上次彎曲型號(hào)1濾芯的兩個(gè)環(huán)向截面位置,經(jīng)打磨拋光后,所觀察到的形貌可以看到,相比斷裂型號(hào)2濾芯,彎曲型號(hào)1濾芯的燒結(jié)頸相對(duì)清晰和致密,發(fā)育的較好。

        3.3.2進(jìn)行O型環(huán)壓扁實(shí)驗(yàn)對(duì)比

        在彎曲型號(hào)1濾芯和斷裂型號(hào)2濾芯上各自切取一個(gè)環(huán)進(jìn)行壓扁試驗(yàn),觀察二者斷裂情況。二者宏觀斷口形貌近似,而從斷口微觀形貌看,兩種濾芯的差異性較大。斷裂型號(hào)2濾芯燒結(jié)的均勻度和燒結(jié)頸發(fā)育水平劣于彎曲型號(hào)1濾芯。300倍相同視場(chǎng)內(nèi),發(fā)生斷裂型號(hào)2濾芯的斷裂位置相對(duì)較少,斷裂位置的滑移線和撕裂棱分布面積較小;彎曲型號(hào)1濾芯斷裂位置稍多,斷口主要以滑移后的撕裂棱形式斷開(kāi)。

        3.3.3進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試

        沿濾芯軸向各切取瓦片拉伸試樣2個(gè),壓平后在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸性能測(cè)試,發(fā)現(xiàn)彎曲型號(hào)1濾芯的力學(xué)(屈服強(qiáng)度平均73Mpa,抗拉強(qiáng)度平均111MPa)性能好于發(fā)生斷裂型號(hào)2濾芯(屈服強(qiáng)度平均51Mpa,抗拉強(qiáng)度平均79MPa)。

        3.4濾芯運(yùn)行工況分析

        濾芯發(fā)生彎曲、脫了、斷裂期間,本套S Zorb裝置原料硫含量在1050ppm左右(日常生產(chǎn)800-900ppm)比較高,再生吸附劑硅酸鋅含量23%左右(正常值10%-15%)也處于較高水平。原料硫含量高裝置脫硫負(fù)荷高,需要吸附劑循環(huán)量大;吸附劑硅酸鋅含量高脫硫效果差,會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致吸附劑循環(huán)量增大,吸附劑循環(huán)量大導(dǎo)致閉鎖料斗每次收料量增大,閉鎖料斗內(nèi)料位控制較高。

        由于濾芯斷裂前曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)脫落,造成部分吸附劑進(jìn)入氣相管線及濾芯內(nèi)部,雖然經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)吹掃,但管道系統(tǒng)難免有部分吸附劑,這將會(huì)造成閉鎖料斗收料閥門和放料閥門開(kāi)關(guān)響應(yīng)慢,料位難以準(zhǔn)確控制,進(jìn)一步導(dǎo)致閉鎖料斗料位增高風(fēng)險(xiǎn),甚至出現(xiàn)淹沒(méi)過(guò)濾器濾芯的現(xiàn)象。

        4.濾芯斷裂原因分析

        由于濾芯均為自由垂吊懸掛結(jié)構(gòu),而斷裂濾芯及其東西兩側(cè)濾芯發(fā)生了彎曲變形,綜合以上現(xiàn)象,初步判斷三根濾芯在使用過(guò)程中承受了異常彎矩。根據(jù)彎曲濾芯外壁顏色差異,判斷彎矩為流體的異常流動(dòng)所致。在異常載荷作用下,斷裂濾芯承受周期性較大彎矩而斷裂,由于斷口表面磨蝕嚴(yán)重,而且為多孔材料,未找到疲勞斷裂的直接證據(jù),但從設(shè)備的載荷工況,裂紋相對(duì)平直且無(wú)二次裂紋的宏觀形貌判斷,斷裂濾芯首先因大載荷低周疲勞破壞起裂,隨后發(fā)生過(guò)載撕裂。

        從發(fā)生斷裂濾芯和彎曲斷裂濾芯的金相、O型環(huán)壓扁斷口形貌看,發(fā)生彎曲的型號(hào)1濾芯燒結(jié)質(zhì)量更好,其力學(xué)性能也應(yīng)更優(yōu),拉伸性能測(cè)試結(jié)果也表明發(fā)生彎曲型號(hào)1濾芯好于斷裂型號(hào)2濾芯,所以在同樣受力的前提下,型號(hào)1的一批濾芯在同樣位置只發(fā)生變形或者脫落,而未發(fā)生斷裂。

        斷裂發(fā)生期間,原料的硫含量處于高位并且吸附劑的硅酸鋅含量也是高位,兩種情況結(jié)合在一起導(dǎo)致吸附劑增大循環(huán)量才能保證裝置生產(chǎn),從而導(dǎo)致了閉鎖料斗長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),閉鎖料斗內(nèi)部長(zhǎng)期處于高料位運(yùn)行,并且在程控閥動(dòng)作不靈敏時(shí)會(huì)有吸附劑淹沒(méi)濾芯的情況發(fā)生,待生劑從高壓進(jìn)料口進(jìn)入閉鎖料斗中,并在閉鎖料斗內(nèi)形成流動(dòng),如果料位淹沒(méi)濾芯,吸附劑就會(huì)對(duì)濾芯產(chǎn)生沖擊,尤其以進(jìn)料口處的濾芯受到的沖擊更為嚴(yán)重。從本次受損的濾芯位置來(lái)看,也是處于進(jìn)料口一側(cè)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]張文吉. S Zorb裝置閉鎖料斗常見(jiàn)故障分析及處理[J]. 煉油技術(shù)與工程, 2016, 46(012):38-41.

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